專利名稱：激光定距自動剎車系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車上用激光探測一定距離內(nèi)的障礙物并可以自動剎車的激光定距自動剎車系統(tǒng)。
在美國專利3891966上公開了一種自動防撞激光系統(tǒng)，它是在汽車的前面裝一個激光發(fā)射器和一個激光接受器，在汽車的尾部也要裝一個激光接收器和一個激光發(fā)射器，汽車前部的發(fā)射器發(fā)出一個頻率為f1的激光，如果前面有汽車，前面汽車尾部的接收器就收到f1激光，然后信號經(jīng)過放大傳給尾部的激光發(fā)射器，發(fā)射出一個頻率為f2的激光，在后面的汽車前部的接收器收到頻率為f2的激光，然后把信號傳到信號處理器，信號處理器控制顯示，警鈴和速度控制器。為了提高發(fā)射器和接收器的有效性，在發(fā)射器和接收器前都裝有透鏡，起聚光作用。為了防止與f1和f2頻率相同或相近的光信號的干擾，在接收器前裝有濾波片。這種自動防撞激光系統(tǒng)的缺點是①必須全部汽車上都裝有這種自動防撞激光系統(tǒng)，才能實現(xiàn)有效地應(yīng)答，如果只有一部分汽車裝有該系統(tǒng)，該系統(tǒng)就無法發(fā)揮作用，等于沒裝。讓所有的汽車都裝上該系統(tǒng)這是一件很難辦到的事情。②汽車必須在前后都裝上發(fā)射和接收裝置，部件多、費用高。③裝上該系統(tǒng)后，汽車也只能探測到裝有該系統(tǒng)的汽車，而無法探測到?jīng)]有帶該系統(tǒng)的行人和其他障礙物。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種主動式激光定距自動剎車系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要濾波片而具有較高的抗干擾性，并且成本低。
所謂主動式是相對于上述現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)答式而言，它只需汽車發(fā)出一個激光信號，在一定距離內(nèi)遇到物體反射回來，汽車再接收這一反射回來的信號，不需要遇到的物體再發(fā)出一個激光信號。實現(xiàn)主動式的關(guān)鍵點是要有效地收到反射回來的光信號，并能有效地分辨反射回來的光信號和其他干擾信號。
本發(fā)明采取的技術(shù)措施是，激光定距自動剎車系統(tǒng)，它包括一個自動剎車控制系統(tǒng)，一個激光發(fā)射管和一個裝在其前面的透鏡，一個反射光探測器和裝在其前面的接收物鏡，一個與探測器相連接的放大器，其特殊之處在于窄脈沖信號發(fā)生器連接在窄脈沖大電流激勵電路上，激勵電路分別與激光管和取樣電路連接；取樣電路與延時器連接，延時器與電子門連接，電子門分別與放大器和編碼器連接，編碼器與輸出電路連接，輸出電路與自動剎車控制系統(tǒng)連接；本發(fā)明的工作過程為窄脈沖信號發(fā)生器向激勵電路發(fā)出一個信號，激勵電路同時向激光管和取樣電路發(fā)出信號，取樣電路向延時器發(fā)出一個電信號；激光管發(fā)出一個脈沖激光，激光通過透鏡在大約18米處可形成一個與汽車尾部寬高相一致大小的光斑，當(dāng)激光遇到汽車前面的行人或車輛，被反射回來，通過接收物鏡聚在探測器上，探測器產(chǎn)生一個電信號，電信號通過放大電路輸給電子門，如果電子門是開著的，電信號將通過電子門，進入編碼器，當(dāng)編碼器在一定時間內(nèi)，收到了一個預(yù)定數(shù)量的電信號，它才輸出一個信號給自動剎車控制系統(tǒng)。電子門的開關(guān)由延時器控制，當(dāng)激光管發(fā)出一個脈沖激光的同時延時器就把電子門打開，當(dāng)經(jīng)過一個時間t后，延時器把電子門關(guān)上。
本發(fā)明能有效地收到反射回來的光信號，其原因主要是有窄脈沖大電流激勵電路，在激勵電路中使用雪崩三極管作開關(guān)，使激光器發(fā)出的激光脈沖寬度可窄到10-20納秒，這樣在相同功率的激光管上可以大大提高脈沖峰值功率，使激光脈沖的強度增加。發(fā)射出的脈沖強度高，也就能反射回較強的脈沖信號。其次，汽車只在遇一定距離內(nèi)的障礙物才剎車，所以本發(fā)明中的激光只要在一定距離內(nèi)反射回較強的光信號就能滿足及時剎車的要求，比如說在距汽車6-15米處能反射回較強的光信號就可以了，激光在較短的距離內(nèi)可以反射回較強的光信號。
電子門開啟的時間t決定于所設(shè)定的汽車與障礙物之間的距離，假定要求汽車在遇到其前方15米內(nèi)的障礙物就剎車，那么t=2×15C,]]>其中C為光速，取C＝30萬公里/秒時，t＝100納秒。按照設(shè)定的距離為15米，電子門的開啟時間為t＝100納秒，那么只要是在15米內(nèi)的障礙物反射回來的光信號都可以通過電子門。15米以外反射回來的光信號則不能通過電子門，因為這時電子門已關(guān)閉。
編碼器起了識別干擾信號的作用。編碼器并不是接收到一個來自電子門的信號就輸出一個剎車信號，而是在一定時間內(nèi)收到一定數(shù)量的信號后才輸出剎車信號。例如，當(dāng)激光器每秒發(fā)出1000個脈沖時，編碼器調(diào)在十分之一秒時間在收到100個信號時才輸出一具剎車信號。當(dāng)一個干擾信號通過電子門后進入了編碼器，它不能滿足編碼器輸出剎車信號的要求，所以干擾信號不起作用。實際上，電子門和編碼器共同起了識別干擾信號的作用。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)取得了如下積極效果1、本發(fā)明的激光定距自動剎車系統(tǒng)是主動式，哪輛汽車上按裝上它，哪輛汽車就是有自動剎車防撞功能，不必依賴于其他汽車也按裝上它，因此便于推廣使用。
2、本發(fā)明不僅對前面行駛的汽車有效，也對行人和其他障礙物有效，因為它不依賴于障礙物發(fā)出激光信號。經(jīng)測試，在激光管的功率為1瓦時，對行人在6-10米內(nèi)有效，對汽車在18米內(nèi)有效，因為現(xiàn)在國內(nèi)的汽車尾部都裝有一塊由玻璃微珠制成的車號牌，該牌是有很好的定向反射特性。如果提高激光器的功率，有效探測距離隨之提高。即使高速行駛的汽車不能在有效距離內(nèi)完全剎住車，也可以大大減少損失。如果能在汽車前裝上緩沖裝置，與本發(fā)明相配合，會使撞擊產(chǎn)生的損失降低到最低程度。
3、成本低。一方面是由于只需一套發(fā)射和接收裝置，另一方面是由于用電子門和編碼器作干擾信號識別裝置，取代了濾波片，濾波片價格較高，而電子門和編碼器價格較低。
本發(fā)明的附面說明如下

圖1是激光定距自動剎車系統(tǒng)方框圖。
圖2是大電流激勵電路和取樣電路電路圖。
圖3是液壓制動自動剎車控制系統(tǒng)油路圖。
圖4是氣壓制動自動剎車控制系統(tǒng)氣路圖。
本發(fā)明將結(jié)合附圖作進一步詳述。
在圖1中，窄脈沖信號發(fā)生器12與窄脈沖大電流激勵電路13連接，激勵電路13分別與激光管1和取樣電路14連接，激光管前設(shè)有透鏡2，取樣電路與延時器8連接，延時器8與電子門6連接，電子門分別與放大電路5和編碼器7連接；放大電路與反射光探測器3連接，在探測器3前設(shè)有接收物鏡4；編碼器與輸出電路15連接；輸出電路15分別與自動剎車控制系統(tǒng)9、報警器10和發(fā)動機熄火電路11連接。
該方框圖的工作過程為窄脈沖信號發(fā)生器發(fā)出信號給激勵電路13，激勵電路13激發(fā)激光管1發(fā)出激光脈沖，在發(fā)出激光脈沖的同時，取樣電路從激勵電路中獲得一個信號，并傳給延時器8，延時器收到信號后由低電位變成高電位，并把電子門打開。從激光管發(fā)出的激光脈沖經(jīng)透鏡2成為發(fā)散角不大于水平面內(nèi)±20°，垂直面內(nèi)±15°的激光束，向前射出，當(dāng)光束在一定距離內(nèi)遇到障礙物反射回來，經(jīng)過接收物鏡4匯集在探測器3上，探測器為PIN，由PIN接收到的信號經(jīng)放大器5傳給電子門6，此時電子門還開著，信號經(jīng)過電子門傳入編碼器7。如果發(fā)出的激光束在設(shè)定的一定距離以外遇到障礙物反射回來，所花費的時間較多，超過了延時器的延時時間，延時器變成低電位電子門就關(guān)上了，不能通過電子門。編碼器預(yù)先設(shè)定一個數(shù)，只有當(dāng)在一定時間時收到與這個數(shù)相等的脈沖信號，編碼器才輸出一個信號給輸出電路15，輸出電路同時向剎車控制系統(tǒng)9、報警器10和熄火電路發(fā)出信號。
在圖2中，窄脈沖信號發(fā)生器12接在激勵電路的雪崩三極管G1的基極，G1的集電極與GaAs激光管1連接，G1的發(fā)射極與電容C1連接，電容C1的另一端接在激光管1的正極上，電容C1兩端接有電源V，在電源正極上串聯(lián)一個限流電阻R1。在G1的發(fā)射極與電容C1之間串聯(lián)一個取樣電阻R2，R2產(chǎn)生的電壓信號通過電容C2耦合至射極跟隨器G2的基極，G2的發(fā)射極與放大器G3的基極連接，G3的集電極與延時器8連接。在G2的基極與電源負極之間接有電阻R3，在G2的發(fā)射極與電源負極之間接有電阻R4，G2的集電極接在電源正極上。在G3的發(fā)射極與電源負極之間并聯(lián)地接有電阻R7和電容C3，在G3的集電極與電源正極之間接有電阻R6。
圖中電路元件的取值如下R1＝10kΩ，R2＝0.5～3Ω，R3＝4kΩR4＝20kΩ，R5＝5kΩ，R6＝50kΩR7＝500Ω，C1＝800PF，C2＝0.01μFC3＝0.2μF。
砷化緣半導(dǎo)體激光器受脈沖電激勵時能激射0.9μm波長的激光，為了使激光脈沖壓縮得很窄(達10×10-9秒～20×10-9秒)，要求激勵電流脈沖窄和幅值高，為此設(shè)計了窄脈沖大電流激勵電路。為了使放電快速，激勵電路的時間常數(shù)必須很小，為此，應(yīng)使C1、R2的取值盡量小；了為使放電電流脈沖的上升沿陡至數(shù)納秒(ns)，采用了雪崩三極管作為電路的開關(guān)元件，此管當(dāng)電源電壓V加于c、e兩極時，已臨近擊穿狀態(tài)，即窄脈沖信號發(fā)生器的脈沖處于低電平時，雪崩三極管處于臨界關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)信號發(fā)生器的脈沖達高電平時，此雪崩三極管瞬時導(dǎo)通，而且允許通過大電流，從而實現(xiàn)快速大電流的開關(guān)作用。
GaAs激光管受激勵產(chǎn)生激光窄脈沖，與此同時，在激勵電路中的小電阻R2，不僅起到一定的限流作用，同時在此電阻上能獲得與激光脈沖相應(yīng)的窄脈沖電壓信號，通過電容C2耦合至射極跟隨器C2的基極，由R3輸出的電信號經(jīng)G3放大后輸至延時器。延時器當(dāng)受脈沖電壓號觸發(fā)時，由低電位變?yōu)楦唠娢?，打開電子門，經(jīng)過時間t后，由高電位變?yōu)榈碗娢?，關(guān)上電子門。由于窄脈沖信號發(fā)生器的重復(fù)率為上千赫茲，每個激光脈沖之間的時間間隔為幾十至幾百微秒，而電子門開啟的時間僅為上百納秒，因此可實現(xiàn)每產(chǎn)生一次激光，電子門就開閉一次。
在圖3中，在液壓制動的汽車上，原有的制動油路為，主泵22直接與汽車的四個輪子的制動油缸(16、17、18、19)連接，主泵上接有儲油罐23，腳制動踏板21控制主泵22。本發(fā)明的自動剎車控制系統(tǒng)是在主泵22與各車輪油缸連接的管路上裝上一個二位三通液壓電磁閥24，電磁閥24的一液壓管接在蓄壓器26上，蓄壓器通過油管與單向閥27、手動液壓泵28和油箱20順續(xù)連接。在單向閥27與蓄壓器26的連接管路上接上一個油壓表25。電磁閥受編碼器7或輸出電路15控制。
當(dāng)汽車前進中遇障礙經(jīng)激光探測判定需要剎車時，電磁閥收到電信號，關(guān)閉原有油路，接通蓄壓與各車輪油缸的油路，利用蓄壓器的油壓實現(xiàn)制動。制動經(jīng)過一定時間后，電磁閥復(fù)位，各車輪油缸中的油經(jīng)主泵22回流到儲油罐23。當(dāng)蓄壓器內(nèi)油壓不夠時，開動手動泵，把油箱20內(nèi)的抽入蓄壓器內(nèi)，油箱20內(nèi)的油由儲油罐23補充。
在圖4中，在氣壓制動的汽車上，原有的制動氣路為，聯(lián)動腳踏二位三通制動閥(33、34)直接與汽車的各車輪制動氣缸(37、38、39、40、41、42)連接，儲氣罐31與聯(lián)動腳踏二位三通制動閥(33、34)連接，并在它們的連接管路上裝有一個氣壓表32 。本發(fā)明的自動剎車控制系統(tǒng)是在制動閥(33、34)與各車輪的制動氣缸之間的管路上裝上二位三通電磁閥(35、36)，電磁閥有一路接在儲氣罐31上。本實施例所示的是帶有拖車的汽車，故有制動氣缸(41、42)，也各增加了一個電磁閥36和腳踏二位三通制動閥34。電磁閥(35、36)受輸出電路15控制。
當(dāng)汽車前進中遇障礙經(jīng)激光探測判定需要剎車時，電磁閥收到電信號，完成關(guān)閉原有氣路，打關(guān)儲氣罐與各車輪氣缸的氣路的工作，儲氣罐中的高壓空氣經(jīng)電磁閥直通到制動氣缸，實現(xiàn)制動。
上述兩種自動剎車系統(tǒng)，都與原有的剎車系統(tǒng)互不干擾，各自可獨立工作。
本發(fā)明在市區(qū)，由于車速較慢，行人較多，可關(guān)閉不使用。
權(quán)利要求
1.一種激光定距自動剎車系統(tǒng)，它包括一個自動剎車控制系統(tǒng)9，一個激光發(fā)射管1和裝在其前面的透鏡2，一個反射光探測器3和裝在其前面的接收物鏡4，一個與探測器相連接的放大器5，其特征在于窄脈沖信號發(fā)生器12連接在窄脈沖大電流激勵電路13上；激勵電路13分別與激光發(fā)射管1和取樣電路14連接；取樣電路14與延時器8連接，延時器與電子門6連接；電子門6分別與放大器5和編碼器7連接，編碼器與輸出電路15連接，輸出電路與自動剎車控制系統(tǒng)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的激光定距自動剎車系統(tǒng)，其特征在于激勵電路13的組成為，雪崩三極管G1的基極與窄脈沖信號發(fā)生器12連接，集電極與GaAs激光管1連接，發(fā)射極與充電電容C1連接；電容C1的另一端接在激光管1正極上，電容C1兩端接有電源V，在電源正極上串聯(lián)一個限流電阻R1。
3.按照權(quán)利要求1所述的激光定距自動剎車系統(tǒng)，其特征在于取樣電路的組成為，在激勵電路中雪崩三極管G1的發(fā)射極與電容C1之間串聯(lián)一個取樣電阻R2，R2產(chǎn)生的電壓信號通過電容C2耦合至射極跟隨器G2的的基極，G2的發(fā)射極與放大電路G3的基極連接，G3的集電極與延時器8連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的激光定距自動剎車系統(tǒng)，其特征在于輸出電路分別與發(fā)動機熄火電路和報警器連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的激光定距自動剎車系統(tǒng)，其特征在于在液壓制動型汽車上，自動剎車控制系統(tǒng)的組成為，在主泵22與各車輪制動油缸(16、17、18、19)連接的管路上裝上一個二位三通液壓電磁閥24，電磁閥24的一液壓管路接在蓄壓器26上，蓄壓器通過油管與單向閥27、手動液壓泵28和油箱20順續(xù)連接，油箱20通過回油管29與儲油罐23連接。
6.按照權(quán)利要求1或4所述的激光定距自動剎車系統(tǒng)，其特征在于在空氣制動型汽車上，自動剎車控制系統(tǒng)的組成為，在聯(lián)動腳踏二位三通制動閥(33、34)與各車輪制動氣缸(37、38、39、40、41、42)的連接管路上裝上電磁閥(35、36)，電磁閥有一路接在儲氣罐31上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝于汽車上用激光探測一定距離內(nèi)的障礙物并可以自動剎車的激光定距自動剎車系統(tǒng)。它的組成為，窄脈沖信號發(fā)生器向窄脈沖大電流激勵電路輸送脈沖信號，激勵電路激發(fā)激光管發(fā)出脈沖激光，同時取樣電路從激勵電路獲得脈沖信號并輸給延時器，延時器打開電子門；在一定距離內(nèi)遇到障礙物的激光反射回來，由探測接收器接收并輸給電子門，電子門開時信號通過傳入編碼器，經(jīng)邏輯判斷輸出剎車信號給自動剎車系統(tǒng)。
文檔編號B60T7/12GK1049315SQ9010776
公開日1991年2月20日 申請日期1990年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月19日
發(fā)明者王書鎮(zhèn), 徐榮甫, 王子玉, 汪家藩, 盛永才, 林幼娜, 張永進, 張守才, 劉敬海, 張?zhí)熘?申請人:北京海淀比特車輛新技術(shù)開發(fā)公司