汽车智能速距联合监控保安装置

1、一种汽车智能速距联合监控保安装置，由显示器(5)、酒精传 感器(1)、距离传感器(2)、速度传感器(3)、报警器(6)、违章超速控制 执行器(7)、危急保安执行器(9)、微机监控器(4)、斜坡解除按键(8)、 密码防盗装置(10)、防酒后驾驶执行器(11)和电源(12)组成，其特征 在于：微机监控器(11)根据酒精传感器(1)、距离传感器(2)、速度传 感器(3)的数据，对车辆发出控速、刹车、防盗、防酒后驾驶、报警、显 示、记忆等指令，显示器(5)、报警器(6)、违章超速控制执行器(7)、危 急保安执行器(9)密码防盗装置(10)、防酒后驾驶执行器(11)接到指 令后自动起动或执行。
2、根据权利要求1所述的危急保安执行器(9)，其特征在于：当 车前出现障碍时，微机监控器(4)指令显示器(5)显示本车与障碍物 的距离和相对速度；当相对速度和距离达到设定的危险范围时，微机 监控器(4)指令报警器(6)报警，提醒司机注意；报警后司机未做处 理，当相对速度与障碍物距离更近时，微机监控器(4)指令违章控速 执行器(7)停止对化油器(26)供油，使汽车减速缓行并接通尾灯；当 司机再不采取措施将要发生事故时，微机监控器(4)指令危急保安执 行器(9)自动刹车。
3、根据权利要求1所述的违章超速控制执行器(7)，其特征在 于：当汽车超过国家规定的最高时速时，微机监控器(4)指令报警器 (6)报警，提醒司机减速缓行；违章超速控制执行器(7)两分钟后，在 微机监控器(4)指令下，停止化油器(26)的供油，接通尾灯，当车速降 到国家规定的最高时速以下后，微机监控器(4)指令超章超速执行器 (7)停止工作，恢复供油，断开尾灯，正常行驶。
4、根据权利要求1所述的记忆装置，其特征在于：当司机故意解 除违章超速执行器(7)功能，违章超速时，记忆装置记忆超速行驶的 起止时间和超速过程中的最高时速和起止时间。
5、根据权利要求4所述的记忆装置，其特征在于：当事故发生 时，记忆装置记录从障碍显示到刹车投入时间两车的速度变化情况， 用以分析驾驶状况和处理车辆事故。
6、根据权利要求1所述的斜坡解除按键(8)，其特征在于：当汽 车上坡或需向某物体靠近时，为防止违章超速执行器(7)和危急保安 执行器(9)误动，司机可按下斜坡解除键(8)，同时微机监控器(4)接 通报警器(6)，提醒司机恢复功能。
7、根据权利要求1所述的密码防盗装置(10)，其特征在于：停车 后可任意设置不同密码，使车辆停止供油，即使点火也不能正常发 动。    
8、根据权利要求1所述的防酒后驾驶执行器(11)，其特征在于： 设于车内的酒精传感器(1)感应到一定浓度的酒精时后，微机监控器 (4)根据酒精浓度的大小，做出两种动作，一是当酒精浓度不大时，微 机监控器(4)只指令报警和记忆，司机开车时不断发出报警声，并记 下车辆行驶时间长短(年、月、日、时、分至年、月、日、时)和行进过程 中的最高速度；酒精浓度较大危险性很大时，微机指令断开点火控制 开关(17)的线包供电，即使点火，点火开关(17)仍不能接通，供油回 路不通，汽车不能发动开走。

本发明属于自动控制领域，尤其是汽车智能监控速距联合保安 装置领域。\n目前，市面上销售的汽车保安器材，其保安方式主要是通过车 灯、喇叭、脚踏刹车来实现的，其保安系数不高，违章超速驾驶得不到 有效控制，汽车撞击事故较为频繁，且没有事故记忆装置，肇事逃逸 现象时有发生。公安部交通管理局披露一九九七年我国平均每天发 生交通事故834起，死亡203人，受伤521人，直接经济损失506万 元，其中事故责任90％在于机动车。近年来国外虽有汽车智能监控 保安装置问世，并申请中国专利，如韩国的现代电子产业株式会社 (申请号94113326.5和94113325.7，公开号CN1107786A和 CN1107785A)日本的日产柴油机车工业株式会社(申请号 95117657.3，公开号CN1126675A)。上述三种专利装置功能单一，或 只有障碍测距与报警一项，或有报警与制动两项，既对发生撞击事故 主要原因违章超速和酒后驾驶无能为力，又不便对事故责任进行判 定，从汽车的保安和交通管理来看，远远达不到要求；另外整套设备 造价昂贵，普通一公里测距的激光器要十万元以上，整个装置造价要 超过普通小汽车和普通货车本身，所以即使在发达国家也无法普及 应用。\n本发明的目的一是增加必要的功能以满足汽车保安和交通管理 的要求；二是采用传感器元件以大幅度降低造价，使之便于推广和应 用。具体讲一是采用智能化、自动化技术，实现显示、报警、减速、刹车 等车前障碍四级保护，使违章超速得到自动控制，杜绝违章超速驾驶 现象，减少车辆撞击事故的发生；二是一旦发生事故，根据事故记忆、 超速记忆数据来判定责任，防止肇事逃逸；三是制造技术简单，成本 低廉，普通客货车也配备得起。如造价昂贵的激光探测器，由某研究 所专门生产的最大测距为200米的专用测距仪，造价可控制在2000 元以内，这样整套装置造价不高于2500元，为它的推广应用创造了 可行的物质条件，也只有机动车辆不分大小、贵贱全部配备这样的装 置，才能使道路交通事故得到有效的扼制。\n本装置由传感器(速度传感器、测距传感器、酒精传感器)、报警 器件(超速报警、障碍报警)、违章超速控制器件、危急保安(自动刹 车)器件、显示器件、微机监控器件和电源等组成，并设有斜坡解除按 键，其技术方案是这样实现的。\n利用霍尔元件作速度传感器件，检测汽车即时速度。车前有障碍 时，检测本车与障碍的相对速度，并送入微机监控器；利用超声波测 距器或小型激光测距仪(最大测距200米即满足要求)探测车前障碍 并检测距离，送入微机监控器；利用电磁结构做成违章超速控制执行 器和危急保安(刹车)执行器，同声光报警器一起，接受微机监控器的 指令。微机监控器根据汽车的即时速度、相对速度和汽车与障碍物距 离等数据的变化情况作出判断，发出不同指令，报警器、执行器接到 指令后立即动作，实现报警、控速、减速、刹车各种功能，确保安全；微 机监控器对违章超速(违章超速发生的时间和过程中的最高时速)进 行记忆以及对自动刹车投入时本车速度、相对速度、对方车速和从障 碍显示之后直至刹车投入两车速度的变化情况进行记忆，以判定责 任和防止肇事逃逸。\n下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地说明。\n图1为本发明的结构原理方框图。\n图2为本发明速度传感器示意图。\n图3为本发明违章超速执行器和车前障碍危险减速执行器示意 图。\n图4为本发明车前障碍及距离探测器示意图。\n图5为本发明危急保安执行器示意图(气刹车)。\n图6为本发明危急保安执行器示意图(油刹车)。\n图7为本发明的电路设计图。\n如图2所示速度传感器，由电源12实现对电霍尔元件13的供 电，堆霍尔元件13用固定件14固定在汽车的机械速度表15的传动 软轴16旁，铁氧体小磁体17用固定件18固定在传动软轴上，传动 软轴16每转动一周，铁氧体小磁体17就在霍尔元件13上感生出一 个脉冲电流19，因而，感生脉冲电流19的数目就等于传动轴16的 传动数，利用微机就可以测出汽车的即时速度。\n如图3所示违章超速控制和车前障碍危险减速执行器(附密码 防盗和防酒后驾驶功能)，其系统是由油箱20、输油泵21、电磁阀 22、密码开关29、点火控制开关28、速度控制开关27、电源12、化油 器26、节气门25、汽缸24、脚踏板23组成。在输油泵21和化油器26 之间加装一个电磁阀22，其供电回路中串接三个电磁开关，即密码 开关29、点火控制开关28、速度控制开关27。密码开关29为常闭点， 受密码控制；速度控制开关28为常开点，受点火和酒精信号联合控 制；速度控制开关27为常闭点，受速度和车前障碍联合控制，在车前 没有障碍时则只受本车速度控制。其控制过程是：停车后如需防盗， 则拨通密码断开密码开关29且自保持，此时即使点火接通点火控制 开关28(若司机没有饮酒，点火控制开关只受点火控制)，供电回路 由于密码开关29断开仍不能供电，电磁阀22打不开，化油器26没 油供应，不能启动，从而达到防盗目的。开车前先拨通密码，闭合密码 开关29，再点火闭合点火控制开关28，此时密码开关29、点火控制 开关28、速度控制开关27都闭合，电磁阀22打开，供油回路畅通， 汽车可发动开出。当汽车行驶过程中超过国家规定的最高时速(如 120公里/小时)时，立即报警，考虑到超车时超速行驶的需要，给出 超车超速行驶的时间(如2分钟)，超过这段时间，微机指令速度控制 开关27断开，电磁阀22失电关闭，切断油路，汽车靠化汽器26的存 油继续前进，速度控制开关27断开的同时，接通尾灯，使后车司机注 意减速前进。由于失去油的供应，汽车速度很快就会下降，降到稍低 于国家规定的最高速度(如118公里/小时)时，微机指令速度控制开 关27闭合，恢复化油器26的供油，报警停止，尾灯熄灭，汽车正常行 驶，由于电子开关的动作瞬间完成，停油和恢复供油时汽车的速度相 差很小，所以车速的变化乘客不会有明显的感觉，这样，既达到了平 稳控速的目的，又不妨碍超车时的超速行驶。若司机酒后开车，可分 两种情况处理，一是饮酒量不大，信号较弱，微机只指令报警和记忆。 司机开车时不断发出报警声，并记下车辆行驶时间(年、月、日、时、分 至年、月、日、时)和行进过程中的最高速度，以作参考；若司机饮酒较 多，信号较强，危险性很大时，微机指令断开点火控制开关28的线包 供电，即使点火，点火开关28仍不能接通，油路不通，汽车不能发动 开走。此外，当车前出现障碍时，本控速执行器立即变成由相对速度 和车前障碍距离的联合控制，当障碍报警后又有一定的危险时，微机 发出指令切断供油，使汽车速度减下来，同时接通尾灯，提醒后车司 机减速行驶，直到车前障碍消除，才恢复供油，停止报警，熄灭尾灯， 汽车才可适速前进。\n考虑到柴油车和汽油燃油直接喷射式机动车辆不设化油器，只 须将电磁阀22关闭之后留有怠速供油的通道，使供油量降低，这样， 既可达到减速、控速目的，又不会使汽车熄火，减速性能比化油器型 更为有效。\n如图4所示车前障碍探测及距离检测器件，本装置可采用超声 波结构，也可采用小型激光探测器(最大测距200米即可达到保安要 求)。现以超声波为例说明。传感器包括发射器和接收器，它们紧密 地结合在一起。发射器和接收器结构相同，是同一结构正反两种物理 效应。当发射器的给铁片31加上与石英片30的固有频率相同的振 荡电流32后，石英片30就会定向发射与振荡电流32频率相同的超 声波38，向与石英片30垂直的方向传播。此波遇到障碍物36形成 反射波37，反射回来射到接收器的石英片33上，引起石英片33相 同频率的振动，接收器两铁片35就会产生相同频率的振荡电流34， 放大、整形成为接收信号。因波速是一已知常数，利用发射时间T1 和接收时间T2的时间差，运用微机监控器即可计算出障碍物的距 离。\n危急保安(自动刹车)器件是根据汽车气刹和油刹两种刹车类型 设计的两种危急保安(自动刹车)器件。气刹车类型车辆如图5所示， 在储气罐40和脚踏气刹车门43之间用管道41和电磁阀45组成一 旁路。正常情况下，电磁阀45不通，利用脚踏板42人为踏开气门进 行刹车操作。车前障碍报警和已经减速，司机因故未处理，车继续前 进，将要发生撞击事故时，微机控制器根据相对车速和距离进行判 断，指令接通电磁阀45的供电回路，打开旁路电磁阀门45，经增压 泵39增压后的刹车气体，由电磁阀45冲到刹车气体出口44以进行 自动刹车。油刹车类型车辆如图6所示，分别由电源12、电磁开关 46、不锈钢固定块47、上软铁48、下软铁50、上线圈49、下线圈51、不 锈钢座52、复位弹簧53、传动杠杆54、支点55、脚刹踏板56组成。正 常情况下，靠人为踏下脚刹踏板56增加液体压力进行刹车操作。车 前障碍报警和已经减速，司机因故未处理，车继续前进，将要发生撞 击事故时，微机控制器根据相对车速和距离进行判断，指令接通电磁 开关46，上线圈49、下线圈51通电，上软铁48、下软铁50通电后产 生电磁效应，相互吸引，传动杠杆54动作，压下脚刹踏板56，实现自 动刹车，自动刹车后，经过一段时间，微机控制器指令断开开关46， 上线圈49、下线圈51失电，上软铁48、下软铁50失电，失去磁效应， 靠复位弹簧53将脚刹踏板56复位。\n报警器件，可分为声报警器件和光报警器件两种，超速报警器 件，当汽车行驶超过国家规定的最高速度时，发出声光两种形式的报 警。车前障碍智能化报警器件受相对速度和车前障碍距离两信号控 制，相对速度低于40公里/小时，不报警，超过40公里/小时以后，随 汽车相对速度的高低，报警距离有远有近。斜坡报警器件，汽车行进 过程中遇有陡坡，为防减速和刹车误动，本系统设有斜坡解除按键， 用以解除减速、刹车功能，同时报警，陡坡过后功能恢复，报警停止。 酒后驾驶报警器件，司机饮酒不多，酒精信号较弱，微机监控器指令 进行报警。\n微机(单片机)监控器，本发明采用8031单片机实现对本车速 度、相对速度和车前障碍距离的检测，并根据速度和距离数据作出判 断，发出有关指令以实现报警、控速、减速、刹车等各项保安功能，并 进行各种记忆，这是本发明汽车保安智能化、自动化的核心部件。 8031单片机，性能稳定，可扩充性强，满足本装置对各类机动车辆实 现保安监控，监控程序固化在EPROM2732A中。超声波或激光器送 来的模拟信号经滤波、放大、模数转换后送进单片机处理，速度传感 器的脉冲信号送入单片机计数端T0,T1作为定时中断用。当车前遇 有障碍时，微机软件自动由距离和时间测出相对速度再与距离进行 比较，实现保安功能。为增强系统的可靠性，防止受意外干扰使程序 “跑飞”，特增加自动复位电路，若工作正常，每隔200mms发一脉冲， 送到8031的P30端，若500ms仍未接到脉冲，则判断为异常，系统 自动复位。停车后如需要防盗，按密码设置键，输入1至4位的密码 (0000-9999)设置完毕，再按设置键确认。此时单片机指令8155的 P4端输出低脉冲断开密码开关EF(即图3的密码开关29)。若需解 码按解码键，输入所设置的密码即可。解码后密码开关29闭合，可以 发动开车。审车时按下调出键，即可调出储存的数据，违章超速行驶 和自动刹车投入的数据打印在纸上，便于分析事故。为区别起见，违 章超速记忆和事故记忆数据前或后可加显示符号，如在违章超速记 忆数据前冠一“＋”号，在事故记忆(自动刹车)数据前冠一“－”号。\n显示器，本发明有三种液晶显示器，做五种显示：随时显示汽车 本车的速度，车前遇有障碍时显示本车与障碍物的距离和相对速度， 并可显示里程和计价。\n电源，小车有12伏蓄电池，大车有24伏蓄电池，电量充足而稳 定，可满足本装置使用。\n斜坡解除按键，当汽车平路行进中遇有陡坡或山路行车突然转 弯，为防止控速执行器和自动刹车误动作，设定解除按键，遇到这种 情况，上坡前提前按一下解除按键解除控速和自动刹车功能，在按下 解除按键后报警，提醒司机注意恢复功能，功能一旦恢复，报警立即 停止。\n违章超速记忆，当汽车超速行驶超过设定的超车超速行驶时间 时，若司机故意解除控速功能，违章超速行驶，微机则记下违章超速 行驶的起止时间(年、月、日、时、分至年、月、日、时)和超速过程中的 最高时速。\n事故记忆，当汽车前有障碍，通过显示、报警、减速，司机仍未作 处理，将要发生撞击事故时，自动刹车投入。微机则记忆下投入的时 间(年、月、日、时、分)、本车速度、相对速度和根据本车速度与相对速 度计算出的对方车速，并记忆从障碍显示到刹车时两车的速度变化 情况，以便分析事故和防止肇事逃逸。酒后开车记忆：司机饮酒不多， 酒精信号较弱时，微机指令进行记忆，记下开车的时间(年、月、日、 时、分至年、月、日、时)和行进过程中最高时速，以作参考。\n里程及计价，对于出租车，利用本车速度显示器和微机软件，可 以显示出租行车里程和应付车费，可以节省购买计价器的开支。