专利名称：激光定距自动刹车系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车上用激光探测一定距离内的障碍物并可以自动刹车的激光定距自动刹车系统。
在美国专利3891966上公开了一种自动防撞激光系统，它是在汽车的前面装一个激光发射器和一个激光接受器，在汽车的尾部也要装一个激光接收器和一个激光发射器，汽车前部的发射器发出一个频率为f1的激光，如果前面有汽车，前面汽车尾部的接收器就收到f1激光，然后信号经过放大传给尾部的激光发射器，发射出一个频率为f2的激光，在后面的汽车前部的接收器收到频率为f2的激光，然后把信号传到信号处理器，信号处理器控制显示，警铃和速度控制器。为了提高发射器和接收器的有效性，在发射器和接收器前都装有透镜，起聚光作用。为了防止与f1和f2频率相同或相近的光信号的干扰，在接收器前装有滤波片。这种自动防撞激光系统的缺点是①必须全部汽车上都装有这种自动防撞激光系统，才能实现有效地应答，如果只有一部分汽车装有该系统，该系统就无法发挥作用，等于没装。让所有的汽车都装上该系统这是一件很难办到的事情。②汽车必须在前后都装上发射和接收装置，部件多、费用高。③装上该系统后，汽车也只能探测到装有该系统的汽车，而无法探测到没有带该系统的行人和其他障碍物。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种主动式激光定距自动刹车系统，该系统不需要滤波片而具有较高的抗干扰性，并且成本低。
所谓主动式是相对于上述现有技术的应答式而言，它只需汽车发出一个激光信号，在一定距离内遇到物体反射回来，汽车再接收这一反射回来的信号，不需要遇到的物体再发出一个激光信号。实现主动式的关键点是要有效地收到反射回来的光信号，并能有效地分辨反射回来的光信号和其他干扰信号。
本发明采取的技术措施是，激光定距自动刹车系统，它包括一个自动刹车控制系统，一个激光发射管和一个装在其前面的透镜，一个反射光探测器和装在其前面的接收物镜，一个与探测器相连接的放大器，其特殊之处在于窄脉冲信号发生器连接在窄脉冲大电流激励电路上，激励电路分别与激光管和取样电路连接；取样电路与延时器连接，延时器与电子门连接，电子门分别与放大器和编码器连接，编码器与输出电路连接，输出电路与自动刹车控制系统连接；本发明的工作过程为窄脉冲信号发生器向激励电路发出一个信号，激励电路同时向激光管和取样电路发出信号，取样电路向延时器发出一个电信号；激光管发出一个脉冲激光，激光通过透镜在大约18米处可形成一个与汽车尾部宽高相一致大小的光斑，当激光遇到汽车前面的行人或车辆，被反射回来，通过接收物镜聚在探测器上，探测器产生一个电信号，电信号通过放大电路输给电子门，如果电子门是开着的，电信号将通过电子门，进入编码器，当编码器在一定时间内，收到了一个预定数量的电信号，它才输出一个信号给自动刹车控制系统。电子门的开关由延时器控制，当激光管发出一个脉冲激光的同时延时器就把电子门打开，当经过一个时间t后，延时器把电子门关上。
本发明能有效地收到反射回来的光信号，其原因主要是有窄脉冲大电流激励电路，在激励电路中使用雪崩三极管作开关，使激光器发出的激光脉冲宽度可窄到10-20纳秒，这样在相同功率的激光管上可以大大提高脉冲峰值功率，使激光脉冲的强度增加。发射出的脉冲强度高，也就能反射回较强的脉冲信号。其次，汽车只在遇一定距离内的障碍物才刹车，所以本发明中的激光只要在一定距离内反射回较强的光信号就能满足及时刹车的要求，比如说在距汽车6-15米处能反射回较强的光信号就可以了，激光在较短的距离内可以反射回较强的光信号。
电子门开启的时间t决定于所设定的汽车与障碍物之间的距离，假定要求汽车在遇到其前方15米内的障碍物就刹车，那么t=2×15C,]]>其中C为光速，取C＝30万公里/秒时，t＝100纳秒。按照设定的距离为15米，电子门的开启时间为t＝100纳秒，那么只要是在15米内的障碍物反射回来的光信号都可以通过电子门。15米以外反射回来的光信号则不能通过电子门，因为这时电子门已关闭。
编码器起了识别干扰信号的作用。编码器并不是接收到一个来自电子门的信号就输出一个刹车信号，而是在一定时间内收到一定数量的信号后才输出刹车信号。例如，当激光器每秒发出1000个脉冲时，编码器调在十分之一秒时间在收到100个信号时才输出一具刹车信号。当一个干扰信号通过电子门后进入了编码器，它不能满足编码器输出刹车信号的要求，所以干扰信号不起作用。实际上，电子门和编码器共同起了识别干扰信号的作用。
本发明相比于现有技术取得了如下积极效果1、本发明的激光定距自动刹车系统是主动式，哪辆汽车上按装上它，哪辆汽车就是有自动刹车防撞功能，不必依赖于其他汽车也按装上它，因此便于推广使用。
2、本发明不仅对前面行驶的汽车有效，也对行人和其他障碍物有效，因为它不依赖于障碍物发出激光信号。经测试，在激光管的功率为1瓦时，对行人在6-10米内有效，对汽车在18米内有效，因为现在国内的汽车尾部都装有一块由玻璃微珠制成的车号牌，该牌是有很好的定向反射特性。如果提高激光器的功率，有效探测距离随之提高。即使高速行驶的汽车不能在有效距离内完全刹住车，也可以大大减少损失。如果能在汽车前装上缓冲装置，与本发明相配合，会使撞击产生的损失降低到最低程度。
3、成本低。一方面是由于只需一套发射和接收装置，另一方面是由于用电子门和编码器作干扰信号识别装置，取代了滤波片，滤波片价格较高，而电子门和编码器价格较低。
本发明的附面说明如下
图1是激光定距自动刹车系统方框图。
图2是大电流激励电路和取样电路电路图。
图3是液压制动自动刹车控制系统油路图。
图4是气压制动自动刹车控制系统气路图。
本发明将结合附图作进一步详述。
在图1中，窄脉冲信号发生器12与窄脉冲大电流激励电路13连接，激励电路13分别与激光管1和取样电路14连接，激光管前设有透镜2，取样电路与延时器8连接，延时器8与电子门6连接，电子门分别与放大电路5和编码器7连接；放大电路与反射光探测器3连接，在探测器3前设有接收物镜4；编码器与输出电路15连接；输出电路15分别与自动刹车控制系统9、报警器10和发动机熄火电路11连接。
该方框图的工作过程为窄脉冲信号发生器发出信号给激励电路13，激励电路13激发激光管1发出激光脉冲，在发出激光脉冲的同时，取样电路从激励电路中获得一个信号，并传给延时器8，延时器收到信号后由低电位变成高电位，并把电子门打开。从激光管发出的激光脉冲经透镜2成为发散角不大于水平面内±20°，垂直面内±15°的激光束，向前射出，当光束在一定距离内遇到障碍物反射回来，经过接收物镜4汇集在探测器3上，探测器为PIN，由PIN接收到的信号经放大器5传给电子门6，此时电子门还开着，信号经过电子门传入编码器7。如果发出的激光束在设定的一定距离以外遇到障碍物反射回来，所花费的时间较多，超过了延时器的延时时间，延时器变成低电位电子门就关上了，不能通过电子门。编码器预先设定一个数，只有当在一定时间时收到与这个数相等的脉冲信号，编码器才输出一个信号给输出电路15，输出电路同时向刹车控制系统9、报警器10和熄火电路发出信号。
在图2中，窄脉冲信号发生器12接在激励电路的雪崩三极管G1的基极，G1的集电极与GaAs激光管1连接，G1的发射极与电容C1连接，电容C1的另一端接在激光管1的正极上，电容C1两端接有电源V，在电源正极上串联一个限流电阻R1。在G1的发射极与电容C1之间串联一个取样电阻R2，R2产生的电压信号通过电容C2耦合至射极跟随器G2的基极，G2的发射极与放大器G3的基极连接，G3的集电极与延时器8连接。在G2的基极与电源负极之间接有电阻R3，在G2的发射极与电源负极之间接有电阻R4，G2的集电极接在电源正极上。在G3的发射极与电源负极之间并联地接有电阻R7和电容C3，在G3的集电极与电源正极之间接有电阻R6。
图中电路元件的取值如下R1＝10kΩ，R2＝0.5～3Ω，R3＝4kΩR4＝20kΩ，R5＝5kΩ，R6＝50kΩR7＝500Ω，C1＝800PF，C2＝0.01μFC3＝0.2μF。
砷化缘半导体激光器受脉冲电激励时能激射0.9μm波长的激光，为了使激光脉冲压缩得很窄(达10×10-9秒～20×10-9秒)，要求激励电流脉冲窄和幅值高，为此设计了窄脉冲大电流激励电路。为了使放电快速，激励电路的时间常数必须很小，为此，应使C1、R2的取值尽量小；了为使放电电流脉冲的上升沿陡至数纳秒(ns)，采用了雪崩三极管作为电路的开关元件，此管当电源电压V加于c、e两极时，已临近击穿状态，即窄脉冲信号发生器的脉冲处于低电平时，雪崩三极管处于临界关闭状态，当信号发生器的脉冲达高电平时，此雪崩三极管瞬时导通，而且允许通过大电流，从而实现快速大电流的开关作用。
GaAs激光管受激励产生激光窄脉冲，与此同时，在激励电路中的小电阻R2，不仅起到一定的限流作用，同时在此电阻上能获得与激光脉冲相应的窄脉冲电压信号，通过电容C2耦合至射极跟随器C2的基极，由R3输出的电信号经G3放大后输至延时器。延时器当受脉冲电压号触发时，由低电位变为高电位，打开电子门，经过时间t后，由高电位变为低电位，关上电子门。由于窄脉冲信号发生器的重复率为上千赫兹，每个激光脉冲之间的时间间隔为几十至几百微秒，而电子门开启的时间仅为上百纳秒，因此可实现每产生一次激光，电子门就开闭一次。
在图3中，在液压制动的汽车上，原有的制动油路为，主泵22直接与汽车的四个轮子的制动油缸(16、17、18、19)连接，主泵上接有储油罐23，脚制动踏板21控制主泵22。本发明的自动刹车控制系统是在主泵22与各车轮油缸连接的管路上装上一个二位三通液压电磁阀24，电磁阀24的一液压管接在蓄压器26上，蓄压器通过油管与单向阀27、手动液压泵28和油箱20顺续连接。在单向阀27与蓄压器26的连接管路上接上一个油压表25。电磁阀受编码器7或输出电路15控制。
当汽车前进中遇障碍经激光探测判定需要刹车时，电磁阀收到电信号，关闭原有油路，接通蓄压与各车轮油缸的油路，利用蓄压器的油压实现制动。制动经过一定时间后，电磁阀复位，各车轮油缸中的油经主泵22回流到储油罐23。当蓄压器内油压不够时，开动手动泵，把油箱20内的抽入蓄压器内，油箱20内的油由储油罐23补充。
在图4中，在气压制动的汽车上，原有的制动气路为，联动脚踏二位三通制动阀(33、34)直接与汽车的各车轮制动气缸(37、38、39、40、41、42)连接，储气罐31与联动脚踏二位三通制动阀(33、34)连接，并在它们的连接管路上装有一个气压表32 。本发明的自动刹车控制系统是在制动阀(33、34)与各车轮的制动气缸之间的管路上装上二位三通电磁阀(35、36)，电磁阀有一路接在储气罐31上。本实施例所示的是带有拖车的汽车，故有制动气缸(41、42)，也各增加了一个电磁阀36和脚踏二位三通制动阀34。电磁阀(35、36)受输出电路15控制。
当汽车前进中遇障碍经激光探测判定需要刹车时，电磁阀收到电信号，完成关闭原有气路，打关储气罐与各车轮气缸的气路的工作，储气罐中的高压空气经电磁阀直通到制动气缸，实现制动。
上述两种自动刹车系统，都与原有的刹车系统互不干扰，各自可独立工作。
本发明在市区，由于车速较慢，行人较多，可关闭不使用。
权利要求
1.一种激光定距自动刹车系统，它包括一个自动刹车控制系统9，一个激光发射管1和装在其前面的透镜2，一个反射光探测器3和装在其前面的接收物镜4，一个与探测器相连接的放大器5，其特征在于窄脉冲信号发生器12连接在窄脉冲大电流激励电路13上；激励电路13分别与激光发射管1和取样电路14连接；取样电路14与延时器8连接，延时器与电子门6连接；电子门6分别与放大器5和编码器7连接，编码器与输出电路15连接，输出电路与自动刹车控制系统连接。
2.按照权利要求1所述的激光定距自动刹车系统，其特征在于激励电路13的组成为，雪崩三极管G1的基极与窄脉冲信号发生器12连接，集电极与GaAs激光管1连接，发射极与充电电容C1连接；电容C1的另一端接在激光管1正极上，电容C1两端接有电源V，在电源正极上串联一个限流电阻R1。
3.按照权利要求1所述的激光定距自动刹车系统，其特征在于取样电路的组成为，在激励电路中雪崩三极管G1的发射极与电容C1之间串联一个取样电阻R2，R2产生的电压信号通过电容C2耦合至射极跟随器G2的的基极，G2的发射极与放大电路G3的基极连接，G3的集电极与延时器8连接。
4.按照权利要求1所述的激光定距自动刹车系统，其特征在于输出电路分别与发动机熄火电路和报警器连接。
5.按照权利要求4所述的激光定距自动刹车系统，其特征在于在液压制动型汽车上，自动刹车控制系统的组成为，在主泵22与各车轮制动油缸(16、17、18、19)连接的管路上装上一个二位三通液压电磁阀24，电磁阀24的一液压管路接在蓄压器26上，蓄压器通过油管与单向阀27、手动液压泵28和油箱20顺续连接，油箱20通过回油管29与储油罐23连接。
6.按照权利要求1或4所述的激光定距自动刹车系统，其特征在于在空气制动型汽车上，自动刹车控制系统的组成为，在联动脚踏二位三通制动阀(33、34)与各车轮制动气缸(37、38、39、40、41、42)的连接管路上装上电磁阀(35、36)，电磁阀有一路接在储气罐31上。
全文摘要
本发明涉及一种装于汽车上用激光探测一定距离内的障碍物并可以自动刹车的激光定距自动刹车系统。它的组成为，窄脉冲信号发生器向窄脉冲大电流激励电路输送脉冲信号，激励电路激发激光管发出脉冲激光，同时取样电路从激励电路获得脉冲信号并输给延时器，延时器打开电子门；在一定距离内遇到障碍物的激光反射回来，由探测接收器接收并输给电子门，电子门开时信号通过传入编码器，经逻辑判断输出刹车信号给自动刹车系统。
文档编号B60T7/12GK1049315SQ9010776
公开日1991年2月20日 申请日期1990年9月19日 优先权日1990年9月19日
发明者王书镇, 徐荣甫, 王子玉, 汪家藩, 盛永才, 林幼娜, 张永进, 张守才, 刘敬海, 张天柱 申请人:北京海淀比特车辆新技术开发公司