CN101589362A - 运动车辆中使用的绝对加速传感器 - Google Patents

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Abstract

车辆的通信系统包括：配置成发出具有与车辆的速度相关的参数的周期函数的车辆速度传感器；加速监测系统；检测车辆的刹车状态的刹车系统啮合检测器；能够发信号通知其它驾驶员关于车辆的减速状况的告警装置；以及控制装置。加速监测系统配置成从车辆速度传感器的周期函数的参数的变化来计算车辆的加速度，并输出车辆的减速状态。控制装置与加速监测系统、刹车系统啮合检测器和告警装置耦合，其中加速监测系统向控制装置发送信号，以及控制装置以与车辆的减速状态相关的方式来操作告警装置。

Description

运动车辆中使用的绝对加速传感器
相关申请
本专利申请是2005年10月3日提交的标题为“运动车辆中使用的绝对加速度传感器”的美国专利申请序号11/243364的部分延续，通过引用将其完整地结合于此，并且它根据35U.S.C.119(e)要求2004年10月5日提交的标题为“追尾碰撞避免系统”、申请号为60/616400的共同未决美国临时专利申请的优先权益，也通过引用将其完整地结合于此。
技术领域
一般来说，本发明涉及用于检测运动车辆中的纵向、横向和垂直加速度的绝对级别的方法和装置，以及涉及用于产生对这些绝对级别的变化的响应的各种系统和方法。
背景技术
加速计在现代机动车辆中获得各种应用。其中最常见的是用于在现代客车和卡车中部署前和侧冲击气袋的冲击和碰撞传感器。
在依靠突然且急剧减速的应用中，重力的存在并不重要，并且不会影响加速计的实现。但是，机动车辆中越来越多的反馈系统尝试在更小且更细微的加速级别中利用加速计数据。
一个示例是防碰撞告警系统。虽然所有街头合法机动车辆都具有配置成发信号通知其它驾驶员关于刹车的刹车灯，但是这些信号没有警告后面的驾驶员关于即将发生的刹车。至少一个系统提出响应来自灵敏加速计的减速信号而激活车辆的刹车灯系统，而与刹车踏板的起动无关。授予Bloomfield等人的标题为“车辆的基于减速的防碰撞安全灯控制”的美国专利No.6411204中所述的系统包括各自具有刹车灯的关联调整的多个减速阈值。
但是，该系统未能准确说明引力，从而将其有效性限制到其中重力的影响很小的减速形式，并且降低它作为早期告警系统的有效性。在游戏和机器人行业中称作倾斜(tilt)传感器的加速计对于它们不垂直的任何引力极为灵敏。这种灵敏度使尝试在运动车辆内使用加速计来检测低加速级别的任何系统复杂化，因为系统必须考虑车辆上坡、下坡、通过弧形或外倾曲线行驶或者在拱坡行驶所引起的加速计相对地球重力的大量取向。例如，在45度下坡斜度停止的车辆中的加速计将感测到大小等于0.71倍重力加速度的减速。为了避免重力加速度假象，Bloomfield的系统仅当减速信号升到设置成高于典型行驶条件期间所引入的假象等级的预定阈值之上时才产生输出。
但是，这种装置对阈值减速的依赖降低了它作为早期告警系统的有效性。甚至主题车辆开始减慢的时间与尾随车辆开始减慢的时间之间的短延迟也会引起车辆之间的间隔或跟车距离的迅速消失，并且引起可能的碰撞。因此，车辆之间的跟车距离越短，则使尾随车辆的驾驶员避免追尾碰撞的误差余量就越小。松开加速器或者滑行往往是主题车辆的驾驶员对于观察到前面公路的非紧急交通事件的第一响应，并且通常引起轻微减速。由于未能警告其它驾驶员关于主题车辆即将发生的刹车，所提出的装置损失宝贵的时间。为了避免这个问题，阈值必须设置成较低，这可能引起影响系统的输出的重力加速度假象。例如，过低的阈值可能阻止该装置发信号通知上坡的减速，因为加速计将地球重力的一个分量感测为加速度。类似地，低阈值可能使装置在下坡期间在重力表现为减速时连续闪烁。
基于阈值的系统所引起的时间损失在另外某种应用中可能是可容许的；但是在防碰撞中，甚至节省的一瞬间也可防止碰撞。国家运输安全委员会(NTSB)于2001年1月发布的特殊调查报告说明了该问题的规模。报告指明，在1999年“美国道路上1.848百万次追尾碰撞使数千人死亡以及使将近1百万人受伤”。报告断定，甚至略微较早的告警均可防止许多追尾碰撞。
不管个别情形，这些事故中的驾驶员均无法检测减慢或停止的交通并且及时停车以防止追尾碰撞。如果客车驾驶员具有0.5秒附加告警时间，则可防止大约60％的追尾碰撞。额外一秒的告警时间可防止大约90％的追尾碰撞。[NTSB特殊调查报告SIR-01/01，防止追尾碰 撞的基于车辆和基础设施的技术]
发明内容
在本申请中，“加速”表示正加速和负加速(有时称作“减速”)的任一个或两个，而“减速”仅表示负加速。
本发明提供用于警告其它车辆的驾驶员关于主题车辆将要刹车和/或跟随车辆可能需要减速的任何可能性的系统和方法。这种告警比传统尾部刹车警告系统所提供的告警更早发生。本发明的优选实施例利用了现代驾驶员通过使用这些系统传送新的减速告警迅速响应尾部刹车告警灯的现有调节。
本发明的一些实施例涉及通过结合来自脉冲或正弦波发生器的与所行驶的车辆距离直接相关的信号来克服现有技术的限制的装置。这些装置通常称作车辆速度传感器(VSS)。大多数现代车辆配备了电子VSS作为标准设备。普通(stock)VSS与车辆的电子控制模块(ECM)和速度计进行通信，以便向操作员显示车辆的速度。但是，VSS可作为售后附件安装。
本发明的实施例涉及使用来自车辆VSS的信号来检测车辆的减速以及响应车辆的减速而调整(modulate)车辆的告警灯。优选地，VSS发出具有与车辆的速度对应的周期函数。例如，本发明的一些实施例使用输出具有与车辆的速度对应的频率的DC脉冲的VSS。另外，本发明的一些实施例使用输出具有与车辆的速度对应的频率的AC正弦函数的VSS。
在一个方面，本发明涉及车辆通信系统。该车辆通信系统包括：车辆速度传感器，配置成发出具有与车辆的速度相关的参数的周期函数；加速监测系统，配置成从车辆速度传感器的周期函数来计算车辆的加速度以及输出车辆的减速状态；刹车系统啮合(engagement)检测器，检测车辆的刹车状态；告警装置，能够发信号通知其它驾驶员关于车辆的减速状况；以及控制装置，与加速监测系统、刹车系统啮合检测器和告警装置耦合，其中加速监测系统向控制装置发送信号，以及控制装置以与车辆的减速状态相关的方式来操作告警装置。优选地，参数是周期函数的频率。在一些实施例中，参数是周期函数的脉冲宽度。
本发明的一些实施例涉及警告接近车辆的驾驶员关于该车辆的减速及刹车的方法。该方法包括以下步骤：感测车辆的速度；产生具有与车辆的速度相关的参数的周期函数；根据周期函数的参数的变化来确定车辆的减速速率；检测车辆的刹车状态；检测车辆的油门状态；以及如果车辆正在减速，则发出信号指明车辆正在减速，其中信号根据车辆的减速的速率、刹车状态和油门状态而改变。
VSS所发出的周期函数优选地具有与其频率关联的脉冲宽度。本发明的一些实施例测量脉冲宽度的变化，以便确定减速。一些实施例测量频率的变化，以便确定减速。一些实施例结合脉冲宽度和频率来确定减速。
在测量脉冲宽度的变化以确定减速的实施例中，将第一脉冲与第二脉冲之间的距离或宽度和第二脉冲与第三脉冲之间的距离或宽度进行比较。如果宽度的时长比前一宽度要长，则车辆正在减速。如果宽度比前一宽度要短，则车辆为加速。如果脉冲的宽度相等，则车辆的速度为恒定。
本发明还提供在响应来自加速计的数据而转弯时调整车辆的悬挂(suspension)的系统。在一些实施例中，陀螺仪用于检测车辆是否转弯。
附图说明
图1A示出根据本发明的一个实施例、定位用于测量横向加速度并且包含在加速计陀螺传感器中的单线加速计。
图1B示出根据本发明的一个实施例、定位用于测量垂直和纵向加速度并且包含在加速计陀螺传感器中的双线加速计。
图2A示出根据本发明的一个实施例、定位用于测量航向(heading)并且包含在加速计陀螺传感器中的陀螺仪。
图2B示出根据本发明的一个实施例、定位用于测量横向倾斜并且包含在加速计陀螺传感器中的陀螺仪。
图2C示出根据本发明的一个实施例、定位用于测量纵向倾斜并且包含在加速计陀螺传感器中的陀螺仪。
图3A是示出根据本发明的一个实施例的追尾碰撞避免系统中警告驾驶员关于主题车辆减速的组件的示意图。
图3B示出根据本发明的优选实施例的控制装置的状态机图。
图3C示出根据本发明的一个备选实施例的控制装置的状态机图。
图4示出根据本发明的一个实施例的防侧翻系统的示意图。
图5示出根据本发明的一个实施例的发动机性能监测系统的示意图。
图6示出根据本发明的一个实施例的悬挂和路况监测系统的示意图。
图7示出根据本发明的一个实施例的导航系统。
图8示出根据本发明的一个实施例的防侧翻系统的示意图。
图9是示出根据本发明的优选实施例的追尾碰撞避免系统中警告驾驶员关于主题车辆减速的组件的示意图。
具体实施方式
如图1B和图2C所示，本发明的一个实施例包括定位在运动主体(未示出)上、具有形成所示pitch-yaw平面的pitch轴线和yaw轴线的双轴线加速计和电子陀螺仪，该运动主体尝试沿垂直于pitch-yaw平面的运动向量运动。双轴线加速计的第一轴线称作纵向轴线，它设置成垂直于pitch轴线和yaw轴线的平面，以便感测沿运动向量的加速。加速计的第二轴线称作垂直轴线，它设置成平行于yaw轴线(因而垂直于运动向量)，以便感测沿yaw轴线的加速。因此，加速计的这两个轴线形成与pitch-yaw平面垂直的纵向-垂直平面。
图2C中的陀螺仪与加速计的纵向-垂直平面平行安装，因而还沿着与运动主体的pitch-yaw平面垂直的平面。这种配置允许它感测运动主体的运动向量相对作用于主体的重力加速度的倾斜。
在本发明的一些实施例中，加速计用于检测其它类型的运动。图1A所示的方位允许检测横向加速度。图1A中，以称作横向轴线、与pitch轴线平行的第一轴线配置的单轴线加速计感测主体的横向加速度，例如与纵向-垂直平面垂直的平面的加速度。
当主体受到横向加速时，它的实际运动不再沿着预期运动向量。因此，在横向加速期间，可包含另一陀螺仪，以便感测实际运动向量中沿着横向轴线的分量的倾斜。图2B示出配置成平行于pitch-yaw平面、因而配置成检测称作主体的横向倾斜的沿着横向轴线的运动分量的倾斜的陀螺仪。
在一些实施例中，系统还包括另一个陀螺仪，它配置成平行于横向-纵向平面(所有合乎需要的运动向量将位于该平面中)，以便检测主体的航向。对于向导航系统提供补充数据的那些实施例需要这个附加陀螺仪。
优选地，本发明的实施例包括逻辑电路，该逻辑电路配置成接收沿横向轴线、纵向轴线和垂直轴线的加速度以及必要时的横向、纵向倾斜和航向的信号，并处理这些信号，以便产生表示运动主体的运动特性的各种输出信号。它们优选地包括：绝对纵向加速度(正和负)、绝对垂直加速度(正和负)、绝对横向加速度(正和负)、航向以及实际速度。
虽然加速计固有稳定，并且当内部补偿温度时尤其如此，但是，机械和电子的陀螺仪均可遭受不稳定性和偏移。由于这些偏移特性，陀螺仪通常要求周期性自动调零或者再定位(re-referencing)，以便提供可靠的输出。
在本发明的一些实施例中，检测绝对减速的方法包括再定位的步骤。这个任务优选地使用来自加速计的信号来实现，但在其它实施例中，使用霍耳效应、电子或其它类型的罗盘。
再定位优选地定期进行；对于使用霍耳效应或者另外某种独立罗盘的系统，系统只是在指定航向或定时间隔进行再定位考。但是，使用用于再定位的加速计数据的系统优选地更为谨慎。静止时，来自加速计的任何信号本质上表示地球重力，这个信号可提供本发明中包含的任何陀螺仪的初始定位，它优选地在主体的运动之前发生。
一旦主体开始运动，在没有周期性再定位的情况下，陀螺仪输出可变得不可靠。本发明讲述在行驶期间再定位的若干方法。其中一部分仅可适用于包括周期停止的行驶。例如，垂直轴线或横向轴线加速计可用于检测主体是否停止。当它停止时，来自加速计的纵轴线的信号可用于对陀螺仪进行再定位。另外，在预定时间段没有检测到加速的行驶期间的任何点，陀螺仪可被再定位。这样，甚至在没有任何停止的延长行驶期间也可发生重复的定位。
本发明优选地在车辆中实现，并且相对于车辆来描述本发明的以下实施例。但是，本发明所讲述的方法和系统可在除了车辆之外的各种运动主体中实现。
示例1：追尾避免碰撞
图3A是示出根据本发明的一个实施例的追尾避免碰撞系统300中告警驾驶员关于主题车辆减速的组件的示意图。追尾避免碰撞系统300包括加速计-陀螺传感器310、刹车系统啮合检测器320、油门啮合检测器330和控制装置340。加速计-陀螺传感器310与控制装置340耦合，检测车辆的绝对纵向减速，并向控制装置340发送信号。刹车系统啮合检测器320也与控制装置340耦合，检测车辆的刹车系统的任何啮合，并向控制装置340发送信号。油门啮合检测器330还与控制装置340耦合，并检测油门的啮合。在备选实施例中，本发明还包括附加输入装置，例如配置成向控制装置340转发离合器状态的离合器啮合检测器。随后，控制装置340处理它从加速计-陀螺传感器310、刹车系统啮合检测器320和油门啮合检测器330接收到的输入信号，并且判定是否激活车辆的告警装置。在一些实施例中，控制装置340仅当车辆减小油门但没有刹车时才激活告警装置。在一些实施例中，控制装置340仅当绝对纵向减速非零时才激活告警装置。在一个实施例中，通信系统还包括告警装置激活电路350，其中控制装置340耦合到告警装置激活电路350并向其发送信号，所述告警装置激活电路350根据来自控制装置340的信号来激活告警装置。
在其它一些实施例中，来自车辆速度传感器(VSS)的输入用于执行类似功能。图9是示出根据本发明的一个实施例的追尾避免碰撞系统900中警告驾驶员关于主题车辆减速的组件的示意图。追尾避免碰撞系统900包括车辆速度传感器910、加速监测系统915、刹车系统啮合检测器920和控制装置940。在一些实施例中，追尾避免碰撞系统900还包括油门啮合检测器930。
车辆速度传感器910与加速监测系统915耦合，加速监测系统915与控制装置940耦合。车辆速度传感器910检测车辆的速度，并且发出具有与车辆的速度相关的频率的周期函数。加速监测系统915使用周期函数的变化来计算车辆的加速度(或减速度)。加速监测系统915向控制装置940发送表示车辆的减速度的信号。刹车系统啮合检测器920也与控制装置940耦合，检测车辆的刹车系统的任何啮合，并向控制装置940发送信号。如果油门啮合检测器930存在，则也与控制装置940耦合，并检测油门的啮合。在备选实施例中，本发明还包括附加输入装置，例如配置成向控制装置940转发离合器状态的离合器啮合检测器。随后，控制装置940处理它从加速监测系统915、刹车系统啮合检测器920和油门啮合检测器930接收的输入信号，并且判定是否激活车辆的告警装置。在一些实施例中，控制装置940仅当车辆减小油门但没有刹车时才激活告警装置。在一些实施例中，控制装置940仅当绝对纵向减速非零时才激活告警装置。在一个实施例中，通信系统还包括告警装置激活电路950，其中控制装置940耦合到告警装置激活电路950并向其发送信号，所述告警装置激活电路350根据来自控制装置940的信号来激活告警装置。
优选实施例使用微处理器或者微控制器作为加速监测系统915来测量连续脉冲之间的脉冲宽度差。如果VSS所产生的周期函数为DC脉冲，则仅需要一条导线与VSS 910接口。如果周期函数为AC正弦波，则使用两条导线。
参照图9所示的优选实施例的功能优选地在包含涉及信号调节的各种分立电子组件以及实际进行计算的微处理器或者微控制器的模块中执行。优选地，它们包括以下中的一个或多个：微处理器、解释器、电压调节器、RAM、EEPROM、谐振器、通信端口和电路连同各种滤波和电压保护电路。优选地，该模块能够准确测量和比较一百万分之一秒或以下的脉冲宽度以及所有在微秒至毫秒的时间帧内的零(0)至兆赫兹的频率。虽然本发明可通过模拟或机电电路来实现，但是，优选实施例通过包括可编程元件的数字电路来实现。
另外，在一些实施例中，以上所述的各种实施例在包括独立售后VSS的模块中实现。这些实施例在用于更新没有配备作为原始设备的VSS的老式车辆时是有利的。
另外，一些实施例甚至在较新车辆上也使用售后VSS。例如，一种这样的VSS包括配置成检测机动车辆的万向接头的旋转的传感器。一些实施例使用类似传感器来检测其它运动部件的旋转。
在这个实施例中，传感器安装在车尾壳体上或者安装在变速箱(transmission)的后端，其中传感器设置在万向接头之上。传感器没有与旋转万向接头接触，而是处于例如1/8或1/4英寸空气间隙的非常接近的位置。
传感器优选地配置成感测黑色金属。因此，不需要将任何部件附于实际旋转万向接头。万向接头通常具有四个突起。传感器可选地配置成感测这些突起中的两个或者四个。所得信号表示每当突起经过磁场时传感器所产生的磁通量场的变化。
本发明的一些实施例中使用的一种类型的传感器包括带有或没有磁芯的线圈。当电压施加到线圈时，在线圈周围产生磁通量场。如果黑色金属物体经过那个场，则它只消耗少量(存储在场中的)功率，引起线圈和为线圈馈电的导体中的电流和电压的变化。然后使用这个信号来产生方波。
本发明的实施例包括输入装置。如上所述包括刹车系统啮合检测器、油门啮合检测器、加速计-陀螺传感器和VSS/加速监测系统。在备选实施例中，本发明还包括附加输入装置，例如配置成向控制装置转发离合器状态的离合器啮合检测器。
本发明的实施例包括告警装置。在本发明中，告警装置优选地包括车辆上能够闪烁并且发出可见光的灯。在一个方面，告警装置的灯只以恒定速率闪烁，而在另一方面，灯以可变速率闪烁，此外，其中控制装置配置成使灯以与减速速率相关的速率闪烁。灯优选地为以下中之一：常规信号灯和常规刹车灯。但是，在另一个实施例中，告警装置是能够将RF信号从车辆尾部导向尾随车辆的射频(RF)发射器。在其它实施例中，告警装置将其它类型的不可见辐射用于打信号。优选地，紧接的车辆包括用于接收不可见辐射并且产生通知驾驶员关于减速的告警信号的装置。
例如，在其它一些实施例中，所使用的信号灯包括双色发光二极管(LED)。在这些实施例中，双色LED根据用于激励它们的电流的极性来改变颜色。因此，在这些实施例中，控制装置配置成向双色LED提供具有根据待发送信号而改变的极性的电流。例如，在一个实施例中，控制装置当没有发生减速并且刹车未啮合时使双色LED保持未激励，在减速时提供具有使双色LED发出黄光的极性的电流，以及在刹车时提供具有使双色LED发出红光的极性的电流。
术语“常规信号灯”和“常规刹车灯”在本专利中使用时，指的是在机动车辆初始制造期间包含在其中的那种类型的信号灯或刹车灯。除了常规信号灯和刹车灯之外，本发明还考虑通过使用与附于车辆的售后装置来打信号。
通信系统可体现为售后附件产品或者原始车辆系统。这些实施例包括不同类型的控制器。在附件系统中，控制装置优选地没有干预现有刹车灯系统控制器。控制装置通过实质上独立于现有刹车灯控制系统的方式与刹车灯进行通信。本发明中使用的控制装置可包括继电器、开关或微控制器。在一个方面，售后系统可向告警装置激活电路连续供电，而无需中间控制装置。
但是，在原始设备系统中，根据本发明的通信系统优选地包括还包含用于常规刹车灯系统的控制系统的控制装置，由此通信系统是所有刹车灯的集成控制和电路系统。在这个方面，单个控制系统实现常规刹车打信号以及本发明中描述的打信号的任务。
在操作期间，本发明的通信系统使用来自各种输入装置的信息来确定操作告警装置的方式。在一个方面，只要油门松开，则通信系统根据加速计-陀螺传感器的输入连续调整告警装置，而不管刹车系统状态。在另一个方面，一旦啮合刹车系统，通信系统连续激活告警装置，直至松开刹车系统，于是通信系统在选择操作告警装置的方式时再次考虑到油门和加速计-陀螺传感器的输入。在第三方面，在常规刹车系统独立于本发明中所述的通信系统存在的情况下，控制装置响应刹车系统啮合进行去激活，并且在刹车系统松开时重新激活。优选地，控制装置在若干循环中接收输入，并且确定告警装置在各循环内的操作。
在一个实施例中，控制装置940在时间上实质连续的若干循环中从加速监测系统915、刹车系统啮合检测器920和油门啮合检测器930得到输入。在优选实施例中，对于各循环，控制装置940进入四种状态之一：I)它在整个循环不激活告警装置；II)它在整个循环激活告警装置；III)它在相对循环的时长的很短的时段激活告警装置至少一次；或者IV)它在循环中多次激活告警装置。
图3B示出其中处理这四种输出状态的优选实施例。包含在根据本发明的控制装置中的状态机301采取五种可能的输入状态，对于其中的四种不考虑油门状态：1)没有压下刹车踏板，没有检测到减速；2)没有压下刹车踏板，检测到减速；3)压下刹车踏板，检测到减速；或者4)压下刹车踏板，没有检测到减速。状态5)仅当松开油门时并且没有压下刹车踏板时发生。输入状态1对应于输出状态I，输入状态2对应于输出状态III，输入状态3和5对应于输出状态II，而及输入状态4对应于输出状态IV。
处理所有输入状态之间的转变，并且每一个转变是刹车或加速事件的似乎可能的结果。例如，松开油门踏板的驾驶员引起从状态1到状态5的转变。在第一循环检测状态5中，点亮刹车灯。一旦检测到所需的减速级别，则发生从状态5到状态2的转变。在第一循环检测状态2中，刹车灯闪烁，或者激活另一告警装置，与输出状态II对应。从状态1直接到状态2的转变可在开始爬陡坡时发生：油门啮合，刹车踏板松开，但车辆开始减速。
如果驾驶员再次啮合油门，或者在向上行驶的情况下加大油门，则发生从状态5到状态1或者从状态2到状态1的转变。如果驾驶员随后压下刹车踏板，则发生从状态2或状态5到状态3的转变。在压下刹车踏板时，状态II输出使刹车灯保持为点亮。此外，当压下刹车踏板时，可发生从状态3到状态4的转变。在这个实施例中，在状态4，灯以增加的速率闪烁。每当压下刹车踏板时，发生状态II或IV输出，并且实际上忽略加速计-陀螺传感器数据。当释放刹车踏板时，进入输入状态1、输入状态2和输入状态5中之一。
从输入状态3到2的转变对应于轻踏(tap)或猛踩(pump)刹车踏板。根据循环包含的时间长度，可发生残余刹车灯闪烁。从输入状态3或4到状态1的转变分别对应于在坡上的翻滚停止或者下坡时的向前翻滚的加速。当向后下坡时、例如在坡上的停车灯时，可出现从输入状态4到2的转变。这针对当前系统的另一个特征——提供回退的告警。
在图3C所示的备选实施例中，包含在根据本发明的控制装置中的状态机301’，系统仅考虑前三种状态。状态机301’采取四种可能的输入状态：1)没有压下刹车踏板，没有检测到减速；2)没有压下刹车踏板，检测到减速；3)压下刹车踏板，检测到减速；或者4)压下刹车踏板，没有检测到减速。输入状态1对应于输出状态I，输入状态2对应于输出状态III，而输入状态3和4对应于输出状态II。
处理所有输入状态之间的转变，并且每一个转变是刹车或加速事件的似乎可能的结果。例如，驾驶员使脚离开加速器踏板引起从状态1到状态2的转变。在第一循环检测状态2中，刹车灯闪烁，或者激活其它告警部件，与输出状态III对应。从状态1到状态2的这种转变也在开始爬陡坡时发生：压下加速器，刹车踏板松开，但车辆开始减速。如果驾驶员再次压下加速器，或者在向上行驶的情况下进一步压下加速器，则发生从状态2到状态1的转变。如果驾驶员随后压下刹车踏板，则发生从状态2到状态3的转变。在压下刹车踏板时，状态II输出使刹车灯保持为点亮。此外，当压下刹车踏板时，可发生从状态3到状态4的转变。在这个实施例中，这种转变没有引起输出的变化。每当压下刹车踏板时，发生状态II输出，并且实际上忽略加速计-陀螺传感器数据。当释放刹车踏板时，进入输入状态1或输入状态2。
在这个实施例中，状态之间的转变与优选实施例中的相同。从输入状态3到2的转变对应于轻踏或猛踩刹车踏板。根据循环包含的时间长度，可发生残余刹车灯闪烁。从输入状态3或4到状态1的转变分别对应于在坡上的翻滚停止或者下坡时的向前翻滚的加速。当向后下坡时、例如在坡上的停车灯时，可出现从输入状态4到2的转变。这针对当前系统的另一个特征——提供回退的告警。
本发明的实施例为主题车辆的驾驶员提供一种通信系统，该通信系统向其它车辆提供关于主题车辆的任何减速或者刹车的可能性的告警信号。本发明的一个新颖且区别特征在于，主题车辆的通信系统警告其它车辆关于主题车辆将开始刹车的任何可能性。情况如此是因为就在刹车踏板的任何啮合之前通常是油门的松开。
因此，本发明向尾随车辆的驾驶员提供关于主题车辆减速的意图、比现代车辆中目前可用的更早的告警，现代车辆仅提供在驾驶员压下刹车踏板时或者在加速计单元检测到阈值减速时起动告警灯的系统。以本发明利用的这些告警系统为条件，现代驾驶员通过使用这些告警系统传送新的或更广泛的告警迅速响应尾部的刹车告警灯。由于现代公路上的跟车距离往往不充分，所以这种布置可防止许多追尾碰撞。
示例2：防侧翻系统
在本发明的一些实施例中，来自绝对横向加速的感测的输出用于通过使运动车辆的外部悬挂变硬和/或使内部悬挂放松来调整悬挂系统。此外，在其它一些实施例中，简单横向加速用于在转弯期间调整悬挂系统。
当横向加速或力施加给车辆时，部分由于悬挂系统的柔软性，车辆倾向于在与所施加力相反的方向倾斜。这使重心进一步离开中心，以及在一些情况下移到其接近临界侧翻点的轴距(wheelbase)之外。使外部悬挂变硬和/或使内部悬挂放松将车辆的重心相对轴距保持在更紧密的包络之内。反之，特别是在高重心负荷车辆中，这在其负荷的重心超过轴距并且达到临界侧翻点时影响侧翻的倾向。另外，通过以这种方式调整悬挂系统，左侧与右侧车轮之间的负荷分布保持为更均匀，从而产生改进的牵引。
以上所述可采用绝对横向加速信号和陀螺校正或者采用未经校正的横向加速信号来实现。在后一种情况下，为感测横向加速而安装的加速计还检测侧倾转弯期间的重力加速度的分量。该重力分量相对横向(离心)加速度的强度将取决于转弯的速度。相应地执行对悬挂系统的校正。另外，可以仅当车辆转弯时才使用这种类型的悬挂调整系统。安装在水平平面以感测航向的陀螺仪(例如图2A)可用于感测车辆是否转弯。
它们通常配置为脉宽调制(PWM)控制装置。这类装置通常接收模拟电压电平输入，它们然后被转换成对应脉冲宽度输出。这类输出是对已调节电流量进行控制并将其向例如液压螺线管等装置传递的常用方法。液压螺线管当然负责增加、减小或保持液压或气动悬挂系统中的压力级。
使用绝对加速信号的防侧翻装置400如图4所示。在这个实施例中，假定车辆配备了通常为液压或气动的可调悬挂系统。当感测到绝对横向加速时，加速计-陀螺传感器410向悬挂选择器420发送表示绝对横向加速的信号，悬挂选择器420将信号传递给负责控制悬挂的相关象限(quadrant)的控制器。悬挂选择器420必须解释信号以便确定适当的象限。例如，其中悬挂系统432由悬挂控件(control)431控制的Q1可以是右前轮；其中悬挂系统442由悬挂控件441控制的Q2可以是左前轮；其中悬挂系统452由悬挂控件451控制的Q3可以是右后轮；以及其中悬挂系统462由悬挂控件461控制的Q4可以是左后轮。其它排序当然是可行的，例如在系统仅具有两个独立区域时，则前后紧接地对两侧进行控制。
使用横向加速计的防侧翻装置800如图8所示。在这个实施例中，假定车辆配备了通常为液压或气动的可调悬挂系统。当感测到横向加速时，加速计810向悬挂选择器820发送表示横向加速的信号，悬挂选择器820将信号传递给负责控制悬挂的相关象限的控制器。悬挂选择器820必须解释信号以便确定适当的象限。例如，其中悬挂系统832由悬挂控件831控制的Q1可以是右前轮；其中悬挂系统842由悬挂控件841控制的Q2可以是左前轮；其中悬挂系统852由悬挂控件851控制的Q3可以是右后轮；以及其中悬挂系统862由悬挂控件861控制的Q4可以是左后轮。其它排序当然是可行的，例如在系统仅具有两个独立区域时，则前后紧接地对两侧进行控制。
示例3：性能监测系统
由于燃料效率目标和竞争压力，新型车辆具有通过传感器和检测器阵列来监测发动机系统性能的能力。绝对加速计/陀螺仪组合提供传递实际功率-地(power-to-the-ground)数据以供发动机/车辆性能计算使用的能力。在这个实施例中，加速计-陀螺传感器连续合计绝对加速度值，以便提供可供制造商车辆计算机单元(VCU)使用的绝对加速度和实际速度值。
例如，图5所示的系统500包括加速计-陀螺传感器510，它向车辆计算机单元(VCU)520(或者至少它的发动机监测部分)传递实际速度数据和绝对加速度数据。VCU 520使用基线发动机性能数据540来通过反馈机制进行自校正或者通过性能告警系统发出警告。
制造商的基线发动机性能数据有助于确定对于给定油门量应当实现多大加速度以及对于给定油门量应当为哪种车辆速度。例如，VCU可能已经转到最大效率，但是，车辆的对应速度或加速度可以是比预计的小多个百分点，也许指明轮胎压力很低或者车辆加载到比正常情况更高等级，在这种情况下应当增加轮胎压力。
示例4：路况或悬挂状况监测系统
由于所使用并且作为本发明的一部分的加速计-陀螺传感器可使用在垂直位置的双轴线加速计的一个轴线，所以垂直加速输出信号对需要这种信息的其它监测器或计算机可用。这种要求可以是监测和评估路面质量和/或减震器利用和性能。例如，当这种车辆依靠磨损减震器行驶时，对于车辆的驾驶员是明显的。但是，当那些减震器在延长时间段缓慢磨损时，它变得不太明显。驾驶员可认识到减震器已经磨损的第一时间是在需要临界性能的情况，或者当他们更换已磨损轮胎并且看到已磨损减震器的轮胎上的迹象时。绝对A/G传感器检测到垂直加速度的极小增量。增加垂直加速级别可易于监测，因而向驾驶员提供关于减震器系统的退化的通知。
例如，在图6所示的系统600中，加速计-陀螺传感器610向VCU620(或者至少它的悬挂监测部分)提供绝对垂直加速度数据。VCU620可使用基线悬挂性能数据640来通过反馈机制进行自校正或者通过悬挂告警系统630发出警告。
示例5：导航系统
在大多数实施例中，加速计-陀螺传感器连续监测加速度；加速度单位与时间单位相乘产生速度单位(其中速率作为其数量)。优选地，加速计-陀螺传感器随着时间的小增量而连续合计加速度单位。在这种情况下，加速计-陀螺传感器提供合成的速度或速率作为输出。优选地，当合并有水平安装的陀螺仪时，加速计-陀螺传感器还提供方向或航向作为输出。
因为速度或速率和航向是惯性导航系统所需的原始要素。在图7所示的系统700中，加速计-陀螺传感器710提供实际速度和航向信息作为至导航系统控制器720的输出。通常将导航数据从全球定位系统(GPS)730直接提供给导航系统输入/输出(I/O)750的导航系统控制器720在与GPS卫星系统的连接丢失的时段期间结合来自加速计-陀螺传感器710的航向信息。又为了向惯性导航系统740提供航向数据，导航控制器接收来自惯性系统的导航数据，以便补充或替代其GPS数据。
优选地，导航系统控制器720还将GPS航向数据又提供给加速计-陀螺传感器710，以便准许其中包含的陀螺仪的再定位。水平安装的陀螺仪的连续定位和再定位在获取卫星信号的同时利用GPS航向值。一旦卫星信号丢失，陀螺航向值使用来自GPS的最后已知有效航向而占优。这种在GPS系统已经丢失时将绝对A/G值用于对GPS数据的补充数据的方法将在汽车行业以外的许多应用中得到应用。
使输出信号格式的这些要素通过数据端口在基于车载GPS的导航系统上可用于在丢失或减弱卫星信号的时段期间的补充，使得GPS导航系统的用户在这些时段期间没有注意到故障时间。
在另一个方面，由于速度或速率可通过合计正和负加速度并且与时间相乘来跟踪，通过与时间的第二次相乘可产生距离，所以它在导航中也是有用的。
示例6：高度计系统
在另一方面中，随时间合计正和负垂直加速度产生高度。例如，设置在飞机或者其它飞行物体中的包括加速计-陀螺传感器的仪表包含对所有加速度连续合计并且输出高度的电路。备选地，包含在非飞行的交通工具中所包括的加速计-陀螺传感器的系统对高度变化进行跟踪，并且输出用于改变发动机性能或者另外某种类型的参数的信号。
这种确定高度的方法具有优于依靠雷达、压力传感器或GPS三角测量来确定高度的现行方法的某些优点。当然，它在确定高于海平面(ASL)的高度时的准确性依靠于初始高度的知识，以及它在确定高于地平面(AGL)的高度时的准确性依靠于地形图或类似方面。由于这种类型的仪表不会揭示与飞机下面的变化的地平面有关的知识，因此，配备了它的任何飞机仍然需要雷达高度计，以便根据要求它的仪表方法确定AGL。
示例7：动态悬挂调整系统
在本发明的一些实施例中，来自横向加速的感测的输出用于通过使运动车辆的外部悬挂变硬和/或使内部悬挂放松来调整悬挂系统。
当横向加速或力施加到车辆时，部分由于悬挂系统的柔软性，它倾向于在与所施加力相反的方向倾斜。这使重心进一步离开中心，以及在一些情况下超出其接近临界侧翻点的轴距。使外部悬挂变硬和/或使内部悬挂放松使车辆的重心相对轴距保持在更紧密的包络之内。反之，特别是在高重心负荷车辆中，这在其负荷重心超过轴距并且达到临界侧翻点时影响侧翻的倾向。另外，通过以这种方式调整悬挂系统，左侧与右侧车轮之间的负荷分布保持为更均匀，从而产生改进的牵引。
它们通常配置为脉宽调制(PWM)控制装置。这类装置通常接收模拟电压电平输入，然后模拟电压电平输入被转换成对应脉冲宽度输出。这类输出是对已调节电流量进行控制并将其传递给例如液压螺线管的装置的常用方法。当然，液压螺线管负责增加、减小或保持液压或气动悬挂系统中的压力级。
防侧翻装置400如图4所示。在这个实施例中，假定车辆配备了通常为液压或气动的可调悬挂系统。当感测到绝对横向加速时，加速计-陀螺传感器410向悬挂选择器420发送表示绝对横向加速的信号，悬挂选择器420将信号传递给负责控制悬挂的相关象限的控制器。悬挂选择器420必须解释信号以便确定适当的象限。例如，其中悬挂系统432由悬挂控件431控制的Q1可以是右前轮；其中悬挂系统442由悬挂控件441控制的Q2可以是左前轮；其中悬挂系统452由悬挂控件451控制的Q3可以是右后轮；以及其中悬挂系统462由悬挂控件461控制的Q4可以是左后轮。其它排序当然是可行的，例如在系统仅具有两个独立区域时，则前后紧接地对两侧进行控制。
在其它实施例中，向悬挂控制系统提供简单横向加速。
本发明当然具有上述实施例中未论述的其它用途。已经根据结合细节以帮助了解本发明的构造和操作的原理的具体实施例描述了本发明。因此，本文对其具体实施例和细节的引用不是要将所附权利要求书的范围限制于此。本领域的技术人员清楚知道，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，可以对选择用于说明的实施例进行修改。

Claims (41)

1.一种用于车辆的通信系统，包括：
a.车辆速度传感器，配置成发出具有与所述车辆的速度相关的参数的周期函数；
b.加速度监测系统，配置成从所述周期函数的所述参数的变化计算所述车辆的加速度，并输出所述车辆的减速状态；
c.刹车系统啮合检测器，检测所述车辆的刹车状态；
d.告警装置，能够发信号通知其它驾驶员关于所述车辆的减速状况；以及
e.控制装置，与所述加速监测系统、所述刹车系统啮合检测器和所述告警装置耦合，其中，所述加速监测系统向所述控制装置发送信号，以及所述控制装置以与所述车辆的所述减速状态相关的方式来操作所述告警装置。
2.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述告警装置包括所述车辆上能够闪烁的灯。
3.如权利要求2所述的通信系统，其中，所述灯能够仅以恒定速率闪烁。
4.如权利要求2所述的通信系统，其中，所述灯能够以可变速率闪烁，以及此外，所述控制装置配置成使所述灯以与减速的速率相关的速率闪烁。
5.如权利要求2所述的通信系统，其中，所述灯是如下之一：常规信号灯和常规刹车灯。
6.如权利要求5所述的通信系统，其中，所述灯是在所述车辆原始制造期间在其上所包含的灯。
7.如权利要求5所述的通信系统，其中，所述控制装置还包括用于常规刹车灯系统的控制系统，由此所述通信系统是所有刹车灯的集成控制和电路系统。
8.如权利要求5所述的通信系统，其中，用于所述常规刹车灯系统的现有控制系统实际上未经修改，以及所述控制装置以实质上独立的方式与所述常规刹车灯系统进行通信。
9.如权利要求5所述的通信系统，其中，所述控制装置是对所述常规刹车灯系统的控制系统的补充。
10.如权利要求5所述的通信系统，其中，所述灯中之一是中高安装的停车灯。
11.如权利要求2所述的通信系统，其中，所述灯是对常规刹车灯和常规信号灯的补充。
12.如权利要求2所述的通信系统，其中，在减速期间点亮所述灯的琥珀色发光体。
13.如权利要求2所述的通信系统，其中，在减速之后点亮所述灯的红色发光体。
14.如权利要求12或13所述的通信系统，其中，所述灯的发光体是双色发光二极管。
15.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述控制装置循环接收来自所述减速检测器、所述油门啮合检测器和所述刹车系统啮合检测器的信号。
16.如权利要求1所述的通信系统，还包括与所述控制装置耦合的输入装置。
17.如权利要求16所述的通信系统，其中，所述输入装置包括配置成向所述控制装置转发油门状态的油门啮合检测器。
18.如权利要求16所述的通信系统，其中，所述输入装置包括配置成向所述控制装置转发离合器状态的离合器啮合检测器。
19.如权利要求1所述的通信系统，其中，一旦啮合所述刹车系统，则激活常规刹车灯系统并去激活所述通信系统。
20.如权利要求19所述的通信系统，其中，一旦松开所述刹车系统，则重新激活所述通信系统。
21.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述告警装置包括不可见辐射发射器。
22.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述参数是所述周期函数的频率。
23.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述参数是所述周期函数的脉冲宽度。
24.如权利要求1所述的通信系统，其中，所述车辆速度传感器包括配置成检测所述车辆的运动部件的旋转的接近传感器对。
25.一种警告接近车辆的驾驶员关于所述车辆的减速和刹车的方法，包括：
a.感测所述车辆的速度；
b.产生具有与所述车辆的速度相关的参数的周期函数；
c.根据所述周期函数的所述参数的变化来确定所述车辆的加速速率；
d.检测所述车辆的刹车状态；
e.检测所述车辆的油门状态；以及
f.如果所述车辆正在减速，则发出指明所述车辆正在减速的信号，其中，所述信号根据所述车辆的减速速率、所述刹车状态和所述油门状态而改变。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述信号包括可见光。
27.如权利要求26所述的方法，其中，发出的信号以恒定速率闪烁。
28.如权利要求26所述的方法，其中，以与减速速率相关的可变速率进行闪烁。
29.如权利要求26所述的方法，其中，所述信号通过如下之一发出：常规信号灯和常规刹车灯。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述灯是在所述车辆原始制造期间在其上所包含的灯。
31.如权利要求29所述的方法，其中，所述灯其中之一是中高安装的停车灯。
32.如权利要求26所述的方法，其中，所述信号通过是对常规刹车灯和常规信号灯的补充的灯发出。
33.如权利要求26所述的方法，其中，所述信号通过在减速期间点亮琥珀色发光体而发出。
34.如权利要求26所述的方法，其中，所述信号通过在停车期间点亮红色发光体而发出。
35.如权利要求25所述的方法，其中，所述信号包括不可见辐射。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述方法还包括：
a.在所述减速车辆附近的接近车辆接收所述信号；
b.产生告警信号通知所述接近车辆的驾驶员关于所述减速。
37.如权利要求35所述的方法，其中，所述不可见辐射是如下之一：红外线和射频。
38.如权利要求25所述的方法，其中，所述参数是所述周期函数的频率。
39.如权利要求25所述的方法，其中，所述参数是所述周期函数的脉冲宽度。
40.如权利要求25所述的方法，其中，感测所述车辆的速度的所述步骤包括感测所述车辆的运动部件的旋转的频率。
41.如权利要求38所述的方法，其中，感测所述车辆的速度的所述步骤还包括将所述旋转的频率转换成车辆速度。
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