CN1883982B - 一种车辆状态信号系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆状态信号系统，旨在提供对车辆交通事故和车辆防劫盗双重预警功能的装置，由微处理器、LED驱动器、LED显示器、MEMS微加速度计、加速度/速度转换器、键盘/按键电路和电源组成，具有自动显示速度、减速度和刹车力度三种大小；带闪光刹车、超车、会车、左转、右转、临时停车、故障、撞车、翻车和劫车、盗车等多项示警功能；按‘红灯停-绿灯行-闪灯急-黄灯警’规则，通过高亮度LED三色动态显示器，产生区别明显的彩色和量化视觉效果，可争取0.8～1秒预警时间，对突发事件引起的急刹车预警，减少追尾和碰撞事故，反劫盗，具有防微杜渐，防患未然的显著作用；安装简便，特别适合各种新、旧车辆车尾和/或车首高位加装。

Description

一种车辆状态信号系统

(一)技术领域

本发明涉及一种车辆信号灯光系统，具体涉及一种显示车辆状态和预防交通事故与车辆劫盗的信号系统，属于车辆信号灯类。

(二)背景技术

对驾乘人员而言车辆行驶安全和驻车(泊车)后防失劫，涉及生命财产永远是第一位的。传统的车辆信号灯光系统主要有转向灯、尾灯、倒车灯和刹车灯等，其中刹车灯问题比较多，长期未能解决。它们采用是开关控制，由驾驶员人工操作，通过踩踏板或按开关来点亮车灯，这种控制方法反应速度慢，往往浪费了不少宝贵处警时间，传统的车辆信号灯光系统是驾驶员操作灯光信号系统，不是车辆行驶状态灯光信号系统，驾驶员做某个操作动作，就点亮某个对应的信号灯，反之某个信号灯点亮，只表示驾驶员做了某个对应的操作动作，并不能真正反映实际动态效果，例如由于道路原因或机械故障(爆胎、发动机运转部件损坏、卡死等)所引起的紧急停车，只要驾驶员不踩刹车就无法实现报警；如果驾驶员做了踩刹车这个操作，即使车辆制动系统因为有故障不能刹车，刹车灯照样点亮。

对于行驶中的车辆知己知彼尤为重要，驾驶员最想了解的是对方车辆行驶动态，传统的车辆信号灯光系统偏偏不能全面反映的车辆行驶动态，没有任何信号提醒后方来车注意，前方车辆正处于什么状态，是加速还是减速，是一般惯性减速还是急速减速，是缓慢刹车还是急刹车，后方车辆不能准确判断前车的速度和速度变化；传统的刹车灯包括第三高位刹车灯要么亮，要么不亮，没有量的大小，没有渐进的动态变化，没有量变到质变过程，所以不能见微知著，不可能具有预警性，起不到提前警告作用。

传统的车辆信号灯光系统表达显示的形式有些单一，视觉效果差，特别是刹车信号含糊不清，难于辨认，当车辆无论出现停车、缓慢刹车、急刹车甚至是撞车，后方车辆看到的都是红色信号，无法将它们一一辨别，从而耽误时间，影响作出反应的速度；现实中绝大多数刹车都是可预见性的，但没有办法表达，从而对尾随的车辆造成突然袭击；传统的车辆信号灯光系统没有明确的安全信号显示，不亮红灯就视为安全，往往会带来错误判断；车辆停止时又没有设置对应的停止灯；而故障灯又是使用人为启动方式，例如高速公路上，两车发生追尾，驾驶者可能弃车逃命，也可能死亡或昏迷不醒，根本无法启动故障灯或从行李箱取出故障三角反射板，放置在车后五十米处。由于上述种种原因，一旦出事则将会造成接二连三地多车连环追尾。

自从发明汽车以来，全世界共有2500万人因车祸而丧生，汽车安全事故每年给全球造成了近200亿美元的直接经济损失，随着高速公路大量建成以及汽车机动性能的提高，汽车速度和流量大为提高，交通事故急剧上升，高速公路上汽车一撞就是几百辆的事屡见不鲜……。据交通事故研究机构提供的调查报告，交通追尾事故占了整个交通事故的70％。造成追尾的原因很多，例如高速行驶的现代汽车依然沿用的是低速时代的显示技术，灯光信号技术过于陈旧落后，上述好多问题长期得不到解决等等。凡事预则立，不预则废。分析车辆之间碰撞和追尾事故的原因，从技术层面讲没有车辆行驶预警机制是一个主要原因。

人的视觉信息处理能力只适于走、跑的速度，当高速驾驶时，此能力被发挥到极限。把人眼看到的信息传递给大脑，大脑再向肢体传递指令需要1.5秒的时间。即1.5秒的生理反应时间，时速80公里，1.5秒意味着从驾驶员看到险情到动脚踩刹车时，车子已经开出33.3米反应距离。车子停下还需相应长的刹车距离。这便是高速公路上汽车一撞就是几百辆的原因。美国交通部的研究报告表明，如果汽车驾驶员的反应动作提前半秒钟，就可以避免60％的汽车追尾事故和30％左右的正面碰撞事故，由此可见最大限度地争取预警时间，对于预防交通事故是多么的重要！为了防止车辆追尾事故的发生，九十年代起，一些发达国家，开始强制安装汽车高位刹车灯，仅此一项小小改进就取得了相当效果，但是它仅能起到扩展刹车灯视角的作用，信号灯改进的潜力和远景由此可见一斑。毫无疑问，避免车辆追尾事故的重点，在于最大可能地争取预警时间！前方车辆灯光信号是紧随其后的驾驶员在驾驶过程中最直接、最重要的信息。因此如何在第一时间，最大程度地提前将前方车辆行驶状态全面准确地传递给紧随其后的车辆，使后者尽可能提前做出相应反应，生死攸关，其意义重大。

对‘突发事件引起的急刹车预警’一度成为热门技术，因为它是所有争取预警时间技术方案中最有意义、最具挑战、也最棘手的课题。中国专利公开号CN2397001Y，名称为《全自动车辆防追尾警示器》的申请案，试图挑战这个课题，其目的是“利用车辆加速度的变化来产生刹车预警指示”，其原理是“车辆快速行驶，需要刹车而脚松动油门时，因为突然减速，加速度传感器会产输出信号，经过放大处理后可以在脚踩刹车之前，提早点亮警示灯，达到刹车预警的目的”，声称解决了刹车预警问题，殊不知这是一种滥用刹车预警的做法，偶尔可能蒙对几次，却会带来了更多的刹车险情。道理很简单，踩刹车之前是会松动油门的，但松动油门未必一定要刹车。它犯了以偏概全的错误，因为车辆快速行驶时而脚松动油门不只是发生在需要刹车时，松动油门大多数情况是为了惯性减速，比如发生类似路况不好或者为了保持车距等情况都有可能松动油门，怎么能肯定就是因为要刹车才松动油门的呢？惯性减速松动油门和踩刹车之前松动油门都会使车辆加速度发生大的变化，起初很难从大小上区别，经过一两秒钟，因为前者变化不大，后者由于随之而来的刹车制动，车辆加速度会发生特大的变化，但此时区别为时晚矣，预警时机错失，刹车已成现实，只能作报警，谈不上预警了。如果遇上前轮爆胎，也需要松动油门惯性减速，且绝对不能踩刹车，若作为刹车来预警，则违反了事实。利用车辆加速度的变化来产生减速度报警或一般提醒性危险预警的理由是充分的，但利用车辆加速度的变化来产生刹车预警的理由就不充分了，因为引起车辆加速度变化的原因有好多，比如车辆出现故障或者车辆需要换挡等情况，还不只是松动油门。在无法区别上述各种情况下，统统都点亮刹车预警灯，给后车驾驶员警示前车要刹车，势必造成刹车预警的滥用，因为减速度报警或一般提醒性危险预警和刹车预警对后车驾驶员选择处警方式上有很大不同，对于减速度报警或一般提醒性危险预警只要降低自己车速，观察事态发展，对于刹车预警往往是随之作刹车处理，尤其是“该装置的接口电路3可以接车辆刹车灯…”从而刹车报警和刹车预警合一，势必造成严重误判的可能性加剧，人为制造刹车险情，会对再后面的车辆造成突然袭击，而引发交通事故，特别是在高速公路上是不允许随便刹车的。

该专利混淆了刹车预警和刹车报警，将事故的苗头等同事故来处理，造成刹车滥用和真假刹车难以判别。另外和传统的刹车灯包括第三高位刹车灯一样要么亮，要么不亮，没有量的大小，没有渐进的动态变化，没有由量变到质变过程，不能反应车辆状态变化过程，所以不能见微知著，不可能具有预警性，起不到提前警告作用。

该专利使用的加速度传感器的量程是可以选择的，小信号本该用调节器件内部放大率，用小量程去测量，却选择了将小信号外部放大后，再用大量程去测量，多用了外部处理(放大)器，其结果是造成浪费、成本提高、体积增大、能耗增加、由于外部寄生电容、电阻等的影响还会产生干扰。

中国专利公开号CN1242312，名称为“汽车大型动态可变色后视告警灯”的申请案，其特征是在刹车脚蹬上安装当磁性/光电性角度检测传感器，刹车脚蹬踩时带动感应件插入检测传感器，这个信号经放大检波滤波后送入A/D转换器，由A/D转换器输出多路控制信号控制双色高亮度LED显示板，组成的汽车尾灯动态告警系统。由于采用LED红色端口全部固定的常通状态使用，所以永远不会出现绿色，与不固定常通状态使用相比，LED管芯温度高，会影响使用寿命，也丧失了一种可以提高视觉效果、可以显示安全信号的颜色。又由于油门脚蹬上没有安装检测传感器，所以是否松动油门，都是没任何信号产生去‘启动尾灯系统’，只要刹车脚蹬不踩下，绿色端就全部接通，就显示全部黄色，如果脚踩油门在加速，刹车脚蹬也没有踩下，也是显示全部黄色，这种不管油门是否踩下和松动，统统作好刹车准备显然是不可取，因为只有突然松动油门，才可能刹车，才需要告知后随车辆作好刹车准备。该专利和另外一类车辆驾驶动态信号显示系统，是在车辆上安装一个感应油门踏板行程的传感器一样，反映的都是驾驶员操纵踏板的状态，虽然增加了一些有用的驾驶信号显示，但这些安装、改动，很不方便，使用的传感器又是非标准设备，无法计量考核，互换性差，对调试、维修、改装和生产都带来困难，特别是没有冲破驾驶员操作灯光信号系统的传统模式，只能反映驾驶员的操作动作，因为驾驶动态和行驶动态是不一样的，前者反映的是手段，后者反映的是效果；前者反映的是驾驶员操作，后者反映的是人、车、路三要素的综合结果。操作可能因为故障而不被执行；非操作原因的发动机故障、断油、车轮打滑、路面障碍都会改变行驶状态。

目前电子车辆防盗报警器主要分触摸式、振动式、入侵式和密码遥控式四类，前两类误报警率高，扰民严重，不仅不让人关注，还让人讨厌，易产生麻痹心理，让坏人趁机得逞；后两类对整车偷盗无能为力。它们仅仅限于防盗报警，不能用于防止劫持强车，尤其没有既可以用于防止偷车和劫车，又可以用于行驶安全，为驾驶员提供生命财产双保险的装置。

(三)发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题提供一种新的车辆信号灯光系统，它能自动检测车辆行驶状态，通过简便、易记、视觉效果良好的显示，达到清楚辨认安全与危险，见微知著，争取预警时间，提高行驶安全性。

本发明的另外一个目的在于：在上述目的的基础上，增加一些可以事先预计的人工预警和密码防盗、防劫功能。

对‘突发事件引起的急刹车预警’是一个世界级的技术难题，至今还没有办法解决，因为它涉及对驾驶员瞬间思维和行为的判断，有赖于未来的智能传感器、生物芯片和神经网络等众多科技领域的突破。然而也不等于无能为力和无所作为，本着未雨绸缪，防患于未然的宗旨，本发明从以下方面另辟蹊径，以达到异曲同工的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案的基本构思是：利用双轴微加速度计动、静态特性，监测车辆行驶状态，将获得的各种潜在或显露的危险信号输入到微处理器进行分析，并将加速度信号量化，捕捉那些可能引发事故的苗头，提前发出警示，并按照耳熟能详的‘红灯停-绿灯行-闪灯急-黄灯警’记忆规则，通过高亮度双基色LED动态显示器，产生对比明显的彩色和量化的视觉效果，强化危险信号的区别特征，以便在事故发生之前有所准备，并随时密切观察车辆行驶状态，一旦事故确认就可以采取针对性措施，从而达到争取预警时间，提高车辆行驶的安全性。它包含两个阶段，一是发现事故的苗头做好准备阶段；二是确认事故采取针对性措施阶段。发现事故的苗头警示称之为预警，确认事故的警示称之为报警，两者是根本不同的，不能混为一谈，如果发现事故的苗头就报警就会造成滥用报警，因为事故的苗头不等于就是事故。如果将预警和报警合二为一，就丧失了事故确认阶段，就不能正确采取针对性措施。由于混淆了两个阶段而犯了错误的还不只是上述CN2397001Y一个专利。本发明不仅可以发现事故苗头，而且可以确认事故。下面举例说明基本构思应用，如果发现在同方向同一车道上前方车辆有突然减速的苗头，紧随其后的车辆应该做好准备，立即松开油门，将脚移到刹车踏板上，密切观察前方车辆行驶动态，一旦确认前方车辆刹车，后方车辆就可以几乎可在第一时间与前方车辆驾驶员同时踩下刹车，避免追尾，因为造成追尾原因是前后车辆刹车不同步，存在时间差。

本发明所采用技术方案是：它由微处理器1、MEMS微加速度计2、LED驱动器3、LED显示器4和电源6组成；其中，微处理器1为系统控制中心，MEMS微加速度计2为输入部件，用于自动产生动、静状态信号，它的输出端与微处理器1输入端口连接；LED驱动器3为输出部件，它的输入端通过通用数字接口或串行总线接口电路15与微处理器1的输出端口连接；LED驱动器3的输出端与LED显示器4的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源6的输出端连接，各部件的接地端与电源6的接地端连接；

其中MEMS微加速度计用于自动敏感车辆行驶中动、静状态信号，通过微处理器1分析输入的动、静状态信号，产生减速、匀速、加速、缓慢刹车、急刹车、左转、右转和故障、翻车、停车、撞车等各种信号，并通过LED驱动器3和LED显示器4输出。

上述车辆状态信号系统用于安装在车辆的尾部，显示后面车辆需要的动、静状态信息，或安装在车辆的前部，显示前面车辆需要的动、静状态信息，或同时安装在车辆的前部和尾部，显示前面车辆和后面车辆各自需要的动、静状态信息，或安装在摩托车尾箱后部或助动车的尾箱后部；具有两类安装：一是不用在汽车上布线的独立安装，二是需要汽车布线的安装。

本发明还可以是：

还包括一个车辆速度测量器30，它由MEMS微加速度计31和加速度/速度转换电路32组成；其中，MEMS微加速度计31的输出端与加速度/速度转换电路32的输入端连接，加速度/速度转换电路32的输出端与微处理器1的连接；所述的MEMS微加速度计31与MEMS微加速度计2是同一个加速度传感器、或是两个加速度传感器；微加速度计31单独采用模拟量输出的单轴微加速度计即可，或将两、三轴微加速度计2中的反映X轴方向加速度的模拟量信号引出合用；对于加速度/速度转换电路32的输入信号来源，只要是反映X轴方向加速度的模拟量信号就可以，包括由数字量转换成模拟量信号的，不管它是来自何处。微加速度计31采用ISC3022、3028、3052或3058，也可采用VTI公司单轴微加速度计SCA600系列，量程为±1g～±2g。加速度/速度转换器32，由积分电路和放大电路组成，可以采用运算放大器LT1366构成积分电路和放大电路。

所述的LED驱动器3是恒流驱动集成电路或专用集成电路或分立电路；恒流驱动专用集成电路可以采用华方公司HM62726，SITL公司ST2221a，ST2221c；Infineon公司TLE4242G；专用集成电路可以采用华方公司HM6B595。

所述的LED显示器4，是由高亮度或超高亮度、单基色或双基色或三基色LED二极管为光源的显示器件；从结构上分是整体条型显示屏/板、或点阵管或平面管拼合排列组成的显示屏、或LED灯排列成一至三行组成的显示器；使用时LED显示器4，水平安装；LED显示器4的图案是两端分别为左箭头和右箭头，中间为狭长的条形，或分别点亮或组合点亮，条形点亮的长度表示状态信号的量化程度；或是LED数码管的笔划构成的图案，用数字表示状态信号的量化程度。以上图案的色彩与闪烁由程序控制。

还包括一个键盘/按键电路5，它与微处理器1的输入端口相连接，用于人工产生预警信号和/或防盗密码输入键或系统自检输入键，所述的键盘/按键电路5中设有一个行驶/驻车切换按键，一个自检测按键/按钮，使用时按下它可以检查系统是好是坏。人工产生预警信号有：可预计的刹车预警、故障预警、临时停车预警、倒车预警、左转预警和右转预警等。

还包括一个语音报警电路13和/或一个车辆停止电路14，所述的车辆停止电路14是静态不耗电的磁保持继电器电路、或是磁保持电磁阀电路、或是记忆自锁继电器电路；车辆停止电路14用于控制车辆的燃油油路、电源、点火控制电路、制动油路或气路来实现停车；其中，语音报警电路13与微处理器1的输出端口相连接，车辆停止电路14与微处理器1的输出端口相连接。可以选用的语音报警电路：RS4820、IS22C040、ISD4003、ISD 5008、PM50、API8108A；磁保持继电器：上海永嘉DB-2A型直流12V大功率磁保持继电器；磁保持电磁阀：温岭市绿色水处理厂SF系列磁保持电磁先导阀；记忆自锁继电器：ZS-01F等，点火集成电路可采用MC33093、L497、CA3165E等。

所述的MEMS微加速度计2是双轴或单轴或三轴微加速度计，MEMS微加速度计2每轴最大量程范围为±1g～±2g；MEMS微加速度计2与微处理器1连接方式是：如果MEMS微加速度计2输出信号是模拟量，则与微处理器1的连接按照A/D转换方式、或电压/频率转换方式、或基于∑-Δ原理的ADC转换方式、或基于双斜率原理的ADC转换方式；如果MEMS微加速度计2输出信号是数字量脉宽占空比，则与微处理器1的连接按照脉宽测量方式。MEMS双轴微加速度计采用ADI公司ADXL311或ADXL202，也可以采用MEMSIC美新公司MXD2020或MXA2312，还可以采用飞思卡尔公司MMA6200Q系列或VTI公司SCA1000；单轴微加速度计可以采用VTI公司SCA600系列，三轴微加速度计可以采用VTI公司SCA3000，或采用一个双轴和一个单轴组合成三轴。

所述的MEMS微加速度计2具有自检输入端ST，ST端与微处理器1的一个输出端连接，所述的键盘/按键电路5中设有一个自检测按键/按钮，使用时按下它，微处理器1会输出一个高电平给ST端，MEMS微加速度计2就会有一个固定输出，系统就会显示事先设计好的数值，用于系统自检查。也可以利用重力作用，将MEMS微加速度计2相对地平面设置成0°、90°、180°角度进行0g和+1g、-1g的标定。

所述的串行总线接口电路(15)是通用异步串行总线UART、或是通用串行总线USB，或是通用同步异步串行总线USART，或是同步外设串行总线SPI，或是双线同步串行总线I²C、或是SCI串行通讯接口、或是汽车总线(16)。

所述的汽车总线16包括LIN串行总线，它由从微处理器7、LIN总线控制器8、LIN总线控制器9、LIN总线导线10、LIN总线收发器11、LIN总线收发器12组成；其中，

微处理器1经过芯片内部或外部的LIN总线控制器8与LIN总线收发器11双向连接；LIN总线收发器11与LIN总线导线10双向连接；LIN总线导线10与LIN总线收发器12双向连接；LIN总线收发器12经过从微处理器7芯片内部或外部的LIN总线控制器9与从微处理器7双向连接；从微处理器7的输出端与LED驱动器3输入端口连接；LED驱动器3的输出端与LED显示器4的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源6相应的输出端连接，各部件的接地端与电源6的接地端连接。其中微处理器芯片内部集成的LIN总线控制器只有很少微处理器有，但可以采用几乎所有微处理器均有的UART/SCI接口替代；所述的LIN总线导线10为一根导线。可以选用的带总线LIN单片机：MC68HC908GZ16、PIC16C432、LPC76X；LIN总线收发器：TJA1020、MC33399、MCP201。

所述的汽车总线16还包括CAN串行总线，它由从微处理器17、CAN总线控制器18、CAN总线控制器19、CAN总线导线20、CAN总线收发器21、CAN总线收发器22组成；其中，微处理器1经过芯片内部或外部的CAN总线控制器18与CAN总线收发器21双向连接；CAN总线收发器21与CAN总线导线20双向连接；CAN总线导线20与CAN总线收发器22双向连接；CAN总线收发器22经过从微处理器17芯片内部或外部的CAN总线控制器19与从微处理器17双向连接；从微处理器17的输出端与LED驱动器3输入端口连接；LED驱动器3的输出端与LED显示器4的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源6相应的输出端连接，各部件的接地端与电源6的接地端连接；所述的CAN总线导线10为一根导线或双绞线。可以选用的带总线CAN单片机：PIC18F442、PIC18F448、MC68HC908GZ16、P8XC591、T89C51CC02；CAN总线控制器：SJA1000、MCP2510、80C91、82527；CAN总线收发器：PCA82C250、MC33388D、AMIS-30663。

所述的微处理器1和从微处理器7是独立设置的单片微型计算机SCMC、或是微控制器MCU、或是片上系统SoC，或者是与汽车其它电子控制系统合用的微控制器MCU。可以选用的单片机：AT90S8515、PIC16F874、P89C51、MSP430F1232、SPCE061A等。

下面对如何实现本发明目的设计预警机制，争取预警时间作进一步说明。

〖一〗减少人为造成的突发事件。

实践中绝大多数刹车都是可预见性的，对前车来说是有准备的可预见性的刹车，因为没有预警机制，才对尾随的车造成突发事件的。为此我们设置刹车预警和故障预警按键，当遇到有准备的可预见性的刹车时，事先按下刹车预警键，向后车通告后再刹车，这样后方车辆驾驶员几乎可在同一时间与前方车辆驾驶员同时踩下刹车；当遇到故障包括车辆、路况、甚至驾驶员身体原因，需要停车时都可以按下故障预警键，及时向后车示意停车，让后车有所准备。

〖二〗防微杜渐，防患未然。

通过对车辆状态的分析达到对危险情况的预警，车辆的动/静状态信息可以由加速度和速度反映。何谓‘微患’？我们认为：对于同一车道前后行驶的车辆，前车减速对后车就是‘微患’信号，减速是刹车的前兆，减速是故障的前兆，减速是受阻的前兆，减速是遇难的前兆，减速意味着车辆间距离缩小，追尾的可能性增加，传统的灯光信号系统没有任何信号，提醒后方车辆注意前方车辆正处于减速状态。对于在没有隔离带的公路上相对行驶的车辆，任何一方的加速都是‘微患’信号。而加/减速及其程度都是可测量的，所以可以根据加/减速来报警；根据加/减速的程度判断，做出相应的防备措施。超速行驶是交通事故主要原因之一，本发明设有超速报警提醒本车驾驶员，设有车辆速度大小显示也让后方驾驶员了解前方车速，有利于安全行驶。

本发明车辆状态信息由微电子机械系统MEMS的双轴、或单轴、或三轴微加速度计完成采集，既有加速度信息，也含速度信息，用于自动产生危险预警信号。特别是采用加速度/速度转换器，将加速度信号转换成速度信号，实现速度大小显示、超速报警，克服了现有技术长期以来因采用转速传感器测量车辆速度，而需要将转速传感器与车辆中的齿轮或者转轴进行感应所带来的问题：1).测量车辆速度，依赖于车辆结构，不能独立于车辆，只能安装式测量，不能便携式测量。2).测速不准确，速度与车轮轮胎大小和磨损有关，不同车辆要逐个化长时间道路行驶实验才能完成速度参数校验，严重缺乏通用性。3).安装麻烦，尤其对出厂后，新增加测速设备带来困难。

微电子机械系统Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器和信号处理，以及控制电路、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的、多学科交叉的新兴学科，它以微电子及机械加工技术为依托，范围涉及微电子学、机械学、力学、自动控制学、材料科学等多种工程技术和学科。其特点是：1、微型化：体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。2、当前以硅为主要材料，机械电器性能优良。3、集成化：可以把不同功能、不同敏感方向、或制动方向的多个传感器或执行器集成于一体。4、多学科交叉：微系统涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科技中微小和微观领域发展的许多尖端成果。

我们选用的微加速度计，按检测方式，可以有压阻式、电容式、隧道式、共振式、热形式等几种，按输出信号有模拟和数字两类。但不是一般意义上的加速度传感器，因为一般加速度传感器的输出信号电流或电压很弱，若将它连接到外部电路，则寄生电容、电阻等的影响会掩盖大部分有用的信号。因此采用灵敏元件外接放大处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器。只有把两者集成在一个芯片上，采用系统单片集成化才能具有最好的性能，美国ADI公司生产的集成式加速度计就是将敏感器件与集成放大电路集成在同一芯片上的。如果不掌握这点，将它作为一般加速度传感器，再外接放大处理电路使用，那就是一种倒退的技术方案。

美新半导体公司MEMSIC加速计是单芯片互补型金属氧化半导体集成电路的双轴运动测量系统，将传感器，模拟信号以及数字信号处理三者整合在一块芯片上，MEMSIC加速计的工作原理是利用自然对流热传导。测试质量块是被密封在芯片中的气团，芯片的中间有一个热源，组成电桥的四个同等尺寸热电偶等距分布在热源的全部四个边上，在零加速度下在热源附近的温度梯度是对称分布的，所以四个热电偶输出相同的电压，电桥输出为零；当被检测物体受到外力作用产生运动或者加速度的时候，由于自然对流热传导，任何方位的加速度会扰乱温度轮廓线，使其分布不对称，四个热电偶的电压输出不同，电桥输出电压直接与加速度成正比。加速计有两个同样的加速度信号通道，一路通道测量X轴加速度，一路通道测量Y轴加速度。气团测试质量块具有比传统的固体质量块更多的优点，加速计没有与其它有竞争力的加速计相关的静摩擦和灰尘污染，抗振能力高达500000g，这使得在装配过程中能明显地降低由于装配中操作带来的高失效率和高损失率。

MEMS微加速度计具有一般加速度传感器所没有的体积微小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短、抗振能力强、工作稳定、可靠性高等优异的性能和低廉价格。通常加速度传感器不能大规模批量制作，所以制作成本高，一般性能的价格就很贵，性能优异的价格就贵得惊人，采用MEMS技术突破这一瓶颈，MEMS微加速度计可以像制作集成电路一样大批量生产，成品合格率很高，极大地降低了生产成本。例如美新公司的芯片成本在两美元以下，并且双轴与单轴的价格相差无几，就质量而言，失效率则在2ppm左右。三轴MEMS微加速度计比较少，价格较双轴高。上述就是本发明优选双轴MEMS微加速度计的原因。

本发明创新点还在于通过精心设计，充分挖掘集多种功能于一体的微加速度计的潜力，最大限度发挥其作用，只用一个微加速度计就能产生车辆各种危险预警信号。采用双轴或三轴MEMS微加速度计，水平安装，将它的X轴正方向与车辆前进方向一致，Y轴正方向与车辆右方向一致，或Z轴垂直于地面。因为它具有可以测量加速度，振动，冲击，运动和重力加速度等多种功能，所以可以用于产生各种危险预警信号。例如利用它可以测量动态加速度，根据X轴加速度的方向和大小，就能判断出车辆减速还是加速，是缓慢刹车还是急刹车；如果行驶中正负加速度变化比较小，就以匀速显示；利用它可以测量冲击，就能判断出车辆是否撞车，前后左右哪个方位撞车；利用它可以测量振动，就能判断出车辆是否中途熄火抛锚，在驻车后，就能判断出车辆是否被盗；利用它可以测量静态加速度，就能判断出车辆是否翻车；利用它可以测量倾斜角，就能判断出车辆是否有侧翻的危险；根据Y轴加速度的方向和大小，就能判断出车辆是否转弯，甚至于爆胎。因为在高速行驶中如果发生爆胎，尤其是前轮发生爆裂时，不仅汽车会颤动，会造成车辆向爆胎的一侧跑偏，发生倾斜，方向盘也会突然被一股很大的力量拉向爆胎的那一边，而后胎爆破会使车辆尾部发生摇摆现象。特别是利用它可以测量静态加速度，就能很简便容易地实现产品的标定和用户自己检测，从而保证产品使用中的可靠性。将加速度信号积分可以产生速度信号，用于超速报警。

在本发明充分挖掘MEMS微加速度计潜力，空间上是全方位的，有X轴方向，也有Y轴方向或/和Z轴方向；时间上不是仅仅用于测量某一时刻，而是周而复始测量、从车辆启动到行驶再到熄火驻车再到启动全程状态信息；同时又是多功能的，有动态功能，也有静态功能。改变在传感器使用上的传统做法，即功能专用，在一个产品上一个传感器只使用它一个功能，例如加速度传感器要么用它测量加速度，要么用它测量倾斜，而不会用它测两项。将一个传感器的多种功能集中体现在一个产品上，通过微处理器实现了功能多用。MEMS微加速度计的多种功能实现有赖于微处理器智能作用，用普通电子电路实现多种功能需要使用大量元器件，线路板也大，焊点多，功本费高而采用微处理器通过软件编程取代硬件开销，可靠性提高，设计的灵活性、可拓展性增强，从而大大降低了系统成本，又一次提高了性能价格比。只花一个传感器的成本，得到多个传感器的功能，取得了非常高的性能价格比，取得了预想不到的技术效果。

〖三〗创建车辆行驶状态信号显示系统，显示和量化‘微患’信号。

自动检测车辆行驶状态，还必须通过简便、易记、视觉效果良好的显示，才能达到清楚辨认安全与危险，见微知著，争取预警时间，提高行驶安全性。

本发明采用LED显示是因为它在耐震动、低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠等方面比白炽灯具有十分明显的优势。它比白炽灯响应快得多，为60ns，比白炽灯的140ms要短许多，用于作信号灯，可以争取更多预警时间，特别用作刹车灯，以典型车速在高速公路上行驶，会增加4～6米的安全距离。采用LED显示还因为它是半导体器件，是靠点阵组合、群体发光，很容易与微处理器连接，实现量化和色彩控制，克服传统的车辆信号灯光系统表达显示的形式单一，视觉效果差的毛病。车辆行驶状态信号的量化和色彩显示，使辩认容易，一方面节省了时间，提高了反应速度，另一方面能见微知著，防患未然。

本发明既可应用于车尾，也可应用于车首，还可前后双向显示。本发明产品安装简单，特别是采用在汽车上不用布线的技术方案，是一个独立系统，与车辆上的所有功能部件无关，只需固定在车尾或车首接上电源就可以工作。如果采用内部电池，连电源线都不用接。

按国家道路交通安全法：交通信号灯由红灯、绿灯和黄灯组成，分别表示禁止通行、准许通行和警告。为了便于记忆，将高亮度LED车辆行驶状态三色显示规则概括成一句耳熟能详的顺口溜：“红灯停-绿灯行-闪灯急-黄灯警”。凡是涉及危险的如停车、刹车用红灯；涉及警示用黄灯；涉及紧急提醒用闪灯；涉及通行、放心、安全的用绿灯。除了采用色彩显示和闪烁显示提高视觉效果外，对于涉及加速度变化的信号特别是刹车信号还增加量化显示，提高分辩率，以区别刹车程度。

采用量化和色彩显示，首选双基色LED，相比三基色LED价格便宜，相比单基色LED结构紧凑。双基色LED单独点亮时，呈红色或绿色，同时点亮时，呈黄色，符合交通信号灯三色要求。

采用1～3种单色LED进行量化和带闪烁显示，也是可以的，属于简便型。比如由一排红色超高亮度LED灯和一排黄色超高亮度LED灯组成、或者再加一排绿色超高亮度LED灯。根据被测信号的大小点亮相邻的一串LED，从而准确的反映被测信号变化的趋势。采用1∶3～6比例量化显示为好，即以最短为1，最长为3～6，不宜量化过细，过细反而分辨不清楚，为适应8位微处理器可以用8bit控制，D₀控制左箭头，D_1～6控制条形的长度，D₇控制右箭头。比如依照1个左箭模块，4至6个方型模块和一个右箭模块的顺序横向一字排列组成的显示器；可以显示红、黄、绿三种颜色；可以有两种颜色动态扫描显示，其中一种颜色为背景；可以闪烁显示，闪烁频率可控制；方型模块点亮的数量可控制。采用闪光刹车显示，紧急刹车时，后车驾驶者的反应时间可比原来减少0.2秒。

以下是车辆行驶状态车尾灯及其显示方法：

图16-1是用图形表示颜色的对照图；图16-2～图16-18是示意图。

【1】车辆加速：绿灯组成的最长闪烁条形，如图16-18所示；

【2】速度大小：绿灯组成的条形，速度越大，绿灯条形越长，如图16-4所示；

【3】减速大小：黄灯组成的条形，减速越大，黄灯条形越长如图16-8所示；

【4】刹车力度大小：黄灯全屏背景上出现红灯条形，刹车力度越大，红灯条形越长，如图16-2所示；

【5】故障预警：红灯黄灯轮流显示条形，如图16-14所示；

【6】车辆停车：红灯黄灯轮流显示条形，如图16-14所示；

【7】超车预警：黄灯组成的闪烁条形，如图16-13所示；

【8】车辆侧翻：红灯组成的闪烁向上下箭头形，如图16-9所示；

【9】车辆左转：黄灯组成的向左箭头形，如图16-5所示；

【10】车辆右转：黄灯组成的向右箭头形，如图16-6所示；

【11】刹车预警：黄灯组成的全屏幕条形，如图16-16所示；

【12】车辆碰撞：红灯组成的闪烁箭头形，如图16-15-1/2所示；

【13】防盗劫报警：红灯、黄灯轮流闪烁条形，如图16-7所示；

【14】报警等级：黄灯闪烁，紧急度越高，黄灯条形越长，如图16-10所示。

以下是车辆行驶状态车前灯及其表示方法：

【1】车辆加速：黄灯全屏背景上出现红灯条形，加速度越大，红灯条形越长，如图16-2所示；

【2】车辆减速：绿灯组成的最长条形，如图16-11所示；

【3】车辆速度大小：红灯组成的条形，速度越大，红灯条形越长，如图16-3所示；

【4】车辆刹车：黄灯组成的全屏条形，如图16-16所示；

【5】故障预警：红灯黄灯轮流显示条形，如图16-14所示；

【6】车辆会车：黄灯组成的闪烁条形，如图16-13所示；

【7】车辆超车：红灯组成的闪烁条形，如图16-12所示；

【8】车辆侧翻：红灯组成的闪烁向上下箭头形，如图16-9所示；

【9】车辆左转：黄灯组成的向左箭头形，如图16-5所示；

【10】车辆右转：黄灯组成的向右箭头形，如图16-6所示；

【11】防盗劫报警：红灯黄灯轮流闪烁条形，如图16-7所示。

目前公交汽/电车上公交线路显示屏图形有以下三种：米字型和雪花型如图8-1、图8-2所示，还有数字型；为了叙述方便，将左面第一位图形称之为符号，图17-0表示三种闪烁灯符号，图17-1～图17-9是示意图。

采用LED公交线路显示器作车尾灯的表示方法：

【1】平时公交线路显示：绿灯符号，绿灯数字显示公交线路，如图17-1所示为三种显示屏显示32路公交线的情况，以下类推；

【2】车辆速度显示：绿闪灯符号，绿灯数字显示速度，如时速50Km/h，则显示50，如图17-2所示

【3】车辆减速：黄灯组成的闪烁图形，如图17-3所示；

【4】车辆刹车：红灯组成的闪烁数字图形，如图17-4所示；其中，数字为1～8，刹车力度越大，数值越大；

【5】车辆停车：红灯闪烁显示公交线路，如图17-8所示；

【6】防盗劫报警：红闪灯符号，如图17-5所示。

采用LED公交线路显示器作车前灯的表示方法：

【1】平时公交线路显示：绿灯符号，绿灯数字显示公交线路，如图17-1所示为三种显示屏显示32路公交线的情况，以下类推；

【2】车辆速度显示：绿闪灯符号，绿灯数字显示速度，如时速50Km/h，则显示50，如图17-2所示；

【3】车辆加速：红灯组成的闪烁数字图形，如图17-6所示；

【4】车辆刹车：黄灯组成的闪烁图形，如图17-7所示；

【5】车辆会车：红灯闪烁显示公交线路，如图17-8所示；

【6】防盗劫报警：红灯符号闪烁，如图17-9所示。

LED驱动器3采用恒流驱动集成电路或专用集成电路或分立电路；首选恒流驱动专用集成电路，可以选用华方公司HM62726，SITL公司ST2221a，ST2221c；英飞凌Infineon公司TLE4242G；专用集成电路可以选用华方公司HM6B595L等；采用恒流驱动保证了灯光亮度，真正摆脱了困扰LED信号灯多年的大问题，如：易过热损坏，发光强度及颜色均不稳定等。其中HM62726由一个16位串入并出、串入串出移位寄存器，16位数据锁存器和16位恒流驱动器三个主要部分组成。移位寄存器接收串行输入数据，输出串行数据，并提供送往锁存器的并行数据。移位寄存器和锁存器有独立的时钟输入端。驱动器输出电流值可以通过外部电阻控制，达到恒流输出。

也可使用大晶粒发光二极管LED矩阵，采用串、并联组合LED方式，包括稳压、限流、保护电路、使每个二极管在正常范围内工作。即使单只LED故障也不影响其余LED发光。

高亮度双基色LED车辆行驶动态显示灯的灯光变化，反映了车辆行驶过程中的各种不同状态和变化，例如从车辆加速到刹车的动态变化，经历了绿灯亮-黄灯亮-红灯亮的过程，为尾随车辆争取到了0.5--0.7秒预警时间，即当前方车辆驾驶员松开油门时，LED车辆行驶动态显示灯的绿灯熄灭，出现醒目的黄灯组成的全屏幕条形；尾随车辆驾驶员，可立即松开油门，将脚移到刹车踏板上，密切观察前方车辆行驶动态显示灯，如果一旦出现全屏幕红灯亮起，则表示前方紧急刹车，此时后方的脚早已移到刹车踏板上了，所以几乎可在同一时间与前方车辆驾驶员同时踩下刹车。再加上发光二极管响应速度较传统的钨丝灯快0.3秒。这样与传统的灯光信号系统相比，采用LED车辆行驶状态信号显示系统就为后方驾驶员提前0.8-1秒做好了刹车准备。客观上相当于缩短了本来需要1.5秒的生理反应时间，为防范追尾事故，赢得了宝贵的时间。如果前方是点刹车或缓慢刹车，则出现黄灯为背景的红灯条形，刹车力度越大，红灯条形越长。后方就可以根据前方刹车力度，即有效制动量，酌情控制自己车辆刹车力度；如果前方是惯性减速，则没有红灯亮起，保持黄灯组成的全屏幕条形，后方跟随采用惯性减速，保持安全距离。采用闪光刹车显示，欧共体实验表明紧急刹车时，后车驾驶者的反应时间可比原来减少0.2秒。

美国交通部的研究报告表明，驾驶员如能将刹车距离缩短15％，追尾事故就可下降60％。制动距离＝反应距离+刹车距离。上述方案不是所谓“刹车预警”，因为它还是发生在前方车辆红灯亮起，即刹车报警后踩下刹车的。实际上是通过减速报警，实现减少刹车准备时间，缩短反应距离的技术方案。

从微处理器到LED驱动器采用串行，是为了减少引线，便于使用引脚少的微处理器，减少芯片和PCB板的尺寸，降低成本。在当今的中、高档汽车中都采用了汽车总线技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。本发明选用汽车总线设计，是为了适应中、高档汽车减少线束，减轻总量，共享汽车总线网络资源，将本发明融入汽车电子设计行列，例如本发明所述的微处理器1，就可以与汽车总线上的其它电子控制系统合用一个微控制器MCU。汽车总线具有故障自诊断和调试简单，很容易发现故障，用新器件替代不会干扰网络等优点。

〖四〗创建车辆全程状态信号系统。

车辆全程状态信号系统不仅包括上述车辆行驶状态信号显示系统，还包括车辆静止状态故障警示和驻车状态监测。车辆由于种种原因会停止在公路上，传统灯光系统缺乏相应警示，或者驾驶员伤亡不能发出警示，往往会造成或扩大交通事故，为此利用微加速度计能测量静态加速度的特性，设计了停车、翻车、撞车自动警示。当车辆设置在行驶状态，而微加速度计检测不到任何振动变化或者速度为零，就可以判断为停车；检测到的Y轴加速度在+1g或-1g附近，就可以判断为翻车；检测到的X、Y轴加速度大大超过最大量程范围，就可以判断为撞车。除出现上述事故LED显示器自动报警外，如果是翻车或撞车，系统还会自动切断油路防止起火燃烧并用语音呼喊“救命…救命”。

驾驶员开车前必须设置行驶状态，并输入密码，按确认键后，如果密码正确，就会接通点火或油路，否则车就不能开动，相当给车加了密码车锁；如果出租车路上遭劫车，驾驶员只要设法按动一下行驶/驻车切换键，就会切换为驻车状态，微加速度计就会监测到加速度而自动切断点火或油路，并通过显示器和语音电路报警，呼喊“劫车…劫车”；驾驶员驻车后，要设置为驻车状态，就可以下车，之后微加速度计会监测车辆静止状态的变化，如果遭偷盗，因为偷盗不知密码开不动车，盗用整车铲走、拖动、拆卸轮胎就会造成振动或倾斜变化，显示器出现红灯轮流闪烁条形的防盗劫报警，语音电路就会发出连续循环的“偷车…抓贼”呼喊报警。点火集成电路可采用MC33093或L497或CA3165E等。

有益效果

综观上述与现有技术相比，本发明核心价值就在于能为车主带来生命和财产双重安全。避免和防止交通事故，提高运输能力，保障国家财产和人民生命，于国于民具有很高的社会效益。对驾乘人员而言，还有什么比生命、财产安全更具价值？

1.系统功能齐全，车辆状态全面自动测量，既可测加速度，显示减速大小、刹车力度大小，区分开急刹车、缓刹车；又可测速度，实现速度大小显示、超速报警，故障、翻车、抛锚、撞车等状态报警以及人工产生预计的故障、刹车、会车、停车、超车预警和密码车锁、反劫车、防盗车、碰撞防油路泄漏等多项功能，按‘红灯停-绿灯行-闪灯急-黄灯警’规则，通过高亮度LED三色动态显示器，产生区别明显的彩色和量化视觉效果，可争取0.8～1秒预警时间；仅采用闪光刹车，紧急刹车时，后车驾驶者的反应时间可比原来减少0.2秒；对于提高车辆行驶和驻车的安全性，减少追尾和碰撞事故，防止失劫，具有防微杜渐，防患未然的显著作用。

2.冲破了驾驶员操作灯光信号系统的传统模式，将依赖驾驶员的人工操作变成微处理器检测、控制的车辆状态自动操作，显示的信息更加真实可靠；信息量大，不仅有质的突变信息，而且有量的渐变信息，从而能够起到对事故见微知著，不论什么原因引起的减速都能报警，为实现对突发事件的预警，提供了新的技术方案。

3.克服了现有技术长期以来因采用转速传感器测量车辆速度，而需要将转速传感器与车辆中的齿轮或者转轴进行感应带来的问题：测速不准确，速度与车轮轮胎大小和磨损有关，严重缺乏通用性；测量车辆速度，依赖于车辆结构，不能用于便携式测量；安装调试麻烦，尤其对出厂后，新增加测量设备带来困难。

4.通过对MEMS微加速度计和微处理器创造性应用，取得了非常高的性能价格比，取得了预想不到的技术效果，是目前有效避免车辆追尾事故，成本最低、效果最为显著、系统实施最为方便的汽车交通安全预警装置。

5.弥补了传统车辆信号系统缺陷，解决了长期不曾解决的以下问题：a.采用高亮度LED三色动态显示器，产生区别明显的彩色和量化视觉效果，克服以前信号灯单一，视觉效果差，特别是刹车信号含糊不清，难于辨认停车、缓慢刹车、急刹车甚至是撞车的老问题；b.设立人工预警，解决过去绝大多数刹车都是可预见性的，但没有办法表达，从而对尾随的车辆造成突然袭击；c.采用绿灯表示安全，传统的车辆信号灯光系统没有明确的安全信号显示；d.车辆停止时，停止灯自动点亮，解决以前没有对应的停止灯；e.故障灯自动启动，不靠人启用，所以不受驾驶员伤亡影响，不用离开驾驶室。

6.系统全部使用汽车标准化器件，有利于大规模批量生产和维修。

7.系统采用MEMS微加速度计、集成电路技术和微处理器程序等可靠性设计，并具有自标定功能和用户自检查功能，确保产品使用可靠性。

8.系统功能设计采用积木式结构，便于产品系列化和配套，既可以做成安装十分方便，不用布线，只需固定在车上接上电源就可以工作，与车辆各个部分毫不相干的独立装置，又可以采用汽车总线做成与汽车电子融洽无间的子系统。

(四)附图说明

图1为本发明的基本组成框图

图2-1为本发明附加人工预警信号电路的组成框图

图2-2为本发明附加车辆速度测量器的组成框图

图2-3为本发明附加人工预警信号、车辆速度测量器的组成框图

图3-1为本发明附加反劫防盗电路的一种组成框图

图3-2为本发明附加反劫防盗电路的另一种组成框图

图4-1-1为本发明采用LIN总线的一种组成框图

图4-1-2为本发明采用LIN总线的另一种组成框图

图4-2-1为本发明采用CAN总线的一种组成框图

图4-2-2为本发明采用CAN总线的另一种组成框图

图5为本发明实施例1电原理图

图6为本发明实施例2电原理图

图7为本发明实施例3电原理图

图8为本发明实施例4-公交车辆实施例电原理图；图8-1为米字型公交线路显示屏图；图8-2为雪花型公交线路显示屏图

图9为本发明实施例5电原理图

图10为本发明实施例6电原理图

图11为本发明实施例7电原理图

图12为本发明实施例8电原理图

图13为本发明实施例9加速度/速度转换电原理图

图14为本发明实施例10采用LIN总线的电原理图；其中，图14-1为主机电原理图、图14-2为从机(1)电原理图、图14-3为从机(2)电原理图、图14-4为电源原理图

图15为本发明实施例11采用CAN总线的电原理图

图16-1～图16-18是配合发明内容的车辆行驶状态车尾灯及其显示方法示意图和车辆行驶状态车前灯及其显示方法示意图；其中图16-1是用图形表示颜色对照图，其它各个示意图的解读请对照上述发明内容的文字说明。

图17-0～图17-9是为配合发明内容的采用LED公交线路显示器作车尾灯的表示方法示意图和采用LED公交线路显示器作车前灯的表示方法示意图，可作为本发明实施例4-公交车辆实施的LED状态显示图；其中图17-0是三种公交线路显示器符号闪烁示意图，其它各个

示意图的解读请对照上述发明内容的文字说明。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作进一步的描述。

实施例1：如图1和图5所示，微处理器1采用AT89C2051单片机，微加速度计2采用MEMS双轴数字信号输出的微加速度计MXD2020，LED驱动器3采用8位恒流驱动集成电路HM6B595，HM6B595由一个8位串入并出、串入串出移位寄存器，8位数据锁存器和8位恒流驱动器三个主要部分组成。移位寄存器接收串行输入数据，输出串行数据，并提供送往锁存器的并行数据。移位寄存器和锁存器有独立的时钟输入端CLOCK。LED显示器4采用双基色LED。MXD2020自动采集的车辆动/静状态信号以数字量脉宽占空比形式分别从Doutx、Douty两端口输出给AT89C2051单片机的INT0、INT1两端，采用中断方式测量脉宽完成车辆动/静状态信号输入，通过AT89C2051分析处理程序输出结果，通过通用串行接口端RXD、TXD与LED驱动集成电路HM6B595的Sin、CLK连接，传输控制信号和数据，从而驱动双基色LED显示器，将车辆动/静状态信号进行彩色、量化、闪烁动态显示。

实施例2：如图2-2和图6所示，本例基本原理与实施例1相同，LED驱动器3采用专用集成驱动电路HM62726，HM62726由一个16位串入并出、串入串出移位寄存器，16位数据锁存器和16位驱动器三个主要部分组成。移位寄存器接收串行输入数据，输出串行数据，并提供送往锁存器的并行数据。移位寄存器和锁存器有独立的时钟输入端CLK，对移位寄存器有一个异步复位端。驱动器输出电流值可以通过外部电阻R12控制，达到恒流输出。LED显示器4也采用双基色LED。

不同之处在于微处理器1采用P87LPC76X单片机，微加速度计2采用MEMS双轴数字信号输出的微加速度计ADXL202，ADXL202自动采集的车辆动/静状态信号也是以数字量脉宽占空比形式分别从Doutx、Douty两端口输出给P87LPC76X单片机的INT0、INT1两端，采用中断方式测量脉宽完成车辆动/静状态信号输入；从ADXL202的X_FILT端引出X轴加速度的模拟信号用于加速度/速度转换，并采用由P87LPC76X内部一个模拟比较器输入端口CINIA和CMPREF端、P1.4端、电阻R16组成的基于Σ-Δ原理的一路输入ADC转换器，CINIA提供给车辆速度测量器30输出的速度信号进行A/D转换；车辆速度测量器30采用的加速度/速度转换器32，由R30、R31、C30组成滤波器、运算放大器LT1366(UA)组成的积分器和LT1366(UB)组成的可调增益的放大器三部分构成。

实施例3：如图1和图7所示，本例基本原理与实施例1相同，LED显示器4也采用双基色LED。不同之处在于微处理器1采用PCI16C71X单片机，微加速度计2采用MEMS双轴模拟信号输出的微加速度计ADXL311，LED驱动器3采用三极管或场效应管驱动电路，ADXL311自动采集的车辆动/静状态信号以模拟信号分别从Xout、Yout两端口输出给PCI16C71X单片机的AN0、AN1两端，采用单片机内部A/D转换，完成车辆动/静状态信号输入，再通过PCI16C71X分析处理程序输出结果并通过8位并行端口输出给三极管驱动电路，从而驱动双基色LED显示器，将车辆动/静状态信号进行彩色、量化、闪烁动态显示。

实施例4：如图8为本发明用于公交车辆的实施例，基本原理与实施例2相同，微处理器1采用P87LPC76X单片机，不同之处在于微加速度计2采用模拟信号输出的单轴加速度计SCA600，并采用由P87LPC76X内部一个模拟比较器输入端口CINIA和CMPREF端，P1.4端，电阻R6组成的基于Σ-Δ原理的一路输入ADC转换器。LED驱动器3采用MAX7219驱动器，LED显示器4采用全数字型、米字型或雪花型公交线路显示器，P87LPC76X单片机通过I²C串行总线与MAX7219驱动器连接。图8-1为米字型公交线路显示器图，图8-2为雪花型公交线路显示器图，图17-0～图17-9为状态显示图，其中，左面图形为米字型，中间图形为雪花型，右面图形为数字型。

实施例5：如图2-3和图9所示，基本原理与实施例2相同，微处理器1采用P87LPC76X单片机。不同之处在于微加速度计2采用MEMS双轴模拟信号输出的微加速度计MXA2312，并采用由P87LPC76X内部两个模拟比较器输入端口CINIA、CINIB、CIN2A和CMPREF端，P1.4端，电阻R16组成的基于Σ-Δ原理的三路输入ADC转换器，其中CINIA、CINIB提供给微加速度计MXA2312的X轴、Y轴加速度信号进行A/D转换，CIN2A提供给车辆速度测量器的速度信号进行A/D转换，车辆速度测量器30采用的加速度/速度转换器32由R6、R7、C2组成滤波器、运算放大器LT1366(UA)组成的积分器和LT1366(UB)组成的可调增益的放大器三部分构成；MXA2312的X轴加速度信号还用于加速度/速度转换。另外，P87LPC76X单片机通过I²C串行总线的SDA、SCL两端口与LED驱动器MAX7313连接，LED显示器4采用双基色LED显示器，语音报警电路13选用的RS4820语音电路，可以事故报警。

以上例1、例2、例3、例4、例5适应控制部分与显示器在一起，做成一个独立于车辆的显示器件盒子，外形就象第三刹车灯。在前、后挡风玻璃处，找个位置用双面胶贴住即可，只需接上电源就可工作，安装十分简便，适合车主个人安装。

实施例6：如图10所示，本例基本原理与实施例2相同，微处理器1采用P87LPC76X单片机，微加速度计2采用MEMS双轴数字信号输出的微加速度计MXD2020，LED显示器4采用双基色LED，LED驱动器3采用16位恒流驱动集成电路HM62726S，HM62726由一个16位串入并出、串入串出移位寄存器，16位数据锁存器和16位恒流驱动器三个主要部分组成。移位寄存器接收串行输入数据，输出串行数据，并提供送往锁存器的并行数据。移位寄存器和锁存器有独立的时钟输入端CLOCK。驱动器输出电流值可以通过外部电阻R12控制，达到恒流输出。不同之处在于P87LPC76X单片机通过串行总线的RXD、TXD两端口与HM62726驱动器的串行输入数据口SERAL-IN、时钟输入端CLOCK传输控制信号和数据。增加的人工预警信号电路5采用按键和LED发光二极管及电阻组成，按下某个键，对应LED发光二极管点亮，可以输入可预计的刹车预警、故障预警、停车预警、倒车预警、左转预警和右转预警。其中倒车预警、左转预警和右转预警也可以不从按键输入，而是从车辆中原有的倒车、左转、右转操作开关上引线输入。

实施例7：如图11所示，本例基本原理与实施例6相同，不同之处在于微加速度计2采用MEMS双轴模拟信号输出的微加速度计MXA2312，并采用由P87LPC76X内部两个模拟比较器输入端口CINIA、CINIB和CMPREF端，P1.4端，电阻R6组成的基于Σ-Δ原理的双路输入ADC转换器。

实施例8：参见图12，本例基本原理与实施例6相同，微加速度计2采用MEMS双轴数字信号输出的微加速度计MXD2020，不同之处在于人工预警信号电路5采用键盘输入，语音报警电路13选用的RS4820语音电路，用于反劫防盗，车辆停止电路14可以是静态不耗电的双稳态磁保持继电器电路、或是磁保持电磁阀电路、或是记忆自锁继电器电路，其核心是控制线圈L和保持机构，微处理器1从P1.6端口输出一个正脉冲，使三极管T1、T2、T5导通，T0、T3、T4截止，线圈L中流过正脉冲电流，电路处于一种稳态；微处理器1从P1.7端口输出一个正脉冲，使三极管T1、T2、T5截止，T0、T3、T4导通，线圈L中流过反向脉冲电流，电磁力克服保持机构的维持力，电路翻转为另外一种稳态。通过对继电器或者电磁阀的控制来控制车辆的燃油油路、电源、点火控制电路、制动油路或气路来实现停车，因均为现有技术，故省略执行器，未画其全部电路原理图。键盘数字键0～9，功能键对照表：A-密码确认、B-密码修改、C-会车、D-刹车、E-故障、F-超车、G-停车、H-自检、L倒车、M-暂停。

实施例9：图3为加速度/速度转换电原理图，其中加速度计采用ICS3028，加速度计输出接LT1366(U1)组成的固定增益的差分放大器，放大后的信号再经过RC滤波器输入到LT1366(U2A)组成的积分电路，将加速度信号转换为速度信号；74HC4066(U4A)为四路双向模拟开关和三输入或门74HC4075(U6)组成调整电路，用于控制回路中调整积分电路，防止在初始化时或者当控制误差超过某个限制时停止；LT13622(U5)放大器的一半用于电源分配器，建立一个公共基准点；LT1366(U3B)为可调增益的放大器，OUT端连接微处理器的A/D输入端，用于将信号放大到A/D转换所要求的幅度。调整电路也可以取消，其功能用程序软件来实现。

实施例10：如图14-1、图14-2、图14-3、图14-4所示，其中因为图14-2和图14-3完全相同，一个用于尾灯、一个用于前灯，为了描述简便，省略图14-3的阐述。本例与实施例8基本原理相同，微处理器1和从微处理器7均采用P87LPC76X单片机，微加速度计2采用MEMS双轴数字信号输出的微加速度计MXD2020，语音报警电路13选用的RS4820语音电路，和车辆停止电路14一起用于反劫防盗；不同之处是本例采用LIN汽车总线连接微处理器1和显示器4，其中LIN总线控制器8和LIN总线控制器9均采用UART接口替代，LIN总线收发器11和LIN总线收发器12均采用LIN总线收发器TLA1020。采用中断方式测量脉宽完成车辆动/静状态信号输入，再通过P87LPC76X微处理器1分析处理程序输出结果，经过LIN总线收发器11，接插件J1、接插件J2、LIN总线收发器12，输入到P87LPC76X从微处理器7，并通过8位并行端口输出给三极管驱动电路，从而驱动双基色LED显示器，将车辆动/静状态信号进行彩色、量化、闪烁动态显示。图14-4为电源原理图。

实施例11：如图15所示，其中因为从机1和从机2完全相同，一个用于尾灯、一个用于前灯，为了描述简便，省略对从机2的阐述。本例为高档配置，主要想说明在电控制汽车上如何实施本发明，微处理器1采用PIC18F448带CAN控制器接口，从微处理器17采用PIC18F248也带CAN总线控制器接口，它们均为CAN2.0B标准，可与电控制汽车上用于其他控制部分合用。MEMS微加速度计2采用双轴模拟信号输出的MMA6200Q，并采用PIC18F448内部所带10bitA/D转换器进行X、Y轴加速度测量；微加速度计31采用ICS3028，按照例9所述原理实现加速度/速度转换；语音报警电路13选用的RS4820语音电路，车辆停止电路14可以是静态不耗电的双稳态磁保持继电器电路、或是磁保持电磁阀电路、或是记忆自锁继电器电路，其核心是控制线圈L，它们既可挂靠在主机上，也可挂靠在从机上。主机信号通过内部CAN总线控制器18的接口传输给CAN总线收发器21，然后经过CAN总线20，传输给CAN总线收发器22，再经过从机内部CAN总线控制器19，传输给从机，驱动双基色LED显示器，其中CAN总线收发器21和CAN总线收发器22均为PCA82C250，驱动器3采用恒流驱动集成电路HM62726S。

以上例5、例6、例7、例8、、例10和例11适应控制部分与显示器分开，通过串行总线连接，控制部分放在驾驶室，显示器放在车辆前部或/和尾部高位，替代第三刹车灯，其中例5～例8适合汽车修理厂安装，例10和例11适合汽车厂安装。

本发明尽管列举了大量例案，但不可能穷举本发明要素的排列组合；显然，本领域的技术人员可以对本发明车辆状态信号系统进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种车辆状态信号系统，包括电源(6)，其特征在于：还包括微处理器(1)、MEMS微加速度计(2)、LED驱动器(3)、LED显示器(4)；其中，微处理器(1)为系统控制中心，MEMS微加速度计(2)为输入部件，用于自动产生动、静态信号，它的输出端与微处理器(1)输入端口连接；LED驱动器(3)为输出部件，它的输入端通过通用数字接口或串行总线接口电路(15)与微处理器(1)的输出端口连接；LED驱动器(3)的输出端与LED显示器(4)的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源(6)的输出端连接，各部件的接地端与电源(6)的接地端连接；该系统安装在车辆的尾部，显示后面车辆需要的动、静态信息，或安装在车辆的前部，显示前面车辆需要的动、静态信息，或同时安装在车辆的前部和尾部，显示前面车辆和后面车辆各自需要的动、静态信息，或安装在摩托车尾箱后部或助动车的尾箱后部。

2.根据权利要求1所述的车辆状态信号系统，其特征在于：还包括一个车辆速度测量器(30)，它由MEMS微加速度计(31)和加速度/速度转换电路(32)组成；其中，MEMS微加速度计(31)的输出端与加速度/速度转换电路(32)的输入端连接，加速度/速度转换电路(32)的输出端与微处理器(1)的连接；所述的MEMS微加速度计(31)与MEMS微加速度计(2)是同一个加速度传感器、或是两个加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的LED驱动器(3)是恒流驱动集成电路或专用驱动集成电路或分立电路；所述的LED显示器(4)，是由高亮度或超高亮度、单基色或双基色或三基色LED二极管为光源的显示器件；LED显示器(4)的图案是两端分别为左箭头和右箭头，中间为狭长的条形，条形点亮的长度表示状态信号的量化程度；或是LED数码管的笔划构成的图案，用数字表示状态信号的量化程度；以上图案的色彩与闪烁可以控制。

4.根据权利要求1所述的车辆状态信号系统，其特征在于：还包括一个键盘/按键电路(5)，它与微处理器(1)的输入端口相连接，用于人工产生预警信号和/或防盗密码输入键或系统自检输入键。

5.根据权利要求1至5中任何一项所述的车辆状态信号系统，其特征在于：还包括一个语音报警电路(13)和/或一个车辆停止电路(14)，所述的车辆停止电路(14)是静态不耗电的磁保持继电器电路、或是磁保持电磁阀电路、或是记忆自锁继电器电路；车辆停止电路(14)用于控制车辆的燃油油路、电源、点火控制电路、制动油路或气路来实现停车；其中，语音报警电路(13)与微处理器(1)的输出端口相连接，车辆停止电路(14)与微处理器(1)的输出端口相连接。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的MEMS微加速度计(2)是双轴或单轴或三轴微加速度计，MEMS微加速度计(2)每轴最大量程范围为±1g～±2g；MEMS微加速度计(2)与微处理器(1)连接方式是：如果MEMS微加速度计(2)输出信号是模拟量，则与微处理器(1)的连接按照A/D转换方式、或电压/频率转换方式、或基于∑-Δ原理的ADC转换方式、或基于双斜率原理的ADC转换方式；如果MEMS微加速度计(2)输出信号是数字量脉宽占空比，则与微处理器(1)的连接按照脉宽测量方式。

7.根据权利要求1至5中任何一项所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的串行总线接口电路(15)是通用异步串行总线UART、或是通用串行总线USB，或是通用同步异步串行总线USART，或是同步外设串行总线SPI，或是双线同步串行总线I²C、或是SCI串行通讯接口、或是汽车总线(16)。

8.根据权利要求8所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的汽车总线(16)包括LIN串行总线，它由从微处理器(7)、LIN总线控制器(8)、LIN总线控制器(9)、LIN总线导线(10)、LIN总线收发器(11)、LIN总线收发器(12)组成；其中，微处理器(1)经过芯片内部或外部的LIN总线控制器(8)与LIN总线收发器(11)双向连接；LIN总线收发器(11)与LIN总线导线(10)双向连接；LIN总线导线(10)与LIN总线收发器(12)双向连接；LIN总线收发器(12)经过从微处理器(7)芯片内部或外部的LIN总线控制器(9)与从微处理器(7)双向连接；从微处理器(7)的输出端与LED驱动器(3)输入端口连接；LED驱动器(3)的输出端与LED显示器(4)的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源(6)相应的输出端连接，各部件的接地端与电源(6)的接地端连接。

9.根据权利要求8所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的汽车总线(16)还包括CAN串行总线，它由从微处理器(17)、CAN总线控制器(18)、CAN总线控制器(19)、CAN总线导线(20)、CAN总线收发器(21)、CAN总线收发器(22)组成；其中，微处理器(1)经过芯片内部或外部的CAN总线控制器(18)与CAN总线收发器(21)双向连接；CAN总线收发器(21)与CAN总线导线(20)双向连接；CAN总线导线(20)与CAN总线收发器(22)双向连接；CAN总线收发器(22)经过从微处理器(17)芯片内部或外部的CAN总线控制器(19)与从微处理器(17)双向连接；从微处理器(17)的输出端与LED驱动器(3)输入端口连接；LED驱动器(3)的输出端与LED显示器(4)的输入端口连接；以上各部件的电源端与电源(6)相应的输出端连接，各部件的接地端与电源(6)的接地端连接。

10.根据权利要求1至5中任何一项所述的车辆状态信号系统，其特征在于：所述的微处理器(1)是独立设置的单片微型计算机(SCMC)、或是微控制器(MCU)、或是片上系统(SoC)，或者是与汽车其它电子控制系统合用的微控制器(MCU)。

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