CN2209624Y - 全天候车辆前后防撞预警装置 - Google Patents

Abstract

全天候车辆前后防撞预警装置，包括超声波发射 电路、超声波接收电路，信号处理电路产生的频移信 号经三级参差选频放大器后，与比较电路中的给定电 位值进行比较，相对运动速度、相对距离超过给定电 位值时，进行声光报警，给出危险电平显示，强行减 速、刹车。本实用新型设计合理，可靠性高，按我国现 行交通法规选择设计参数，是一种强化交通安全法规 的技术手段，它的推广运用将可以有效地、大幅度地 减少交通事故。

Description

本实用新型涉及一种车辆制动控制系统中的制动作用启动装置，特别是一种车辆前后防撞预警装置。

现有技术中的预防车辆碰撞的控制装置较多，其中以CN2141783Y较为突出，这是一种汽车前视后视防撞装置，它由电源、超声发射电路、超声接收电路、计数电路、显示电路、磁接收电路、速度译码电路、复合电路、驱动电路等构成，数码显示汽车与障碍物的距离和当时汽车的行驶速度，通过音响器提醒驾驶员注意，并能紧急自动刹车，防止与障碍物碰撞，避免交通事故发生。该装置测量的是车辆与障碍物的绝对运动速度和绝对距离，无法真实地反映经常引起交通事故的车辆与障碍物的相对运动速度和相对距离，不仅往往导致驾驶员判断错误，造成误操纵，而且对行驶中的车辆间发生的碰撞问题，对行驶中的车辆与障碍物发生的相撞问题基本无法解决，该装置没有对超声波的发射及接收的范围加以适合我国交通法规的具体而明确的限制，也容易引起该装置对不违反我国交通法规规定中的某些情况的误动作，反而使驾驶员无所适从，现有技术中的这些不足之处在很大程度上影响了车辆防碰撞装置在我国的推广和运用，汽车碰撞这一多发生性交通事故至今仍给经济建设带来不容忽视的危害。

本实用新型的目的是提出一种车辆前后防撞预警装置，它有效地解决了上述技术无法解决的问题，它能够在各种情况下探测运行车辆前5米、后3米范围内，有与车辆相碰撞危险的相对运动物体（包括横穿马路的人或者自行车及其它车辆或者物体），并及时给出相对危险的速度、距离的电平指示，发出声光报警信号，提醒驾驶员刹车、减速或作机动避让处理，或者自动熄火、停车。特别是在能见度较差的情况下直接或间接地消除驾驶员的视觉盲区，及时提醒驾驶员保持适当跟车距离，倒车时防止与车后看不到的物体相碰。该装置的形状、构造或者其结合提出了一种适于实用的新的技术方案。

能够实现本实用新型上述目的的具体构成是，全天侯车辆前后防撞预警装置，包括超声波发射电路、超声波接收电路、信号处理电路，其特征在于：信号处理电路分别与超声波发射电路、超声波接收电路和三级参差选频放大器相连接，三级参差选频放大器分别与速度、距离电平指示器和比较电路相连接，比较电路与单稳态电路相连接，出口电路分别与单稳态电路、声光报警电路和排汽制动系或者点火系相连接，信号处理电路产生的频移信号的频率正比于被探测物体的相对运动速度，频移信号的幅度正比于超声波的回波强度，超声波的回波强度与被探测物体的相对距离成反比，频移信号经三级参差选频放大器处理后，与比较电路中E点的给定电位值进行比较，相对运动速度、相对距离超过给定电位值时，比较电路产生触发脉冲，促使单稳态电路翻转，由出口电路输出直流电压，速度、距离电平指示器随机显示三级参差选频放大器输出的交流电平的大小。

车辆的前方和后方各装有一副超声波发射电路和超声波接收电路，信号处理电路由三极管BG1、集成块084（a）、084（b）、CD4016及阻容元件构成，三级参差选频放大器由集成块084（c）、084（d）和LM324（a）及阻容元件顺序构成，比较电路由集成块LM324（d）、二极管及阻容元件构成，E点为集成块LM324（d）的脚12，单稳态电路由集成块LM324（c）、7809、二极管、三极管及阻容元件构成，出口电路由三极管及电阻组成，速度、距离电平指示器由集成块LM324（b）、二极管D6～D9、电容构成的桥式电路及仪表M组成。

超声波发射电路是由超声波振荡器产生的40KHZ矩形脉冲电压加到压电式超声波发射头T40－16上产生120±10db的声压的超声波，超声波由超声波传感器R40－16接收，三极参差选频放大器（4）的输入端装有可调电位器，通频带设定在60HZ～1300HZ（可调），合成频幅特性为其峰值特性与2ax＝v²（其中a＝0.5g g＝9.81米／秒²）运动曲线相吻合，回波强度与发射波强度之关系为 I＝I₀×e^－2ax（其中I₀为发射波强度，a为2×10^－11×40KH／M，e为自然对数，x为相对距离）。

超声波发射电路和超声波接收电路上均装有聚焦头，聚焦头由同轴的两个不同直径的薄壁园管构成，超声波的探测范围为一椭园形，车辆前方的椭园形之长轴为5～6米，车辆后方的椭园形之长轴为3～4米。

附图1为本实用新型的系统框图，图中：

1－－超声波发射电路 2－－超声波接收电路

3－－信号处理电路 4－－三级参差选频放大器

5－－比较电路 6－－单稳态电路 7－－出口电路

8－－速度、距离电平指示器

附图2、3、4为本实用新型的具体电路图；

附图5为2ax＝v²运动曲线图；

附图6为选频放大器的频幅特性图；

附图7为超声波回波强度曲线图；

附图8为超声波探测范围示意图；

附图9为聚焦头结构示意图。

附图1～9构成本实用新型的一个完整的实施例，以下结合附图及实施例详述本实用新型：车辆前后防撞预警装置，包括超声波发射电路（1）、超声波接收电路（2）、信号处理电路（3），其与现有技术的突出区别在于：信号处理电路（3）产生的频移信号的频率正比于被探测物体的相对运动速度，频移信号的幅度正比于超声波的回波强度，超声波的回波强度与被探测物体的相对距离成反比，频移信号经三级参差选频放大器（4）处理后，与比较电路（5）中E点的给定电位值进行比较，相对运动速度、相对距离超过给定电位值时，比较电路（5）产生触发脉冲，促使单稳态电路（6）翻转，由出口电路（7）输出直流电压，速度、距离电平指示器（8）随机显示三级参差选频放大器（4）输出的交流电平的大小。

车辆的前方和后方各装有一副超声波发射电路（1）和超声波接收电路（2），信号处理电路（3）由三极管BG1、集成块084（a）、084（b）、CD4016及阻容元件构成，三极参差选频放大器（4）由集成块084（c）、084（d）和LM324（a）及阻容元件顺序构成，比较电路（5）由集成块LM324（d）、二极管及阻容元件构成，E点为集成块LM324（d）的脚12，单稳态电路（6）由集成块LM324（c）、7809、二极管、三极管及阻容元件构成，出口电路（7）由三极管及电阻组成，速度、距离电平指示器 （8）由集成块LM324（b）、二极管D6～D9、电容构成的桥式电路及仪表M组成。

超声波发射电路（1）是由超声波振荡器产生的40KHZ矩形脉冲电压加到压电式超声波发射头T40－16上产生120±10db的声压的超声波，超声波由超声波传感器R40－16接收，三极参差选频放大器（4）的输入端装有可调电位器，通频带设定在60HZ～1300HZ（可调），合成频幅特性为其峰值特性与2ax＝v²（其中a＝0.5g g＝9.81米／秒²）运动曲线相吻合，回波强度与发射波强度之关系为 I＝I₀×e^－2ax（其中I₀为发射波强度，a为2×10^－11×40KH／M，e为自然对数，x为相对距离）。

超声波发射电路（1）和超声波接收电路（2）上均装有聚焦头，聚焦头由同轴的两个不同直径的薄壁园管构成，超声波的探测范围为一椭园形，车辆前方的椭园形之长轴为5～6米，车辆后方的椭园形之长轴为3～4米。

其工作原理是由超声波振荡器产生的40KH矩形脉冲电压加到压电式超声波发射头T40－16上产生约120dB声压的超声波（纵波）经过聚焦头聚焦后定向发射出去，形成定向的超声波束，该定向波束对汽车的前、后方同时“照射”，当汽车前、后方一定距离范围内（根据我国交通法规的规定为前方5～6米，后方3～4米）有相对于汽车本身运动的物体时，超声波被反射回来，形成回波，回波经具有锐定向的接收头（结构与发射头完全相同，仅是尺寸略有不同）波道选择后，由超声波传感器R40－16接收，送给信号处理电路（3），信号经BG1、084（a）和084（b）放大、整形后，由CD4016进行检波后产生频移信号，该信号的频率正比于被探测物体的相对运动速度，幅度正比于超声波的回波强度，超声波的回波强度与被探测物体的相对距离成反比。三级参差选频放大器（4）由集成块084（c）、084（d）和LM324（a）及阻容元件顺序构成，它的设计是以匀减速的2ax＝v²（其中a＝0.5g g＝9.81米／秒²）运动曲线为基础，结合回波强度与发射波强度之关系为 I＝I₀×e^－2ax（其中I₀为发射波强度，a为2×10^－11×40KH／M，e为自然对数，即为2.71828，x为相对距离），使三级参差选频放大器的合成频幅特性如附图6所示。该装置中E点的电位是根据我国现有交通法规确定的，将经过三级参差选频放大器处理的信号与之比较，当反映相对速度、相对距离的信号超过E点给定的电位值时，比较器由此产生触发脉冲，促使单稳态电路翻转，由出口电路输出12V直流电压，该信号控制预警电路同时产生声、光报警信号（其中A组灯亮表示前方有危险，B组灯亮表示后方有危险），与此同时继电器J6吸合常闭触点，切断点火电路，常开触点将接通排气制动系统的刹车继电器或电磁阀，使汽车强行减速、制动。当危险消除后，由于比较器产生的触发脉冲也随之消失，单稳态电路复位，继电器的各个触点复位，汽车自动恢复正常状态。

另一方面，由集成块LM324（b）、二极管D6～D9、电容构成的桥式电路及仪表M组成的速度、距离电平指示器能随机地显示出三级参差选频放大器输出的交流电平的大、小，由于选频放大器的通频带设定在60HZ～1300HZ之间，对应于相对速度在2公里／小时到40公里／小时之间，因此只有被探测物体与车辆间的相对速度在此范围内时，该装置才会发出预警信号。当汽车停靠在前、后方均有静止物体的地方时，因相对速度为零，该装置也不会动作；当两车的跟车距离一定，也即两车的行驶速度相等时，相对速度同样为零，该装置亦不会动作。

为了避免汽车前后方的一些凸起物，使该装置给汽车行驶造成误动作，本实用新型特别设计了聚焦头，聚焦头分别罩于超声波发射头和超声波接收头上，超声波发射头和超声波接收头形成内藏式结构，它使超声波的发射和接收限定在一个椭园的球体的范围之内，在此范围之内的物体的相对速度和相对距离将被超声波探测并判断是否达危险程度，是否动作，不在此范围内的物体将不被超声波探测。这样有效地避免了盲目性，提高了该装置的可靠性。由于该装置对障碍物体的相对运动速度和相对距离的检测不受任何天气条件的影响，均可实施安全有效的防撞预警措施，所以该装置是全天侯的车辆前后防撞预警装置。

从上述对本实用新型的分析中，已可以看出，本实用新型彻底有效地克服了现有技术的前述不之处，设计合理，方案可行，可靠性高，操作方便，且有关参数的选择针对我国的道路及交通情况，符合我国现行法规的要求，是一种强化交通安全法规的技术手段，它的推广运用将可以有效地、大幅度地减少交通事故。

Claims (4)

1、全天候车辆前后防撞预警装置，包括超声波发射电路(1)、超声波接收电路(2)、信号处理电路(3)，其特征在于：信号处理电路(3)分别与超声波发射电路(1)、超声波接收电路(2)和三级参差选频放大器(4)相连接，三级参差选频放大器(4)分别与速度、距离电平指示器(8)和比较电路(5)相连接，比较电路(5)与单稳态电路(6)相连接，出口电路(7)分别与单稳态电路(6)、声光报警电路和排汽制动系或者点火系相连接，信号处理电路(3)产生的频移信号的频率正比于被探测物体的相对运动速度，频移信号的幅度正比于超声波的回波强度，超声波的回波强度与被探测物体的相对距离成反比。

2、根据权利要求1所述的全天侯车辆前后防撞预警装置，其特征在于：车辆的前方和后方各装有一副超声波发射电路1和超声波接收电路2，信号处理电路3由三极管BG1、集成块084（a）、084（b）、CD4016及阻容元件构成，三极参差选频放大器4由集成块084（c）、084（d）和LM324（a）及阻容元件顺序构成，比较电路5由集成块LM324（d）、二极管及阻容元件构成，比较参照点E为集成块LM324（d）的脚12，单稳态电路6由集成块LM324（c）、7809、二极管、三极管及阻容元件构成，出口电路7由三极管及电阻组成，速度、距离电平指示器8由集成块LM324（b）、二极管D6～D9、电容构成的桥式电路及仪表M组成。

3、根据权利要求1或2所述的全天侯车辆前后防撞预警装置，其特征是超声波发射电路（1）是由超声波振荡器产生的40KHZ矩形脉冲电压加到压电式超声波发射头T40－16上产生120±10db的声压的超声波，超声波由超声波传感器R40－16接收，三极参差选频放大器（4）的输入端装有可调电位器，通频带设定在60HZ～1300HZ（可调），合成频幅特性为其峰值特性与2ax＝v²（其中a＝0.5g g＝9.81米／秒²）运动曲线相吻合，回波强度与发射波强度之关系为I＝I₀×e^－2ax（其中I₀为发射波强度，a为2×10^－11×40KH／M，e为自然对数，x为相对距离）。

4、根据权利要求1或2所述的全天侯车辆前后防撞预警装置，其特征是超声波发射电路（1）和超声波接收电路（2）上均装有聚焦头，聚焦头由同轴的两个不同直径的薄壁园管构成，聚焦头分别罩于超声波发射头和超声波接收头上，使超声波发射头和超声波接收头形成内藏式结构，超声波的探测范围为一椭园形，车辆前方的椭园形之长轴为5～6米，车辆后方的椭园形之长轴为3～4米。

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