防车辆事故自动刹车装置

交通事故不仅威胁着他人的家庭幸福，也涉及着车辆驾驶者的自身安全，并给国家与人民造成重大经济损失。如何防止和减少交通事故呢?这是人们十分关注的问题。纵观产生交通肇事的原因，不外乎以下几方面：

(1)司机开车时精力不集中或打嗑睡；

(2)司机开车雄车、抢车，致使行人或其它车辆躲避不及；

(3)操作或刹车失灵；

(4)行人与车辆抢道，司机来不及刹车；

(5)司机酒后开车等。

追究根源，车辆是肇事的“罪魁祸首”。因此，若想防止交通肇事，应从车辆上下功夫，也就是在车辆即将肇事前的片刻，强迫车辆停止，不让它继续运行，这样便可把车辆故事降到最低限度。

为此，笔者设计了《防车辆事故自动刹车装置》。它的功能是：在车辆前方一定距离出现任何物体时，自动刹车装置便发出告警信号，提醒司机精力集中、减速和准备刹车，若司机听而未闻、视而不见，超过一定时间，自动刹车装置便立即切断发动机电源，使发动机熄火，与此同时强行自动刹车，迫使车辆停止不前。现将《防止车辆事故自动刹车装置》介绍如下，供感兴趣的感厂家及爱好者进一步研究与开拓。

1.电路工作原理

防车辆事故自动刹车装置的电路原理如图25-1所示，它是由红外线发射与接收电路、延时电路、告警电路及自动刹车电路所组成的。

图25-1

图中，电阻R1、R2、电容C1和时基集成电路IC及红外线发射管LED等，组成红外线发射电路。它是利用时基电路IC组成的占空比构成可调方波发生器，只要改变电阻R1与R2的阻值比，就可以改变占空比。输出的方波经三极管BG1放大后驱动红外线发光二极管工作。按图中给出的数值，占空比为1 3，其脉冲电流幅值约达600mA。根据红外线发光二极管的参数，峰值电流是指流过管子脉冲电流的最大峰值。若脉冲电流的平均值与直流恒定电流相等，其脉冲直流的幅值要比允许的工作电流大得多，则发射效率也高。所以，一般红外线发射器都采用占空比较小的脉冲方式供电。

BG2～BG5组成红外线接收器，其中BG2为红外线光敏三极管，电容C3和半可调电阻W，组成选频网路，以排除其它红外频率的干扰，保证工作可靠。

当装在车辆前头的红外线管发射出的不可见调制红外线，遇到车前的人或物体时，其红外光将反射回来，被红外线光敏三极管BG2接收，经BG3放大，由C3、W3组成的网路选频，选出与红外发射电路频率相同的脉冲信号，经BG4放大、二极管D2半波整流后，使BG5获得正向偏置而导通，在其发射极上输出的电压触发单向可控硅SCR1导通，接通告警电路及自动刹车电路的控制电源，立即发出车前有人或物的紧急告警，提醒驾驶员注意减速和准备刹车；若驾驶人员在规定时间内没有反应，未采取减速及准备刹车的措施，自动刹车装置将立即切断发动机电源，实行紧急自动刹车，避免事故发生。也就是说，在触发SCR1导通，接通后部电路电源发出告警声响的同时，电源经电阻R8向电容C5充电，当C5上的充电电压达到BG6管基极工作电压时，驾驶员仍未减速，也未采取刹车措施，即将发生车祸时，BG6管导通，触发可控硅SCR2导通，继电器J动作，常闭触点断开发动机电路电源，使发动机熄火；常开触点闭合，接通电磁铁线圈供电电路，电磁铁吸合刹车器的控制杆，立即刹死闸，使车辆迅速停止。

若驾驶员听到告警声响，精力集中驾驶，鸣笛、减速，把防车辆事故自动刹车装置的电源开关K置于断的位置，自动刹车装置便失去防范作用。再次把K置于通的位置，自动刹车装置又进入监视防范状态。

2.元件选择与调试

IC为时基集成电路，可选用国产的5G1555或进口的NE555。

LED₁、LED₂为红外线发光二极管，它分小功率、中功率和大功率三种。考虑车辆在中速行驶紧急刹死车后的惯性滑动距离，至少应选用中功率红外线发光二极管。

中、小、大红外线发光二极管主要参数如下表。

表25-1 红外线发光二极管的主要参数

当买来的红外线发光二极管没有型号时，尤其是与红外线接收管（如光电二极管或光电三极管）配套买来的，它们的外形都一样，应该用下述方法进行区别和判断其好坏。

1. 区别红外线发光二极管和光电二极管或光电三极管的方法

当管子都是透明树脂封装时，则可从管芯安装处来区别：即红外线发光二极管芯心下有一个浅盘，而光电二极管及光电三极管的管芯则没有。

如果管子尺寸过小或为黑色树脂封装时，可用万用表电阻1 kΩ档来测量其阻值：用手捏住管子不让管子受到光照，正向电阻为20～40kΩ，反向电阻大于200kΩ的，是红外线发光二极管；正反向电阻都接近无穷大的，是光电三极管；正向电阻在10kΩ，反向电阻接近无穷大的，是光电二极管。

（2）红外线发光二极管正负极的区别

通常长管脚为“十”，短管脚为“-”。对于全塑封装的φ3、φ5形管，管侧方有一个小平面，靠近小平面的脚端为“-”；若用万用表1kΩ档测量正向电阻在20～40kΩ时，则黑表笔所接的管脚为“十”。

（3）红外线发光二极管好坏的判别

用万用表1kΩ档，测量正向电阻在30kΩ左右，反向电阻在200kΩ以上者，为好的红外线发光二极管，因反向电阻越大，漏电流越小，质量越好；若反向电阻只有几十kΩ，表明管子质量差，应尽量不用；若正反向电阻都是无穷大或为零，则表明管子已损坏。

BG2为红外线接收管，用选用3D～U31或COLS系列光敏管或硅光电池等。

J为直流继电器，由于本自动刹车装置的电路电源由汽车蓄电瓶供电，故应选用12V直流继电器，如JRX-13F等型。

BG1、BG3和BG6，选用3DG6或9013，β＞80。

BG4、BG5，选用3DK4，β＞100。

SCR1、SRC2为单向可控硅，选用塑封式，规格1A／300V。

BG7～BG8，选用9014或3DG12，β＞100。

BG9为PNP型，选用3AX3113或9015。

R151kΩ R2100kΩ

R31kΩ R42kΩ

R54.7kΩ R62.7kΩ

R75.1kΩ R847kΩ

R93kΩ R10、R136.8kΩ

R11、R1282kΩ R1422kΩ

R158.2kΩ R161.2kΩ

W150Ω的半可调电阻

W2200kΩ的半可调电阻

W347kΩ的半可调电阻

C13300pF C20.01μF

C30.047μF C40.1μF

C5100μF16V C650μF

C7100μF C80.22μF

D1～D3为半导体二极管，如2CP型或1N4001等。

调节W1可改变红外线发光二极管的发光距离；调节W2可改变红外线接收管的光控量。

W3是用来改变选频回路的频率，使之与红外线发射电路的红外线频率一致。

调整电阻R8的阻值或改变电容C5的容量，即可改变告警至自动刹车的延时时间。

电磁铁（选用直流式）应固装在车内刹车控制杆处，电磁铁与控制杆的间距，应正好是电磁铁通时把刹车控制杆拉到刹死闸的位置。

红外线发射管与接收管应安装成限定反射型，如图25-2所示。

图25-2

在发光管和受光管的前面，均安装一块只能透过红外线的凸透镜（其上加装滤色片），使它们之间相夹一个角度，在光线的相交部位上遇到被监测的物体时，反射光即被受光管接收，从而获得反射信号。这样装法，其特点是监测区域窄、实用性强。因为车辆在公路上行驶，不仅车道上有同方向的行驶车辆，还有反方向的行驶车辆及路两侧的行人与物体等。由于采用限定反射型，不会对前进方向以外的物体发生监测作用，避免了误告警与误自动刹车。同时，它还可以区分开前进方向的被测物体与背景上的物体，使之更准确可靠。

红外发射与接收头，应安装在车辆前面保险杠下面，略有仰角，以免红外发射光同地面接触使红外光反射回，产生误动作。

红外线发射与接收管装置的后面与侧面，要加有隔热材料，避免发动机散发出来的热量干扰，产生误动作。

红外线发射管与接收管的夹角，应根据拟监测的距离调定，此距离一般控制在10～20m。因此，防车辆事故自动刹车装置，不适于车辆来往密集的市内闹区，而适于郊外公路或夜间行驶的车辆上。因为驾驶人员往往由于公路上行驶车辆较少，而促成驾驶精力不集中、长途驾驶疲劳嗑睡或夜间不能及时看清前方障碍，才导致行车事故发生。

防车辆事故自动刹车装置的印刷电路如图25-3所示。

图25-3