專利名稱：一只傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示方法及裝置，屬于傳感器技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感技術(shù)、信息處理和信息傳輸稱為信息三大基礎(chǔ)技術(shù)。傳感技術(shù)是當(dāng)今世界迅速發(fā)展的高新技術(shù)，涉及的學(xué)科面寬，應(yīng)用面廣。傳感技術(shù)主要研究信息獲取、轉(zhuǎn)換和執(zhí)行相關(guān)的傳感器(包括敏感器和執(zhí)行器)和系統(tǒng)，傳感器由于其對(duì)外界情況的敏感特性而有著及其廣泛的應(yīng)用背景。慣性傳感器是傳感器中的一個(gè)重要類別，是感知運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的敏感元件，作為慣性器件的加速度傳感器在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征中有著極其重要的用途。
汽車作為一種行進(jìn)物體對(duì)加速度傳感器的需求正逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。目前，我國汽車工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，已成為許多城市的支柱產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)，汽車也作為一種高檔耐用消費(fèi)品逐步走進(jìn)家庭，駕駛愛好者也日漸增多。眾所周知，所有汽車均有車速表，使駕駛者能時(shí)刻了解自己的車速，車速表是汽車儀表中不可缺少的部分。但車輛的加速度表并沒有成為汽車儀表的一部分，因?yàn)榧铀俣炔⒎情_車時(shí)必須知曉的參數(shù)，但許多追逐時(shí)尚的人們?cè)陂_車時(shí)卻非常關(guān)心自己車輛的加速性能，如果能在加速的同時(shí)通過相應(yīng)的儀表盤或其它顯示裝置直觀地感受到車輛的加速情況，對(duì)于愛車一族而言，將會(huì)獲得一種快感。如采用加速度傳感器對(duì)加速度的感知性能制成相應(yīng)的加速度指示系統(tǒng)，可以滿足愛車族在駕車時(shí)從中獲得快感的需求。另一方面，駕車者也可通過隨時(shí)了解車輛加速度情況而主動(dòng)限制自己的過分提速(如象在速度表上采用過高速度紅線標(biāo)注，對(duì)過大的加速度范圍在顯示上用紅線警示)，對(duì)謹(jǐn)慎駕駛和安全行車方面起到積極的作用。
目前，汽車剎車燈系統(tǒng)是與剎車動(dòng)作系統(tǒng)相連。駕駛員一踩剎車，汽車尾部的剎車燈開關(guān)即被打開，剎車燈就立刻點(diǎn)亮，提示后面的車輛，前車已經(jīng)剎車減速。但事實(shí)上，在車輛行駛當(dāng)中，在某種情況下，駕駛員并未踩剎車，而是由于道路及車輛本身的緣故甚至是發(fā)生事故導(dǎo)致車速瞬時(shí)降低，此時(shí)，傳統(tǒng)的剎車燈系統(tǒng)不會(huì)做出任何反應(yīng)。這樣后面的車輛不會(huì)得到很好的信息，致使出現(xiàn)連續(xù)追尾等惡性交通事故。如果能將剎車燈再與加速度傳感器信號(hào)系統(tǒng)相連時(shí)，由于該傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)物體速度變化的感知，它可以根據(jù)車輛減速狀況輸出信號(hào)，并在達(dá)到一定的預(yù)設(shè)開關(guān)點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)剎車燈點(diǎn)亮，從而使剎車燈系統(tǒng)成為不只依賴駕駛員操作，同時(shí)還根據(jù)車輛減速情況自動(dòng)判別是否點(diǎn)亮的智能剎車燈系統(tǒng)。將加速度信號(hào)與剎車動(dòng)作信號(hào)是邏輯“或”的關(guān)系，這樣不會(huì)影響到原有剎車系統(tǒng)的正常工作，即剎車動(dòng)作時(shí)燈還會(huì)亮。但增加的減速自動(dòng)顯示功能將在原有剎車燈的基礎(chǔ)上大大提高了向后面車輛提供的安全信息?？傊?，加裝此種智能減速警示系統(tǒng)將為安全行車提供更多的保障。
駕駛員在根據(jù)前面車輛剎車燈亮之后，最希望能夠指導(dǎo)前車剎車程度和前車實(shí)際減速的程度以采取恰當(dāng)程度的相應(yīng)剎車措施。這樣既可以與減速的前車保持足夠的距離保證不發(fā)生追尾，有可以避免剎車動(dòng)作過激而再影響到其后面的車輛。僅看到前面剎車燈亮，有時(shí)不能得到前面車輛減速的實(shí)際程度。往往駕駛員是根據(jù)兩車距離的瞬時(shí)變化來感知這些進(jìn)一步信息的。但在夜間或駕駛員經(jīng)驗(yàn)不十分豐富時(shí)有時(shí)很難較準(zhǔn)確判斷。能否使用同一只加速度傳感器，既能在車輛加速行駛時(shí)顯示加速度，而又可以自動(dòng)對(duì)減速程度進(jìn)行測(cè)量，并通過與預(yù)先設(shè)置的減速分級(jí)閾值比較來驅(qū)動(dòng)可以分級(jí)顯示的高位剎車/減速燈，使后面的駕駛員得到前車剎車/減速的實(shí)際程度而采取合適的相應(yīng)剎車動(dòng)作。這樣的顯示可以用對(duì)高位剎車燈分段顯示來實(shí)現(xiàn)，也可以分級(jí)顯示亮度或分級(jí)閃爍等方法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以改變燈的顯示陣列形狀來實(shí)現(xiàn)。并且還保留了正常的低位剎車尾燈的原有功能。以上就構(gòu)成本發(fā)明的主要構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)警示顯示的方法。提供的一種車輛加速度和減速度的傳感器自動(dòng)檢測(cè)及顯示系統(tǒng)的實(shí)施，對(duì)現(xiàn)有車輛的儀表指示系統(tǒng)起到了一定的補(bǔ)充和提高作用。對(duì)向前加速度的顯示可以為駕駛員提供安全行車依據(jù)并增加駕車樂趣。更重要的是該發(fā)明能使用同一只傳感器對(duì)車輛減速(無論有沒有主動(dòng)剎車)的自動(dòng)檢測(cè)對(duì)后面車輛提供根據(jù)減速程度分級(jí)的警示顯示，對(duì)避免追尾事故的發(fā)生起到很大的作用。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)剎車燈系統(tǒng)必須由駕駛員操縱的局限，給行車安全提供了更大的幫助。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是1.本發(fā)明首先提供了一種車輛加速度測(cè)試裝置，它包括一個(gè)可感知正負(fù)加速度的傳感器及加速度信號(hào)處理電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路，一個(gè)加速指示器和一個(gè)減速自動(dòng)分級(jí)顯示器。其中加速度傳感器是其核心部件。該傳感器可對(duì)車輛的加速度狀況做出反應(yīng)，并根據(jù)車輛加速度的不同，輸出相應(yīng)的信號(hào)，該傳感器通過接口驅(qū)動(dòng)電路的處理與顯示部件構(gòu)成一個(gè)車輛加(減)速度測(cè)試系統(tǒng)，可直觀地、確切地反映出車輛當(dāng)前的加(減)速度。適用于本發(fā)明的加速度傳感器根據(jù)車輛正負(fù)加速度的范圍是2g左右，傳感器本身已是成熟技術(shù)，主要有電容加速度傳感器和壓阻加速度傳感器。如美國ADI公司生產(chǎn)的ADXL系列傳感器。傳感器中有采用硅微機(jī)械技術(shù)形成的加速度敏感電容，在加速度作用下，電容極板間距變化引起電容值變化，經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換后形成輸出電壓隨加速度變化的信號(hào)。也可以采用如美國ENDEVCO公司生產(chǎn)的壓阻加速度傳感器。傳感器質(zhì)量塊在加速度作用下產(chǎn)生慣性力，導(dǎo)致與質(zhì)量塊相連的力學(xué)梁上產(chǎn)生應(yīng)力，由硅的壓阻效應(yīng)，各應(yīng)變電阻發(fā)生變化，通過電橋差分輸出產(chǎn)生電信號(hào)。
2.本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是采用一個(gè)加速度傳感器的信號(hào)達(dá)到兩種顯示效果。其一為車輛向前加速度的實(shí)時(shí)顯示，選用適當(dāng)?shù)娘@示部件大致(如采用柱狀液晶顯示屏或發(fā)光二極管電平指示模擬顯示器等)或精確(如采用指針式或數(shù)字式表頭等)地顯示當(dāng)前車輛的加速度值。傳感器信號(hào)放大使用的是美國BB公司生產(chǎn)的INA125儀表放大器，它自帶精密電壓輸出。其二為車輛的減速分級(jí)提示裝置，可在車輛后方安裝指示燈或其它醒目的顯示部件并受控于加速度傳感器。當(dāng)車輛減速時(shí)，可通過信號(hào)輸出控制減速指示燈發(fā)光，從而達(dá)到警示后面車輛的作用，這與駕駛員踩剎車點(diǎn)亮剎車燈有本質(zhì)區(qū)別，此時(shí)的減速指示燈完全由加速度傳感器感知減速程度而控制，與駕駛員行為無關(guān)，是智能減速警示燈。該自動(dòng)減速測(cè)量信號(hào)可與原車上的剎車信號(hào)間形成“或”的邏輯關(guān)系，所以是在不干擾原剎車信號(hào)前提下的一種非剎車動(dòng)作下測(cè)量減速亮等警示功能增強(qiáng)。該減速信號(hào)經(jīng)與預(yù)置減速度閾值的比較自動(dòng)識(shí)別測(cè)量剎車/減速的程度，顯示減速的級(jí)別。通過實(shí)驗(yàn)，可以確定在不同減速級(jí)別下傳感器的輸出電壓值，在電路中用預(yù)置這樣的減速級(jí)別電壓，與傳感器輸出電壓通過比較器進(jìn)行比較，產(chǎn)生相應(yīng)減速級(jí)別的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢灾谱饕粋€(gè)專門的高位后燈來顯示這樣的減速級(jí)別(可以是量級(jí)或多級(jí))。級(jí)別的顯示可以采用多種形式，如利用橫條形高位后燈分段顯示級(jí)別，或通過燈的常亮或閃爍來區(qū)分級(jí)別，或采用各種形狀后燈陣列分布的不同顯示級(jí)別等等。
3.由于實(shí)時(shí)加速度和減速度的變化速度可能超過人眼的識(shí)別速度，所以在加速度傳感器輸出信號(hào)處理時(shí)要采用一定的濾波和延長(zhǎng)顯示時(shí)間來便于閱讀和目光辨認(rèn)。這種濾波和延長(zhǎng)顯示均為本領(lǐng)域中普通的電路。系統(tǒng)可以采用車輛本身提供的電源，也可以在低功耗的局部采用自帶的電池供電。
4.所述的減速分級(jí)顯示系統(tǒng)在傳感器對(duì)減速程度進(jìn)行檢測(cè)后，自動(dòng)與預(yù)先設(shè)置的減速等級(jí)閾值進(jìn)行比較后產(chǎn)生減速程度分級(jí)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)減速程度的后燈顯示器，使顯示帶有減速程度信息。
所述的減速顯示分為高程度減速顯示燈驅(qū)動(dòng)電路、最低減速信號(hào)程度顯示燈驅(qū)動(dòng)電路和原剎車燈及驅(qū)動(dòng)電路；其中最低減速信號(hào)與主動(dòng)剎車電信號(hào)之間形成邏輯“或”電路。(詳見圖3、圖4)


圖1為本發(fā)明用一只加速度傳感器的車輛加速度顯示計(jì)及減速分級(jí)警示顯示系統(tǒng)的原理圖。
圖2為圖1所示原理圖相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)在車輛上安裝的模擬圖。
圖3為圖2所示的系統(tǒng)的較詳細(xì)信號(hào)處理結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為減速顯示時(shí)自動(dòng)與預(yù)置的減速等級(jí)閾值進(jìn)行比較產(chǎn)生減速程度分級(jí)信號(hào)原理圖。
具體實(shí)施例方式
首先，請(qǐng)參閱附圖1和2。本系統(tǒng)包括一個(gè)加速度傳感器，固定安裝在車上任何與車輛經(jīng)受同樣加減速運(yùn)動(dòng)過程的位置，如前儀表臺(tái)或后臺(tái)內(nèi)置高位剎車燈附近。傳感器信號(hào)處理接口和燈驅(qū)動(dòng)電路等部分可以與加速度在一起。向前加速度顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以聯(lián)接到安裝在前儀表臺(tái)駕駛員易看到的地方的顯示器上。如顯示器是一個(gè)指針模擬表頭。另一路信號(hào)經(jīng)與預(yù)置的減速程度分級(jí)信號(hào)比較后產(chǎn)生相應(yīng)的分級(jí)顯示信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路處理后聯(lián)接到車后部三維減速警示燈陣列上形成智能減速分級(jí)警示顯示。只要檢測(cè)減速度達(dá)到最低的剎車效果時(shí)，該最低減速級(jí)別檢測(cè)信號(hào)還經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路與原車剎車等信號(hào)間聯(lián)接成邏輯“或”的關(guān)系，可以幫助原車剎車燈在沒踩剎車但有足夠減速時(shí)也亮。
以下參照?qǐng)D3介紹系統(tǒng)的實(shí)施細(xì)節(jié)和過程。根據(jù)車輛加/減速度的實(shí)際范圍，應(yīng)選擇2g左右量程的加速度傳感器。在對(duì)車輛電源穩(wěn)壓和濾波后為傳感器提供工作電源。為了降低加速度傳感器零點(diǎn)漂移對(duì)車輛加速度測(cè)試數(shù)值準(zhǔn)確度的影響，可通過電路設(shè)置使車輛在每次點(diǎn)火發(fā)動(dòng)時(shí)對(duì)加速度傳感器進(jìn)行歸零處理。傳感器為直流電壓輸出，經(jīng)信號(hào)放大調(diào)整后分成兩路。一路經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路后驅(qū)動(dòng)模擬電平柱狀顯示器顯示車輛的加速度程度。為提醒駕駛員不要猛加速，可以使0.3g以上的輸出顯示為紅色，以下為綠色。另一路信號(hào)為減速顯示提供信號(hào)。信號(hào)先與預(yù)先設(shè)置的多個(gè)減速分級(jí)閾值電壓做比較，比較器輸出結(jié)果為減速級(jí)別信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路去點(diǎn)亮相應(yīng)減速程度級(jí)別顯示燈線陣列的相應(yīng)部分。如設(shè)兩級(jí)比較，閾值分別為-0.3g和-0.6g。如減速程度沒有超過最低閾值，則不點(diǎn)亮減速燈，剎車等只會(huì)在有剎車動(dòng)作時(shí)點(diǎn)亮。這樣使車輛在有一定負(fù)加速度值時(shí)才開啟智能減速警示燈，而不會(huì)在車輛速度微降時(shí)就頻頻點(diǎn)亮制動(dòng)燈，給后車造成帶來不必要的干擾。如減速程度在兩級(jí)閾值之間，則只點(diǎn)亮較低減速顯示部分，這部分輸出是與剎車信號(hào)按照邏輯“或”的關(guān)系連接起來，都對(duì)一般剎車燈起作用的。如果比較后產(chǎn)生超出高級(jí)閾值的信號(hào)，則在正常減速燈部分亮之外，顯示猛烈減速/剎車的信號(hào)燈部分也亮起來。對(duì)于減速分多級(jí)顯示的情況可以類推。圖4給出了剎車信號(hào)分兩級(jí)比較識(shí)別的電路原理圖。加速度傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大后與預(yù)先設(shè)置的分級(jí)電壓經(jīng)比較器比較，如信號(hào)超過相應(yīng)閾值則輸出高電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段的顯示燈。相反，信號(hào)達(dá)不到閾值的比較器輸出低電平，相應(yīng)段顯示等不被驅(qū)動(dòng)。
用于顯示車輛加速度值的加速度顯示裝置一般置于車輛的前部，與駕駛室中所有儀器表頭位置相近，便于駕駛員感知或讀數(shù)。顯示的方法有多種，可采用指針式表頭、數(shù)字式液晶顯示屏等讀數(shù)型指示器，使駕駛員可方便地知曉目前具體的加速度值；也可采用發(fā)光二極管電平指示器、彩色液柱等直觀的加速度顯示器，駕駛員無需知道具體的加速度值，而是從閃爍的二極管指示器或起伏的彩色液柱上感受到車輛加速的情況。
用于提示車輛減速狀態(tài)的警示燈一般放置在車輛尾部醒目處，使后車駕駛員可方便地注意到前車的減速狀態(tài)，發(fā)光部件可選用白熾燈或發(fā)光二極管。
權(quán)利要求
1.一種只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的方法，其特征在于在車輛上放置一只感知加速或減速的傳感器，利用傳感器對(duì)車輛行駛中速度改變的敏感特性，將車輛向前的加速度或減速/剎車信號(hào)經(jīng)電路處理后，分別對(duì)車輛向前加速度顯示及對(duì)剎車/減速時(shí)產(chǎn)生向后加速度的程度產(chǎn)生分級(jí)處理，與原剎車信號(hào)間形成“或”的邏輯關(guān)系。
2.按權(quán)利要求1所述的一種只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的方法，其特征在于與剎車信號(hào)所形成邏輯“或”的關(guān)系，是在不干擾原剎車信號(hào)前提下的一種非剎車動(dòng)作下，減速信號(hào)經(jīng)與預(yù)置減速度閾值比較自動(dòng)識(shí)別測(cè)量剎車/減速的程度。
3.按權(quán)利要求1所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于它由一只固定在車身上的感知正負(fù)加速度傳感器，與之相連的加速度信號(hào)處理電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路、以及與驅(qū)動(dòng)電路相連的一個(gè)車內(nèi)向前加速度程度顯示器和一個(gè)減速分級(jí)顯示系統(tǒng)組成的；所述的感知正負(fù)加速度傳感器量程為2g。
4.按權(quán)利要求3所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于所述的加速度傳感器是電容加速度傳感器或壓阻加速度傳感器。
5.按權(quán)利要求3所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于所述的減速分級(jí)顯示系統(tǒng)在傳感器對(duì)減速程度進(jìn)行檢測(cè)后，自動(dòng)與預(yù)先設(shè)置的減速等級(jí)閾值進(jìn)行比較后產(chǎn)生減速程度分級(jí)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)減速程度的后燈顯示器，使顯示帶有減速程度信息。
6.按權(quán)利要求5所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于所述的減速顯示分為高程度減速顯示燈驅(qū)動(dòng)電路、最低減速信號(hào)程度顯示燈驅(qū)動(dòng)電路和原剎車燈及驅(qū)動(dòng)電路；其中最低減速信號(hào)與主動(dòng)剎車電信號(hào)之間形成邏輯“或”電路。
7.按權(quán)利要求3、5或6所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于減速程度的級(jí)別顯示或利用橫條形高位原燈分級(jí)顯示，或通過燈的常亮或閃爍區(qū)分，或采用各種后燈陳列分布的不同顯示級(jí)別。
8.按權(quán)利要求3所述的只用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車分級(jí)顯示的裝置，其特征在于所述的加速度顯示或采用柱狀液晶顯示屏、或發(fā)光二極管電平指示模擬顯示，或采用指針式或數(shù)字式顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用一只加速度傳感器實(shí)現(xiàn)車輛加速或減速/剎車方法及裝置。特征在于在車輛上只放置一只加速度傳感器，利用傳感器對(duì)車輛行駛中速度改變的敏感特性，將車輛向前的加速度或剎車/減速信號(hào)經(jīng)簡(jiǎn)便電路處理后，分別對(duì)車輛向前加速度顯示及對(duì)剎車/減速時(shí)產(chǎn)生向后加速度的程度產(chǎn)生分級(jí)顯示，與車輛原剎車信號(hào)間形成邏輯“或”的關(guān)系。裝置中包括安裝一只2g量程加速度傳感器及信號(hào)處理電路，分別驅(qū)動(dòng)放在車內(nèi)前部的向前加速度顯示器和放在車后部的分級(jí)剎車/減速顯示器?？删捅拒嚋p速程度對(duì)后面車輛進(jìn)行分級(jí)警示，提醒后車駕駛員根據(jù)前車告示的減速程度對(duì)己車采取合適程度的剎車，避免追尾等事故發(fā)生。
文檔編號(hào)B60Q1/26GK1569517SQ20041003519
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者李昕欣, 王躍林, 周萍, 陳士清 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所