一种低能见度条件下机动车紧急情况提示装置及其控制方法

摘要

本发明提供一种低能见度条件下机动车紧急情况提示装置及其控制方法，在机动车发生紧急情况时开启天灯，并在车身侧翻甚至完全倾覆的情况下依然保证天灯的竖直照射。其包括放置于车身内部的行车加速度传感器，用于判断机动车的行驶状态，在紧急情况时点亮天灯；以及放置于车身内部的倾角传感器，用于判断车身的倾斜状态；以及放置于车身四周的天灯模块，当照射方向偏移后，由步进电机调节至正常照射角度。在低能见度条件下（如雨天、雾霾天、雪天）发生紧急情况时，该装置可以发挥非常好的提示作用，适用于各种机动车，保障行车安全。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机动车紧急情况提示装置及其控制方法，尤其涉及一种在低能见度条件下的机动车紧急情况提示装置及其控制方法。

背景技术

低能见度时（雾霾、雨天、雾天、夜间），高速公路和快速路的追尾事故发生频繁，根本原因是下游的车刹车时只有与之临近的车能够看到刹车灯，然后依次传递到上游的车，若上游车辆速度过快或者安全距离不够时，则容易刹车不及时而发生追尾事故。另外，高速公路发生事故时，很可能伴随着二次事故的发生，原因也是刹车信息传递过慢。

为了解决刹车信息传递过慢的问题，本发明采用照向天空的高亮红色激光灯束（以后称为天灯）来提示后面的司机前面的紧急情况,以便在紧急情况发生后让上游车辆司机看到，使司机有充足反应时间刹车，避免事故和二次事故的发生。

现有技术中已有将灯照向天空的装置，但是其不能响应于车辆紧急状态，且不能保证在任何位置任何紧急情况下都能保证天灯照向天空，本发明中，在天灯开启后，根据车身的倾斜程度和光束偏离竖直方向的角度时刻调整天灯的照射角度，以保证天灯竖直照向天空，以达到最好的提示效果。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种机动车紧急情况提示装置能够在车辆遇到紧急情况时为后方大范围车辆提供警示作用；同时还能保证车辆在发生剧烈晃动甚至倾覆的情况下，依然能够为后方大范围车辆提供警示作用。

本发明为解决上述问题，具体采取的技术方案如下：

机动车紧急情况提示装置，包括天灯组件，所述天灯组件包括设置在机动车车身外部的天灯以及容纳所述天灯的壳体，所述天灯为发出竖直照向天空的高亮红色灯束的激光灯；第一检测模块，设置于车身内部，用于检测车辆减速或刹车信号，并将所述车辆减速或刹车信号转换为第一信号检测值；控制器，其与所述第一检测模块相连，用于接收所述第一检测模块的检测信号，所述控制器存储有第一阈值范围；当所述控制器接收到第一检测模块发出的所述第一信号检测值时，将所述第一信号检测值与所述第一阈值范围比较，只有当所述第一信号检测值超出了所述第一阈值范围时，才控制所述天灯开启。

优选地，还包括调节装置，所述调节装置用于调节所述天灯的角度；第二检测模块，设置于车身内部，用于检测车身的倾斜角度，并将所述倾斜角度信号转换为第二信号检测值；所述控制器分别与所述第二检测模块和所述调节装置相连，所述控制器用于接收所述第二检测模块的检测信号以及控制所述调节装置对所述天灯角度的调节，所述控制器存储有第二阈值范围；在天灯关闭的情况下，所述控制器不向所述调节装置发出调节所述天灯角度的信号；在天灯开启的情况下，所述控制器将接收到的由第二检测模块发出的第二信号检测值与所述第二阈值范围比较，当所述第二信号检测值超出了所述第二阈值范围时，所述控制器给所述调节装置发出调节天灯角度的信号。

优选地，所述调节装置包括安装于车身内部的步进电机，所述步进电机的输出轴连接设置在车身外部的所述天灯组件；第三检测模块，其设置于所述天灯组件的所述壳体内部，用于检测所述天灯照射光束与竖直方向的夹角信号，并将所述夹角信号转换为第三信号检测值；所述控制器与所述第三检测模块相连，所述控制器能够接收所述第三检测模块的检测信号，并且所述控制器存储有第三阈值范围；在第二信号检测值没有超出所述第二阈值范围时，所述控制器不进行所述第三信号检测值与所述第三阈值范围的比较；当第二信号检测值超出所述第二阈值范围时，所述控制器进行所述第三信号检测值与所述第三阈值范围的比较，当所述第三信号检测值超出了所述第三阈值范围时，所述控制器给所述调节装置发出调节天灯角度的信号，所述调节装置控制所述天灯照射光束与竖直方向的夹角逐渐减小，直至所述第三信号检测值处于所述第三阈值范围内。

优选地，所述第一检测模块包括设置于车架上的三轴加速度传感器，用于检测机动车横向、纵向、垂向三个方向的行车加速度值；所述第二检测模块包括设置于车架上的双轴倾角传感器，用于检测车身在横向和纵向两个方向上与水平面的夹角；所述第三检测模块包括设置于所述壳体内部的横向加速度传感器和纵向加速度传感器。

优选地，所述天灯组件数量为4个，分别安装于车头部、车身左右两侧及车尾部，所述纵向加速度传感器设置于安装在车身左右两侧的所述天灯组件内部，所述横向加速度传感器设置于安装在车头部和车尾部的所述天灯组件内部；所述调节装置数量也为4个，其分别与所述天灯组件对应连接，每个所述调节装置在所述控制器的指示下独立地调节相对应的所述天灯组件；设置于车头部与车尾部的所述天灯组件突出于车身。

优选地，还包括可以控制所述天灯开闭的手动开关，所述手动开关安装在仪表盘的附近。

该装置控制方法依次包括如下步骤：

1）    检测车辆减速或刹车信号；

2）   将检测到的所述减速或刹车信号作为第一信号检测值与预先设定的第一阈值范围进行比较；

3）   当所述第一信号检测值超出所述第一阈值范围时，控制车辆天灯开启；

4）   当所述第一信号检测值没有超出所述第一阈值范围时，返回进行步骤1）的操作；

优选地，还包括依次进行如下步骤：

5）    当所述天灯开启后，检测车身在横向或纵向上相对于水平面的倾角信号；

6）    将检测到的所述倾角信号作为第二信号检测值与预先设定的第二阈值范围进行比较；

7）    当所述第二信号检测值超出所述第二阈值范围时，控制天灯的角度调节；

8）    当所述第二信号检测值没有超出所述第二阈值范围时，返回进行步骤5）的操作。

优选地，还包括依次进行如下步骤：

9）    当所述第二信号检测值超出所述第二阈值范围时，检测所述天灯照射光束与竖直方向的夹角信号；

10）     将检测到的所述夹角信号作为第三信号检测值与预先设定的第三阈值范围进行比较；

11）     当所述第三信号检测值超出所述第三阈值范围时，控制所述天灯照射光束与竖直方向的夹角逐渐减小，直至所述第三信号检测值处于所述第三阈值范围内；

12）     当所述第三信号检测值没有超出所述第三阈值范围时，返回进行步骤9）的操作。

本发明具有如下有益的技术效果：

（1）本发明检测传感器安装在机动车内部，时刻检测机动车的加速度，在发生紧急情况时，天灯可以立即点亮，将前车的紧急情况提示给后车；

（2）通过检测车身相对于水平面的倾斜角度，在车身发生剧烈晃动时，调节天灯角度使其照射角度始终保持竖直，即使车体晃动甚至倾覆时依然能为后续车辆提供警示作用，阈值的调节方式保证天灯不会因车身正常的抖动而反复调节；

（3）天灯的照射角度采用步进电机调节，采用多个天灯，即使发生事故造成个别损坏，依然有其他天灯发挥警示作用，特殊的安装位置可以保证至少有一盏天灯是照向天空的，多个天灯独立调节保证了整体调节的稳定性；

（4）本发明的结构简单，成本低廉，并且高亮度的红色激光灯可以发挥巨大的提示作用，保障道路行车安全。

附图说明

图1是总体流程图。

图2是天灯的开启控制程序流程图。

图3是判断行驶状态程序流程图。

图4是照射角度调节流程图。

图5是天灯安装位置说明图。

图6是天灯结构图。

图7是车身左右倾斜示意图。

图8是倾斜角度调节流程图。

图9 是车身前后倾斜示意图。

图10 是步进电机控制流程。

具体实施方式

如图1、图2所示，行车加速度传感器采用三轴加速度传感器，将测得的机动车水平前进方向的加速度a_x、水平垂直于X方向的加速度a_y，以及竖直方向的重力加速度a_z送至核心控制器处理，控制器结合XYZ三个方向加速度值的变化来判断当前机动车行驶状态是否正常，若判断结果为紧急情况（紧急刹车或者发生事故），则自动开启天灯提示紧急情况，若判断结果为正常行驶，则不开启天灯，并继续检测机动车加速度；自动开启的天灯，当紧急情况处理结束后司机应使用手动开关关闭天灯；为了保证天灯在紧急情况下能发挥最好的提示作用，在机动车车身左右前后都安装天灯模块（见图5）；车架上安装有双轴倾角传感器，其将检测到的车身在横向和纵向上相对于水平面的倾斜角度信号发送至控制器，当车身倾斜到一定程度时，控制器启动对天灯角度的调节；天灯模块内部的加速度传感器相应的称为横向加速度传感器和纵向加速度传感器，他们采集到的数据送至控制器，经过计算可以得到天灯的照射方向与竖直方向的夹角，当控制器进一步检测到夹角偏离正常范围时，由步进电机来调整以保证天灯的竖直照射（天灯照射角度只有在天灯开启时才进行调节）；另外，天灯可手动打开，在能见度特别低的情况下，依靠激光灯的强穿透性，将前车的位置信息提示给后车，类似于危险报警闪光灯的作用，但较危险报警闪光灯更醒目，提示范围更广。

图3中，控制器采集机动车XYZ三个方向的加速度，然后结合三个方向加速度值的变化来判断行驶状态，若控制器判断结果为正常，则不开启天灯，继续采集加速度，若控制器判断结果为紧急情况，则立即开启天灯。

图4中，为了保证车身在任何角度下，天灯都能竖直照射，现在机动车的前后左右四个方向的天灯模块中都增加照射角度调节装置，这样即使某个方向的天灯因事故而损坏，也可以由其他天灯发挥警示作用；并且照射角度调节装置保证了天灯的竖直照射，从而提示效果最佳。

图5是机动车俯视图，1、2、3、4表示车身四周的天灯，5表示机动车车身。天灯1和天灯2内部的加速度传感器称为横向加速度传感器；天灯3和天灯4内部的加速度传感器称为纵向加速度传感器。当车身左右侧翻时，主要由天灯1和天灯2发挥警示作用；当车身前后侧翻时，主要由天灯3和天灯4发挥警示作用；当机动车只是紧急刹车或者无侧翻时，四个天灯同时发挥警示作用。

图6中，5表示机动车车身，6表示步进电机，7表示步进电机突出于车身之外的轴，8表示高亮度红色激光灯，即天灯的主要警示发光部件，9表示加速度传感器（横向加速度传感器或者纵向加速度传感器），10表示用于固定8和9的外壳。车身周围的四个天灯模块都采用这种结构。

如图7所示，图7.a中1和2表示机动车的前后天灯，5表示机动车车身；图7.b中标示了天灯1和2中的横向加速度传感器的x轴和z轴的方向；在图7.c中，当车身发生横向倾斜时有A_x= g*sinα，A_z=g*cosα，则                                                ，，从而横向加速度传感器内部微处理机可以计算得出横向偏离的角度，该角度超出控制器预设范围时，控制器驱动步进电机调节照射角度，直至天灯竖直照射。如图8所示，在天灯开启之后，双轴倾角传感器采集车身横向倾角信号，控制器判断车身倾角达到设定的倾角阈值后开始接收天灯组件内横向加速度传感器的检测值，由于车身的颠簸，因此天灯的偏离角度α将是一个波动值，因此采用阈值的方法调节偏离角度，只有在偏离角度α大于正常偏离角度范围时，才由步进电机进行闭环调节，直至偏离角度在正常范围内。

如图9所示，车身纵向倾斜时的天灯偏离角度测量与横向倾斜时天灯偏离角度测量的原理相同，只是此时使用的是天灯3和天灯4内部的纵向加速度传感器，使用y轴和z轴测得天灯的偏离角度，控制程序流程与车身横向倾斜时相同。

需要说明的是，四个天灯的偏离角度是独立调节的，在天灯打开之后，如某个天灯偏离角度超过正常范围，则进行调节，直至偏离角度在正常范围之内。

如图10所示，步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。控制器若检测到某个天灯模块偏离角度α超过了正常范围，则再判断偏离角度α的正负，若为正，则驱动步进电机正转，脉冲数，其中θ是步进电机的步距角，即施加一个脉冲步进电机转动的角度；反之，若α为负，则驱动步进电机反转，脉冲数，然后再次判断天灯的偏离角度是否在正常范围之内，若不在正常范围之内，则再次调节，若在正常范围之内，则继续计算偏离角度，以准备下次的调节。为了达到最大的调节速度，脉冲频率采用步进电机要求的最大的频率f_max。

设备安装说明，行车加速度传感器安装在车身内部，保证水平安装且固定，以获得较准确的加速度，控制器及其配件保证固定安装；重要的是天灯的安装，为了保证天灯良好的提示效果，在车身的四个方向都放置了天灯，天灯稍微突出于车身，在机动车发生前后或者左右侧翻时，依然保证天灯的竖直照射；天灯的手动开关采用常见的拨动开关，装在仪表盘的附近，方便驾驶员的操作。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。