专利名称：汽车安全启动系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种安全启动自动完成传送操作的汽车(以下称为“汽车”)的系统及其方法，更具体地说，涉及一种汽车安全启动系统及其方法，该系统及其方法不是作为事后补救措施，而是通过转换为这种不会发生突然启动事故的结构来事先预防事故。
背景技术：
近年来，汽车突然启动事故频繁发生，从而导致严重伤亡。但到目前为止，人们还没有清楚地了解发生突然启动的原因。
大多数突然启动事故(以下称为“突然启动”)并不是发生在驾驶的过程中，而是发生在发动机启动的瞬间。作为补救措施，正在开发各种预防突然启动事故的装置，但所有这些装置都设计成在发生突然启动之后快速中断突然启动。
此外，在设计目前常用的汽车脚制动器时，有这样一种观点，即认为只有在对通过发动机带动而处于行驶状态的汽车进行制动时才需要脚制动器，而在发动机停止运转的状态下根本不需要脚制动器。因此，脚制动器在Hydro-vacTM的压力下进行工作，而Hydro-vacTM在发动机启动预定时间之后才开始工作。实际上，为了使液压脚制动器可以工作，将制动油(当踩下脚制动器踏板时，被称为Hydro-vac的部件会放大制动油的压力)传送到安装在每个车轮上的脚制动装置液压缸，通过连接到液压缸的摩擦垫片执行制动操作。Hydro-vac的放大操作使得Hydro-vac可以工作，其方法是，在发动机启动之后进行排气和吸气冲程时，抽吸Hydro-vac中的空气，使其保持真空状态。通过这种方式，在发动机启动之后需要经过一段预定的时间才能使Hydro-vac变为完全真空状态。
因此，即使在发生突然启动事故之后驾驶员立即踩踏脚制动器，脚制动器也需要经过上述预定时间才能起作用。在此时间内突然加速的汽车会以某一加速度移动预定距离，如果在脚制动器可以工作之前附近有障碍物或人员，就会造成损失或人员伤亡。
此外，用于预防突然启动事故的传统建议设备也存在问题，因为它在发生突然加速之后不能快速进行制动，这样就存在发生事故的空间。
此外，对于传统的汽车操作系统，在发动机启动的瞬间，无论是否踩下油门，发动机转速(RPM)都会快速提高，然后才会降至某一预定级别，此后再根据踩下油门的程度来调节发动机转速。因此，由于变速杆在任何时间内均可移动，所以在驾驶员很忙的情况下，即使启动处于驻车档(P)或空档(N)位置的汽车，也可能由于突然将变速杆移至D或R档位而发生突然启动。此外，考虑到变速杆的档位是P-R-N-D-1-2(驻车-倒档-空档-前进档-一档-二档)，在启动汽车时，汽车首先从驻车档(P)位置移至倒档(R)位置，然后移至空档(N)位置。这样就可能由于汽车缺陷或驾驶员操作不熟练等原因而发生突然启动事故。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，因此本发明的一个目的是，提供一种汽车安全启动系统及其方法，该系统及其方法不是作为发生突然启动事故时的事后补救措施，而是事先预防发生突然启动。
为了达到上述目的，提供了一种根据本发明的汽车安全启动方法，该方法通过在变速杆处于空档位置且可以准确操作脚制动器时启动发动机来防止突然启动，其步骤是，启动发动机并锁定变速杆，从而使得不能移动处于空档位置的变速杆，直到发动机转速在启动发动机之后降至低于某一参考数值为止。
此外，一种使用上述方法的汽车安全启动系统包括检测发动机当前转速的发动机转速检测单元；检测脚制动器是否可以工作的脚制动器输入检测单元；检测变速杆是否处于空档(N)位置的档位检测单元；与脚制动器输入检测单元并行工作且感测车速的车速感测单元；控制单元，使得在脚制动器不能工作且变速杆未处于空档位置时不能启动发动机，其步骤是，在满足上述条件的情况下启动发动机，并且使处于空档位置的变速杆不能移动，直到发动机启动后其转速降至低于某一参考数值为止；变速杆锁定装置，固定变速杆，以使变速杆不能移动，然后在控制单元的控制之下使变速杆离开空档和锁定位置；在控制单元的控制之下启动发动机的启动装置；以及真空设备，其通过止回阀连接到Hydro-vac的吸气管，在ACC开关接通时依靠电池供给的电能进行工作。
在下面的具体实施方式
中，将参照附图更完整地说明本发明的上述目的、其它目的、特点以及优点。所附图形包括图1是用于说明根据本发明的一个实施例的汽车启动系统原理构造的参考图；图2是根据本发明的汽车安全启动系统的方框图；图3是根据本发明的实施例的汽车安全启动系统中传感器的布局；图4是用于说明根据本发明的实施例的汽车安全启动系统中脚制动器输入检测单元的参考图；图5是根据本发明的实施例的汽车安全启动系统中变速杆锁定装置的方框图；图6是根据本发明的实施例的汽车安全启动方法的顺序图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细说明根据本发明的一个优选实施例的汽车安全启动系统及其方法。
图1是用于说明根据本发明的一个实施例的汽车启动系统原理构造的参考图；如图1所示，在根据本发明的实施例的汽车启动系统的原理构造中，通过防止空气回流到Hydro-vac 56的止回阀70a将真空设备70连接到Hydro-vac 56的吸气管58，真空设备70的驱动电源通过钥匙开关的ACC开关的接触点连接到电池80，油压传感器46安装在Hydro-vac 56的液压缸36或油管45上。
此外，提供了用于操作脚制动器的制动器踏板51、作为Hydro-vac部件之一的脚制动器操作动力传递装置52、用于防止空气回流到发动机的止回阀53、像传统汽车一样维持真空状态的吸气设备54、用于补给油以使得在摩擦制动垫片时汽车不会缺油运转的制动油储备箱55和车轮57等。
图2是根据本发明的优选实施例的汽车安全启动系统的方框图。如图2所示，汽车安全启动系统包括检测发动机当前转速的发动机转速检测单元10；检测脚制动器是否可以工作的脚制动器输入检测单元20；检测变速杆是否处于空档(N)位置的档位检测单元30；与脚制动器输入检测单元并行工作且感测车速的车速感测单元40；控制单元100，使得在脚制动器不能工作且变速杆未处于空档位置时不能启动发动机，其步骤是，在满足上述条件的情况下启动发动机，然后锁定处于空档位置的变速杆，使其不能移动，直到发动机转速降至低于某一参考数值为止，并控制真空设备70，使其在发动机旋转时关闭；变速杆锁定装置50，当在控制单元的控制之下启动发动机时，如果发动机转速高于某一参考数值，则将变速杆固定在空档位置；在控制单元100的控制之下启动发动机的启动装置60；以及真空设备70，当钥匙开关处于ACC状态时，其在控制单元的控制之下由电池提供的工作电源驱动，以抽吸Hydro-vac中的空气。
发动机转速检测单元10是检测发动机转速(RPM)的传感器，脚制动器输入检测单元20是检测脚制动器是否可以工作的压力传感器46，用于检测制动油的压力，它布置在与轮缸44相连的油管45上，而轮缸44布置在每个车轮中。即，由于制动油的压力在制动状态下很高，在非制动状态下很低，因此可以由压力传感器46检测脚制动器的工作状态。此外，在踩下传统脚制动器踏板后，根据车型与磨擦状态脚制动器会产生一定的制动间隙。利用上述脚制动器输入检测单元20，即使每辆汽车的制动间隙不同，也可以通过检查脚制动器的压力来精确检测汽车是否被制动。
档位检测单元30检测变速杆的当前位置，并且可以通过在每一档位安装一个位置检测传感器来实现。尽管在本发明的实施例中以仅检测空档位置的位置检测传感器为例进行了说明，但也可以根据需要在其它档位安装位置检测传感器。
未说明的参考编号80是汽车内配备的电池，它为上述控制单元提供电能。
当钥匙开关处于ACC状态时，真空设备70在控制单元100的控制之下由电池提供的工作电源驱动，以抽吸Hydro-vac 56中的空气。
Hydro-vac 56通过止回阀70a将真空设备70连接到吸气管58，以防止空气回流到Hydro-vac 56，真空设备70的驱动电源通过钥匙开关的ACC开关的接触点连接到电池80。
在上面的描述中，启动装置60是指启动马达。
图3是根据本发明的优选实施例的汽车安全启动系统中传感器的布局。如图3所示，汽车安全启动系统中的传感器包括车速传感器SN1、脚制动器传感器SN2和档位传感器SN3。这些传感器的安置方式使得其与钥匙开关SW、变速杆锁定装置50与启动装置60相连。车速传感器SN1与脚制动器传感器SN2并行连接。
因此，如上所述，这使得脚制动器输入检测单元20和车速感测单元40可以并行操作，脚制动器输入检测单元20包括脚制动器传感器SN2，车速感测单元40具有用于感测车速的车速传感器SN1。
因此，根据本发明，如果在高速驾驶的过程中因为发动机停转而尝试重新启动，则只能通过将变速杆置于空档(N)位置来启动发动机，而忽略脚制动器的操作。即，尽管发动机的动力没有通过自动传送和驱动轴传递给车轮，但正在行驶的汽车仍然以一定的加速度继续前进，因而可以用车速传感器SN1检测行驶速度，并将其与脚制动信号一起使用。换句话说，当汽车停止时，电路主要由脚制动操作信号操作，而当汽车移动时，该电路主要由来自车速传感器SN1的信号根据节流阀的开放角度来操作。
此外，如上所述，通过并行连接车速传感器SN1和脚制动器传感器SN2且并行使用它们来解决以下问题如果在驾驶的过程中因为疏忽而将变速杆从前进档(D)位置换至空档(N)位置，则必须启动脚制动器，而且为了移动变速杆，发动机转速必须为正常转速。
图4是用于说明根据本发明的优选实施例的汽车安全启动系统中脚制动器输入检测单元的参考图。如图4所示，为了进行脚制动器输入检测，在油管45上安装油压传感器46，油管45向轮缸44供油，轮缸44通过从与车轮一起旋转的圆盘41的两侧推动制动垫片42以使其与圆盘41接触而制动汽车。当油压传感器46检测到制动油的压力高于某一预定值时，它确定脚制动器可以工作。
脚制动器输入检测单元20检测制动油的压力，其包括一个压力传感器，安装在连接Hydro-vac中心的油管上；安装在每个车轮上的液压缸，用于进行制动操作。
图5是根据本发明的优选实施例的汽车安全启动系统中变速杆锁定装置的方框图。如图5所示，变速杆锁定装置50的构造方式为在变速杆31上形成凹槽，在提供电能后操作与止动器32连接的电子螺线管33，以便止动器可以插入到凹槽中，而与止动器连接的电子螺线管的移动轴的相对端由弹簧34固定，使得在未提供电能时止动器不能插入到该凹槽中。
换句话说，在变速杆锁定装置中，凹槽在变速杆31低端的一个侧面上空出，用以锁定变速杆，电子螺线管33的移动轴被整体连接到止动器32的一端，以便插入到该凹槽中，电子螺丝管33的安置方式使得在变速杆处于空档(N)位置时止动器32可以插入到变速杆31的凹槽中，弹簧34连接到移动轴的另一端，移动轴上安置有电子螺丝管33的止动器32，弹簧34固定在变速箱的壳体35上，使得止动器32在电子螺线管33未工作时与凹槽分离。
因此，在启动发动机之前，本发明的系统就允许脚制动器工作(首先完成接通ACC开关SW1的步骤)，其中，当驾驶员旋转钥匙开关SW以接通ACC开关SW1时，电池80向真空设备70提供电能。真空设备70通过止回阀70a连接到吸气管58，且如上所述，当接通ACC开关SW1时，向真空设备70提供电能。于是，真空设备70抽吸Hydro-vac 56中的空气，使其处于真空状态。
这时，如果含有空气，Hydro-vac 56的液压将会降低，从而不能放大踩下脚制动器踏板51所产生的动力。在本发明中，如上所述，由于ACC状态被转换为真空状态，因此可以放大脚制动器踏板51的动力。这样就可以在启动发动机之前安全地制动汽车。
在ACC状态中，向真空设备70提供电能，同时向脚制动器输入检测单元20、发动机转速检测单元10和档位检测单元30提供工作电源，以便操作每个检测单元。
采用这种方式，可以操作每个检测单元以向控制单元100传递所感测的数值。然后，控制单元100通过检查来自检测单元的感测数值来控制变速杆锁定装置50、启动装置60和真空设备70。首先，当通过检查档位检测单元30来确定变速杆是否处于空档位置，且通过检查来自脚制动器输入检测单元20的感测数值来确定是否精确完成制动时，控制启动装置60，使其可以工作。当变速杆处于空档位置时，可以操作启动装置60以启动发动机，然后操作变速杆锁定装置50，使得在发动机转速降至低于某一参考数值之前不可能换挡。
图6是根据本发明的实施例的汽车安全启动方法的顺序图。如图6所示，使用汽车安全启动系统的汽车安全启动方法包括以下步骤接通ACC开关(S100)；将向脚制动器提供制动油的Hydro-vac转为真空状态(S110)；接通发动机启动开关(S.120)；检测变速杆和脚制动器的位置(S130)；根据检测结果，确定变速杆的位置和脚制动器的操作状态(S140)；根据检测结果，如果变速杆处于空档位置且脚制动器可以工作，则启动发动机(S160)，否则不启动发动机(S150)；检测发动机转速(S170)；在检测发动机转速之后确定发动机是否停转(S172)；根据对发动机是否停转的判断，如果发动机未停转则停止真空设备70(S174)，否则，通过维持真空设备返回将Hydro-vac转为真空状态的步骤(S176)；确定发动机转速是否低于某一预定参考数值(S180)；根据判断结果，如果发动机转速不低于某一参考数值则禁止换挡(S190)，如果发动机转速低于某一参考数值则允许换挡(S200a)，检测车速(S200b)，并且即使发动机已经启动，也转入可重新启动状态，而不用操作脚制动器。
上述状态称为行驶状态，在此状态中，允许换挡(S200a)，并检测车速(S200b)，从而即使发动机已经启动也转入可重新启动状态，而不用操作脚制动器。
下面对其进行详细说明。
通常，汽车的钥匙开关SW包括四种状态。汽车钥匙从锁芯的钥匙孔中抽出的状态称为锁定状态，在将汽车钥匙插入锁芯的钥匙孔中后首先接通的是该开关，然后接通的是ACC开关SW1，它能够操作一些基本的电子设备(如收音机和车内灯)，接下来将接通的开关是ON开关SW3，在此状态下，汽车的所有电子功能均可使用，最后当钥匙旋转到底部时接通的开关是启动开关SW2。通常，如果驾驶员在旋转汽车钥匙启动发动机后留下汽车钥匙，启动开关SW2将自动断开。
首先，当ACC开关SW1接通时，向真空设备70和所有传感器提供电能，真空设备70抽吸Hydro-vac 56中的空气，使Hydro-vac 56变为真空状态，而这些传感器分别检测脚制动器是否可以工作、发动机转速以及变速杆是否处于空档位置。
接下来，驾驶员操作钥匙开关SW接通ON开关SW3，以便操作汽车的各种电子辅助装置，然后接通启动开关SW2以启动发动机。如果发动机转速低于某一参考数值，在脚制动检测单元20检测制动状态时将接通的接触点和发动机转速检测单元10将接通的接触点都将接通，从而向继电器提供电能，由此激励继电器，以依次断开与变速杆锁定装置50的电源线相连的接触点。
于是，变速杆锁定装置50的电源被断开，变速杆锁定装置50不能工作。当变速杆因为驾驶员的移动而偏离空档位置时，由档位检测单元30操作的接触点接通，继电器保持工作状态，从而使变速杆锁定装置50不能工作。
而且，当ON开关SW3接通时，发动机转速检测单元10检测发动机的旋转，真空设备70的工作电源被断开，从而停止其操作。此后，与传统汽车类似，将由吸气装置54持续保持真空状态。
接着，当驾驶员接通启动开关SW2时，如果脚制动器未处于制动状态，或者发动机转速高于某一参考数值，则向变速杆锁定装置50提供工作电源，从而操作变速杆锁定装置50。
在没有向变速杆锁定装置50提供电源时，电子螺线管33的移动轴在弹簧34的弹力作用下向图中左侧移动，止动器与变速杆31的凹槽分离。但是如果满足上述条件，并且向电子螺线管33提供工作电源，则该移动轴会向前移动，以将止动器32插入到变速杆31的凹槽中。结果，变速杆被止动器锁定，从而使得不可能换挡。
在启动开关SW2接通后，如果脚制动器在制动状态下正常工作，变速杆处于空档位置，同时启动开关、脚制动器输入检测单元20检测制动状态时将接通的接触点和档位检测单元30检测变速杆的空档位置时将操作的接触点，均顺序连接到为启动装置60提供电源的电源线上，则可以向启动装置60提供电源以启动发动机。
如上所述，如果发动机转速在启动发动机后低于安全状态，即低于某一参考数值(1000RPM)，则继电器工作以解除档位锁定状态。这样，驾驶员就可以通过移动变速杆来驾驶汽车。在行驶状态中，应注意继电器并没有利用脚制动器输入检测单元20的接触点操作变速杆锁定装置50(此时，变速杆处于空档位置之外的其他位置)，且保持接通状态。
此外，通过并行连接车速传感器SN1和脚制动器传感器SN2且并行使用它们，当在驾驶的过程中因为发动机停转而尝试重新启动时，可以通过将变速杆置于空档(N)位置来启动发动机，而忽略脚制动器的操作。如果在驾驶的过程中因为疏忽而使变速杆由前进档(D)位置返回空档(N)位置，则变速杆将被移至前进档(D)位置。
尽管在说明本发明时所参考的实施例目前被认为是本发明的优选实施例，但应理解本发明并不限于所公开的实施例或结构。相反，本发明旨在涵盖各种修改和等价装置。此外，尽管在作为示例的各种组合和构造中公开了本发明的各种构件，但其他组合和构造(包括更多、更少或唯一实施例)也在本发明的主旨与范围之内。
根据本发明的汽车安全启动系统及其方法具有上述构造与操作，其出色效果在于不是作为发生突然启动事故时的事后补救措施，而是事先预防突然启动的发生，其方法是，只有在脚制动器可以工作且变速杆处于空档位置时才能启动发动机。
此外，该系统及其方法还有另外一个出色效果，即防止因为在发生突然启动时脚制动器不能工作而使事故变得更为严重，其方法是，在接通ACC开关之前的步骤中即允许汽车的脚制动器工作，而不是在启动发动机之后才允许其工作。
权利要求
1.一种汽车安全启动系统，包括检测发动机当前转速(RPM)的发动机转速检测单元；检测脚制动器是否可以工作的脚制动器输入检测单元；检测变速杆是否处于空档(N)位置的档位检测单元；与脚制动器输入检测单元并行工作且感测车速的车速感测单元；真空设备，当钥匙开关处于ACC状态时，其由电池提供的工作电源驱动，以抽吸Hydro-vac中的空气；控制单元，使得在脚制动器不能工作且变速杆未处于空档位置时不能启动发动机，其步骤是，在满足上述条件的情况下启动发动机，然后锁定位于空档位置的变速杆，使其不能移动，直到发动机转速降至低于某一参考数值为止，并控制真空设备，使其在发动机旋转时关闭；变速杆锁定装置，当在控制单元的控制之下启动发动机时，如果发动机转速高于某一参考数值，则将变速杆固定在空档位置；以及在控制单元的控制之下启动发动机的启动装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，检测制动油的压力的脚制动器输入检测单元包括一个压力传感器，安装在连接Hydro-vac中心的油管上；安装在每个车轮上的液压缸，用于进行脚制动操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，车速感测单元具有一个车速传感器，此车速传感器并行连接到脚制动器输入检测单元的脚制动器传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，变速杆锁定装置的构造方式为在变速杆上形成凹槽，在提供电能后操作与止动器连接的电子螺线管，以便止动器可以插入到凹槽中，而与止动器连接的电子螺线管的移动轴的相对端由弹簧固定，使得在未提供电能时止动器不能插入到该凹槽中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，Hydro-vac经过一个防止空气回流到Hydro-vac的止回阀连接到真空设备，油压传感器安装在Hydro-vac的液压缸上，用于检测油压。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，油压传感器安装在Hydro-vac的油管上。
7.一种汽车安全启动方法，其使用的汽车安全启动系统包括发动机转速检测单元、检测脚制动器是否可以工作的脚制动器输入检测单元、档位检测单元、车速感测单元、控制单元、在控制单元的控制之下固定变速杆的变速杆锁定装置、启动发动机的启动装置，以及当钥匙开关处于ACC状态时在由电池提供的工作电源的驱动之下抽吸Hydro-vac中的空气的真空设备，该方法包括以下步骤接通ACC开关(S100)；将向脚制动器提供制动油的Hydro-vac转为真空状态(S110)；接通发动机启动开关(S120)；检测变速杆和脚制动器的位置(S130)；根据检测结果，确定变速杆的位置和脚制动器的工作状态(S140)；根据检测结果，如果变速杆处于空档位置且脚制动器可以工作，则启动发动机(S160)，否则不启动发动机(S150)；检测发动机转速(S170)；确定发动机转速是否低于某一预定参考数值(S180)；根据判断结果，如果发动机转速不低于某一参考数值则禁止换挡(S190)，如果发动机转速低于某一参考数值则允许换挡(S200a)，检测车速(S200b)，并且即使发动机已经启动，也转入可重新启动状态，而不用操作脚制动器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该方法进一步包括以下步骤在检测发动机转速的步骤(S170)之后根据所检测的发动机转速确定发动机是否停转(S172)；以及根据发动机是否停转的判断结果，如果发动机未停转则停止真空设备70(S174)，否则通过维持真空设备返回将Hydro-vac转为真空状态的步骤(S176)。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，脚制动器输入检测单元包括脚制动器传感器SN2，车速感测单元具有感测车速的车速传感器SN1，车速传感器SN1和脚制动器SN2并行连接以并行工作。
全文摘要
本发明涉及一种汽车安全启动系统及其方法，其事先预防突然启动事故的发生。该系统包括检测发动机当前转速的发动机转速检测单元10；检测脚制动器是否可以工作的脚制动器输入检测单元20；检测变速杆是否处于空档(N)位置的档位检测单元30；与脚制动器输入检测单元并行工作且感测车速的车速感测单元40；控制单元100，使得在脚制动器不能工作且变速杆未处于空档位置时不能启动发动机，其步骤是，在满足上述条件的情况下启动发动机，并且使处于空档位置的变速杆不能移动，直到发动机转速降至低于某一参考数值为止；在控制单元100的控制之下启动发动机的启动装置60；以及真空设备70，其在控制单元的控制之下进行工作，以抽吸Hydro－vac中的空气，并将Hydro－vac转为真空状态。在启动发动机的过程中，如果因为变速杆未处于空档位置以及脚制动器不能工作而无法进行稳定制动，则不允许启动发动机。如果在满足上述条件的情况下启动了发动机，则在发动机转速低于某一参考数值之前，不允许将变速杆从空档位置移开，从而防止突然启动。
文档编号F02D29/02GK1802527SQ03826839
公开日2006年7月12日 申请日期2003年7月30日 优先权日2003年7月25日
发明者申铉吾 申请人:申铉吾