CN104590095B - 一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法及警示灯系统 - Google Patents

Abstract

一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法，所述大型车辆上安装警示灯、用于采集车身转角信号的转角传感器和用于采集车速信号的车速传感器，所述警示灯与垂直方向调节机构、水平方向调节机构连接，所述警示方法包括如下步骤：1)实时接收所述转角传感器和车速传感器的信号，并得到警示灯的当前水平角度θ_x0，当前垂直角度θ_y0；2)车速传感器的车速为v，根据警示灯覆盖区域的直径大于等于车辆安全刹车距离的原则，计算垂直旋转角度；3)所述转角传感器的转角δ，计算水平旋转角度。以及提供一种标识大型车辆行驶过程中危险区域的警示灯系统。本发明具有良好警示功能、有效减少安全隐患。

Description

一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法及警示灯系统

技术领域

本发明涉及一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法及警示灯系统。

背景技术

近年来，随着国家工业化水平的提高以及城市建设的发展，运输车辆、工程车辆体积越来越大、载重量越来越高。大型运输车辆、黄沙车、水泥搅拌车等大型车辆越来频繁的出现在高速路、城市道路上，而与这些大型车辆有关的交通事故也频频发生。

“珍爱生命远离货车”这句话大家都很熟，原因就是网上报道的交通事故，大部分是因为大型车辆所导致的。而事实也证明大型车辆在是交通事故中的一大罪魁祸首。数据显示，2012年，全国大型车辆交通事故造成18621人死亡，约占交通事故死亡人数28％，接近三分之一。大型车辆交通事故高发的原因有：1)大型车辆载重量大，导致车辆紧急制动时间长；2)大型车辆体积较大，车体长度非常长，导致车辆拐弯变向需要较长时间和较大空间；3)大型车辆驾驶室比较高，驾驶司机存在视觉盲点，难以察觉车辆周围突发状况；4)大型车辆周边的其它车辆和行人难以判断大型车辆行驶制动距离和转向轨迹，从而超车、抢行、近距离靠近从而导致车祸；

因为大型车辆重量重、体积大，一旦发生车祸非死即伤，而且一些装载危险品的大型车辆，一旦发生车祸，往往对周边区域造成极大危害，因此减低大型车辆的交通事故率具有重要意义。

目前，针对大型车辆安全问题，人们提出了类似盲区可视的系统，使用前后左右全方位的行车记录仪，实现全车监控。司机可以通过监控查看车辆四周的环境。此类解决方案多是对汽车司机本人有警示作用，但是对大型车辆周边的汽车和行人并没有起到警示作用。在大型车辆旁边，大多数行人不清楚自己是否处于危险区域，或是超车、抢行导致车祸，也有很多人往往在不知情的情况下卷入了交通事故中。

发明内容

为了克服现有的大型车辆无警示功能、存在安全隐患的不足，本发明提供一种具有良好警示功能、有效减少安全隐患的大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法及警示灯系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法，所述大型车辆上安装警示灯、用于采集车身转角信号的转角传感器和用于采集车速信号的车速传感器，所述警示灯与垂直方向调节机构、水平方向调节机构连接，所述警示方法包括如下步骤：

1)实时接收所述转角传感器和车速传感器的信号，并得到警示灯的当前水平角度θ_x0，当前垂直角度θ_y0；

2)当前车速传感器的车速为v，根据警示灯覆盖区域的直径大于等于车辆安全刹车距离的原则，警示灯的控制垂直角度θ_y1计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_{y1}=\arctan \left\{\right\{\left[k{\log }_2(n+1)\right]v+\frac{v^2}{15.68}\}/h\}$

其中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n+1)是考虑判明是否出现刺激的参数，h为车灯距离地面的高度；

垂直旋转角度θ_y为：

θ_y＝θ_y1-θ_y0

将得到的垂直旋转角度控制信号发送到垂直方向调节机构执行；

3)当前转角传感器的转角δ，警示灯的控制水平角度θ_x1计算公式为：

其中，L为汽车轴距；

水平旋转角度θ_x为：

θ_x＝θ_x1-θ_x0

将得到的水平旋转角度控制信号发送到水平方向调节机构执行。

进一步，所述垂直方向调节机构、水平方向调节机构均包括步进电机；将所需转动角度转换成电机驱动时间，将数字信号传递给D/A转换器，并由其将数字信号转换为模拟信号；步进电机接收来自D/A转换器的模拟信号，运行从而使警示灯产生角度的变化，进而改变危险区域的照射范围。

一种标识大型车辆行驶过程中危险区域的警示灯系统，包括用于采集车身转角信号的转角传感器、用于采集车速信号的车速传感器和用于根据转角和车速测算危险区域并给出警示灯水平和垂直旋转角度的微处理器，所述车速传感器通过A/D转换器与所述微处理器连接，所述转角传感器通过A/D转换器与所述微处理器连接，所述微处理器的输出与D/A转换器连接，所述D/A转换器分别与用于驱动步进电机的八个驱动器连接，所述八个个驱动器分别连接八个步进电机，分别是左头灯水平步进电机、右头灯水平步进电机、左头灯垂直步进电机、右头灯垂直步进电机、左尾灯水平步进电机、右尾灯水平步进电机、左尾灯垂直步进电机和右尾灯垂直步进电机，左头灯、右头灯、左尾灯和右尾灯均为激光车灯。

本发明的技术构思为：当车辆在行驶过程中，在车辆周围照射一定区域，用以标识该区域为易发生车祸区域，从而警示周边车辆和行人以达到规避车祸发生的目的。本发明所涉及的警示灯，光源使用半导体激光器，确保在光线较亮或雾天等特殊环境下也能正常显示。

本发明中所述的警示灯，光源由半导体激光器也就是激光二极管组成，此种光源效率高、体积小、重量轻且价格低，不易受外界灯光影响。

附图说明

图1是警示灯系统的框架图。

图2是警示灯装置位置的示意图。

图3是汽车直行时头灯垂直方向需要转动角度示意图。

图4是汽车直行时的俯视图。

图5是汽车直行时尾灯垂直方向所需转动角度示意图。

图6是汽车转弯时警示灯水平方向所需转动角度示意图。

图7是步进电机工作原理示意图。

图8是本发明中灯单元示意图。

图9是本发明中灯单元在地上形成的激光照射点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图9，一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法，所述大型车辆上安装警示灯、用于采集车身转角信号的转角传感器1和用于采集车速信号的车速传感器2，所述警示灯与垂直方向调节机构、水平方向调节机构连接，所述警示方法包括如下步骤：

1)实时接收所述转角传感器和车速传感器的信号，并得到警示灯的当前水平角度θ_x0，当前垂直角度θ_y0；

2)当前车速传感器的车速为v，根据警示灯覆盖区域的直径大于等于车辆安全刹车距离的原则，警示灯的控制垂直角度θ_y1计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_{y1}=\arctan \left\{\right\{\left[k{\log }_2(n+1)\right]v+\frac{v^2}{15.68}\}/h\}$

其中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n+1)是考虑判明是否出现刺激的参数，h为车灯距离地面的高度；

垂直旋转角度θ_y为：

θ_y＝θ_y1-θ_y0

将得到的垂直旋转角度控制信号发送到垂直方向调节机构执行；

3)当前转角传感器的转角δ，警示灯的控制水平角度θ_x1计算公式为：

其中，L为汽车轴距；

水平旋转角度θ_x为：

θ_x＝θ_x1-θ_x0

将得到的水平旋转角度控制信号发送到水平方向调节机构执行。

进一步，所述垂直方向调节机构、水平方向调节机构均包括步进电机；将所需转动角度转换成电机驱动时间，将数字信号传递给D/A转换器，并由其将数字信号转换为模拟信号；步进电机接收来自D/A转换器的模拟信号，运行从而使警示灯产生角度的变化，进而改变危险区域的照射范围。

一种标识大型车辆行驶过程中危险区域的警示灯系统，包括用于采集车身转角信号的转角传感器1、用于采集车速信号的车速传感器2和用于根据转角和车速测算危险区域并给出警示灯水平和垂直旋转角度的微处理器4，所述车速传感器通过A/D转换器3与所述微处理器连接，所述转角传感器通过A/D转换器3与所述微处理器连接，所述微处理器的输出与D/A转换器5连接.

本实施例以四个警示灯为例进行说明，所述D/A转换器分别与用于驱动步进电机的八个驱动器连接，所述八个个驱动器分别连接八个步进电机，分别是左头灯水平步进电机7.1、右头灯水平步进电机7.2、左头灯垂直步进电机7.3、右头灯垂直步进电机7.4、左尾灯水平步进电机7.5、右尾灯水平步进电机7.6、左尾灯垂直步进电机7.7、右尾灯垂直步进电机7.8，所述步进电机连接相应激光灯单元8.1--8.4，左头灯、右头灯、左尾灯和右尾灯均为激光车灯。

所述的微处理器，接收经A/D转换器转换之后的车速信号和转角信号，假设在时间t₀时接收到车速为v，内侧前轮转角为δ，根据车速和转交信号计算车辆垂直方向步进电机旋转角度为θ_y1，水平方向步进电机旋转角度为θ_x1。

本实施例将行车状态分为两种情况，第一种是车辆直行时，第二种为车辆转弯行驶时。

1)参照图3、图4、图5，当车辆在直行时，行人进入车辆安全刹车距离S内，则可能有被撞击的危险。因此本发明警示灯覆盖区域的直径必须不小于车辆安全刹车距离。而改变警示灯覆盖区域是通过调节车灯垂直方向角度来实现的。本发明中头灯、尾灯都需要调节垂直方向角度，且角度一致。

所述安全刹车距离S由两部分组成：刹车距离S₁和反应距离S₂。

刹车距离S₁与制动作用力、车重、车速以及路面状况等因素有关系，同时还受到很多其他复杂因素的制约。综合考虑，汽车刹车距离主要取决于车速v和轮胎与地面之间的摩擦力f，摩擦力的大小取决于摩擦系数μ和车重m。假设摩擦系数为μ，则汽车的刹车距离近似公式为：

$\left\{\begin{array}{c}f=\mathrm{\μmg}\\ a=\frac{f}{m}=\mathrm{\μg}\end{array}\right.$

$S_1=\frac{1}{2}{{\mathrm{at}}_0}^2=\frac{1}{2}a{\left(\frac{v}{a}\right)}^2=\frac{v^2}{2\mathrm{\μg}}$

摩擦系数μ与多种因素有关,一般值为0.8左右，g＝9.8m²/s。

反应距离S₂由反应时间t₁和车速v决定。反应时间是指人或外界获得信息，经过大脑加工分析发出指令到运动器官开始执行动作所需的时间。

由于人的生理心理因素的限制，人对刺激的反应速度是有限的，而且随着年龄及个体的不同而不同。一般条件下，反应时间约为0.1～0.5s。对于复杂的选择性反应时间达1～3s，要进行复杂判断和认识的反应时间平均达3～5s，具体的带有判别的反应时间t1可用下式求得：

t₁＝klog₂(n+1)

式中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n+1)是考虑判明是否出现刺激。

S₂＝vt₁

因此所述安全刹车距离S的近似公式为:

$S=S_1+S_2=\left[k{\log }_2(n+1)\right]v+\frac{v^2}{15.68}$

参照图3，车灯角度θ_y1的近似公式为：

$\tan {\mathrm{\θ}}_{y1}=S/h=\left\{\right[k{\log }_2(n+1)]v+\frac{v^2}{15.68}\}/h$

式中，h为车灯距离地面的高度。

由上可得：

${\mathrm{\θ}}_{y1}=\arctan \left\{\right\{\left[k{\log }_2(n+1)\right]v+\frac{v^2}{15.68}\}/h\}$

当车辆加速，由车速传感器2获得车辆速度数据并传递给A/D传感器3.2，由3.2将模拟信号转换成数字信号传递给微处理器4.1，微处理器根据以上推算过程计算出车辆安全刹车距离及车灯垂直方向所需角度θ_y1，并根据θ_y1以及车灯原角度θ_y0，计算出车灯垂直方向需要转动角度

θ_y＝θ_y1-θ_y0

微处理器将指定驱动7.2、7.4、7,6、7.8四个垂直步进电机调整警示灯垂直方向的角度以及转动方向，并将所需转动角度转换成电机驱动时间，微处理器将以上该数字信号传递给D/A转换器5，并由其将数字信号转换为模拟信号，并驱动7.2、7.4、7,6、7.8四个垂直步进电机运行从而使警示灯产生θ_y角度的转动，进而改变危险区域的照射范围。

2)当车辆转弯时，为了使警示区域更加精确，警示灯水平方向和垂直方向角度都需要改变。本发明中头灯和尾灯都需要调节水平和垂直方向角度，且角度相同，下文只详细解释头灯旋转角度的计算方法，尾灯旋转角度的计算方法与头灯一致。垂直方向所需角度θ_y1计算过程与车辆直行时垂直方向角度计算过程一致，这里不做重复说明。水平方面所需角度θ_x1计算过程如下：

参照图6根据阿克曼几何原理可知：(R为内侧前轮转弯半径，L为汽车轴距，δ为内侧前轮转角，即转角传感器的转角)

参照图6可得：

$\cos \∠\mathrm{GBO}=\frac{S}{2R}$

所以：令θ_x1为所求水平方向旋转角度：

有上述公式可得：

进一步地，当车辆加速时，由转角传感器1获得汽车内侧前轮转角δ并传递给A/D传感器3.1，由车速传感器2获得车辆速度数据并传递给A/D传感器3.2，并由3.1、3.2将模拟信号转换为数字信号传递给微处理器4.1，微处理器根据以上推算过程计算出车辆安全刹车距离以及车灯所需垂直方向以及水平方向角度θ_x1、θ_y1，并根据车灯原角度θ_x0，θ_y0，分别计算出车灯垂直方向和水平方向需要转动的角度。

θ_x＝θ_x1-θ_x0(水平)

θ_y＝θ_y1-θ_y0(垂直)

微处理器将指定驱动7.2、7.4、7.6、7.8四个垂直步进电机调整警示灯垂直方向的角度以及转动方向，并将所需转动角度转换成电机驱动时间，微处理器将以上数字信号传递给D/A转换器5，并由其将数字信号转换为模拟信号，并驱动7.2、7.4、7.6、7.8四个垂直步进电机运行从而使警示灯产生θ_y角度的转动，从而改变危险区域的照射范围。

进一步的，微处理器将指定驱动7.1、7.3、7.5、7.7四个水平步进电机调整警示灯水平方向的角度以及转动方向，并将所需转动角度转换成电机驱动时间，微处理器将以上数字信号传递给D/A转换器5，并由其将数字信号转换为模拟信号，并驱动7.1、7.3、7.5、7.7四个水平步进电机从而使警示灯产生θ_x角度的转动，从而精确水平方向危险区域的照射范围。

可根据实际需要，在车辆直行时给左、右尾灯添加一个起始角度，从而在大型车辆行驶周边产生一定角度的默认警示区域照射，以提醒车辆行驶周边的其它车辆和行人。

本实施例中所述的警示灯，光源由半导体激光器也就是激光二极管组成，此种光源效率高、体积小、重量轻且价格低，不易受外界灯光影响。所述灯单元由100*100的半导体激光器阵列组成。每个激光器波长为650NM，输出功率为200MW，光斑模式为红色点状的半导体激光器，参照图8。该功率激光器能确保在白天高亮度环境下、雾天环境下仍然能在地面产生红色点状的激光照射点，参照图9。

Claims (4)

1.一种大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法，其特征在于：所述大型车辆上安装警示灯、用于采集车身转角信号的转角传感器和用于采集车速信号的车速传感器，所述警示灯与垂直方向调节机构、水平方向调节机构连接，所述警示方法包括如下步骤：

1)实时接收所述转角传感器和车速传感器的信号，并得到警示灯的当前水平角度θ_x0，当前垂直角度θ_y0；

2)当前车速传感器的车速为v，根据警示灯覆盖区域的直径大于等于车辆安全刹车距离的原则，警示灯的控制垂直角度θ_y1计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_{y1}=\arctan \left\{\right\{\[k{\log }_2\left(n+1\right)\]v+\frac{v^2}{15.68}\}/h\}$

其中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n+1)是考虑判明是否出现刺激的参数，h为车灯距离地面的高度；

垂直旋转角度θ_y为：

θ_y＝θ_y1-θ_y0

将得到的垂直旋转角度控制信号发送到垂直方向调节机构执行；

3)当前转角传感器的转角δ，警示灯的控制水平角度θ_x1计算公式为：

其中，L为汽车轴距；

水平旋转角度θ_x为：

θ_x＝θ_x1-θ_x0

将得到的水平旋转角度控制信号发送到水平方向调节机构执行。

2.如权利要求1所述的大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法，其特征在于：所述垂直方向调节机构、水平方向调节机构均包括步进电机；将所需转动角度转换成电机驱动时间，将数字信号传递给D/A转换器，并由其将数字信号转换为模拟信号；步进电机接收来自D/A转换器的模拟信号，运行从而使警示灯产生角度的变化，进而改变危险区域的照射范围。

3.一种如权利要求1所述的大型车辆行驶过程中危险区域的警示方法实现的警示灯系统，其特征在于：包括用于采集车身转角信号的转角传感器、用于采集车速信号的车速传感器和用于根据转角和车速测算危险区域并给出警示灯水平和垂直旋转角度的微处理器，所述车速传感器通过A/D转换器与所述微处理器连接，所述转角传感器通过A/D转换器与所述微处理器连接，所述微处理器的输出与D/A转换器连接，所述D/A转换器分别与用于驱动步进电机的驱动器连接，所述驱动器分别与垂直方向调节机构、水平方向调节机构连接，所述垂直方向调节机构、水平方向调节机构与警示灯连接。

4.如权利要求3所述的警示灯系统，其特征在于：所述D/A转换器分别与用于驱动步进电机的八个驱动器连接，所述八个驱动器分别连接八个步进电机，分别是左头灯水平步进电机、右头灯水平步进电机、左头灯垂直步进电机、右头灯垂直步进电机、左尾灯水平步进电机、右尾灯水平步进电机、左尾灯垂直步进电机和右尾灯垂直步进电机，左头灯、右头灯、左尾灯和右尾灯均为激光车灯。