一种汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法，本发明将车辆间相互通信的网络通信协议分为软件协议层、信号协议层和物理协议层，软件协议层用于实现对系统需要发送和接收的数据进行校验编码和解码，信号协议层用于实现对软件协议层产生的数据包按照协议规定实现数据包信号与基本灯光信号进行组合编码，物理协议层用于实现数字信号与光信号的相互转化；该装置包括设置于车辆头部的灯光接收设备，设置于车辆尾部的灯光发送设备，灯光发送设备采集车辆的运行状态信息，以数字信息与周围车辆进行信息交互，能更加准确的判断出周围车辆与其自身的位置关系，提高车辆行驶的安全性。同时解决了现有技术中无法利用车灯作为通讯介质实现车与车之间的通讯和定位的问题。
【专利说明】一种汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通和智能车辆研究领域，具体涉及一种汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济和交通事业的不断发展，汽车已经成为人们不可或缺的交通工具。但随着汽车使用率的不断提高，交通事故率也呈现出了逐年上升的趋势。据统计，在所有机动车事故中，由于车道偏离而造成的交通事故占所有交通事故的百分之二十，因此，近年来国内外许多研究机构开始致力于汽车主动安全技术的研究。
[0003]现有技术提供的汽车主动安全系统采用的是雷达和摄像头传感器，这些系统通过信号处理方法对周围车辆的行驶状态进行判断，当发现潜在危险发生时，能够提前做出判断，通过警告和辅助刹车的方式，来避免事故的发生。
[0004]但是这些研究的重点主要集中在摄像头和雷达这种被动接收的传感器的基础上，通过信号处理和计算机视觉算法的方式，来判断危险状况的发生，其本质是对周围车辆的行驶方式的一个估计和近似，这种估计和近似的精确性不仅取决于信号处理和算法的设计，同时还取决于外界的环境因素。比如基于摄像头传感器的主动安全系统在夜间工作时就会产生误报和漏检，基于雷达传感器的主动安全系统在车辆横向运动分量会出现较大偏差。
[0005]因此，现有系统 的缺陷主要总结为两点:1.算法依赖性较高；2.受传感器固有特性的限制条件较多。这些缺陷将使系统失去其作用和意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法，实现前后车辆的信号传递，有效的对潜在危险的状况进行判断，提高车辆行驶的安全性，以解决现有技术中为防止车辆的碰撞发生交通事故的汽车主动安全系统的可靠性差的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明的方案是:一种汽车车灯装置，包括安装于汽车头部的头灯和安装于汽车尾部的尾灯，头灯的灯体内设置有灯光接收设备，尾灯的灯体内设置有灯光发送设备，所述灯光发送设备由总线数据接收器、发送端微控制器、车灯驱动器和车灯组成，所述总线数据接收器的输入端与车辆的CAN总线连接，用于采集本车的运行数据信息，所述发送端微控制器的输入端与总线数据接收器的输出端连接，用于采集本车的运行数据信息并进行校验编码，发送端微控制器的输出端与车灯驱动器的输入端连接，用于产生校验编码后的数据信息，所述车灯驱动器的输出端驱动连接所述尾灯，用于驱动尾灯的亮度，所述尾灯用于产生包含本车运行数据信息的光信号，并发送出去；
[0008]所述灯光接收设备由镜头、光感模块和接收端微控制器组成，所述镜头用于对接收到的光信号进行聚焦处理，并将处理后的光信号发送给光感模块，所述光感模块与所述接收端微控制器的AD端口连接，用于将根据光信号转换的电压信号发送给接收端微控制器，所述接收端微控制器的输出端与整车控制器的输入端连接，用于将接收的电压信号进行模数转换、滤波处理，并输出控制信号给整车控制器；
[0009]所述灯光接收设备和灯光发送设备包括软件协议层、信号协议层和物理协议层，发送端微控制器和接收端微控制器构成软件协议层和信号协议层，车灯驱动器、车灯、镜头和光感模块构成物理协议层；软件协议层用于对需要发送和接收的数据进行校验编码和解码，产生数据包信号；信号协议层用于实现将软件协议层产生的数据包信号与基本灯光信号进行组合编码；物理协议层用于实现数字信号与光信号的相互转化。
[0010]所述光感模块接收由镜头聚焦后的光线，对光线以预定的频率进行采样，并将采样后的光信号转换为电压信号，对所述电压信号进行运算放大，将放大后的电压信号发送给接收端微控制器的AD采集端口，再对采集信号进行处理，得到最终的数字信号，完成对数字信号的接收。
[0011]所述校验编码后的数据为:将车辆运行数据信息经过校验编码得到数据的校验码，在车辆的运行数据尾部加上所述校验码，即得到校验编码后的数据信息。
[0012]光感模块为光敏传感器。
[0013]本发明还提供一种采用上述装置通过灯光传递信号的方法，包括如下步骤:
[0014](I)在前面车辆和后面车辆头灯的灯体内设置灯光接收设备,尾灯的灯体内设置的灯光发送设备，所述灯光接收设备和灯光发送设备均包括软件协议层、信号协议层和物理协议层，灯光发送设备中的软件协议层包括校验编码器，灯光接收设备中的软件协议层包括校验解码器；灯光发送设备中的信号协议层包括数据包信号发送器、基本灯光发生器和数据信号发生器，灯光接收设备中的信号协议层包括数据包信号接收器；灯光发送设备中的物理协议层包括信号调制器和灯光产生器，灯光接收设备中的物理协议层包括灯光信号接收器和信号解调器；
[0015](2)前面车辆的灯光发送设备通过总线采集自身的运行数据信息，由软件协议层的校验编码器对所述运行数据信息进行校验编码，得到运行数据信息的校验码，并将校验编码后的数据发送到数据包信号发送器，校验码用于在信号协议层对发送和接收的数据进行校验；
[0016](3)前面车辆的灯光发送设备的信号协议层中的数据信号发生器等待基本灯光发生器产生的基本灯光信号的上升沿，当收到上升沿信号后，数据信号发生器根据数据包信号发送器产生的数据包，产生数据信号波形，将数据信号波形和基本灯光信号波形相结合，经信号调制后产生调制模拟亮度信号，将与调制模拟亮度信号对应的调制PWM信号经过电压驱动器驱动尾灯，产生光信号，通过光信号的亮度差别将需要发送的数据包含在尾灯灯光里，以光亮的形式发射到空气介质中，被后面车辆接收，完成数据的发送；
[0017](4)后面车辆灯光接收设备物理协议层的灯光信号接收器中的光感模块接收由前面车辆发送的光信号，经过滤波器滤波模块对光感模块接收到的模拟信号进行滤波并去除毛刺，得到滤波后信号，再对滤波后信号进行模数转换得到模数转换器获取信号，通过对基准电压校准起始周期的电平进行采样平均，得到基准信号，将模数转换器获取信号和基准信号输入到信号比较器中进行信号比较，得到数字信号，完成数据的接收。
[0018]后面车辆灯光接收设备将得到的数字信号与其自身的位置和车速数据信息进行比较，得到前面车辆与后面车辆之间的相对位置关系，如果存在碰撞危险，则后面车辆立即采取相应的制动措施。
[0019]后面车辆接收到前面车辆发送的车速与位置信息，并与自身的车速和位置信息进行比对，得到车辆将要发生碰撞的时间，即:
[0020]
【权利要求】
1.一种汽车车灯装置，包括安装于汽车头部的头灯和安装于汽车尾部的尾灯，其特征是头灯的灯体内设置有灯光接收设备，尾灯的灯体内设置有灯光发送设备，所述灯光发送设备由总线数据接收器、发送端微控制器、车灯驱动器和车灯组成，所述总线数据接收器的输入端与车辆的CAN总线连接，用于采集本车的运行数据信息，所述发送端微控制器的输入端与总线数据接收器的输出端连接，用于采集本车的运行数据信息并进行校验编码，发送端微控制器的输出端与车灯驱动器的输入端连接，用于产生校验编码后的数据信息，所述车灯驱动器的输出端驱动连接所述尾灯，用于驱动尾灯的亮度，所述尾灯用于产生包含本车运行数据信息的光信号，并发送出去；
所述灯光接收设备由镜头、光感模块和接收端微控制器组成，所述镜头用于对接收到的光信号进行聚焦处理，并将处理后的光信号发送给光感模块，所述光感模块与所述接收端微控制器的AD端口连接，用于将根据光信号转换的电压信号发送给接收端微控制器，所述接收端微控制器的输出端与整车控制器的输入端连接，用于将接收的电压信号进行模数转换、滤波处理，并输出控制信号给整车控制器； 所述灯光接收设备和灯光发送设备包括软件协议层、信号协议层和物理协议层，发送端微控制器和接收端微控制器构成软件协议层和信号协议层，车灯驱动器、车灯、镜头和光感模块构成物理协议层；软件协议层用于对需要发送和接收的数据进行校验编码和解码，产生数据包信号；信号协议层用于实现将软件协议层产生的数据包信号与基本灯光信号进行组合编码；物理协议层用于实现数字信号与光信号的相互转化。
2.根据权利要求1所述的汽车车灯装置，其特征是所述光感模块接收由镜头聚焦后的光线，对光线以预定的频率进行采样，并将采样后的光信号转换为电压信号，对所述电压信号进行运算放大，将放大后的电压信号发送给接收端微控制器的AD采集端口，再对采集信号进行处理，得到最终的数字信号，完成对数字信号的接收。
3.根据权利要求1所述的汽车车灯装置，其特征是所述校验编码后的数据为:将车辆运行数据信息经过校验编码得到数据的校验码，在车辆的运行数据尾部加上所述校验码，即得到校验编码后的数据信息。
4.根据权利要求1所述的汽车车灯装置，其特征是光感模块为光敏传感器。
5.一种采用权利要求1所述装置通过灯光传递信号的方法，其特征是包括如下步骤: (1)在前面车辆和后面车辆头灯的灯体内设置灯光接收设备，尾灯的灯体内设置的灯光发送设备，所述灯光接收设备和灯光发送设备均包括软件协议层、信号协议层和物理协议层，灯光发送设备中的软件协议层包括校验编码器，灯光接收设备中的软件协议层包括校验解码器；灯光发送设备中的信号协议层包括数据包信号发送器、基本灯光发生器和数据信号发生器，灯光接收设备中的信号协议层包括数据包信号接收器；灯光发送设备中的物理协议层包括信号调制器和灯光产生器，灯光接收设备中的物理协议层包括灯光信号接收器和信号解调器； (2)前面车辆的灯光发送设备通过总线采集自身的运行数据信息，由软件协议层的校验编码器对所述运行数据信息进行校验编码，得到运行数据信息的校验码，并将校验编码后的数据发送到数据包信号发送器，校验码用于在信号协议层对发送和接收的数据进行校验； (3)前面车辆的灯光发送设备的信号协议层中的数据信号发生器等待基本灯光发生器产生的基本灯光信号的上升沿，当收到上升沿信号后，数据信号发生器根据数据包信号发送器产生的数据包，产生数据信号波形，将数据信号波形和基本灯光信号波形相结合，经信号调制后产生调制模拟亮度信号，将与调制模拟亮度信号对应的调制PWM信号经过电压驱动器驱动尾灯，产生光信号，通过光信号的亮度差别将需要发送的数据包含在尾灯灯光里，以光亮的形式发射到空气介质中，被后面车辆接收，完成数据的发送；(4)后面车辆灯光接收设备物理协议层的灯光信号接收器中的光感模块接收由前面车辆发送的光信号，经过滤波器滤波模块对光感模块接收到的模拟信号进行滤波并去除毛刺，得到滤波后信号，再对滤波后信号进行模数转换得到模数转换器获取信号，通过对基准电压校准起始周期的电平进行采样平均，得到基准信号，将模数转换器获取信号和基准信号输入到信号比较器中进行信号比较，得到数字信号，完成数据的接收。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是后面车辆灯光接收设备将得到的数字信号与其自身的位置和车速数据信息进行比较，得到前面车辆与后面车辆之间的相对位置关系，如果存在碰撞危险，则后面车辆立即采取相应的制动措施。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是后面车辆接收到前面车辆发送的车速与位置信息，并与自身的车速和位置信息进行比对，得到车辆将要发生碰撞的时间，即:
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光感模块接收到的模拟信号为:Srec f (Ssend) +Nair其中，Srec为接收到的模拟信号，Ssend为原始光信号，f()为光传播过程中的衰减函数，Nair为外界噪声信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是步骤(2)中对车辆的运行数据信息进行校验编码的方法为:
10.根据权利要求6所述的方法，其特征是信号协议层将基准亮度校准起始周期规定为:在信号协议层中设定灯光有效周期，在灯光有效周期的上升沿产生后，将产生第一预定周期时长的载波亮度，该第一预定周期即为基准亮度校准起始周期。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述校验编码后的数据为:将车辆运行数据信息经过校验编码得到数据的校验码，在车辆的运行数据尾部加上所述校验码，即得到校验编码后的数据。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征是该方法在灯光接收设备中的物理协议层对接受的数据进行校验:当后面车辆接收的光信号在基准亮度校准起始周期和基准亮度校准结束周期内分别采样得到两个基准亮度电压的平均值的电压差如果大于5%，则认为接收的信号无效，丢弃此次接收到的数据；所述基准亮度校准结束周期是指数据信号发送完毕后，发送第二预定周期时长的载波亮 度，该第二预定周期时长即为基准亮度校准结束周期。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征是该方法在信号协议层对发送和接收的数据进行校验:当物理协议层接收的数据有效时，在灯光接收设备中的信号协议层，当后面车辆接收的数据和前面车辆发送的数据的校验码不一致时，丢弃此次接收的数据。
【文档编号】B60Q1/00GK103600687SQ201310533122
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】周圣砚, 敖锦龙, 李景泉, 张园 申请人:上海小糸车灯有限公司