CN1196546A - 车辆安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆自动安全防护领域,它是由主控计算机系统,以及雷达,传感器,分级式刹车制动装置,显示报警装置和电子线路等外围部件组成,系统通过外围部件,对自身车辆数据,目标数据和环境数据进行实时采集,把动态数据经综合计算和判断后对自身的运动速度进行有效的控制,使机动车辆始终在安全的距离范围内,以安全的速度行驶。本发明适用于所有的机动车辆。

Description

车辆安全防护系统

本发明属于车辆安全防护控制领域，涉及光、电、磁、物理领域以及速度、加速度、距离的测量、计算和控制领域。

目前，大多数行驶的机动车的安全是靠驾驶员的反应判断和手工操作来把握和完成的。当行驶中的车辆与前方目标的距离小于安全距离时，即处于危险距离时，首先由驾驶员做出判断，然后由手和脚来操作车辆，使其减速或刹车，不与目标相撞达到安全的目的。但是由于多种因素的影响，比如，环境因素的气候、路况等的制约，以及人的反应速度，反应能力，判断能力和人的精神状态而无法精确断定或误判定，导致运动中的车辆失控出现事故，造成很大的生命财产损失。为解决这一问题，多年来，世界各国都在积极研制开发这类安全防护装置。

目前已公开的安全防护装置大致有三种类型：

一、被动式汽车安全防护装置，比如安全气囊，安全气囊是安放在驾驶员的顶部位置，它是当汽车撞击后，迅速地自动打开并快速充气，隔离于驾驶员和汽车方向盘之间，达到保护驾驶员的生命安全，这类装置都是被动式的措施，从而没有解决汽车的安全防撞问题。

二、主动式防撞装置，比如模糊防撞雷达，倒车防撞雷达，自动刹车装置等。

现已公开和报道的这类装置有：

1、中国专利CN91214782公开了一种激光定距自动刹车系统，它是在与前方车辆和行人可能相撞时，能提前18-22米通过仪器实现音响报警自动刹车，发动机自动熄火，达到避免与目标相撞，由其控制的自动刹车系统与原有刹车系统并联，互不影响。

2、中国专利CN94215504公开了一种汽车安全行驶防撞模糊控制器，它是由主动式实时激光雷述测定，行车中前车或障碍物与本车的相对速度和距离等测定因素，经电脑的模糊算法，模糊识别和模糊判决等软件快速处理后，控制汽车自动完成相应的减速或制动。

三、防盗窃安全装置：比如市场现有的各种电子防盗锁，微波红外防盗器，这类装置大都是无线密码设定控制，在没有设定安全码的前提下，任何带有红外源的物体都可导致汽车报警。

本发明的目的是提供一种适用于所有的机动车辆和在不同的气候环境下，不同的道路环境下使用的安全防护系统。它能准确地，快速实时动态的采集自身车辆的数据，目标数据，自身与目标的距离数据以及环境数据，经科学的计算和判断处理后采取相应措施，比如声光报警减速制动，能准确地，自动地防止与前目标相撞，防盗防窃，提醒后视目标的追尾以及倒车提醒显示，从而保障了车辆动态运动的安全性。本发明从保障人类财产及生命的安全性出发既能使车辆正常行驶，又能确保车辆的安全行驶，本发明中黑匣子记录的动态行车数据以及档案盒中的信息还可为管理部门处理问题提供依据。本发明的执行系统与人工操作互不矛盾，而且可被看作一个人机双工系统，本发明的反应速度和执行速度比人要快很多倍，大大提高了驾驶员的应变能力和处理能力。

本系统的自动安全防护有两层含意：一是安全驾驶和安全防护，二是安全防盗窃。众所周知，汽车的安全驾驶和安全防护是一个复杂的问题，它涉及到复杂的气候条件，路况地况，自身的运动速度，目标的运动速度，运动特性，与目标的距离以及刹车、减速的自动控制等，本发明正是本着解决以上问题和达到以上目的而研制和开发的。

本发明其特征是联接和控制各装置的主控计算机装置，前视目标距离处理装置，后视目标距离处理装置，主控程序存贮和时间处理装置，黑匣子和常数存贮装置，无线编码档案盒控制装置，传感器组数据采集装置，数据显示及报警提示装置，环境数据采集装置，刹车、调速控制执行装置等组成。

主控计算机装置通过总线和外部接口按给定控制流程顺序采集前后目标数据，自身状态和速度数据以及环境数据，时间数据，在这些原始数据的基础上，进行综合的运算和判断，并把原始数据和运算结果存入黑匣子，同时通过总线和外部接口送出显示数据，报警信息以及刹车调速命令数据。

主控计算机装置包含了控制部分的主要电路，有主控CPU，时钟，电源处理电路，总线，主控程序存贮装置，以及联接各装置的接口电路，黑匣子解读器的外联接口处理电路。

前视目标距离处理装置，它是一个由单片机独立控制和测量的光学测量系统，数据以确定的时间间隔，周期性地把有效的测试距离数据以固定格式传送。前视目标距离处理装置的数据信号通过电平转换电路，把电平信号转换成TTL电平信号，联接到主控计算机的串行输入口，由主控计算机以大于发送时间间隔周期进行采样，实时动态循环不断的采集，以供主控计算机装置使用。

后视目标距离处理装置，它包括超声波传感器，超声波信号预处理，时基信号发生器，信号调制器，脉冲信号发生器和同步信号计数器和锁存器，以及清除信号。它是将经调制好的信号经传感器发射出去当其遇到目标时，就会反射回来，这时经接收器放大进行信号处理后，再与时基信号同步送入计数锁存电路，计数后数据经并行接口直接进入数据总线，由主控计算机进行实时动态采集，然后经系统标定换算后得出自身车辆与后视目标的实际距离，主控计算机装置每次采集后，清除所计内容再从头计数。

传感器组数据采集装置，其中光电速度传感器及其处理电路，采用高灵敏度光电传感器，它是将汽车的机械转速转换成电脉冲信号，然后再对脉冲个数进行计数，机械采样点取自汽车的变速箱至里程表的挠性传动软轴，电信号采样的传动飞轮与传动软轴同轴，这样在飞轮上开出若干个孔槽，飞轮每转动一周，就有若干个电脉冲信号。该装置包含脉冲计数电路，锁存电路以及清除电路并行输入接口，脉冲信号经计数电路计数锁存后经并行接口进入数据总线，由主控计算机装置周期性采集，周期性清除，主控计算机装置采集到的数据经标定和换算后确定出自身车辆的速度数据。

其中的平衡传感器及其处理电路，采用感应式电压传感器，其基点是车辆整体平行于地面，一旦车辆行驶在倾斜的地面或路面上，其倾斜程度转换成电压信号经A/D转换电路和接口电路，进入系统总线，由主控计算机装置采集。来判断车辆其倾斜程度上是否超过危险线，其中还有压力传感器及其处理电路。

环境数据采集装置和数据显示及报警提示装置，包括并行接口电路，译码驱动电路，声光报警电路，人工设置开关电路，复位电路等。数据显示包括：前目标距离显示，后目标距离显示，前目标速度显示，声光报警显示。人工复位开关，它是对整个系统的复位控制。本装置通过主控计算机装置的总线外扩3个并行接口，其中2个作为输出数据显示接口，另一个作为开关设置数据输入接口。系统把采集到的数据和经运算处理后的数据经转换后，通过数据总线的上述数据通道直接送数码管显示。环境数据采集装置，环境状况包括：晴天，雨天，雪天，雾天；沙石路，水泥路，柏油路，冰雪路。它是通过人工随机设置的，有某种情况就设置为“1”其指示灯亮，没有某种情况就为“0”其指示灯熄。其数据通过并行接口和数据总线由系统周期性的采集。声光报警装置是在系统判定车辆处于危险距离范围内时，由系统通过总线，并行接口输出报警信号带动声光报警器，发出报警声响和灯光指示。

刹车调速控制执行装置，该装置是由一单片机控制的独立装置，它包括控制单片机，程序存贮器，并行接口电路，A/D转换电路，步进电机控制和驱动器等电路，该装置作为主控计算机装置的一个下位机通过与主控计算机装置的并行接口接收主控计算机装置发来的制动减速命令，根据实际情况刹车减速命令分为N级，该装置通过并行接口向控制驱动部件传送刹车命令，驱动步进电机运动。该装置还通过A/D转换电路采集由压力传感器传送的油压制动泵的油压数据来判定制动装置是否达到了预定的刹车制动减速效果，并能自动的进行校正调整，如果刹车装置失灵还能正常报警显示。

无线编码档案盒控制装置，该装置是一个单片机控制的独立的装置，它有两级密码管制和无线编码检测，第一级密码为由驾驶员设置和记忆，并写入IC卡内的一组密码，这一级密码和档案数据由专用该卡机读出并与驾驶员记忆口述密码相比较，以验证驾驶权利是否合法。第二级密码是动态设置的，当IC卡插入后就检测卡内密码与该装置的密码是否相同，如果相同，则随机设置下次密码，并同时记入本装置和IC卡内，如果不同则报警发出声音，被视为非法卡或车辆非法占有驾驶。在密码检测正常的前提下，无线编码档案盒控制装置接收无线控制检测器发来的信号，本装置发出绿色信号表示安全，否则，即在检测信号状态下，密码卡不正确本装置发出红色信号和声音表示非法占有驾驶。本装置包含，单片机控制器，存贮器，IC卡座处理电路，报警处理电路，无线编码接收器等电路。本装置首先做密码检查，IC卡相当于一个密匙，如果不正确则作报警消除处理，如果正确则作等待检测信号的接收处理，控制处理周期性的循环。

刹车调速控制执行装置中的制动减速传动装置：该装置是由与步进电机同轴的传动滑轮，连接滑轮与制动脚踏板的传动链，以及固定步进电机的固定支架和底盘组成。传动滑轮可双向转动，当刹车制控装置接收刹车命令驱动步进电机转动，由此拉动传动链和制动踏板达到刹车制动的目的，当释放时驱动步进电机反向转动，使制动踏板归位。

电源处理及黑匣子和常数存贮装置：系统电源取自于汽车电瓶，经稳压降压后取得，为确保系统内黑匣子和档案数据不丢失，以及时钟工作的正常连续性，主控计算机装置内加入E电池及其微电保护电路。为确保黑匣子数据的解读，是在主控计算机装置不能加电的情况下进行的，由外接电源经电源切换电路来实现的，在这种情况下黑匣子作为解读器的一个外部存贮器使用。黑匣子和常数存贮装置主要是记录行车中的动态数据，包括采样时间，目标距离，自身车辆与目标的速度，环境数据，车况数据等，它与系统控制流程同步的周期性记录，它是由一个通过总线和并行接口外扩的一个存贮部件。

时间处理装置及其电路，它是由时间处理芯片，供电转换电路，并行接口，控制电路组成，由主控计算机装置随机设置时间初值，包括，年、月、日、周、时、分、秒。之后自己运行，主控计算机装置并能随机读出时间的当前值。

本发明是一套完全由单片计算机控制的系统也可看作是一套群控机系统，上位主控计算机装置通过控制总线和数据总线以及数据通道来控制和协调各下位机的工作，各子系统又是独立的自主运行的系统，它们不但接收上位机发来的信息和命令，而且适时地反馈给上位主控制计算机装置信息。

本发明的系统一旦加电，就自主的运行，不受任何人为因素的影响和控制，除环境数据随机设置外完全由系统本身自主的控制，系统自动地周期性地采集外部数据，实时处理数据并根据处理结果实时发送和输出一些信息和数据。

本发明运用了目标运动特性的判定，目标运动速度的测量推算，车辆运动的动态安全距离的计算，智能式制动刹车减速系统的控制模式。

前目标运动特性的判定是在车辆运动的过程中，通过对自身车辆的控制，比如减速，测距等多次反复变化来确认目标的运动特性，并确认前目标是固定目标，相向目标，还是相对运动的目标。

前目标的运动速度的测量和推算，严格讲是一种间接的测量和推算方式，它是通过对前目标的距离，自身车辆运动的速度进行间隔性两次采样，并通过对单位时间内的行程的解析来推算出目标运动的速度。

安全距离的判定和计算，运动中的车辆与目标之间的距离是否安全，其依赖的条件有：各自的方向特性，运动的速度，两者之间的实际距离，以及环境因素，本发明的安全距离计算方法是：根据自身车辆的运动速度计算出自己的制动距离，根据目标运动的速度计算出目标的制动距离，根据交通规则，平时的经验和习惯设定安全距离常数，设定制动时间常数，根据环境状况设定修正常数，最后计算出运动车辆与目标的安全距离。

刹车制动调速的判定和刹车级别的计算：判定方式是运动中的车辆与目标的实测距离是否大于安全距离，如果大于则表示现运动着的车辆是安全的，否则是危险的。

运动着的车辆一旦进入危险区，则首先通过信息通道声光报警提示，并向刹车制动减速执行机构传送减速刹车命令。刹车减速命令分为N级，0-N依次递增，刹车力度也依次加大，制车命令的分级依据是运动着的车辆进入危险区的实际距离与安全距离的逼近程度即危险程度，以及它的制动减速度。

如果刹车命令发送后危险距离加大，则刹车命令长级，直至自己运动着车辆安全停止或脱离危险区。如果危险程度减小，直至脱离危险区，这时系统解除警报并释放刹车制动执行机构。

动态安全距离受多方面因素决定，它是一个受众多因素制约的变化量，本发明的系统都能在各种条件下准确判定和计算，从而使运动着的车辆既能安全行驶，又能正常行驶，保障了车辆运动的安全性。

本发明采取主动式实时周期性数据采集模式，能自动采集自身车辆的数据，目标的动态数据和环境数据，并根据采集到的数据，判定和计算出目标的运动特性，目标的运动速度，自身车辆与目标的安全距离，刹车减速制动控制的量化刹车级别，从而有效地科学地控制其减速量度，自动地调整自己的运动速度，使车辆保持在安全的距离范围内行驶，避免与目标相撞。保障双方安全。

本发明当中的黑匣子存贮装置，存贮有车辆动态运行的基本数据，其容量能连续记录30-60分的最新数据，其存贮采用动态循环复盖技术，这样它总保留最新的数据，况且内有微电保护其数据断电后也不丢失。以便于交通管理部门查询，检查，存档，作为处理问题的依据。

本发明中的无线编码档案盒控制装置，其内存有车辆的基本信息，比如车辆的类型，颜色，车牌号码，购车单位，驾驶员姓名，身份证号码，住址，联系电话，年检情况，密码等数据，同时还具有密匙锁定，遥控触发显示报警功能，它不但对交通部门的科学管理提供更大的方便，同时对于车辆的防盗窃，追踪稽查，事故处理是一个得力的工具。

本发明是一个自动运行处理的系统，不需任何人为干预反应速度快，处理准确，安装使用方便，系统本身为保障动态信息不丢失和资源的安全，还采用了系统的零公里等待和车辆的非平衡锁定判定模式。

本发明不但提供了前行安全性，同时还提供了后目标追尾和倒车处理技术。后目标的实际距离由数据显示装置显示，同时后目标距自身车辆达到一定距离时还报警提示。

本发明适用于所有的机动车辆和不同的使用环境，其技术和处理方法适用于任何两个运动着物体速度和距离测量及其控制。

附图说明：

图1为本发明系统总体示意图。

其中：主控计算机是系统的指挥控制中心，它严格执行程序存贮装置排定的控制流程，它通过总线和外部接口采集前目标距离，后目标距离，各种传感器数据和环境设置的数据以及时间数据，然后再和一些常数计算出目标运动速度，安全距离，最后确定刹车减速命令级别。

主控计算机把采集到的数据和中间计算的数据经过总线和外部接口送数据显示装置显示，同时记入黑匣子，如果车辆运行在危险区域内，还通过总线和外部数据接口传送声光报警信息，同时向刹车调速控制执行装置发送刹车命令。

程序存贮器主要是存放本系统的控制程序，黑匣子装置是通过总线和并行接口外扩的一个存贮部件，它可由主控计算机方便的读写。

前后视距离处理装置，传感器组处理装置都是通过总线外扩的外部接口部件，它是连接主控计算机与雷达和各种传感器的数据通道。

数据显示和报警提示装置是数据的输出通道，环境采集装置是环境数据的输入通道。

刹车调速执行控制装置是主控计算机装置向执行部件发送刹车命令的信息通道。

无线编码档案盒控制装置现可单独自成系统，又可连接本系统中，其控制器作为一个外部接口，与本系统联为一体。

图2为系统控制流程1：

图中B00为系统开始，并对系统及外部接口进行初始化处理。

B01为环境数据采集其中包含路况和气候的实时数据，并把这些数据写入黑匣子。

B02、B03、B06、B07为采集汽车的动态即平衡状态数据并进行相应处理，大于等于某一角度时，锁定本系统并且停机。

B04、B05为第一次速度，距离数据采集，并判定车辆是运动中，还是停车，如是停车则系统等待。

B08是系统延时处理，其是为目标速度计算引入的时间定位变量。

B09、B10、图2的B11是第二次速度、距离采集数据，并把速度前后距数据送显示器显示和写入黑匣子存贮区。

B24为联接框。

图3为系统控制流程2。

B12为前视目标的判定，即固定目标，相向目标还是相对目标，并置相应标志。

B13为计算前视目标运动速度，它在目标判定的基础上，根据两次采样距离的差值，采样周期和自身的运动速度求出目标的运动速度。

B15为计算安全距离，它是在自身和目标运动速度的基础上，求出各自制动距离，另外再设定距离常数和时间常数，最后求出安全距离。

B16为修正安全距离，它是根据不同的路况和气候条件进行修正。

B15、B16、B17、B18、B19为在系统进入危险区后计算刹车制动级别，并向执行系统发布刹车命令，之后重新采集自身速度和目标距离，计算安全距离并加以修正，最后再判别是否脱离危险区，如果没有，重复以上过程。

制动刹车级别，是由安全距离和实测与目标的距离算出。

B20为在自身脱离危险区后，向刹车子系统发布初始化命令。

B21、B23为追尾倒车处理，它首先判别是追尾还是倒车，在进行相应的判定后进行报警提示处理，

B22返回系统开始。

B25是联接框。

图4为主控计算机装置和接口1

内有CPU芯片，总线，串行接口电路，主频振荡器，地址译码电路，复位电路。

图5为黑匣子存贮装置，内有总线译码控制电路，电源切换电路。

图6为主控计算机装置和接口2

内有总线，刹车调速控制装置的输出并行接口，黑匣子解读器输出并行接口，后视目标距离处理装置的并行输入接口，时间处理装置电路和并行接口。

图7主控计算机装置和接口3

内有总线，锁存电路，地址译码电路，主控程序存贮装置芯片速度传感器计数和锁存电路。

图8为电源处理电路

电源12V转换5V处理电路。

图9为电源滤波电路图

图15为数据显示和报警提示装置图1和环境数据采集装置图，内有电源处理电路，外扩显示并行口，报警驱动电路。

环境路况设置开关和指示灯联接图，报警显示和声音电路。

图16为数据显示和报警提示装置图2，内有显示输出译码电路，数码管联接图。

图11，图10为后视目标距离处理装置电路图：

内有超声波接收发送电路，脉冲计数电路，并行口接收电路。

图12为刹车调速执行控制装置示意图：

内有刹车调速执行控制装置的控制电路，主芯片8051，并行口，命令的接收和输出电路，A/D转换电路，刹车报警电路等。

图13为无线编码档案盒控制装置示意图

档案盒处理部分电路，主芯片89C51，IC卡座处理电路，无线接收电路，报警输出电路等。

图14为刹车调速控制执行装置传动机构示意图，其中151为制动机箱，152为刹车踏板，153为钢丝绞索，154为步进电机，155为传动变速箱，156为控制机箱。

实施例：

电源部分：系统设置两种规格的电源：直流+5V和直流+12V，因汽车电瓶电压为12V，所以系统+12V直接取自汽车电瓶，系统所需5V是用电瓶12V经降压稳压后取得。

为确保系统内黑匣子和档案数据不丢失，以及时钟和时间处理装置数据采样的连续，系统内加入了微电保护电路，以确保供电的连续性，即系统内加入了一个#3.6V的E电池和由T1和T2，WY1和D2等组成的电源切换电路，以确保U9和U8能正常连续工作。

为确保黑匣子数据的解读，是在主控计算机装置不能加电或断电的状态下进行的，由外接电源，经T3，T4和WY2组成系统切换电源来驱动黑匣子存贮器U8进行数据的解读。在这种状态下黑匣子仅是解读器的一个外部存贮部件，其读出和控制序列完全由解读器进行控制。

主控计算机采用美国INTER公司的8098准16位单片机，时钟主频6-12MHZ，芯片配置字节CCR-2018H单元，是由系统在系统复位时或在系统重新启动时，由硬件自动加载到芯片配置寄存器。本系统其内容设置为“3D”。

808芯片的P2.0口作为系统的串行输出口(T×D)，P2.1口作为系统串行口的输入口(R×D)。

同时为了确保主机的上电复位和各外部接口的上电复位以及人工复位，本系统采用了由U12和U4：B以及D1组成的复位电路和复位开关。

本系统采用的是标准总线方式，即16位地址/8位数据总线(A15-A8，AD，-AD。)。地址数据总线口由P3口和P4口组成在访问外部存贮器时，地址和数据分时传送，由地址输出锁存信号ALE控制在ALE的下降沿将输出地址的低8位锁存到外部地址锁存器中，高八位由P4口输出，由于外部数据总线只有八位，因些数据传送是按字节进行的。

在本系统中，数据总线P3口经由U15形成双向数据存取通路，地址总线低八位经U2和U13形成，并由P4口经U14形成。

主控程序存贮装置和黑匣子装置：因#8098单片机设有16位地址总线，因此寻址范围为64KB，常规情况下存贮器由两部分组成：

A、主控程序存贮装置，它由只读存贮器ROM和随机存贮器RAM组成，因#8098单片机内没有ROM存贮器，因此2000H-3FFFH范围内的存贮器也由系统外扩，本系统采用U3-#27128芯片其存贮容量为16KB，随机存贮器RAM共有232个字节单元，地址范围为18H-FFH，其中18H-19H作准找指示器，专用寄存器24个，地址范围为00H-17H。

B、黑匣子装置，它是由外部扩展的随机存贮器RAM本系统中采用U8芯片，外扩容量32KB，主要用作黑匣子存贮数据用，它是直接联接在数据总线和地址总路线上，一方面由系统随机采集的数据按一定格式存放同时具有读取功能；另一方面由J6插座导出，由黑匣子解读器解读。

前视目标距离处理装置输入口，由J4插座输入，经由U11：A后直接联入#8098串行口的输入端(R×D))。前部激光测距系统采用的是#8051单片机芯块，其测量数据由串行输出接口T×D引出，经MC1488电平转换电路输出，两机采用同步工作方式，波特率使用2400KBD。

传感器组数据采集装置的速度测量入口：由外围的光电传感器而采集到的信号脉冲经J3输入后，再经由U4：A，U5：A；U5：B，U7：A，B，C以及U6组成的计数功能模块，计算脉冲个数据后，直接进入数据总线，由系统采集。

时间处理装置：由U9和JT2等组成，系统通过并行口外扩U10，其A口是对时间进行读出采样，B口是对时间进行写入校正。

对刹车调速控制执行装置的输出控制是通过U10的C口和J2插座，直接联接到刹车减速子系统的并行输入口。

后视目标距离处理装置的测量入口：后部距离数据是一个16位字长的数据，经由J7输入插口进入数据总线，分两次由系统读入采样。

J1插座是与数据显示及报警提示装置，环境数据采集装置联接的有关的数据信号和控制信号的联络通道其中：

①、数据线D0-D7

②、读写信号WR，RD

③、地址总线A0，A1

④、复位信号RESET

⑤、片选信号CS1，CS2，CS3

⑥、报警驱动信号

⑦、电源和地VSS，GND

数据显示及报警提示装置，环境数据采集装置包括：前距的数据显示，前速的数据显示，后距的数据显示，报警的显示，环境数据的设置以及总电源开关和复位开关。

人工复位开关是对整个系统的复位控制，包含主控计算机装置以及各接口部分的复位初始化。

电源开关是系统总电源的12V的控制，经降压稳压处理后，它供给主控计算机装置的电源控制。提供数据显示和报警提示装置，环境数据采集装置的12V电源的控制。

数据显示及报警提示装置，环境数据采集装置包含3片8255作并行口扩展用，12片74CS47作译码驱动，还有声光驱动显示电路和电源处理电路。

显示部分是由#8255接收到主机发来的并行数据，经译码后直接驱动数码管显示。其中：

U1的PA和PB口显示前距，显示格式：×××.×以米为单位。

U2的PA的PB口显示前速，显示格式：×××.×以km/h为单位。

U1PC和U2Pc口显示后距，显示格式：××.××以米为单位，

U3PA口为环境数据采集装置设置输入口，每位为“1”表示存在某状况，为“0”则表示不存在某种状况。其格式为：

晴天

雨天

雾天

雪天

柏油路

水泥路

沙石路

冰雪路

7         6         5        4         3            2             1            0

U3的PB1为前报警输出

U3的PB2为后报警输出

U3的PCN为平衡状态传感器输入口。

传感器组数据采集装置的平衡状态传感器经A/D转换后，其数据经#8255和数据总线后由系统采集。

前视目标距离处理装置采用激光测距雷达或微波测距雷达，目前的配置仅是激光测距雷达，它是一个由#8051单片机独立控制和测量的光学测量系统，并以串行通讯方式与主控计算机进行联接和通讯。数据发送为固定的时间间隔周期性地发送有效测试距离200m，射角6毫弧度，盲区1m，温度范围-20-50℃，全天候使用，供电12V直流，传输速度2400BD。由一个三芯扦头导入主控部分，其中一个+12V电源，一个地线，一个信号线。

测距雷达一旦加电就周期性发送数据，主控计算机对距离数据的采集周期为大于数据发送周期，因其周期大于发送周期，这样避免了两次采样周期采集到同一个数据。

后视目标距离处理装置的测量是采用反射型超声波传感器，中心频率40KHZ±IHZ，它可在线捕捉固定和活动目标，测量距离0.2-12M，输出功率最大为14W。

后视目标距离处理装置包含：超声波信号预处理，时基信号发生器，信号调制器，脉冲信号发生器以及双八位同步信号计数器和双八位信号锁存器。计数脉冲在单位时间内连续计数并送入#8255的并行输入端，当系统周期性的采样时每次采样完毕同时清除计数电路并再从头计数。

传感器组数据采集装置包含：速度传感器；制动油泵压力传感器；平衡传感器。

a、速度传感器：

采用光电式传感器，它是将汽车的机械转速转换成电脉冲信号，然后对电脉冲信号进行计数。

采样取自汽车变速箱至里程表的传动链，取样飞轮与传动链同轴，飞轮每周16个孔槽，即飞轮每转一周有16个计数脉冲，这样系统根据单位时间内的电脉冲个数来推算出汽车的速度。

系统对速度的采样控制采用定时采样，定时清除，并通过#8255并行口和数据总线而进入系统。

它是通过一个三芯插座和系统联接，其中一个地线，一个信号线，一个+5V电源线。

b、平衡传感器：

它是用来检测汽车是否安全平衡行驶，其指标是大于一个固定的度数为危险，小于一个固定的度数为安全，并对黑匣子，绿匣子和系统本身进行动态锁定控制。

外部传感器经A/D转换后进入系统，由系统进行周期性的采样，并实行有效控制。其联接是由三芯插座，一个地线，一个电源线和一个信号线。

c、制动油泵压力传感器：

其主要作用是用来检测汽车制动刹车期间制动油泵压力大小的一个传感器。常规状态下，汽车制动系统的点刹，半刹以及全刹等刹车程度的不同，其决定因素在于刹车制动油泵压力的大小，也就是说制动程度取决于制动泵压力的大小，而制动泵压力的大小决定了刹车程度两者之间有一个直接的对应关系，为确保刹车制动命令执行的准确性在刹车制动期间由压力传感器反馈给系统一个压力大小的值，系统采样后来判别命令的执行准确性，由此而修正命令的刹车级别。

外部传感器与刹车减速子系统控制单片计算机相联。

刹车调速执行控制装置是汽车行驶进入危险区后，用于制动减速使车辆脱离危险区而正常安全行驶的装置。

该装置是一个独立的闭环控制系统，它接收由主控计算机装置的U10的C口输出的刹车命令。

本控制装置的控制部件采用8051单片计算机，周期性地循环采集主控系统发来的命令，通过本子系统的并行输入输出接口#8255的A口进入本子系统，然后通过B口发送给控制执行驱动部件，控制步进马达的运动，通过传动变速箱和滑轮上的钢索拉动刹车踏板，达到刹车目的。

A/D转换部件接收制动压力传感器传送来的模拟信号，经数字化转换后进入#8051的PO口。

#8255的C口作为刹车制动失灵报警输出口。

主控程序存贮装置采用#2764，8KB只读存贮器。

Claims (20)

1、一种车辆安全防护系统，其特征是联接和控制各装置的主控计算机装置，前视目标距离处理装置，后视目标距离处理装置，主控程序存贮和时间处理装置，黑匣子和常数存贮装置，无线编码档案盒控制装置，传感器组数据采集装置，数据显示及报警提示装置，环境数据采集装置，刹车调速控制执行装置等组成；

主控计算机装置，通过总线和外部接口按给定控制流程顺序采集前后目标数据，自身车辆状态和速度数据，以及环境数据，时间数据，在这些原始数据的基础上，进行综合的运算和判断，并把原始数据和运算结果写入黑匣子，同时通过总线和外部接口送出显示数据，报警信息以及刹车调速命令数据。

2、根据权利要求1所述车辆安全防护系统的控制模型和方法，利用主控计算机装置和其它与之相联的装置，进行数据的采集，计算，处理和控制的模型及方法，其特征是前视目标状态的判定模型和方法，前视目标运动速度的计算模型和方法，安全距离的判断和计算模型及方法，自动刹车减速的级别的判断和计算模型及方法，车辆防盗窃的动态处理模型和方法，黑匣子数据实时动态记录模型和方法，系统控制模式的零公里等待和非平衡锁定判定模型及方法，后视目标的判定和处理模型及方法，环境数据的采集和处理模型及方法，刹车调速控制执行装置的动态处理模型方法，各模型和方法其执行顺序以及系统的控制流程严格按照存入在主控程序存贮装置中排定的程序步骤进行。

3、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于前视目标距离测定的前视目标距离处理装置，是一个独立的激光测距系统，与主控计算机装置通过外部接口和总线相联接，以确定的时间间隔周期性地向主控计算机发送距离数据。

4、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于后视目标测定的后视目标距离处理装置，它是由与超声波传感器相匹配的高Q值的输入，输出电路以及超声波模拟电路，外围电路和时基电路，数字脉冲电路数字计数电路组成，它通过主控计算机装置的并行接口总线，由主控计算机装置自动的实时采集数据。

5、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于自身车辆的数据采集的传感器组数据采集装置，其中的光电传感器装置由：脉冲计数电路、锁存电路、清除电路；并行外部接口组成；其中的车辆平衡检测的平衡传感器装置由：A/D转换电路，并行接口装置组成：制动系统采样的制动压力传感器装置由：A/D转换电路，并行接口组成；速度传感器，采样取自汽车的里程表传动链，与其同轴的飞轮有M个孔，即每转动一周为M个计数脉冲，采样脉冲通过计数电路由主控计算机装置的并行通讯接口和数据总线进入系统，根据每次采样脉冲个数来标定计算其速度值；平衡传感器，其模拟信号经A/D转换后通过主控计算机装置的并行通讯接口和数据总线进入系统并根据采样值来判定车辆状态是否安全；制动油泵压力传感器，其模拟信号经A/D转换后，通过刹车减速子系统的并行通讯接口和数据总线进入该子系统，并根据采样数据值来判定刹车子系统执行状况，是否正确地执行了给定的刹车命令级别。

6、根据权利要1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于安全刹车减速制动的刹车调速控制执行装置，本装置控制用单片机计算机；接收主控计算机装置发来的刹车命令的并行通讯接口；自动刹车的输出接口和分级刹车的驱动部件、步进电机、传动机构，联接刹车踏板和传动轮的钢索；采集刹车命令的执行状况的制动泵压力传感器；系统失灵报警提示装置组成。

7、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于环境数据采集的装置。一排可随机设置的八位设置开关，其中有某种路况或气候状况为“1”，否则为“零”；一个并行通讯接口，并由数据总线进入系统。

8、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于记录动态行车数据的黑匣子装置，总线外扩一块随机存贮器；微电保护电路；外部解读接口和电源切换电路组成，黑匣子区首字作为动态数据存入地址指针；通过外部接口插座外引与黑匣子解读器联接，由外部提供电源，并对黑匣子解读，地址未区间为档案盒密码区。

9、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统，其特征是用于防盗窃的无线电编码档案盒控制装置，其特征是无线接收装置；单片计算机；接口电路；车辆油路、电路控制装置；IC卡；相关IC卡座；本装置的控制模块；双重密码设置；报警提示装置组成。

10、根据权利要求1所述的车辆安全防护系统；其特征是用于数据显示和报警提示的装置，通过主控计算机装置总线外扩并行接口，数码管译码驱动部件，前后视目标报警装置组成，主控计算机把要显示的数据和报警信息通过总线和并行接口，译码电路直接驱动数码管和声光报警装置。

11、根据权利要1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，用于前视目标状态的判定，其特征是：判定前视目标是固定目标，相向运动目标还是相对运动目标，对自身车辆与前目标距离数据进行两次采样，并对自身车辆的速度进行两次采样，判定出自身车辆当前的速度特性，是加速度，减速度还是匀速度，然后再判定前视目标的状态。

12、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，前视目标运动速度的计算其特征是；对前目标的距离进行两次采样，并对自身车辆运动的速度进行两次采样，采样周期以大于数据的发送周期为原则，提取采样周期值，在目标判定的基础上，在采样周期内，求出目标在单位时间内所运动的距离，再换算出前视目标运动的时速。

13、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，安全距离的判定和计算，其特征是：根据前视目标的运动速度计算出前视目标的制动距离；根据自身车辆的运动速度计算出自身车辆的制动距离；根据气候路况修正常数来修正自身车辆和目标的制动距离，根据交通规则，平时的习惯和经验设定与目标的距离常数；以上各数据的和构成安全距离，根据自身车辆当前与目标的实测距离是否大于安全距离来判定自身车辆当前运动状态是否安全。

14、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护装置的控制模型和方法，自动刹车减速级别的判定和计算，其特征是：判定自身车辆与目标之间是否处在危险的距离范围内；计算进入危险区的危险距离，即安全距离和实测距离的差值，根据安全距离和实测距离的差值，计算出安全刹车级别，即两者差值与安全距离的比值，对刹车执行命令装置发刹车制动减速命令。

15、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，刹车调速控制执行装置的动态处理模型，其特征是一个闭环控制系统；通过并行通讯接口，动态地循环采样上位主控计算机装置发来的命令，通过执行部件执行刹车命令；控制切断车辆的油、电通路；循环采集制动油压传感器的状态数据；根据刹车状况和命令级别来修正刹车命令级别直到正确为止，并把修正过程和结果记忆，由此具备自学习自检测功能；执行系统一旦失灵则报警显示，刹车系统和油路，电路的恢复由主控计算机装置发来的释放命令控制。

16、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，黑匣子装置的数据实时动态记录模型，其特征是：根据动态采集和处理的数据按时序连续记录；数据的存贮形式采取连续循环复盖技术；黑匣子装置的首字节为数据存贮地址指针；黑匣子装置的有效存贮数据总保持有30-60分钟的最新数据。

17、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，零公里等待和非平衡锁定，其特征是：当自身车辆停止运动时，系统处于等待状态；当自身车辆运动其倾斜度大于等于某一角度时，锁定本系统停止运行。

18、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，后视目标的距离判定和处理模型，其特征是：

根据后视目标的实测距离，判定是否危险，并输出相应报警信号；根据自身车辆运行的状态，即是前行还是倒车，进行相应的判断处理。

19、根据权利要求1、2所述的车辆安全防护系统的控制模型和方法，环境数据的采集和处理模型，其特征是：周期性的循环采集；根据采集到的有或无数据对系统数据进行修正。

20、根据权利要求1、2所述车辆安全防护系统的控制模型和方法，车辆防盗窃的动态处理模型和方法，其特征是周期性地循环对IC卡进行双重密码检测，如果不正确则自动切断车辆电、油路；随机设置动态密码，随机循环检测无线触发信号，当有信号时，如果车辆以上的安全检测通过，则系统输出绿色信号，否则输出红色报警信号。

Images