專利名稱：全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛安全指示及控制系統(tǒng)，特別是一種全天候的車輛行駛 安全指示及控制系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的交通信息指示系統(tǒng)及裝置主要是交通信號燈(簡稱紅綠燈)及交通 指示牌(簡稱路牌)，提供包括交通指示的信息、道路指示信息、目標地址信 息，以及前方路況信息、天氣提示信息，或其它交通管理信息等。全世界第一個具有紅、黃、綠三色燈的交通指示系于1918年的美國紐約 市正式誕生，距離目前已經(jīng)有足足90年的歷史了。三色交通指示燈的出現(xiàn)， 為城市交通帶來了革命性的變化，其控制系統(tǒng)也從50年代的電氣控制，發(fā)展 到了當今的到電子及計算機智能控制，使城市交通逐步走向成熟。然而包括這種紅、黃、綠三色燈及常規(guī)交通路牌在內(nèi)的現(xiàn)有的交通指示系 統(tǒng)一直存在著一個不足之處沒有得到解決，就是所有的指示都要依賴于視覺， 這在天氣狀況不好(例如大雨或濃霧)的情況下，或?qū)τ谟猩ど醯鸟{車人 士來說，其效果顯然并不理想。另外在高速公路上，依賴視覺有時也會出現(xiàn)問 題，特別是在大霧天氣情況下，經(jīng)常會出現(xiàn)汽車連環(huán)相撞的事故。就車禍而言， 事實上已經(jīng)成為人類的第一殺手。100多年來，全世界葬身于車輪之下已達4000 萬人，超過了第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)禍而死亡的人數(shù)。進入二十一世紀以來， 全世界每年死于交通事故的人數(shù)約有60萬，因此，人們稱交通事故是當今馬 路上的戰(zhàn)爭。交通事故的發(fā)生除與上述所說的與視覺依賴有關(guān)之外，駕駛?cè)藛T的反應(yīng)及 操作也是一個重要的因素。高速公路上的車速非常快，在天氣不好的情況下， 當意外突然發(fā)生時，人的反應(yīng)往往是來不及的，這是為什么經(jīng)常有幾十輛或更 多輛車在高速公路上連環(huán)相撞的原因。要實現(xiàn)安全駕駛，除要保持適當?shù)能囁?br> 和車距之外，留意車輛之間的相對速度也非常重要，當發(fā)現(xiàn)與前方車輛的相對 車速急劇變化時，就要作出及時的反應(yīng)，同時還要將有關(guān)的信息即時傳遞給跟 隨的車輛，使所有的車輛能及時并作出 一致的反應(yīng)才能有效地避免悲劇的發(fā) 生。據(jù)統(tǒng)計，危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%,因此一個有效的車輛預(yù)警提示系 統(tǒng)對車輛的安全行駛將非常重要。要實現(xiàn)車輛相撞的預(yù)警必須要有有效的動態(tài)測距裝置，目前現(xiàn)有技術(shù)中主 要是激光及雷達(微波)，采用這些技術(shù)的裝置可以在行駛的車輛中發(fā)射激光 或微波信號，然后根據(jù)這些信號于前方車輛反射的回波進行測距(測量發(fā)射/ 接收信號的時差或頻移)，當發(fā)現(xiàn)有危險情況時就進行危險提示或自動剎車以 免與前方的車輛發(fā)生碰撞。這種系統(tǒng)的主要不足是技術(shù)比較復(fù)雜且容易出現(xiàn)干 擾，因為道路行駛的情況非常復(fù)雜，當車輛較多、較密時，或在超車、拐彎時， 或在路旁有特別標志或廣告牌時，其反射的波形有時會難以預(yù)測，這種情況容 易導(dǎo)致誤報警或誤操作情況的出現(xiàn)；同時由于這種系統(tǒng)無法檢測現(xiàn)有的交通信 號燈系統(tǒng)或與其它車輛進行信息溝通，因此也沒有辦法防止沖紅燈或防止其它 車輛對本車的碰撞；同時激光及雷達信號容易對環(huán)境造成電子污染，因為在同一個環(huán)境中如果有多輛車子安裝了類似的系統(tǒng)，則相互之間的干擾有時會難以 避免；最后這種^t支術(shù)的成本也相對較高，要在所有車輛中進行普及化的應(yīng)用存 在著相當大的難度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)的不足，提供的 一種于行駛車輛中實現(xiàn)動態(tài)測距的新技術(shù)、 一種全天候的電子無線交通信息指 示系統(tǒng)，以及全天候的車輛安全行駛指示及控制裝置，這種技術(shù)、系統(tǒng)及裝置 是無線的、動態(tài)的、實時的及全天候工作的，并且不依賴于人的視覺系統(tǒng)，甚 至不依賴于人的反應(yīng)而自動進行緊急狀態(tài)處理以消除可能出現(xiàn)的危險情況，并 且還能將有關(guān)危險信息及時傳遞給后方車輛，以防止高速公路上連環(huán)相撞事故 的發(fā)生。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種于行駛車輛中實現(xiàn)動態(tài)距 離檢測及信息傳遞的方法，包括以下步驟于第一車輛或前方物體上同步定向 發(fā)射第一及第二無線信號，第一無線信號用于時間的同步，而第二無線信號用 于距離的測量；于第二車輛定向接收所述的第一及第二無線信號，并在第二車 輛上計算出與第一車輛之間，或與前方物體之間的相對距離。本發(fā)明還提供一種全天候電子無線交通信息指示系統(tǒng)及裝置，包括無線 發(fā)射裝置，安裝于交通信號燈或交通路牌上，用于定向發(fā)射傳播速度各不相同 的及經(jīng)編碼的第一及第二無線信號；無線接收裝置，安裝于行駛車輛之中，用 于定向接收所述的第一及第二無線信號，并根據(jù)所接收的信號解讀其中的編碼 信息，同時還根據(jù)所接收的第一及第二無線信號的相位時間差計算出與前方交 通信號燈或交通路牌之間的距離，以及通過對所述距離的連續(xù)測量，計算出兩 者之間的相對速度。本發(fā)明還提供一種全天候電子無線交通信息指示系統(tǒng)裝置，包括紅外線 發(fā)射裝置，安裝于交通信號燈或交通路牌上，用于定向發(fā)射經(jīng)編碼的紅外線信 號；紅外線接收裝置，安裝于行駛車輛之中，用于定向接收所述的紅外線信號， 并解讀其中的編碼信息。本發(fā)明還提供一種全天候電子無線交通信息指示系統(tǒng)裝置，包括超聲波 發(fā)射裝置，安裝于交通信號燈或交通路牌上，用于定向發(fā)射頻率已知的及經(jīng)編 碼的超聲波信號；超聲波接收裝置，安裝于行駛車輛之中，用于定向接收所述 的超聲波信號，并解讀其中的編碼信息，同時還根據(jù)多普勒效應(yīng)計算出與前方 交通信號燈或交通路牌之間的相對速度。本發(fā)明還提供一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，包括無線 發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射傳播速度各不 相同的及經(jīng)編碼的第一及第二無線信號；無線接收裝置，安裝于運行車輛的前 方，用于定向接收所述的第一及第二無線信號，并根據(jù)接收到的信號解讀其中 的編碼信息，同時還根據(jù)所接收的第一及第二無線信號的相位時間差來計算出 與前方車輛之間的相對距離，以及通過對距離的連續(xù)測量，計算出與前方車輛之間的相對速度。本發(fā)明還提供一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，包括紅外 線發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射經(jīng)編碼的紅
外線信號；紅外線接收裝置，安裝于運行車輛前方，用于定向接收所述的紅外 線信號，并解讀其中的編碼信息。本發(fā)明還提供一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，包括超聲 波發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射頻率已知的 及經(jīng)編碼的超聲波信號；超聲波接收裝置，安裝于運行車輛的前方，用于定向 接收所述的超聲波信號，并解讀其中的編碼信息，同時還根據(jù)多普勒效應(yīng)計算 出與前方車輛之間的相對速度。本發(fā)明具有的有益效果在于 一、它是一個不依賴于天氣狀況及視覺的系 統(tǒng)；二、它可以在全天候環(huán)境下工作；三、它可以顯示交通燈號的信息及給出 燈號轉(zhuǎn)換的倒計時信息；四、它具有自動防止沖紅燈的功能；五、它可以顯示 與前車的距離及相對速度；六、在危險情況下它可以對車輛的行駛狀態(tài)進行自 動控制；七、它可以將有關(guān)交通燈號信息及危險信息傳遞給后方車輛；八、它 可以進行其它道路交通信息的顯示/提示；九、它是一種無電子污染的環(huán)保信 號系統(tǒng)；十、它具有廉價的成本及易于作普及化的應(yīng)用?？偠灾景l(fā)明的 實施可以有效提高道路交通的效能，并使駕車人士的安全更有保障。


圖1是本發(fā)明實施例的電子無線交通信號燈與路面車輛信號傳輸示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的行駛車輛之間的無線信號傳輸示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的車輛轉(zhuǎn)線/超車時的無線信號傳輸示意；圖4是本發(fā)明實施例的無線數(shù)字編碼信號波形示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的交通/車輛信息指示/提示示意圖；圖6是本發(fā)明實施例的交通路牌信息顯示/指示示意圖；圖7是本發(fā)明實施例的關(guān)于距離的角度修正的示意8是本發(fā)明實施例的行駛車輛之間的無線信號中繼示意圖；圖9是本發(fā)明實施例的交通信號燈與車輛之間的無線信號中繼示意圖；圖IO是本發(fā)明實施例的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖11是本發(fā)明實施例的于行駛車輛中實現(xiàn)動態(tài)距離檢測及信息傳遞方法 的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。請參照圖l所示，這是本發(fā)明實施例的電子無線交通信號燈與路面車輛信號傳輸示意圖。圖中IO為三色交通 信號燈，包括有紅、綠、藍三色燈ll,內(nèi)部安裝有無線發(fā)射裝置12，在12中 包括有兩組發(fā)射器，其中一組發(fā)射第一無線編碼信號(優(yōu)選紅外線)13,而另 一組發(fā)射第二無線編碼信號(優(yōu)選超聲波)15, 13及15同時發(fā)射并被與交通 燈相對的車輛16所接收，其中17為安裝于車輛前部的無線接收裝置，可接收 上述的紅外線信號13及超聲波信號15, 13及15中最少有一組信號包含有與 交通燈號狀態(tài)相關(guān)的數(shù)字編碼信息，該信息被無線接收裝置17接收及解碼， 還原出紅、黃、綠三色交通燈信號并在車內(nèi)的顯示裝置18中顯示，顯示裝置 18還包含有音頻提示裝置并安裝于車輛的駕駛臺或儀表盤上，以方便駕車人士 查看，或?qū)︸{駛?cè)耸孔鞒鲇嘘P(guān)提示。本發(fā)明能實現(xiàn)全天候動態(tài)交通信息的接收及指示的關(guān)鍵是采用具有全天 候定向工作能力的無線信號進行信息的傳輸。紅外線(特別是8 14微米波長 的紅外線)及超聲波(特別是20千赫茲左右的超聲波)在大氣中的傳輸能力都 非常強，幾乎不受空氣中的光線、濃霧、塵埃、雨水、風(fēng)雪及電磁干擾的影響， 兩種信號都比人的視覺更能適應(yīng)惡劣天氣的情況，即使是夜間也完全不受影 響，是實現(xiàn)全天候工作的關(guān)鍵。另外，能實現(xiàn)定向信號發(fā)射的無線信號還有微 波和激光等，因此本發(fā)明并不排除使用上述信號進行信息的傳遞，但由于紅外 線及超聲波是目前兩種最為廉價及安全的信號，既不會對人體及視覺產(chǎn)生傷 害，同時也不會造成空間中的電磁波污染，是一種綠色環(huán)保信號源，因此是本 發(fā)明的首選(優(yōu)選)信號源。本發(fā)明采用兩組無線信號同時發(fā)射的原因是為了車輛能根據(jù)這兩組無線 信號計算出車與交通燈之間的距離及速度，以便在需要時提醒駕駛?cè)耸康淖⒁?。本發(fā)明的兩種無線信號于空氣中的傳播速度不同，紅外線信號是以光速進 行傳播(每秒30萬公里)，因此我們不需要考慮其傳輸?shù)难舆t，而超聲波信號 于空氣中的傳播速度為每秒340米(15攝氏度時)，這個速度相對紅外線來說 要慢很多，因此接收器17便是根據(jù)接收到的上述兩種不同信號的時間差(因
為信號會^^皮編碼及調(diào)制，因此我們也稱這個時間差為相位時間差或相位差)來 判別車輛與交通燈(實際上信號可以調(diào)制為車輛與停車線之間的距離)的距離，具體算法為S = V* AT,其中S為接收器與發(fā)射器之間的距離，V為超聲波 于空氣中的傳播速度，AT為紅外線與超聲波的相位時間差。由于能夠?qū)崟r測量發(fā)射裝置與接收裝置之間的距離，因此本發(fā)明的系統(tǒng)也 同時具有動態(tài)測量車速的能力，通過對固定發(fā)射標志(例如上述的信號燈)距 離的連續(xù)測量便可計算出車輛的實時車速，這有助與對車輛的行駛狀態(tài)作出提 示或調(diào)整，為了實現(xiàn)這個功能，在圖1所示的系統(tǒng)中還進一步包含有防沖紅燈 裝置19, 19實際上是一個車輛行駛控制裝置，在有需要時可以根據(jù)車速及離 紅燈停車線的距離對駕駛員作出必要的提示，在有需要時還可自動實施制動， 以便車輛可以在停車線前安全停下。下面再請參照圖2所示，這是本發(fā)明實施例的行駛車輛之間的無線信號傳 輸示意圖。圖中20為前方行駛的車輛，24為后方跟進的車輛，當在某種特定 情況下(例如緊急制動或亮危險信號燈時)，前方車輛20可通過安裝于車輛尾 部的無線發(fā)射裝置21向后定向發(fā)射無線信號，其中22為紅外線編碼信號(第 一無線信號)，23為超聲波編碼信號(第二無線信號)，22和23同時發(fā)射并具 有相同的相位。后方車輛24于車輛前方部位安裝有無線接收器25,可以同時 接收上述的無線信號并可對信號進行解碼，然后根據(jù)兩者之間的相位時間差計 算出前后車輛之間的距離及相對速度，并從解碼信息中知道前方車輛的行駛狀 態(tài)信息，以便在車內(nèi)通過26進行顯示及提示。當有危險情況出現(xiàn)時，后方車 輛還可以通過安裝于車內(nèi)的自動行駛控制裝置28對車輛的行駛進行控制，例 如停止燃油供應(yīng)或進行緊急制動等，以避免或消除所出現(xiàn)的危險，因此28也 可以稱為自動防撞裝置。下面再請參照圖3所示，這是本發(fā)明實施例的車輛轉(zhuǎn)線/超車時的無線信 號傳輸示意。圖中30為前方左車道行駛中的車輛，35為后方右車道行駛中的 車輛，當前方車輛30準備超車進入右車道時，可通過安裝于尾部右側(cè)的無線 發(fā)射裝置31向右后定向發(fā)射無線信號(與右轉(zhuǎn)向燈同步)，其中32為紅外線 編碼信號，33為超聲波編碼信號，32和33同時發(fā)射并具有相同的相位。安裝 于后方右車道車輛35左前部的無線接收裝置36同時接收上述的無線信號并進
行解碼，然后根據(jù)兩者之間的相位時間差計算出前后兩車之間的距離及相對速度，并從解碼信息中知道前方車輛的右轉(zhuǎn)信息，并在車內(nèi)通過38進行顯示及 提示。在實際情況中，可根據(jù)車輛的結(jié)構(gòu)及信號發(fā)射/接收的角度、靈敏度及 覆蓋面決定發(fā)射及接收裝置的位置和數(shù)量，使車輛后方及左后方、右后方都具 有信號的發(fā)射能力，以便在剎車狀態(tài)、危險狀態(tài)、左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)狀態(tài)時都能向正 確的方向發(fā)出包含有所述狀態(tài)信息的無線編碼信號并具有適當?shù)母采w面，以及 可接收來自前方及左前、右前方向上的無線信號。下面再請參照圖4所示，這是用于上述圖l、圖2及圖3所示系統(tǒng)中的本 發(fā)明的無線數(shù)字編碼信號波形示意圖。圖中40為接收到的紅外線編碼信號波 形，41為接收到的超聲波編碼信號波形。盡管這兩個信號在發(fā)射端的波形和相 位都是一樣的，但由于發(fā)射接收之間有一定的距離，并且兩種信號的的傳輸速 度各不相同，因此信號于接收方所看到的波形便有一個時間差，我們也將這種 時間差稱為相位差或相位時間差。圖中Tl、 T2便表現(xiàn)了這兩個信號的相位時 間差，T3也是這兩個信號的相位時間差，只不過其量度的位置不同而已。對于 信號可以采用不同的編碼方式，最常用的是采用"0"和"1"的數(shù)字編碼，并 用信號脈沖的高低電平的時間長短來定義。在圖中， 一個脈沖與一個相對窄的 間隔代表數(shù)字"0"，而一個脈沖與一個相對寬的間隔代表數(shù)字"1"，在實際系 統(tǒng)中還可以有其它不同的編碼及數(shù)字的定義方式。為了能識別兩個波形(數(shù)據(jù) 包)是否為同一個時段發(fā)射的數(shù)據(jù)，在上述波形中還包含了數(shù)據(jù)包的識別代碼 (ID),在圖4中前一個波的ID為0110，后一個波的ID為0111，系統(tǒng)只會將 具有相同(或相關(guān))ID的波形進行比較，這樣會就不會有波形錯位的情況出現(xiàn) 了，即可以實現(xiàn)接收裝置上的信號同步。以下通過一些具體的數(shù)據(jù)為例并作出有關(guān)計算和分析，假設(shè)上述波形來自 圖2所示的系統(tǒng)，并且在Tl前兩車以100公里的時速作勻速行駛，同時々支設(shè) 所測的Tl為88. 2毫秒，T2為86. 0毫秒，Tl與T2間的時間間隔為0. 1秒， 則由此可根據(jù)上述S=V* △ T的公式計算出兩車在Tl及T2時的兩車間距分別約 30. 00米及29. 24米(假設(shè)氣溫為15攝氏度，超聲波的傳播速度為340米/每 秒)，即在0. 1秒間兩車的距離改變了 0. 76米，這個時間和距離的變化對于一 般的駕駛者來說是反應(yīng)不過來的，但對于本發(fā)明的系統(tǒng)來說不但能輕易做到，
同時還可以根據(jù)上述距離的變化計算出兩車之間存在一個負7.6米/秒平方的 平均加速度，并根據(jù)上述加速度判斷出前車正在進行緊急制動(急剎車)，因 為按100公里的時速及負7. 6米的平均加速度，則前車會在2. 58秒及向前行 駛50. 8米后停止，'這時如果尾隨的車輛沒有同步進行緊急制動的話，則追尾 碰撞事故就可能隨時發(fā)生。因此在圖2中所述的行駛控制裝置，在上述這種關(guān)鍵情況下便會起到重要 的作用，因為電子裝置會在很短的時間(例如O. l秒)內(nèi)作出反應(yīng)， 一場交通 意外可能就會因而得到避免。本發(fā)明的系統(tǒng)可以實現(xiàn)兩車之間對距離、速度及 加速度的連續(xù)檢測，以增加系統(tǒng)的可靠性及避免因偶然因素或干擾帶來的誤 差。在上述例子中，分析了對應(yīng)的數(shù)據(jù)包之間(例如42、 43間及45、 46間) 包含的距離信息，并據(jù)此進一步計算出兩者之間的加速度。除此之外，還可以 在一個數(shù)據(jù)包的任何一個脈沖位置進行檢測，下面將結(jié)合圖4對這一點作進一 步的分析和說明。圖中42為紅外線信號的第一數(shù)據(jù)包，45為紅外線信號的第 二數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包都具有前導(dǎo)波形部分421/451,數(shù)字編碼區(qū)部分422/452。 同樣地，圖中也包括有兩個超聲波數(shù)據(jù)包43及46,每個數(shù)據(jù)包也都具有前導(dǎo) 波形部分431/461,以及數(shù)字編碼區(qū)部分432/462。 Tl及T2只是在前導(dǎo)波形中 對同一個數(shù)據(jù)包(具有相同ID)中的兩種不同無線信號的相位時間差進行比較， 由于數(shù)據(jù)包間的時間間隔相對較長(例如0.1秒一個數(shù)據(jù)包)，因此本發(fā)明這 里還提供了 一種更快的采樣方式，就是當接收器在有效識別了兩個不同無線信 號的同一個數(shù)據(jù)包(具有相同的數(shù)據(jù)包ID )后，便可以在這個數(shù)據(jù)包上的任何 一個脈沖信號上進行測量和計算，這種狀態(tài)被稱為同步檢測狀態(tài)。例如T3便 是在數(shù)字編碼區(qū)的第 一個脈沖的上升沿上進行測量，同樣地也可以在隨后的每 一個脈沖的上升沿或下降沿上進行測量，這樣每次采樣的時間間隔便可大為縮 短，這不但增加了系統(tǒng)的反應(yīng)速度，同時還可以對多個測量數(shù)據(jù)進行分析，可 以提高系統(tǒng)的可靠性及消除個別數(shù)據(jù)采樣誤差影響到系統(tǒng)測量的精確性。如果 系統(tǒng)從前車數(shù)字編碼無線信號中接收到緊急制動的信息，并且從實際檢測中也 確認了這種情況發(fā)生的話，則對本車實施緊急制動便是必要的了，是防止兩車 相撞的最有效的方法。為了使有關(guān)的判斷更為準確可靠，前車除發(fā)送有關(guān)緊急 制動的信息之外，還可以發(fā)送其速度及加速度信息，以使后方車輛的判別及反
應(yīng)可以做到萬無一失。至于本發(fā)明的交通/車輛信息的指示/提示示意圖則見圖5所示。圖中有一 個數(shù)字顯示區(qū)，可以顯示各種測量的數(shù)據(jù)，例如距離、速度、加速度、兩車相 距的時間(基于當前車速)等。上述的速度可以是本車與前車的相對速度，也的速度，由于這個限速標志是固定的，因此車輛所測定的速度便是自身的車速； 同時還由于該限速標志還具有速度限制信息的發(fā)射/傳遞功能，因此本發(fā)明的 系統(tǒng)可以直接顯示超速信息，并且在有必要時通過行駛控制裝置實施減速操 作，例如減少油量供給等，實現(xiàn)平穩(wěn)減速至限速之內(nèi)。在數(shù)字顯示區(qū)外，則有 紅、黃、綠交通燈號的信息，以及路障、超速、危險等提示信息。至于危險提 示信息，是系統(tǒng)將各種數(shù)據(jù)進行比較分析之后作出，這些信息包括前車發(fā)送過 來的狀態(tài)信息，以及本車當前的車速、兩車相隔的距離及相對加速度等參數(shù)， 如果發(fā)現(xiàn)相撞時間少于某一數(shù)值時則進行提示，如果危險情況進一步增加，在 不采取行動便會造成無法挽回的后果時，系統(tǒng)便會啟動行駛控制裝置實施自動 制動，以便將危險情況控制在可以掌握的尺度之內(nèi)。對于車速比較慢或已經(jīng)是 停止了的情況(例如在交通路口等候紅燈信號時)，或是前方車輛具有不小于 本車的速度，并且具有正向加速度的情況，例如在圖3所示的前方左邊車輛正 常超車時，則無需發(fā)出提示信號，以免打擾正常的駕駛。在本系統(tǒng)的提示裝置 中還包括有音頻提示功能，當有危險情況出現(xiàn)，或信號燈狀態(tài)變化時，或有新 的信息進入時，都可以作出相應(yīng)的提示，還可以根據(jù)不同的情況發(fā)出不同的提 示音，以便駕駛者可以根據(jù)不同的提示音準備不同的動作，以增加路面交通行 駛的效率及提高駕駛的安全性。本發(fā)明的系統(tǒng)還進一步具有電子路牌顯示/指示功能，這些功能見圖6所 示。圖中可以看到有左、前、右三個行駛箭頭，可以根據(jù)不同情況點亮不同的 顯示段，以表達當前的信號情況。在箭頭區(qū)的前、后、左、右都各有一個顯示 區(qū)，可顯示車輛當前的位置及不同方向的目的地信息及高速公路出口的信息 等。路牌信息及交通燈信息來自道路上設(shè)立的路牌及交通燈，因此也可以說是 一個無線電子路牌及無線電子交通燈裝置。與常規(guī)路牌及交通燈相比，電子路 牌及電子交通燈最大的優(yōu)點在于其為一個全天候的信號系統(tǒng)，因此不管是何種
天氣，系統(tǒng)均能于車內(nèi)正常接收并顯示/提示相關(guān)的信息，使駕駛更為方便， 也更為安全。同時它還能顯示其它附加的信息，例如顯示燈號轉(zhuǎn)換的倒計時信 息，使紅燈到來前可以先行減速，而在綠燈到來前也可以先做起動準備，以提 高道路交通的效率。此外還可以顯示速度限制信息、路障信息、慢行信息、人 行道信息、前方路況信息、天氣信息，以及其它交通管理信息等。要留意的是，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)計算出來的距離數(shù)據(jù)有時候還需要作必要 的補償/修正才能滿足其精度要求。有關(guān)的補償/修正主要有兩個方面， 一是溫 度對超聲波傳播速度的影響。根據(jù)實驗所知，超聲波在空氣中的傳播速度與溫度之間有如下的對應(yīng)關(guān)系，其中溫度單位為。C，聲速單位為米/秒溫度-30-20-10010152030聲速313319325331337340343349另一個需要修正的是無線信號發(fā)射角的影響，有關(guān)情況請看圖7所示的本 發(fā)明實施例關(guān)于測距角度修正的示意圖。圖中70為電子信號燈/電子路牌的無 線發(fā)射裝置，71為安裝于車輛前方的無線接收裝置，根據(jù)上述有關(guān)實施例計算 的湘對距離為70與71之間的直線距離S。在實際使用中，駕駛員只會對車輛 71與停車線72的距離D感興趣，因此必須要利用三角形邊長公式(勾股定理 S的平方等于H的平方加D的平方)來對接收裝置所得的直線距離S進行修正。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個修正，接收器所接收到的無線數(shù)字編碼信息中必須要包含有 其高度H的信息。在上述的實施例中還沒有提到有關(guān)無線信號的中繼發(fā)射(轉(zhuǎn)發(fā))問題，實 際上這個問題也非常重要，例如在上面提到的危險情況下，可通過行駛控制裝 置對車輛實施緊急制動(急剎車)以消除可能出現(xiàn)的車輛碰撞事故。但在高速 公路上急剎車本身也是非常危險的操作，因為隨后的車輛也會面臨同樣的碰撞 問題，如果處理不當還可能會出現(xiàn)連環(huán)相撞的事故。要解決這個問題，必須要 使隨后的車輛知道前方發(fā)生的事情并采取一致的制動措施，連環(huán)相撞的事故才 可以有效避免，這便需要一個中繼發(fā)射的功能。圖8是本發(fā)明實施例的行駛車輛之間的無線信號中繼示意圖。圖中有80、 81、 82為三輛于路面行駛的車輛，81跟隨于80行駛，及82跟隨于81行駛。 當前方車輛80緊急制動(或發(fā)出危險燈信號)時，會向后發(fā)出紅外線編碼信
號801及超聲波編碼信號802,內(nèi)含與制動或危險信號相關(guān)的無線數(shù)字信息， 而隨后的車輛81接收到這個信息后，會及時向后通過811 (紅外)及812 (超 聲)轉(zhuǎn)發(fā)有關(guān)的信息，令隨后的車輛82也在同一時間接收到80發(fā)出的緊急制 動信息。同樣地，82也會再向后發(fā)出所述80的信息，令后面更多的車輛知道 前方的情況，這樣便可有效地避免高速公路上連環(huán)相撞事故的發(fā)生。在81轉(zhuǎn) 發(fā)80的信息時，可以對有關(guān)信息作一些處理，例如保留80的緊急制動或危險 燈號信息，但對81信號的相位作一些修正，使后方82根據(jù)接收到的信號可得 出其與81之間的距離而非與80之間的距離信息。圖9則是本發(fā)明實施例的交通信號燈與車輛之間的無線信號中繼示意圖。 圖中90是電子交通燈，其發(fā)出的無線編碼信號(901-紅外，902-超聲)被安 裝于停車線91上的中繼裝置91 (為了方便，兩者具有相同的附圖標記91)所 接收并將信號轉(zhuǎn)發(fā)給車輛92 (通過911-紅外，912-超聲)，當92接收到有關(guān) 交通燈號信息后再將信號轉(zhuǎn)發(fā)給隨后的車輛93 (通過921-紅外，922-超聲)， 并可一直傳遞到最后的車輛(也可以設(shè)定在數(shù)次中繼后停止中繼轉(zhuǎn)發(fā))。90及 91的信號都包含有其安裝高度的信息，使接收裝置能對有關(guān)距離進行修正。實 際上對于92來說，其關(guān)心的是與停車線91之間的距離，因此中繼器91轉(zhuǎn)發(fā) 的信息應(yīng)以91作為距離計算的起點。事實上90發(fā)出的無線信號也可能會被92 直接接收，因此90必須要對其發(fā)射的無線信號進行預(yù)處理(主要是對超聲波 信號的相位進行調(diào)整)，使92根據(jù)信號得出的距離是相對于停車線91的距離 而非信號燈90的距離。同樣地，對于92轉(zhuǎn)發(fā)給93的交通信號燈的距離信息 也應(yīng)該是離停車線91的距離而非離92的距離，即是令后方車輛知道距停車線 (路口)還有多遠。中繼裝置91除了通過空氣直接接收來自發(fā)射裝置90的無線信號外，也可 以通過專用的電纜線95或其它無線通道(以下簡稱為第三信號通道)進行連 接。在這種情況下，中繼裝置91可采用金屬結(jié)構(gòu)并部分埋于停車線下，只需 要露出發(fā)射頭進行信號中繼便可，這種做法的一個優(yōu)點是可以避免行人于人行 道橫過馬路時，或其它橫向車輛行駛過路口時對90的信號產(chǎn)生遮擋，同時由 于91正向面對車道上的車輛，其發(fā)射及接收效果是最理想的。這種埋藏于停 車線下的發(fā)射裝置還可以發(fā)射包含有特定行車道的行駛方向信息，以及前行目 標地的信息及限速信息等。本發(fā)明實施例的中繼裝置具有信號還原的能力，即 能根據(jù)第三通道的信號還原出與原信號相同的紅外線信號及超聲波信號，同時 還要使兩者之間的相位與原信號于中繼點的信號相位相同或相關(guān)，或者根據(jù)單 一紅外線或超聲波的編碼信息還原出紅外線及超聲波的編碼信息并進行中繼 發(fā)射。圖IO是本發(fā)明實施例的總體結(jié)構(gòu)框圖，是對圖1至圖9所述的實施例的 一個總結(jié)。圖中IOO為本發(fā)明所述的電子交通燈或電子路牌裝置，其主要包含 有無線發(fā)射器裝置101, 101包含有紅外線發(fā)射器及超聲波發(fā)射器，以及相關(guān) 的編碼控制器和數(shù)據(jù)包ID單元。與101相連接的有交通燈信息、交通燈轉(zhuǎn)燈 倒計時信息、電子路牌信息及其它相關(guān)信息單元，以及還包含有其安裝高度的 信息及空氣溫度的信息等，使接收裝置接收之后可以對得出來的距離參數(shù)進行 溫度補償及角度修正。101發(fā)射的紅外線編碼信號107及超聲波編碼信號108被安裝于行駛車輛 110上的無線接收裝置112所接收。112中包含有與101相對應(yīng)的紅外線接收 器及超聲波接收器，以及相關(guān)的解碼及數(shù)據(jù)包同步單元，可以檢測所接收到的 數(shù)據(jù)包ID并將具有相同或相關(guān)ID的紅外線編碼信號及超聲波編碼信號進行相 位比較以計算出無線發(fā)射器與無線接收器之間的直線距離。無線接收裝置112 接收的信息可通過信息顯示裝置及音頻提示裝置進行顯示及提示。為了能夠?qū)?計算出來的數(shù)據(jù)進行有效的分析，車內(nèi)的安全駕駛系統(tǒng)lll中還包括有傳感器 輸入裝置，可以提供本車的車速、油門等數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)有危險情況出現(xiàn) (例如車速太快、車距太近、前車緊急制動等)時，可通過車輛行駛控制裝置 對車輛的油門及制動系統(tǒng)進行控制。為了能對所接收的數(shù)據(jù)進行補償和修正， 111中還包括有安裝高度的信息及其它設(shè)定的信息，至于溫度補償?shù)臄?shù)據(jù)可以 采用本車測量的溫度值，也可以采用所接收信號中包含的溫度信息。行駛車輛110中還包含有一套無線發(fā)射裝置116， 116中包含有紅外線發(fā) 射器及超聲波發(fā)射器，以及相關(guān)的編碼控制器及數(shù)據(jù)包ID單元，可以發(fā)射紅 外線編碼信號118及超聲波編碼信號119。與116相連的有車輛行駛狀態(tài)信息 單元115、其它相關(guān)信息單元117，以及上述的111系統(tǒng)裝置。116根據(jù)111、 115及117的信息決定是否發(fā)射118、 119信號，以及決定發(fā)射信號包含的編碼
信息，這些信息可包含有本車的行駛狀態(tài)，例如緊急制動，危險信號燈、轉(zhuǎn)向 燈信息，此外還可以包含車輛的速度及加速度等信息，以便令跟隨其后的車輛 可以根據(jù)接收到的信息進行提示及實施有關(guān)安全行駛的操作。除此之外，116還可以作為中繼裝置來使用，可以轉(zhuǎn)發(fā)100發(fā)射并通過111接收的數(shù)字編碼信息，轉(zhuǎn)發(fā)的信號可以保持接收信號的編碼及相位，也可以改變或添加自身車輛 的信息及相位，這要似乎實際情況及需要而定。最后請看圖11是本發(fā)明實施例的于行駛車輛中實現(xiàn)動態(tài)距離檢測及信息傳遞方法的流程圖，其中步驟S1101為于第一車輛或前方物體上同步定向發(fā)射第一及第二無線數(shù)字 編碼信號，第一信號可用于時間同步，第二信號可用于距離測量；步驟S1102為于第二車輛定向接收上述的第一及第二無線數(shù)字編碼信號， 本發(fā)明優(yōu)選紅外線為第一無線信號，超聲波為第二無線信號；步驟S1103為第二車輛對收到的信號進行處理，找出第一及第二無線信號 中具有相同數(shù)據(jù)包ID的數(shù)據(jù)包，并檢測兩者之間的相位時間差；步驟S1104為第二車輛根據(jù)上述檢測的第 一及第二無線信號的相位時間差 計算出第二車輛與第一車輛之間，或與前方物體之間的距離；步驟S1105為第二車輛根據(jù)接收信號時的空氣溫度及該溫度對相關(guān)無線信 號于空氣中傳播速度的影響進行補償及數(shù)據(jù)修正；步驟S1106為第二車輛對所接收的無線信號包含的編碼信息進行解碼，并 可從中還原出原本的數(shù)字信息，從而實現(xiàn)有關(guān)信息的傳遞；步驟S1107為第二車輛從還原的數(shù)字信息中獲取發(fā)射裝置安裝高度的信 息，并根據(jù)該高度信息對上述的距離參數(shù)進行修正；步驟S1108為第二車輛連續(xù)檢測并得到上述的經(jīng)補償及修正的距離參數(shù)， 并通過對時間距離的變化計算出兩者之間的相對速度及加速度；步驟S1109為第二車輛根據(jù)情況需要轉(zhuǎn)發(fā)所接收的第"、第二無線信號， 并可對原信號進行處理，使其包含有第二車輛相關(guān)的信息。在所有上述的實施例中，基本上是以紅外線信號及超聲波信號同時發(fā)射及 接收作出有關(guān)描述的。在實際系統(tǒng)中，如果不需要作距離的測量，則只需要發(fā) 射其中 一種無線編碼信號便可以了 ，因此單一的無線信號發(fā)射可以看作為系統(tǒng)
的一個特例。例如可以采用紅外線或超聲波數(shù)字編碼信號來定向傳遞交通信號燈及交通路牌信息，實現(xiàn)全天候的交通信息指示；也可以用它來向后方車輛傳 遞車輛行駛的狀態(tài)信息，例如緊急制動、危險、轉(zhuǎn)向，以及速度及加速度等信 息，使后方車輛可以得到有關(guān)的提示從而防止相撞及實現(xiàn)安全的駕駛。對于采 用頻率固定的超聲波信號，接收到信號的車輛還可以根據(jù)其頻率的變化利用多 普勒效應(yīng)計算出發(fā)射器與接收器之間的相對速度。不管采用一種或兩種信號發(fā) 射，本發(fā)明所描述的概念及原理都是適用的。關(guān)于本發(fā)明的紅外線及超聲波的傳輸距離問題，這與發(fā)射器的信號發(fā)射 角、信號發(fā)射功率等因素有關(guān)，同時還與信號頻率/波長及信號編碼的格式有 關(guān)。 一般來說，8 14微米波長的紅外線載波信號在無中繼情況下可實現(xiàn)超過 1000米的信號傳輸，而在本發(fā)明的系統(tǒng)中采用200米的發(fā)射距離則已足夠。對 于超聲波信號，其傳輸?shù)木嚯x通常比紅外線信號要短一些，目前最常用的40KHZ 頻率的超聲波測距儀的測距范圍一般在15米左右，根據(jù)超聲波信號吸收率與 頻率的平方成正比的衰減特性，頻率為40kHz的超聲波聲吸收率大約為 4dB/m ，而頻率為20kHz的超聲波聲吸收率則只有l(wèi)dB/m，因此在20KHZ時超 聲波的測距范圍可增加到60米左右。由于本發(fā)明采用了與測距儀的回波接收 法不同的直接信號接收法，其測距范圍要比測距儀遠一倍以上，即在直線距離 120米左右，這對于本發(fā)明的系統(tǒng)來說是足夠的。事實上即使距離再短一些也 是可行的，在實際應(yīng)用中可采用發(fā)射能力較強的紅外線信號進行交通信息的傳 遞及危險情況的預(yù)警，而當距離進入超聲波測距的范圍之內(nèi)時，超聲波部分便 開始工作，并在緊急情況下啟動安全行駛控制裝置，從而實現(xiàn)有效的防碰撞及 安全的駕駛。關(guān)于以上本文中提到的多普勒效應(yīng)、超聲波及紅外線的特性及發(fā)射/接收 等內(nèi)容，均為相關(guān)領(lǐng)域中的公知技術(shù)，本文在此不作詳述。同時以上本文所述 的僅是本發(fā)明的部分優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作若干改進和潤飾，這些改進和潤 飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括無線發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射傳播速度各不相同的及經(jīng)編碼的第一及第二無線信號；無線接收裝置，安裝于運行車輛的前方，用于定向接收所述的第一及第二無線信號，并根據(jù)接收到的信號解讀其中的編碼信息，同時還根據(jù)所接收的第一及第二無線信號的相位時間差來計算出與前方車輛之間的距離，以及通過對距離的連續(xù)測量，計算出與前方車輛之間的相對速度。
2、 一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括 超聲波發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射頻率已知的及經(jīng)編碼的超聲波信號；超聲波接收裝置，安裝于運行車輛的前方，用于定向接收所述的超聲波信 號，并解讀其中的編碼信息，同時還根據(jù)多普勒效應(yīng)計算出與前方車輛之間的 相對速度。
3、 一種全天候車輛4亍駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括 紅外線發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射經(jīng)編碼的紅外線信號；紅外線接收裝置，安裝于運行車輛前方，用于定向接收所述的紅外線信號， 并解讀其中的編碼信息。
4、 如權(quán)利要求l，或2,或3所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的接收裝 置進一步包括有信息顯示裝置及聲音提示裝置，用于對駕駛員進行相關(guān)信息的 顯示及提示。
5、 如權(quán)利要求l,或2,或3所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的接收裝 置進一步包括有車輛行駛控制裝置，當系統(tǒng)#4居接收到的信號發(fā)現(xiàn)有潛在危險 情況出現(xiàn)時，可通過該行駛控制裝置對車輛的行駛狀態(tài)進行控制，以降低或消 除所述的危險。
6、 如權(quán)利要求l,或2,或3所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的運行車輛進一步包括有信號中繼單元，并且所述中繼單元置通過車輛前方接收裝置接收所述的紅外線信號或超聲波 信號，并根據(jù)實際情況對所述的信號進行處理，使其即包含有前方交通指示信 息，又包含有與當前車輛狀態(tài)相關(guān)的信息，然后將經(jīng)處理的信號通過發(fā)射裝置 向后定向發(fā)射；或所述中繼單元通過車輛前方接收裝置同時接收第一及第二無線信號，并根據(jù)實際情況對所述的信號進行處理，使其即包含有前方交通指示信息，又包含 有與當前車輛狀態(tài)相關(guān)的編碼信息，然后將經(jīng)處理的信號通過發(fā)射裝置向后定向發(fā)射；或所述中繼單元通過車輛前方接收裝置接收第一或第二無線信號，并根據(jù)所 接收的第一或第二無線信號還原出第一及第二無線信號，并根據(jù)實際情況對所 述的信號進行處理，使其即包含有前方交通指示信息，又包含有與當前車輛狀 態(tài)相關(guān)的編碼信息，然后將經(jīng)處理的信號通過發(fā)射裝置向后定向發(fā)射。
7、 如權(quán)利要求l,或2,或3所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的特定情 況為與車輛行駛狀態(tài)相關(guān)的情況，包括緊急制動狀態(tài)、車輛危險狀態(tài)、車輛轉(zhuǎn) 向或超車狀態(tài)。
8、 如權(quán)利要求l,或2,或3所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的編碼信 息為車輛行駛燈號相關(guān)的信息，包括剎車燈信息、危險信號燈信息、左轉(zhuǎn)燈信 息，或右轉(zhuǎn)燈信息。
9、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的第一信號為紅外線 信號，及第二信號為超聲波信號，第一、第二無線信號包含有相同的或相關(guān)的 編碼信息并同步發(fā)射，以實現(xiàn)快速及連續(xù)的數(shù)據(jù)測量。
10、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的編碼為數(shù)字編碼， 并且進一步包含有數(shù)據(jù)包ID信息，使接收裝置可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收的同步。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種全天候車輛行駛安全指示及控制系統(tǒng)裝置，包括無線發(fā)射裝置，安裝于運行車輛的尾部，用于在特定情況下定向發(fā)射傳播速度各不相同的及經(jīng)編碼的第一及第二無線信號；無線接收裝置，安裝于運行車輛的前方，用于定向接收所述的第一及第二無線信號，并根據(jù)接收到的信號還原編碼信息，同時還根據(jù)所接收的第一及第二無線信號的相位時間差來計算出與前方車輛之間的距離及相對速度。本發(fā)明的系統(tǒng)不受天氣情況及能見度差的影響，可全天候工作，既可接收交通信號燈及交通路牌信息，也可接收前方車輛的行駛狀態(tài)信息，并在危險情況下對本車行駛實施自動的控制，同時還將有關(guān)危險信息向隨后車輛傳遞，以防止有連環(huán)相撞事故的發(fā)生。
文檔編號G08G1/16GK101393686SQ20081021683
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者菲 徐, 更 黃 申請人:菲 徐