专利名称：一种防止汽车追尾的预警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防止汽车追尾的紧急减油或紧急刹车预警、安全距离预警和超车应答预警的装置。
背景技术：
众所周知，机动车的追尾事故造成了巨大的人员伤亡和经济损失。为此，成千上万的科技工作者为解决这一问题做出了不懈地努力。解决这一难题的有效方法是加强前后车之间行车信息的及时沟通。一位老司机对于防止追尾事故问题说了一句很有见地的话“不是作不到，而是不知道，等你知道时，一切全晚了”。从这里可以看出，在行驶过程中前后车之间“超前”沟通的重要性。其中最重要的信息之一是前车紧急减速或紧急刹车时，能“超前”向后车预警，所谓“超前”是指“超”在司机还没有踩到刹车踏板之“前”，就自动点亮刹车灯。第二个要及时沟通的重要信息是，当前车发现后车过于靠近自己时，如何向后车提出警告，使其保持安全距离，把追尾的隐患排除在萌芽状态。“安全距离有法不依”，这也是一个全世界没有解决的难题。不能保持安全距离也是造成追尾的重要原因之一。第三个要及时沟通的重要信息是，后车要求超车时，前车如何给予明确的应答，不能不理不睬，造成后车“盲目超车”，这也是造成严重车祸的重要原因。而且这三个问题又是相互关联的，因为对于早期的后车超车请求不应答预警，造成后车盲目超车，高速向前车靠近，追尾的危险就进入了中期；当后车已经靠近前车，此时如果前车还不提出警告，使其及时减速保持安全距离，这样，追尾的危险就进入了后期；到了一触即发的境地，一旦出现紧急刹车情况，追尾事故必然要发生；如果在紧急刹车时能超前预警，可以使追尾事故由重灾变为轻灾，否则势必造成更为严重的恶性追尾事故。所以，防止追尾事故，就要层层设防，在追尾事故发展的各个阶段都有有力的防护措施。并争取把追尾事故消灭在萌芽状态，紧急刹车时提前向后车预警的问题，这里技术的难点和重点是如何获得“预警控制信号”或称为“第一信号”。因为只要得到了“预警控制信号”，如何在以后过程中对该电信号进行放大，变换等各种处理，直至控制预警设备进行报警，这对今天的电子技术来说都不是困难的事。
在目前已公开的这类技术中，都把研究的重点集中在如何在车辆上安装一个能探测车辆减速度的传感器，利用它获得“预警控制信号”。例如，在CN97250985中，用电位器作传感器安装在节气门上来探测减油速度；在CN99211066中，用固定在车体上两个光电开关和固定在油门踏板臂上遮光片作传感器来探测减油速度；在US005387898A中，它是利用安装在油门连杆上的压电晶体和惯性重块作传感器来检测油门连杆减速度值；在US6023221中，在车上安装一个加速度传感器检测车辆的纵向减速度；在US6559775中，在减速机构上安装一个探测减速度的传感器，来获得“预警控制信号”。
但在实践中证实，现有技术遇到的最大困难是减速度传感器的设计和安装问题(1)为了能较早的获得“预警控制信号”，传感器自身必须敏感；(2)传感器必须安装在车辆上最早发生减速度量的部位，(3)传感器能抗干扰，性能稳定，寿命长；(4)要小体积，便于找到安装空间；(5)要造价低能被市场接受。可是面对不断变化的成千上万款车型，要满足上述要求真是一个大难题。其中，最困难的还是传感器的安装问题。因为车辆是一个在各种道路上高速运动的机器，它在负重的情况下经受着振动和冲击。为安装传感器在某些部件上打一个小小的螺钉孔，它所产生的应力集中，在振动和冲击力的作用下，可能会使该部件提前疲劳损坏。这会给车辆安全带来很大的隐患。更不要说在高温高压和冲击振动力联合作用下的发动机上安装传感器了，那甚至会导致发动机安全性的重新鉴定。况且对于某些车辆来说，根本就找不到安装传感器的空间，因此，这使现有技术很难得到推广应用。
另外，在US6369369、US6335682、US6292753、DE19806687、US6278630、US5931547和US5929785中在车上安装各种激光雷达、微波雷达或光感受器等，探测前方障碍物的距离并根据车速决定是否刹车向和后车预警。这种方法存在的问题是，它是基于严格保持安全刹车距离为前提的。其实，造成追尾的真正原因是前后车刹车的不同步。减速预警方法是从尽量减少前后车刹车的时间差，来防止追尾事故的发生；而用探测前方障碍物距离的方法，是用刹车安全距离来补偿前后车刹车时间的滞后来防止追尾的。但对于目前道路上车辆拥挤的情况，尤其是在上下班时间或周末车辆比较拥挤时，很难保证车辆之间的安全距离，此时安装测距装置的车为了保持安全距离，只能刹车减速等待，而未安装测距仪的车则一个一个不断地插在它的前方，若要想行车，就必须关掉测距装置。此时，被认为是非常先进的测距装置就变成一个昂贵而并不美丽的装饰品。
关于后车过于逼近前车时，前车如何向后车提出警告，使其保持安全距离的问题，如US5760708、US6225918和US6360170提出在前车上安装激光、微波雷达和超声波测距装置，探测后车与前车之间的距离以及后车与前车的相对速度。当发现后车进入预定的危险区并且继续高速向前车靠近时，前车就向后车发出警告。但是，这些测距装置都还存在一些问题，激光测和微波雷达距装置盲区太大，对与越是靠近的物体越容易发生错误，超声波的传播速度较慢，当车速较快，车距较远时就无法使用。而且在道路非常拥挤时，往往把同向行驶非常靠近的相邻行车道上的车，误认为是同一条行车道上的车，容易产生误报。
发明内容
本实用新型的目的之一，是提供一种前车紧急减油时向后车预警的防止汽车追尾的预警装置，它利用车辆现有的传感器和设备来获取“预警控制信号”，避免传感器的安装问题，并能快速准确地进行预警。
本实用新型的另一个重要目的是给前车司机提供一种工具，在行驶过程中，一旦发现后车过于靠近自己，他可以在不踩刹车的情况下，通过预警装置向后车发出警告，提醒后车减速保持安全距离，把追尾事故的危险消灭在萌芽状态。
本实用新型的另一个目的还在于，通过预警装置使前后车在“超车”问题上能加强沟通，前车对于后车的“超车”请求，能给出明确的应答，避免后车盲目超车所造成的严重后果。
本实用新型的另一个目的在于，通过预警装置向后车司机提供前车是紧急刹车还是非紧急刹车的信息。
1、关于前车紧急减油或紧急刹车时向后车预警的问题值得庆幸的是，在减速预警技术陷入困境的时候，本实用新型终于从燃油喷射技术领域找到了一条减油预警的宽广坦途。提出在发动机燃油喷射系统的基础上实现“减油预警”的新方法。
自从1967年BOSCH公司推出世界上第一个发动机燃油喷射系统开始，由于它在节省能源和废气清洁排放方面的杰出功效，在此之后，各大汽车公司都竟相开发出自己的发动机燃油喷射系统，到目前为止，中国和发达国家一样，新生产的汽车百分之百的都安装了燃油喷射系统。
在US4383515中提供了Nissan Motor公司的一份内燃机电子燃油喷射系统的文件，它叙述了一个典型燃油喷射的过程。在车辆行驶过程中，司机根据他所希望的行驶速度决定踩下油门踏板的程度，由于节气门阀的开度是与油门踏板踩下的程度成正比的，而发动机每一转的进气量是与节气门的开度成正比的，空气流量计的输出Q是与进气量成正比的，电子燃油喷射系统中的计算机根据空气流量计的输出和发动机的转速N(rpm)计算出每一转的基本喷油量T(p)＝(Q/N)*CONSTANT，然后根据理论最佳空一燃比和冷却水温度等发动机的其他操作参数计算出一个修正系数COEF，最后计算出发动机每一转的实际喷油量T(i)＝T(p)*COEF.。
由上所述可知，对燃油喷射而言，为了得到好的车辆操纵性能，它希望及时的了解司机对车辆速度的操控意图；为此，它安装了电动油门踏板传感器、节气门位置传感器和电子空气流量计等这些与喷油量相关的油门传感器和计算机，以达到及时地计算出燃油喷射量，尽快地响应司机对车速的操作。喷油量的增加或减少，将直接预示着车辆是加速或减速；喷油量增加或减少的变化速度将直接预示着车辆加速度或减速度的大小；所以，燃油喷射系统的油门传感器是最早感知司机对车辆加速或减速的意图。由此，可以看出，对燃油喷射系统油门传感器输出的变化速度进行检测，当减油速度达到或超过某一预定值时，便可产生优质的“预警控制信号”。减油在先，减速在后。正是基于这一点，本实用新型提出用“减油预警”的方法解决“减速预警”这一难题的。
重要术语的说明(1)“油门传感器”，可为燃油喷射系统的空气流量计、电控油门踏板传感器或节气门位置传感器；空气流量计又包含翼片式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线式空气流量计、热膜式空气流量计和歧管压力式空气流量计；(2)预警设备，本实用新型所说的预警设备至少包含车辆原有的刹车灯，此外，还可以是专为预警而增设的红色、绿色和黄色的高亮度灯或闪光灯或显示屏，声预警设备和无线电预警设备。这些新增加的预警设备辅助原有的刹车灯，向后车传达更多的关于前车的减速信息及行驶动向。例如，区分是紧急刹车，还是非紧急刹车，是否允许超车等。
紧急减油或刹车超前预警可采用如下技术方案来实现；一种防止汽车追尾的预警装置，该装置包括一电压跟随器(2)，其输入端接在电控燃油喷射系统的油门传感器(1)的电压输出端，直接从油门传感器(1)的输出电压中得到司机操控油门使车辆加速或减速的最早期信息；一个电压微分电路(3)，其输入端接在电压跟随器(2)的输出端，对电压跟随器(2)的输出电压进行模拟微分运算，检测出司机的紧急减油速度；一个电压比较器4，其一个输入端接在一个预设的门限电压上，另一个输入端接在电压微分电路(3)的输出端上，当电压微分电路(3)的输出电压使电压比较器(4)的该端电压达到或超过另一端预设的门限电压时，电压比较器(4)的输出电压发生翻转跳变；一个预警定时电路(5)，它的输入控制端接在电压比较器(4)的输出端，当电压比较器(4)的输出电压发生翻转跳变时，预警定时电路(5)其输出电压发生跳变；一组预警设备电控开关(6)，其输入控制端接在预警定时电路(5)的输出端，其输出端连接于一预警设备(7)，当预警定时电路(5)处于预警定时状态时，它的输出电压控制预警设备电控开关(6)闭合导通，预警设备(7)在预警定时的时间内发出刹车预警信号。
下面对本实用新型的各个组成部分进行进一步的具体描述(1)电压跟随器，它的输入端接在燃油喷射系统油门传感器的电压输出端。由于电压跟随器的特点是输出电压与输入电压大小和相位几乎相等，而且具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗。所以，用电压跟随器接在油门传感器的输出端，把其它后续预警电路接在电压跟随器的输出端；而不直接将它们接在燃油喷射系统油门传感器的电压输出端，其原因有三其一，从电压跟随器输出端可以得到与油门传感器电压输出端相同的电压；其二，将油门传感器与后续预警电路隔离开，不让后续预警电路影响燃油喷射系统的工作。因为电压跟随器的输入阻抗一般为一万兆欧到一百万兆欧，而油门传感器的输出阻抗约为几千欧到几十千欧，燃油喷射系统的精度为2％。所以，电压跟随器的接入根本不会影响燃油喷射系统的正常工作。但是，由于后续预警电路的输入阻抗约为几千欧到几十千欧。若是将它直接接在油门传感器的输出端，就会严重影响燃油喷射系统的工作。其三，电压跟随器的输出阻抗约为几欧姆，它有很强的负载能力。综上所述，电压跟随器起到了隔离和阻抗变换作用，它既使预警系统及时得到了油门传感器的输出电压，又不影响燃油喷射系统的工作，而且还得到很强的负载能力，为预警系统提供一个优质的信号源。由于电压跟随器是电子工程中一个常用的基本元件，所以它的形式很多，既可以在市场上买到它的多种模拟集成块，例如LM110等，也可以用运算放大器或高放大倍数的器件自己组成。
(2)电压微分电路，它通常是用电阻R和电容C串联构成，的输入端接在电压跟随器的输出端，它的输出端是电阻与电容的连接点，在本实用新型中，它的作用是测量油门传感器输出电压的变化速度，即油门变化速度，从而检测出司机的减油速度是否达到或超过预定的紧急减油速度。预先选择一个微分电路的RC值作为预定值，当油门减小速度使油门传感器输出电压的下降斜率达到或超过微分电路输出电压下降斜率的预定值时，则认为此次减油属于紧急减油。由于紧急减油会直接导致车辆速度的突然降低，而且更为严重的是，往往紧急减油是紧急刹车的“先兆”。所以，此时从减油速度看应当向后车发出预警。但是，是否最后决定发出预警，还要进一步鉴别此次减油是司机真实操作意图的表达还是由于干扰造成的？在使用中可以通过调整电阻或电容值来调整减油速度预定值。
(3)电压比较器，它的一般使用方法是把输入信号电压接在它的一个输入端上，另一个输入端接在一个预设的门限电压上。当输入信号电压达到或超过另一端的预设门限电压时，比较器的输出电压发生翻转跳变。但是，电压比较器在电子工程中是一个基本的而且是常用的部件，除了将两个数进行比较外，在此基础上它还能演化出两个数求和后与一个数比较等。在本实用新型的实施例中，是将比较器的负相输入端通过电阻接地，使预设的门限电压值为零，而在电压比较器正相输入端，即信号输入端再设置一个偏置电压，当微分电路的输出电压与偏置电压相加之和小于零时，电压比较器的输出电压发生翻转跳变。此时才能认为此次紧急减油是司机真实操作意图的表达，而不是偶然的干扰造成的。所以，这个偏置电压既不能设置太小，否则当车辆行驶在不平的道路上时，来自地面的冲击引起司机踩踏油门踏板的脚产生微幅快速抖动，这可能引起误预警；但是，这个偏置电压也不能设置得太大，否则它会使灵敏度太低，在小油门情况下产生漏报。对于电压比较器，既可以在市场上买到它的模拟集成块，例如，LM111等，也可以用集成运算放大器自己组成。
(4)预警定时电路，它的输入触发端接在电压比较器的输出端上。当电压比较器的输出电压发生翻转跳变时，触发了预警定时电路，使其进入预警定时工作状态。此时，预警定时电路的输出电压也发生翻转跳变，并且这种状态一直保持到预警时间结束，它的输出电压才又回到初始待机状态。对于预警定时电路，可以用时基电路集成块，例如NE555，或单稳态触发器集成块，例如CD4098，加上适当的定时电阻电容就可以组成单稳态定时电路。也可以用门电路或三极管组成单稳态定时电路。
(5)预警设备电控开关，它的输入控制端接在预警定时电路的输出端。当预警定时电路进入预警定时状态，输出电压也发生翻转跳变时，它使预警设备开关闭合导通，使预警设备发出预警。对于预警设备电控开关，它可以是大功率半导体开关，例如IRF9540，或大功率继电器，例如943-1C-12DS。根据预警的需要，预警设备电控开关的数量可以是一个或几个。
以上5个部分是构成本实用新型的基本组成部分。但是，仅有这5个部分是无法完成紧急刹车提前预警任务的。还必须“借” 用原车辆的油门传感器，从那里获得油门传感器输出的电压值。该电压的变化最直接地表达出司机控制车辆速度的操作意图，该电压的变化也是在车辆速度变化之前，“最早”预告车速变化的信号。对于“预警”而言，“最早”二字是非常宝贵的。所谓“最早”是因为车速的变化是在该信号之后，还要经历一系列过程。这个过程包括计算机对该电压的采样分析，计算出燃油喷射量，将燃油喷射入汽缸，等待下一个冲程中燃油燃烧爆炸，然后通过传动机构把动力传给轮胎，这时才把扭力矩变成前进动力，车辆受到前进动力的作用后，车的速度才会变化。所以，本实用新型的最突出之处就在于一个“借”字，不仅“借”得巧，而且“借”得好。本实用新型的第二个“借”字，是借用原车辆的刹车灯作为基本预警设备。这非常符合新技术，新产品进入市场的首要原则，即“在人机界面上尽量不违反传统”。因为刹车灯作为车辆减速刹车信号设备已经使用100多年，司机也已经建立了条件反射系统。所以，任何对减速刹车信号设备的改进，必须在刹车灯的基础上逐步导入。正像安装高位刹车灯，不能去掉原来刹车灯一样，否则，造成的损失是巨大的。
2、关于后车过于靠近前车时，前车如何提出警告的问题本实用新型采用在预警装置的某一环节上增加一个安全距离警告开关，用该开关人为地激活预警装置，通过预警装置向后车提出警告，迫使其保持安全距离。这样的方案可以避免预警设备重复设置和大量的导线连接，不仅简单而且可靠。
它可以用如下的技术方案来实现(1)把一个手动开关的一端接在预警设备电控开关的控制输入端上，手动开关的另一端接在预警设备电控开关的导通控制电位上，当手动开关闭合时，预警设备电控开关全部闭合导通，控制预警设备发出预警。
(2)把一个手动开关的一端接在预警定时电路的触发端上，另一端接在定时电路的触发控制电位上，当手动开关闭合时，预警定时电路被触发进入预警定时状态，它的输出电压使预警设备电控开关全部闭合导通，控制预警设备发出预警。
(3)把一个手动开关的一端接在电压比较器的一个输入端，另一端接在电压比较器的翻转控制电位上，当手动开关闭合时，电压比较器的输出电压翻转，使预警定时电路被触发进入预警定时状态，它的输出电压使预警设备电控开关全部闭合导通，控制预警设备发出预警。
这三个方案中，其中第二方案比较好一些。因为它利用了预警定时电路，所以预警时司机只要用手触动一下开关，就可以使刹车灯点亮一段预定时间；其次，开关从这里接入不容易产生干扰。
该第二个方案具体为，该装置中还包含一个安全距离警告开关(8)，它的输出端接在预警定时电路(5)的输入控制端上，当后车过于靠近前车时，可以在不减油不刹车的条件，用安全距离警告开关(8)触发预警定时电路(5)进入预警定时状态，使预警设备电控开关(6)闭合导通，控制预警设备(7)在预警定时的时间内发出刹车预警信号，让后车减速保持安全距离。
3、关于后车请求超车时，前车如何应答的问题(1)允许超车在前车尾部安装一个绿色闪光信号灯；并在司机的控制面板上安装相应的控制开关。当接到后车的超车请求时，前车司机根据当时的情况，若允许后车超车，就点亮绿色的闪光信号灯1-2秒；(2)不允许超车按一下安全距离警告开关，点亮刹车灯和红色闪光信号灯1-2秒，让后车减速保持安全距离。
允许超车可以用如下技术方案来实现把一个按键开关的一端接在一个定时电路的输入触发端上，另一端接在该定时电路的触发控制电位上，当按键开关闭合瞬间，定时电路被触发进入定时工作状态，受定时电路的输出电压控制的一个应答设备电控开关闭合导通，使接在该开关上的绿色闪光信号灯点亮1-2秒。
解决该超车应答的技术方案为在本实用新型的装置中还包含有允许超车应答系统，其包括允许超车应答开关(91)允许超车应答定时电路(10)，其输入端连接于允许超车应答开关(91)的输出端；允许超车应答设备电控开关(12)，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路(10)的输出端上；允许超车应答开关(91)的另一端接在允许超车定时电路(10)的触发电位上；允许超车应答预警设备(73)，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关(12)的输出端上；当前车同意后车的超车请求时，按一下允许超车应答开关(91)，允许超车应答定时电路(10)被触发进入预警定时状态，允许超车应答设备电控开关(12)闭合导通，它在预警定时的时间内使允许超车应答预警设备(73)发出允许超车的预警信号；当前车不同意后车的超车请求时，按一下安全距离警告开关(8)，预警设备电控开关(6)闭合导通，控制预警设备7在预警定时的时间内发出刹车预警信号，让后车减速保持安全距离。
作为另外一种可实施方案，本实用新型的超车应答还可采用如下技术方案本实用新型的装置还包括有一超车应答系统，其包括允许超车应答开关(91)；允许超车应答定时电路(10)，其输入端连接于允许超车应答开关(91)的输出端；允许超车应答开关(91)的另一端接在允许超车定时电路(10)的触发电位上；允许超车应答设备电控开关(12)，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路(10)的输出端上；允许超车应答预警设备(73)，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关(12)的输出端上；不许超车应答开关(92)；不许超车应答定时电路(11)，其输入端连接于不许超车应答开关(92)的输出端；不许超车应答设备电控开关(13)，其输入控制端连接于不允许超车应当定时电路(11)的输出端上；其输出端连接于紧急预警信号设备(72)的输入端；当前车同意后车的超车请求时，按一下允许超车应答开关(91)，允许超车应答定时电路(10)被触发进入预警定时状态，允许超车应答设备电控开关(12)闭合导通，它在预警定时的时间内使允许超车应答预警设备(73)发出允许超车的预警信号；当前车不同意后车的超车请求时，按一下不许超车应答开关(92)，不许超车应答定时电路(11)被触发进入预警定时状态，不许超车应答设备电控开关(13)闭合导通，它在预警定时的时间内使紧急预警信号设备(72)发出不允许超车的预警信号；让后车减速保持安全距离。
4、关于如何向后车司机提供前车减速紧急程度的信息问题本实用新型采用两级刹车预警一是预见性刹车，它是经过一段缓慢减速后的非紧急刹车。此时只点亮车辆原有的刹车灯；二是紧急刹车，它是紧急减油紧接着紧急刹车的一种非预见性危险情况下的刹车。此时，预警装置能够“超前”点亮刹车灯，即司机在紧急减油之初，脚还没有踩到刹车踏板之前，预警装置就自动把刹车灯提前点亮，超前向后车预警；不仅超前点亮刹车灯而且还同时点亮一个安装在前车尾部的红色闪光信号灯，更进一步提醒后车，此次刹车属于紧急刹车。
它可以用如下的技术方案来实现所述的一组预警设备电控开关(6)至少包括两个电控开关(MS61、MS62)，它们的输入控制端都接在预警定时电路的输出端，其中一个电控开关(MS61)电器上与脚刹车开关(02)并联，可以控制刹车预警设备(71)，另一个电控开关(MS62)的输出端连接于紧急预警信号设备(72)上，当预警定时电路(5)处于预警定时状态时，它的输出电压控制两电控开关(MS61、MS62)均闭合导通，刹车预警设备(71)与紧急预警信号设备(72)同时发出信号，构成紧急刹车信号。
本实用新型的优点是(一)、较全面的考虑了发生追尾的几种主要因素，所提供的相应防追尾技术方案切实有效，简捷实用，体现了在追尾事故发展的各个阶段上层层设防。
(二)安全距离警告功能，给前车司机提供了一种监督后车保持安全距离的手段，这也是捍卫自己生命财产安全的手段。因为后车过于靠近前车，不仅对后车自己是一种危险，而且也对前车的安全构成威胁。前车有权提出警告，使后车保持安全距离。所以，安全距离警告功能这一个小小的技术措施，使数以亿计的司机加入到纠正安全距离违章的行列中，起到了交通警察所起不到的作用。是解决“安全距离，有法不依”世界难题的有效方法。
(三)、紧急刹车预警效果好，由于本预警装置是从油门传感器取样，所以它比其他测量车辆速度的方法得到的预警信号都要超前。
(四)、造价低，由于本预警装置借用燃油喷射系统的油门传感器和车辆原有的刹车灯，需要增加的预警设备少，大大地降低了系统的成本。
(五)、容易在各种燃油喷射系统的车辆上推广。因为不再考虑传感器的安装空间问题，不会给车辆带来任何损害。所以容易被车主接受。
(六)、大大提高了减油预警系统的可靠性。由于该系统自身没有运动部件，油门传感器又是燃油喷射系统生产商千锤百炼出来的精品，因此非常可靠耐用。
图1本实用新型具有减油预警功能的防追尾预警装置框图。
图2在紧急减油预警功能的基础上增加紧急刹车与非紧急刹车区分功能后的防追尾预警装置框图。
图3在紧急减油预警功能的基础上安全距离警告功能的防追尾预警装置框图。
图4在紧急减油预警功能及安全距离警告功能和紧急刹车与非紧急刹车区分功能的基础上再增加超车应答功能后的防追尾预警装置框图。
图5本实用新型另一种具有超车应答功能的防追尾预警装置的框图。
图6本实用新型具有紧急减油预警功能的防追尾预警装置的电路图。
图7本实用新型在紧急减油预警功能的基础上增加紧急刹车与非紧急刹车区分功能后的防追尾预警装置有关部分电路图。
图8在紧急减油预警电路中增加安全距离警告功能和紧急刹车与非紧急刹车区分功能的有关部分的电路图。
图9本实用新型超车应答部分的电路图。
图10本实用新型另一种具有超车应答功能的防追尾预警装置的有关部分电路图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方案实施例1如图1和图6所示，本实施例提供一种防止汽车追尾的预警装置，该装置具有在紧急减油或紧急刹车时“超前”点亮刹车灯向后车预警的功能。该装置的特点是它不需要为该预警装置安装专用传感器和预警信号设备，它是从车辆燃油喷射系统的油门传感器，例如节气门位置传感器或油门踏板传感器或空气流量计，的输出电压中通过计算分析得到预警控制信号；并且利用车辆原有的刹车灯作为向后车发出预警的信号设备。
如图1和图6所示，本实施例的图中包含7个部分；但是，如上所述，第1部分的节气门位置传感器和地第7部分的刹车灯属于车辆原有的设备；真正需要由本实用新型提供的只是2-6五个部分。第2部分是一个电压跟随器，它的输入端接在燃油喷射系统油门传感器1的电压输出端，直接从油门传感器1的输出电压中得到司机操控油门使车辆加速或减速的最早期信息；第3部分是一个电压微分电路3，它的输入端接在电压跟随器2的输出端，对电压跟随器2的输出电压进行模拟微分运算，检测出司机的紧急减油速度；第4部分是一个电压比较器4，它的一个输入端接在一个预设的门限电压上，另一个输入端接在电压微分电路3的输出端上，当电压微分电路3的输出电压使电压比较器的该端电压达到或超过另一端预设的门限电压时，电压比较器4的输出电压发生翻转跳变；第5部分是一个预警定时电路5，它的输入触发端接在电压比较器4的输出端，当电压比较器4的输出电压发生翻转跳变时，触发预警定时电路5，使其进入预警定时状态，它的输出电压也发生跳变；第6部分是一组预警设备电控开关6，它的输入控制端接在预警定时电路5的输出端，当预警定时电路5处于预警定时状态时，它的输出电压控制预警设备电控开关6闭合导通，使预警设备7在预警定时的时间内发出刹车预警信号(刹车灯点亮)。
在本实施例中，电压跟随器2用电阻R21，R22和命名为IC23的模拟运算放大器LM158构成，R21的一端接在发动机节气门位置传感器1的电压输出端，R21的该端作为电压跟随器2的输入端，R21的另一端接在IC23的正相输入端3上，R22跨接在IC23的负相输入端2和输出端1之间，IC23的正电源端8通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，它的负电源端4接地，IC23的输出端1就是电压跟随器2的输出端。
电压微分电路3是用电容C31和电阻R32构成，C31的正极接在IC23的输出端1上，作为微分电路3的输入端；它的负极与R32串联后接地，C31与R32的连接点是微分电路3的输出端。
电压比较器4，是用电阻R41，R42和命名为IC43的模拟集成电路LM158构成，IC43的负相输入端6通过R42接地，所以电压比较器4的预设门限电压为零，R41的一端通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，另一端与IC43的正相输入端5均接在C31与R32的连接点上，R41与电阻R32结合给IC43的正相输入端5提供一个大于零的偏置电压Vr，它保证在静态情况下使电压比较器4的输出端7的电压为正12伏，当微分电路3的输出电压与偏置电压Vr相加之和小于零时，IC43的输出端7的输出电压翻转跳变为零，即电压比较器4的输出电压为零。通过调整R41的大小可以调整偏置电压的大小，可以调整电压比较器4的灵敏度。
预警定时电路5，是用R51，R52，R56，R57电容C53，C55，命名为IC54的NE555时基集成电路，和命名为T58的NPN型三极管构成，IC54的低触发端2作为定时电路5的输入端接在IC43的输出端7上，电阻R51的一端通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，另一端接在IC54的2端上，R52的一端通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，另一端与电容C53的正极串联后接地，IC54的高触发端6和放电端7都接在电阻R51和电容C52的联接点上作为定时元件，IC54的正电源端8和复位端4都通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，IC54的接地端1接地，它的电压控制端5通过电容C54接地，IC54的输出端3通过R55接在T57的基极上，T57的发射极接地，它的集电极通过R56和启动开关01接在车辆电源的正12伏上，IC54的3端的输出信号经过T57反相，最后从T57的集电极输出。
预警设备电控开关6，是一个命名为MS61的大功率半导体开关IRF9540，它们的栅极G是输入控制端，接在预警定时电路5中三极管T57的集电极上，它的源极S通过启动开关01接在车辆的正电源12伏上，它们的漏极D接在车辆原有的刹车灯71的正电源端，在电气上，大功率半导体开关MS61与车辆的脚刹车开关是并联的，它们都可以控制刹车灯71。
当车辆正常行驶或缓慢减油减速或预见性缓慢刹车时，预警装置都不会“超前”点亮刹车灯。
只有当车辆紧急减油或紧急刹车时，预警装置才会“超前”点亮刹车灯。由于在紧急减油时，节气门位置传感器1快速回位，使它的输出电压快速减小；电压跟随器2的输出端，即IC23的第1端，的输出电压也跟随着快速减小；使微分电路3的输出端，即电容C31与电阻R32的连接点上的电压出现瞬间负电压；该负电压施加在电压比较器4的正相输入端，即IC43的正相输入端5上，当该负电压与偏置电压Vr相加后使IC43的正相输入端5上的电压为负电压时，IC43的输出端7上电压由+12伏跳变到地电位零；该电压负跳变触发了预警定时电路5，使其进入预警定时状态；此时，IC54的输出端3的电压为正电压，经过三极管T58反相后，从T58的集电极输出一个负电压；该负电压控制大功率半导体开关MS61闭合导通，把刹车灯71点亮。
由于电子电路的反应速度很快，从司机快速减油开始到点亮刹车灯仅需1-2个毫秒。所以，遇到以外危险情况紧急刹车时，当司机减油的脚还没有离开油门踏板时，刹车灯已经自动点亮。大量的统计数据表明，预警装置点亮刹车灯要比司机踩刹车踏板点亮刹车灯“超前”0.25-0.5秒。这对于高速行驶的车辆防止追尾来说意义很大。例如车速为每小时120公里，预警装置超前0.25-0.5秒点亮刹车灯，使后车司机提前0.25-0.5秒刹车，这等于多给后车8-16米的安全距离。在车辆高速行驶时，由于车辆对地面的附着力很小，即使相差1米的距离，在发生追尾时，只要辆车一碰撞，车辆方向就发生偏斜，严重时立即发生翻滚，或偏离车道后与相邻车道上的车再发生更严重的碰撞，导致严重的后果。所以，这平时不屑一顾的0.25-0.5秒，此时可能与前后车上人员的生死悠关。
在本实施例中，所述的油门传感器1可为燃油喷射系统的节气门位置传感器或电控油门踏板传感器或空气流量计。
实施例2本实施例的基本结构与实施例1相同，在此不再赘述。
如图2、图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，在本实施例中，所述的一组预警设备电控开关6至少包括两个电控开关MS61、MS62，其中一个电控开关MS61电气上与脚刹车开关02并联，可以控制刹车预警设备71，另一个电控开关MS62的输出端连接于紧急预警信号设备72上，当预警定时电路5处于预警定时状态时，它的输出电压控制两电控开关MS61、MS62均闭合导通，刹车预警设备71与紧急预警信号设备72同时发出信号，构成紧急刹车信号。
在本实施例中，所述的刹车预警设备71可由车辆原有的刹车灯构成，紧急信号预警设备72可为红色闪光信号灯。MS62的栅极G也接在三极管T58的集电极上，它的源极S也是通过启动开关01接在+12伏上，它的漏极D接在红色闪光信号灯的正电源端。这样，在非紧急刹车时，由于预警设备电控开关6不闭合，所以只有受脚刹车开关02控制的刹车灯点亮。当紧急刹车时，由于司机在未踩脚刹车踏板之前预警设备电控开关6中的MS61和MS62就自动闭合，使刹车灯和红色闪光信号灯“超前”点亮，这一组醒目的灯光表示紧急刹车。本实施例在实施例1的基础上，通过紧急刹车信号对紧急刹车与非紧急刹车进行了非常明显的区分，后车司机可以对前车的刹车紧急状态有较清晰的了解，他能够采取较为恰当的制动措施来避免追尾事故的发生。
实施例3本实施例的基本结构可以与实施例1或实施例2相同，在此不再赘述。
如图3和图8所示，本实施例与实施例1和实施例2的区别在于，在本实施例中，该装置不仅具有在紧急减油或紧急刹车时“超前”点亮刹车的功能；而且，还具有安全距离警告功能，即当前车司机发现后车过于靠近时，向后车发出警告，使其减速保持安全距离；以及区分紧急刹车和非紧急刹车的功能。
本实施例安全距离警告功能的实现是在实施例1或实施例2的基础上，把一个安全距离警告开关8的一端接在预警定时电路5的输入触发端上，另一端接在定时电路5的触发控制电位上；当安全距离警告开关8闭合时，预警定时电路5被触发进入预警定时状态，使预警设备电控开关6闭合导通，控制预警设备发出刹车预警信号。
如图3和图7所示为在实施例2的基础上增加安全距离警告开关8的情况，当后车过于靠近前车时，可以在不减油不刹车的条件下，按下安全距离警告开关8，预警定时电路5被触发进入预警定时状态，使预警设备电控开关6中的两个电控开关MS61、MS62均闭合导通，使刹车灯和红色闪光信号灯“超前”点亮，构成安全距离预警信号。
作为本实施例的另外一种实施方式，也可以在实施例1的基础上增加安全距离警告开关8，图中未示出。其与第一种方式不同之处在于，预警设备电控开关6中的只有一个电控开关MS61，当按下控制刹车灯安全距离警告开关8时，预警定时电路5被触发进入预警定时状态，使预警设备电控开关6中的电控开关MS6闭合导通，使刹车灯点亮，构成安全距离预警信号。
如图3和图8所示，安全距离警告开关8，由二极管D81和手动开关82构成。开关82的一端接在预警定时电路5的输入触发端2上，即IC54的低压触发端2上，另一端接地。二极管D81的正极也接在IC54的2端上，它的负极接在电压比较器4的输出端，即IC43的第7端，二极管D81的作用是电压隔离，防止开关82闭合时，IC43的第7端的高电位与地短路，造成IC43损坏。
当前车司机要对后车司机实施安全距离警告时，闭合一下开关82，使预警定时电路5进入预警定时状态，T58集电极的输出电压控制电控开关MS61和MS62闭合，点亮刹车灯71和红色闪光信号灯72。
安全距离警告功能，虽是一个小小的技术改进措施，但是，它的作用非常巨大，它能使数以亿计的司机加入到纠正安全距离违章的行列中，起到了千百万交通警察所起不到的作用。是一个解决“安全距离，有法不依”世界难题的有效方法。
实施例4如图4和图9所示，本实施例提供一种防止汽车追尾的预警装置，该装置不仅具有在紧急减油或紧急刹车时“超前”点亮刹车的功能；安全距离警告功能；和区分紧急刹车和非紧急刹车的功能。而且，还具有超车应答功能，即当后车向前车请求超车时，前车能给予明确地应答，是否允许超车。
本实施例超车应答功能的实现是在实施例3的基础上，增加一个允许超车应答系统，其包括允许超车应答定时电路10，其输入端连接于允许超车应答开关91的输出端；允许超车应答设备电控开关12，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路10的输出端上；允许超车应答预警设备73，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关12的输出端上。
而不允许超车的应答功能，则可以用安全距离警告功能来代替施行。
进一步，该允许超车应答预警设备73可为绿色闪光信号灯。
如图4和图9所示，允许超车应答开关91是由一个手动开关构成；应答定时电路10是由电阻R101，R102，R106，电容C103，C105和一个命名为IC104的时基集成电路NE555组成。它是一个高电平触发，低电平输出的单稳态触发器，IC104的第6端是它的高电平触发端，IC104的第7端是它的低电平输出端；应答开关91的一端接在IC104的高电平触发端6上，另一端通过启动开关01接在车辆电瓶的正12伏上；应答设备电控开关12是由一个命名为MS121的大功率半导体开关IRF9540构成，它的栅极G接在IC104的低电平输出端7上，它的源极S通过启动开关01接在车辆电源的正12伏上，它的漏极D接在绿色闪光信号灯73的正电源端，绿色闪光信号灯73的负电源端接地。
当前车司机允许后车超车时，只要按一下开关91，触发应答定时电路10进入应答定时状态，它输出的低电平使MS121的大功率半导体开关闭合导通，绿色闪光信号灯73得电后发出信号。
当前车司机不允许后车超车时，只要按一下安全距离警告开关82，点亮刹车灯71和红色闪光信号灯72，让后车注意保持安全距离，暂时不要超车。
超车应答系统的建立，加强了前后车互相沟通和协调一致，可以克服了盲目超车现象。这就把发生追尾事故的危险，消灭在萌芽状态。
实施例5本实施例与实施例4的结构基本相同，再不不再赘述。
如图5、图10所示，本实施例与实施例4的区别在于，在本实施例中是通过新增加的一超车应答系统来实现超车应答功能的，其与安全距离警告功能各自独立。该超车应答系统包括允许超车应答开关91；允许超车应答定时电路10，其输入端连接于允许超车应答开关91的输出端；
允许超车应答设备电控开关12，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路10的输出端上；允许超车应答预警设备73，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关12的输出端上；不许超车应答开关92；不许超车应答定时电路11，其输入端连接于不许超车应答开关92的输出端；不许超车应答设备电控开关13，其输入控制端连接于不允许超车应当定时电路11的输出端上；其输出端连接于紧急预警信号设备72的输入端。
当前车同意后车的超车请求时，按一下允许超车应答开关91，允许超车应答定时电路10被触发进入预警定时状态，允许超车应答设备电控开关12闭合导通，它在预警定时的时间内使允许超车应答预警设备73发出允许超车的预警信号；当前车不同意后车的超车请求时，按一下不许超车应答开关92，不许超车应答定时电路11被触发进入预警定时状态，不许超车应答设备电控开关13闭合导通，它在预警定时的时间内使紧急预警信号设备72发出不允许超车的预警信号；让后车减速保持安全距离。
上述实施例为本实用新型的几种具体实施方式
，仅用于说明本实用新型，而非用于限制本实用新型。
权利要求1.一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，该装置包括一个电压跟随器(2)，其输入端接在电控燃油喷射系统的油门传感器(1)的电压输出端，直接从油门传感器(1)的输出电压中得到司机操控油门使车辆加速或减速的最早期信息；一个电压微分电路(3)，其输入端接在电压跟随器(2)的输出端，对电压跟随器(2)的输出电压进行模拟微分运算，检测出司机的紧急减油速度；一个电压比较器(4)，其中一个输入端接在一个预设的门限电压上，另一个输入端接在电压微分电路(3)的输出端上，当电压微分电路(3)的输出电压使电压比较器(4)的该端电压达到或超过另一端预设的门限电压时，电压比较器(4)的输出电压发生翻转跳变；一个预警定时电路(5)，它的输入触发端接在电压比较器(4)的输出端，当电压比较器(4)的输出电压发生翻转跳变时，触发预警定时电路(5)，使其进入预警定时状态，其输出电压发生跳变；一组预警设备电控开关(6)，其输入控制端接在预警定时电路(5)的输出端，其输出端连接于一预警设备(7)，当预警定时电路(5)处于预警定时状态时，它的输出电压控制预警设备电控开关(6)闭合导通，预警设备(7)在预警定时的时间内发出刹车预警信号。
2.如权利要求1所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的一组预警设备电控开关(6)至少包括两个电控开关(MS61、MS62)，其中一个电控开关(MS61)电器上与脚刹车开关(02)并联，可以控制刹车预警设备(71)，另一个电控开关(MS62)的输出端连接于紧急预警信号设备(72)上，当预警定时电路(5)处于预警定时状态时，它的输出电压控制两电控开关(MS61、MS62)均闭合导通，刹车预警设备(71)与紧急预警信号设备(72)同时发出信号，构成紧急刹车信号。
3.如权利要求1或2所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，该装置中还包含一个安全距离警告开关(8)，它的输出端接在预警定时电路(5)的输入触发端上，当后车过于靠近前车时，可以在不减油不刹车的条件下，用安全距离警告开关(8)触发预警定时电路(5)进入预警定时状态，使预警设备电控开关(6)闭合导通，控制预警设备(7)在预警定时的时间内发出刹车预警信号，让后车减速保持安全距离。
4.如权利要求3所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，该装置中还包含有允许超车应答系统，其中包括允许超车应答开关(91)；允许超车应答定时电路(10)，其输入端连接于允许超车应答开关(91)的输出端；允许超车应答开关(91)的另一端接在允许超车定时电路(10)的触发电位上；允许超车应答设备电控开关(12)，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路(10)的输出端上；允许超车应答预警设备(73)，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关(12)的输出端上；当前车同意后车的超车请求时，按一下允许超车应答开关(91)，允许超车应答定时电路(10)被触发进入预警定时状态，允许超车应答设备电控开关(12)闭合导通，它在预警定时的时间内使允许超车应答预警设备(73)发出允许超车的预警信号；当前车不同意后车的超车请求时，按一下安全距离警告开关(8)，触发预警定时电路(5)，使预警设备电控开关(6)闭合导通，控制预警设备(7)在预警定时的时间内发出刹车预警信号，让后车减速保持安全距离。
5.如权利要求2所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，该装置还包括有一超车应答系统，其包括允许超车应答开关(91)；允许超车应答定时电路(10)，其输入端连接于允许超车应答开关(91)的输出端；允许超车应答开关(91)的另一端接在允许超车定时电路(10)的触发电位上；允许超车应答设备电控开关(12)，其输入控制端连接于允许超车应当定时电路(10)的输出端上；允许超车应答预警设备(73)，其输入端连接于允许超车应答设备电控开关(12)的输出端上；不许超车应答开关(92)；不许超车应答定时电路(11)，其输入端连接于不许超车应答开关(92)的输出端；不许超车应答设备电控开关(13)，其输入控制端连接于不允许超车应当定时电路(11)的输出端上；其输出端连接于紧急预警信号设备(72)的输入端；当前车同意后车的超车请求时，按一下允许超车应答开关(91)，允许超车应答定时电路(10)被触发进入预警定时状态，允许超车应答设备电控开关(12)闭合导通，它在预警定时的时间内使允许超车应答预警设备(73)发出允许超车的预警信号；当前车不同意后车的超车请求时，按一下不许超车应答开关(92)，不许超车应答定时电路(11)被触发进入预警定时状态，不许超车应答设备电控开关(13)闭合导通，它在预警定时的时间内使紧急预警信号设备(72)发出不允许超车的预警信号；让后车减速保持安全距离。
6.如权利要求1所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的油门传感器(1)可为燃油喷射系统的节气门位置传感器或电控油门踏板传感器或空气流量计。
7.如权利要求1所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的预警设备7为一组受脚刹车开控制的车辆原有刹车灯(71)。
8.如权利要求2所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的刹车预警设备(71)可由车辆原有的刹车灯构成，紧急信号预警设备(72)可为红色闪光信号灯。
9.如权利要求4所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的超车应答预警设备(73)可为绿色闪光信号灯。
10.如权利要求1所述的一种防止汽车追尾的预警装置，其特征在于，所述的电压比较器(4)的负相输入端通过电阻接地，预设的门限电压值为零，而在电压比较器正相输入端，即信号输入端设置有一个偏置电压，当微分电路的输出电压与偏置电压相加之和小于零时，电压比较器的输出电压发生翻转跳变。
专利摘要本实用新型涉及一种防止汽车追尾的预警装置，该装置包括一输入端接在电控燃油喷射系统的油门传感器(1)的电压输出端的电压跟随器(2)，输入端接在电压跟随器(2)的输出端的电压微分电路(3)，一个输入端接在一个预设的门限电压上，另一个输入端接在电压微分电路(3)的输出端上的电压比较器4，输入控制端接在电压比较器(4)的输出端的预警定时电路(5)，输入控制端接在预警定时电路(5)的输出端的一组预警设备电控开关(6)，其输出端连接于一预警设备(7)。本实用新型可以利用车辆现有的传感器和设备来获取“预警控制信号”，避免传感器的安装问题，并能快速准确地进行预警。
文档编号B60Q1/44GK2664958SQ03261189
公开日2004年12月22日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者杨天舒, 杨士朋, 刘丽邦 申请人:杨天舒