專利名稱：激光定距自動剎車系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于汽車上用激光探測一定距離內的障礙物并可以自動剎車的激光定距自動剎車系統。
在美國專利3891966上公開了一種自動防撞激光系統，它是在汽車的前面裝一個激光發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射器，汽車前部的發射器發出一個頻率為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，然后信號經過放大傳給尾部的激光發射器，發射出一個頻率為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。為了提高發射器和接收器的有效性，在發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，才能實現有效地應答，如果只有一部分汽車裝有該系統，該系統就無法發揮作用，等于沒裝。讓所有的汽車都裝上該系統這是一件很難辦到的事情。②汽車必須在前后都裝上發射和接收裝置，部件多、費用高。③裝上該系統后，汽車也只能探測到裝有該系統的汽車，而無法探測到沒有帶該系統的行人和其他障礙物。
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足而提供一種主動式激光定距自動剎車系統，該系統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有技術的應答式而言，它只需汽車發出一個激光信號，在一定距離內遇到物體反射回來，汽車再接收這一反射回來的信號，不需要遇到的物體再發出一個激光信號。實現主動式的關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。
本發明采取的技術措施是，激光定距自動剎車系統，它包括一個自動剎車控制系統，一個激光發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連接；本發明的工作過程為窄脈沖信號發生器向激勵電路發出一個信號，激勵電路同時向激光管和取樣電路發出信號，取樣電路向延時器發出一個電信號；激光管發出一個脈沖激光，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，當編碼器在一定時間內，收到了一個預定數量的電信號，它才輸出一個信號給自動剎車控制系統。電子門的開關由延時器控制，當激光管發出一個脈沖激光的同時延時器就把電子門打開，當經過一個時間t后，延時器把電子門關上。
本發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，使激光器發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的障礙物才剎車，所以本發明中的激光只要在一定距離內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，而是在一定時間內收到一定數量的信號后才輸出剎車信號。例如，當激光器每秒發出1000個脈沖時，編碼器調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。
本發明相比于現有技術取得了如下積極效果1、本發明的激光定距自動剎車系統是主動式，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出激光信號。經測試，在激光管的功率為1瓦時，對行人在6-10米內有效，對汽車在18米內有效，因為現在國內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，與本發明相配合，會使撞擊產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。
本發明的附面說明如下
圖1是激光定距自動剎車系統方框圖。
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油路圖。
圖4是氣壓制動自動剎車控制系統氣路圖。
本發明將結合附圖作進一步詳述。
在圖1中，窄脈沖信號發生器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9、報警器10和發動機熄火電路11連接。
該方框圖的工作過程為窄脈沖信號發生器發出信號給激勵電路13，激勵電路13激發激光管1發出激光脈沖，在發出激光脈沖的同時，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。從激光管發出的激光脈沖經透鏡2成為發散角不大于水平面內±20°，垂直面內±15°的激光束，向前射出，當光束在一定距離內遇到障礙物反射回來，經過接收物鏡4匯集在探測器3上，探測器為PIN，由PIN接收到的信號經放大器5傳給電子門6，此時電子門還開著，信號經過電子門傳入編碼器7。如果發出的激光束在設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上了，不能通過電子門。編碼器預先設定一個數，只有當在一定時間時收到與這個數相等的脈沖信號，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9、報警器10和熄火電路發出信號。
在圖2中，窄脈沖信號發生器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，在電源正極上串聯一個限流電阻R1。在G1的發射極與電容C1之間串聯一個取樣電阻R2，R2產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的發射極與電源負極之間并聯地接有電阻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必須很小，為此，應使C1、R2的取值盡量小；了為使放電電流脈沖的上升沿陡至數納秒(ns)，采用了雪崩三極管作為電路的開關元件，此管當電源電壓V加于c、e兩極時，已臨近擊穿狀態，即窄脈沖信號發生器的脈沖處于低電平時，雪崩三極管處于臨界關閉狀態，當信號發生器的脈沖達高電平時，此雪崩三極管瞬時導通，而且允許通過大電流，從而實現快速大電流的開關作用。
GaAs激光管受激勵產生激光窄脈沖，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G3放大后輸至延時器。延時器當受脈沖電壓號觸發時，由低電位變為高電位，打開電子門，經過時間t后，由高電位變為低電位，關上電子門。由于窄脈沖信號發生器的重復率為上千赫茲，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，因此可實現每產生一次激光，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。本發明的自動剎車控制系統是在主泵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。
當汽車前進中遇障礙經激光探測判定需要剎車時，電磁閥收到電信號，關閉原有油路，接通蓄壓與各車輪油缸的油路，利用蓄壓器的油壓實現制動。制動經過一定時間后，電磁閥復位，各車輪油缸中的油經主泵22回流到儲油罐23。當蓄壓器內油壓不夠時，開動手動泵，把油箱20內的抽入蓄壓器內，油箱20內的油由儲油罐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 。本發明的自動剎車控制系統是在制動閥(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。
當汽車前進中遇障礙經激光探測判定需要剎車時，電磁閥收到電信號，完成關閉原有氣路，打關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電磁閥直通到制動氣缸，實現制動。
上述兩種自動剎車系統，都與原有的剎車系統互不干擾，各自可獨立工作。
本發明在市區，由于車速較慢，行人較多，可關閉不使用。
權利要求
1.一種激光定距自動剎車系統，它包括一個自動剎車控制系統9，一個激光發射管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連接。
2.按照權利要求1所述的激光定距自動剎車系統，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生器12連接，集電極與GaAs激光管1連接，發射極與充電電容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，在電源正極上串聯一個限流電阻R1。
3.按照權利要求1所述的激光定距自動剎車系統，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的發射極與電容C1之間串聯一個取樣電阻R2，R2產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.按照權利要求1所述的激光定距自動剎車系統，其特征在于輸出電路分別與發動機熄火電路和報警器連接。
5.按照權利要求4所述的激光定距自動剎車系統，其特征在于在液壓制動型汽車上，自動剎車控制系統的組成為，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順續連接，油箱20通過回油管29與儲油罐23連接。
6.按照權利要求1或4所述的激光定距自動剎車系統，其特征在于在空氣制動型汽車上，自動剎車控制系統的組成為，在聯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
本發明涉及一種裝于汽車上用激光探測一定距離內的障礙物并可以自動剎車的激光定距自動剎車系統。它的組成為，窄脈沖信號發生器向窄脈沖大電流激勵電路輸送脈沖信號，激勵電路激發激光管發出脈沖激光，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，經邏輯判斷輸出剎車信號給自動剎車系統。
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 優先權日1990年9月19日
發明者王書鎮, 徐榮甫, 王子玉, 汪家藩, 盛永才, 林幼娜, 張永進, 張守才, 劉敬海, 張天柱 申請人:北京海淀比特車輛新技術開發公司