智能控制机动车安全行驶系统

1.一种智能控制机动车安全行驶系统，包括前视雷达[7]及天线[6]、侧视雷达 及天线[17、18]、车速传感器[1]、车重传感器[2]、单片机系统[5]及程序，其特征 在于还包括：
车在位置气象条件传感器[3]、车身纵向倾斜传感器[4]、背景噪声接收器[16]、 游动开关[19]；
其中，所述的车速传感器[1]、车重传感器[2]、车在位置气象条件传感器[3]、 车身纵向倾斜传感器[4]与单片机系统[5]相连，用于获取当前条件下的“安全距离”， 单片机系统[5]也与前视雷达[7]相连，车速传感器[1]还与背景噪声接收器[16]相 连，车身纵向倾斜传感器[4]还与离合执行器[21]相连，雷达[7]与摸拟开关[9]输入 端[E]相连，比较器[8]的输入端与天线[6]相连、比较器[8]输出端与摸拟开关[9] 的控制极相连，摸拟开关[9]的输出端[F]同时与低通放大整形电路[10]、单片机系 统[5]相连，低通放大整形电路[10]与计数器[11]相连，计数器[11]的个位输出信号 送油门执行器[12]控制油门大小，十位计数信号送制动执行器[14]，单片机系统[5] 也与油门执行器[12]、制动执行器[14]相连；
所述的背景噪声接收器[16]与车速传感器[1]、雷达天线[6]相连；
所述的游动开关[19]的拨叉与方向盘轴机械连接，游动开关分别与左右转向灯 [20]，左右侧视雷达[17、18]及电源相连。
2.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，前视雷 达[7]、侧视雷达[17、18]由微波振荡器、微波传输带、天线[6]组成，天线被绝缘固 定在屏蔽金属筒中心，在封死的前端面中心开有一孔洞，可以辐射具有制向性的波 束场，雷达[7]探测距离的远近是由车速、车重、路面气象条件、车身纵向倾斜等参 数确定。
3.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，单片机 系统[5]，含有处理器(CPU)存储器、数据线及接口，记时/计数器、中断和指令程 序组成，读取车速、车重、车在位置气象条件、车身纵向倾斜的数据，查表或计 算，有障碍信号时，由单片机内的记时/计数器判断信号频率比发射频率高多少 和单位时间内的增加值控制油门减速或实施制动，发出复位指令。
4.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，车 在位置路面气象条件传感器[3]，由温度传感器[3a]、能见度传感器[3b]、湿度 传感器[3c]及各自的电路组成，把气象要素转变为电信号，形成单片机能够识别 的编码，表述车辆行驶过程中任意瞬间所在位置路面的干湿(雨、雪、冰、)及 空间气象条件(雾、沙尘等)参与安全距离的运算，也是限速行驶的条件之一。
5.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，车 身纵向倾斜传感器[4]，由固定在车身上的弧形型管、管中两套电极，每套电极 有一根导线与一根电阻丝和一个可以在管内滑滚的水银球[图3，3d的1、2]、 模/数集成块[图3，3d中的IC6]组成，把坡度大小转变为数字电信号。
6.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，背 景噪声接收器[16]与天线[6]相连，接收雷达波与地面交汇后形成的散射电波， 背景噪声接收器的调谐是由车速控制的，输出信号优先控制执行器。
7.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，游 动开关[19]，在图[8]中拨叉[8]与方向盘轴[2]机械连接，中间有一个绝缘体[6]， 并被上下电极环[4、7]夹持，通过绝缘体[6]与滑道腔内的上下开口电极环[4、 7]接触，实现侧视雷达和转向灯与方向盘转向同步启动。
8.根据权利要求1所述的智能控制机动车安全行驶系统，其特征在于，“安 全距离”是把保持车距概念数量化，“安全距离”等于制动距离、加上车速降为 零的位置到障碍物的一段距离。

                            技术领域\n本发明涉及交通运输领域，机动车行驶中对障碍的识别，及车速的智能控制，确 保车辆行驶时不发生碰撞、追尾、挤压、坠崖，该系统不受驾驶员的技能、状态的 影响，符合驾驶习惯和法规。\n                            背景技术\n目前，所有的机动车辆都没有主动防撞系统，只有一些被动的保护措施，如安 全带、防撞气囊、头盔，都不能从根本上解决交通事故的发生。\n据报道有的国家正在研究汽车自动导航、电脑导航、智能车辆公路系统(IVHS)， 丰田的AXV-III型，用激光定位车距防止追尾碰撞，美国的驾驶雷达系统，它是通过 探测前方障碍物达到危险程度时，用声、光向驾驶员报警，由驾驶员采取措施。日 本开展的研究是；在公路上埋设信号发生装置。还有的国家设想用卫星定位系统(注 1)以上技术还在研究阶段。\n                            发明内容\n本发明的目的是：克服现有技术的不足，为机动车辆提供一种能够探测到行驶 方向“安全距离”范围有无障碍物，确定是否控制减速或实施制动的安全系统，避 免事故发生，实现车辆安全行驶，并实现功率输出的自动转换。\n本发明的目的是这样实现的：一种智能控制机动车安全行驶系统，包括前视雷 达7及天线6、侧视雷达及天线17、18、车速传感器1、车重传感器2、单片机系 统5及程序，车在位置气象条件传感器3、车身纵向倾斜传感器4、背景噪声接收 器16、游动开关19；\n其中，所述的车速传感器1、车重传感器2、车在位置气象条件传感器3、车 身纵向倾斜传感器4与单片机系统5相连，用于获取当前条件下的“安全距离”， 单片机系统5也与前视雷达7相连，车速传感器1还与背景噪声接收器16 相连，车身纵向倾斜传感器4还与离合执行器21相连，雷达7与摸拟开关9 输入端E相连，比较器8的输入端与天线6相连、比较器8输出端与摸拟开 关9的控制极相连，摸拟开关9的输出端F同时与低通放大整形电路10、单 片机系统5相连，低通放大整形电路10与计数器11相连，计数器11的个位 输出信号送油门执行器12控制油门大小，十位计数信号送制动执行器14，单 片机系统5也与油门执行器12、制动执行器14相连；\n所述的背景噪声接收器16与车速传感器1、雷达天线6相连；\n所述的游动开关19的拨叉与方向盘轴机械连接，游动开关分别与左右转 向灯20，左右侧视雷达17、18及电源相连。\n前视雷达7、侧视雷达17、18由微波振荡器、微波传输带、天线6组成。 天线被绝缘固定在屏蔽金属筒中心，在封死的前端面中心开有一孔洞，可以 辐射具有指向性的波束场，辐射的场强(探测距离)是由车速、车重、路面 气象条件、车身纵向倾斜等参数确定的。前视、侧视雷达，扫视行驶方向是 否有障碍信号。\n单片机系统5含有中央处理器(CPU)存储器、数据线及接口，记时/计 数器，中断和指令程序，单片机通过数据线与各传感器连接，根据传感器送 来的车速、车重、车在位置气象条件、车身纵向倾斜数据到存储器中查表找 到相应的“安全距离”，或由单片机根据数据按设定的公式计算“安全距离”， 再由单片机用“安全距离”值控制雷达发射功率或拖动雷达天线改变俯仰角， 实现雷达探测距离的改变。前视雷达天线正差频信号送单片机内的记时/计 数器，在频率子程序控制下，判断信号频率单位时间内的增加值，把这个值 送入油门执行器和制动执行器的电路中，控制减速或实施制动。制动力度的 大小、动作的快慢，由频率的增高值和单位时间的增加量决定。障碍物信号 消失时，由单片机向执行器发出复位指令或由机械弹簧复位。\n车在位置路面气象条件传感器3，由温度传感器3a、能见度传感器3b、 湿度传感器3c及各自的电路组成，指示车辆行驶过程中任意瞬间所在位置， 路面的干湿(雨、雪、冰)及空间气象条件(雾、沙尘)等，他们输出信号 通过逻辑值表述车在位置路面气象条件的好坏(表1)。能见度传感器是在一 个蔽光、透气厢内，并列安装激光发射头、激光接收头，激光照射在厢内气 体上散射光的强弱，随厢内气体的透明度而改变，接收头感应后经光电放大 电路处理，其电信号达到设定值时，表示能见度已小于某一距离，则该信号 作为车辆限速行驶的条件之一。\n车身纵向倾斜传感器4，由固定在车身上的弧型管、管中两套电极，每 套电极由一根导线与一根电阻丝和一个可以在管内滑滚的水银球[图3，3d 中1、2]，模/数集成块组成。静止时水银球落在铅垂线的方向，与两套电极 均不发生接触，即零信号。当车辆上下坡时，水银球沿弧型圆管滑向某一边， 与其中一套电极接触，这样就有电阻，经模/数集成块3d中的IC6变为数字 输出，坡度大阻值数大。两套电极区分上坡、下坡及坡度值，参与“安全距 离”的确定，上坡时控制换挡加油门，下坡时限速。\n背景噪声接收器16是接收雷达波与路面交汇后形成的散射波，背景噪 声接收器，是由天线、调谐、功率放大组成的电路，背景噪声接收器的电子 调谐是由车速控制的，输出信号优先控制执行器。\n执行器由驱动电路、电机、机械传动件、复位弹簧组成，实现电信号控 制下的机械位移，用位移量控制油门、制动、换挡(离合)等动作。电信号 消失后电机扭矩消失，弹簧拉动复位或给予电信号复位。\n游动开关19是控制车辆转向时，使转向方侧视雷达及转向指示灯工作 的器件。\n                            附图说明\n图1为本发明原理框图\n图2为本发明程序框图\n图3为本发明的各传感器与单片机连接原理图\n图4为本发明电路原理图\n图5为本发明侧视雷达、转向指示灯、游动开关电路图\n图6为本发明激光雷达发射、接收电路示意图\n图7为本发明背景噪声接收器电调谐器图\n图8为本发明游动开关结构图\n图中：车速传感器及电路1，车重传感器及电路2，气象条件传感器3 (温度传感器3a、湿度传感器3c、能见度传感器3b)，车身纵向传感器4， 单片机系统5，天线6，雷达7，频率比较器8，摸拟开关9，低通放大整型 电路10，计数，二-十进制电路11，油门执行器12，复位电路13，制动执 行器14，反向器15，背景噪声接收器16，左、右侧视雷达17、18，游动开 关19，左、右转向指示灯20，换挡、离合执行器21。\n                            具体实施方式\n下面结合附图对本发明进一步说明：\n在雷达7(图4中)BG2为微波振荡管，基极有一块微波传输带，BG2 集电极接放大器IC1，放大量受“安全距离”ABCD控制并通过微波传输带偶 合至天线及二极管D的正极，向目标发射脉冲，只有在安全距离范围的障碍 物才能反射回来信号，并由同一天线拾取与D送来的原始信号混频，差频出 现在BG1基极，放大后输出送到摸拟开关9(IC5CD4006)，是否向后级传送 要经比较器8确定，根据多普勒效应，障碍物靠近时频率增高。只有从障碍 物反射回来频率高于原始发射频率的信号才是危险的。原始发射频率是固定 的，对应有一个电压，反射波频率高于原始发射频率则对应电压也高。比较 器8取原始频率电压，与反射波频率电压比较设正电压输出时，导通9，使 E端差频信号到F，送10(低通滤波器U1-d，放大U1-C高通滤波器U1-a、 到U1-b放大，U2-d和U2-a整形)送入计数器11(U4-b，计个位数，进位 后到U4-a，计十位数)，个位计数控制油门，十位计数控制制动器，当有障 碍物信号时个位数脉冲送到U5、U8、U9减油门到怠速使车速下降，雷达探 测距离缩短，此时如果障碍物未在雷达探测的距离之内，无进位脉冲，则制 动器不工作，相反障碍物信号未消失个位数进位后使十位脉冲计数，U6、U11、 U12工作，电机拖动制动器实施制动。动作的快慢、力度的大小与差频大小 及单位时间内增加量一致，个位进位信号还使油门执行器保持原状态，障碍 物信号消失比较器输出为“0”，两个执行器中的电机力矩消失，在弹簧拉力 下复位，也可用此信号控制图4中复位电路13的K、W，使K得到反转脉冲 W使晶振及U5、U6产生反序列脉冲，使电机反转复位。\n为了提高信号传递的可靠性，经比较器8鉴别出的高于原始频率信号经 模拟开关9送入单片机，令单片机T0为定时方式，T1为计数方式并同时设 为“1”，用频率测试的子程序在单片机内硬件上完成频率的计数，并送到执 行器电路中(图中给出的是使用步进电机的结构、用普通直流电机则将执行 器中的电路改用D/A)。\n单片机的另一个作用是根据车速、车重(含负荷)路面气象条件，车身 纵向倾斜，查表或计算“安全距离”。在车速低于0.7米/秒雷达盲探。把一 些实测数据写入单片机的存储器中，就可根据车速、车重、路面气象条件车 辆纵向倾斜去查表找到当前条件下的“安全距离”，单片机用“安全距离” 值控制雷达7的发射功率或控制雷达天线6的俯仰，使雷达探测距离等于安 全距离。因此雷达天线有高于辐射频率的差频信号就表示“安全距离”上有 障碍物，车辆就要减速或制动。\n“安全距离”是把“保持车距”的概念数量化了，安全距离＝制动距离+ 车速降为零的位置到障碍物的一段距离N，N值是由车在位置路面气象条件 和车身纵向倾斜度确定的。\n车在位置路面气象条件传感器3，在图3中由相对湿度3C路面温度3a 能见度3b传感器及它们各自电路组成，电路中各自的传感器，SA、SB、SC 在温度、湿度、能见度的影响下呈现出不同的阻值影响振荡频率和振荡波形 的占空比，在到达设定值时翻转，输出“1”或“0”，用来表达与行驶有直 接关系的重要天气特征，设温度在负4摄氏度以上输出为“1”否则为“0”， 相对湿度大于95％输出“1”否则“0”，能见度100米以上输出为“1”否则 “0”，如“1011”为四位二进制码表述正常行驶条件见表1\n表-1   温度传   感器输   出值   湿度传   感器输   出值   能见度传感   器输出值   空位   补值   路面气象条件   安全距离   1   0   1   1   正常   正常   1   1   1   1   路面有水(小雨小雾)   增加   1   1   0   1   路面有水(大雨大雾)   增大   0   1   0   1   路面有冰雪(大雪)   加倍限速\n车身纵向倾斜传感器4，在图3中3d是用来感知路面坡度的装置，当车 辆行驶在有坡度路面时水银球滑向其中的一套电极，设上坡滑向S段弧型管， 水银球使电极变为通路，IC6有阻值输出，坡度越大阻值越大，并进入单片 机的接口，当下坡则水银球1、2都同时滑向H段，由水银球2导通使单片 机得到一个符号位脉冲，区分车辆是处于上坡或下坡及坡度的大小，由程序 判定上坡加油门、换档，当车辆下坡时，坡度、时速过大则限速。\n背景噪声接收器16，是接收雷达7辐射到地面后产生的散射波，辐射源 的频率是固定的，由于车辆行驶的速度不断变化，所以散射波的频率也不断 变化，用车速值控制一个电子调谐电路，达到与散射频率共振的目的再经放 大电路输出；有散射波被接收到就有电压输出，在没有散射波或极弱时，说 明路面异常，“0”输出通过反相器15变为高电位，实施制动。车速传感器1 车重传感器2已有多种型号产品，这里只给出部分电路与单片机的连接。\n游动开关19，在图8中方向盘轴2转动时通过减速轮16带动拨叉8， 拨叉中间有一个绝缘体6，两侧各有一个电极12、15，通过绝缘体与滑道腔 内9的上下开口电极环4、7连接，并被上下电极环夹持，只有拨叉转动力 推动下可以顺、逆时针滑动，在图8中开口10是正前方位置，向右转时(顺 时针)拨叉8的G边推动并压迫游动开关电极12与拨叉接触，通过上环型 电极4导通车右侧侧视雷达及转向灯，方向盘向左转(逆时针)，则拨叉H 边推动并压迫电极15，通过下环型电极使左侧视雷达及左转向灯工作，当车 辆恢复到直线行使时，拨叉及游动开关回到正前方开口10位置，此时游动 开关左右电极与上下环型电极都不导通，实现侧视雷达和转向灯与方向盘转 向同时启动。\n注1：《世界科技大博览》下册1069页“未来的汽车和汽车技术”，精华出版 社2001年1月。