УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, ПОЗВОЛЯЮЩЕЕ АВТОМАТИЗИРОВАТЬ РАБОТУ ФАР ДАЛЬНЕГО СВЕТА, В КОМПЛЕКТЕ С ЭЛЕКТРОННЫМ БЛОКОМ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ
VEHICLE DEVICE ALLOWING TO AUTOMATE OPERATION OF DRIVING LIGHTS, COMPLETE WITH ELECTRONIC UNIT TO REDUCE OPTICAL DISTORTIONS

Область техники
Настоящее изобретение относится к универсальным устройствам для дорожных транспортных средств, в частности, к устройствам, легко устанавливаемым на уже готовых автомобилях.
В частности, область его применения касается устройств, обеспечивающих автоматическое выключение фар дальнего света транспортного средства при встрече другого транспортного средства с выключенными фарами дальнего света и последующее их включение.
Существующий уровень техники
Устройства, применяемые для автоматического управления включением-выключением фар дальнего света, срабатывают по сигналу, идущему от оптического детектора, принимающего фотолюминесцентный сигнал, излучаемый фарами дальнего света встречного транспортного средства.
В случаях, когда луч света попадает на датчик, происходит запуск механизма выключения фар дальнего света без какого-либо вмешательства водителя; фары дальнего света снова включаются после встречи с транспортным средством, когда сигнал, излучаемый его фарами дальнего света, пропадает.
Между тем, на дороге, помимо автомобилей, присутствуют и другие источники света, способные нарушить работу данного устройства. Некоторые подобные проблемы рассматривались в заявке на патент FI2013A000072, не решающей, тем не менее, проблему отражения луча света, исходящего от того же автомобиля, на котором установлено устройство, и от объектов на дороге; в действительности указанный луч света отражается от светоотражающих дорожных знаков, и данное явление может привести к неуместному автоматическому выключению фар дальнего света.
В действительности известные устройства не отличают отраженный свет от света, излучаемого фарами дальнего света транспортного средства, движущегося во встречном направлении, поскольку интенсивность отраженного света сопоставима с интенсивностью света, излучаемого транспортным средством на расстоянии приблизительно 300 м с включенным ближним светом, то есть, в состоянии, когда срабатывает устройство автоматического отключения.
Срабатывание устройства приводит к ограничению ночной видимости, и в связи с этим водители часто отключают его. Искажение, вызванное окружающими объектами, легко устраняется в устройствах, похожих на устройства, раскрытые в заявках на патент ЕР 2127944 A1, DE 10156649 А1 и DE 102007026750, использующих преимущества компьютеризированных систем для управления и анализа получаемых от камер изображений.
И наоборот, эту проблему сложнее решить при наличии менее дорогих устройств без камер, работа которых основана на электрическом сигнале, принимаемом от одного или нескольких датчиков. В общем известные системы осуществляют сравнение луча света, попадающего на датчик и излучаемого внешними источниками, с лучом света, излучаемым транспортным средством в сочетании с указанными источниками. Для предотвращения ослепления светом, отраженным от поверхностей, расположенных на передней или задней части транспортного средства, в устройстве, раскрытом в заявке на патент GB 2464019 А, используется схожий подход.
Далее в заявке на патент US 5329206 А описано устройство, состоящий из электронных средств, преобразующих частоты светового луча, производимого транспортным средством, для разделения источников света, обнаруженного детекторами. Подобное устройство может быть легко установлено на транспортном средстве серийного производства даже при. условии повышения стоимости при наличии модулирующей схемы. И наоборот, ее применение критически важно для устройств, подлежащих установке после сдачи транспортного средства в эксплуатацию и претерпевающих более серьезные ограничения, подобные таковым, раскрытым в заявке на патент ЕР 0533508 А2. Среди указанных ограничений может быть указано требование к отсутствию электропроводки в транспортном средстве и, следовательно, наличию устройства беспроводной передачи данных, при этом датчик и передающее устройство должны иметь независимое питание, например, от батареи.
Устройство для уже сданного в эксплуатацию транспортного средств с беспроводной передачей сигнала раскрыто в заявке на патент DE 102009005571 А1. Данное устройство обеспечивает автоматическое включение и выключение фар дальнего света, однако в данной заявке не учитываются вопросы питания и обслуживания устройства, что подробно раскрывается в упомянутой заявке на патент ITFI20130072 А1.
Для устройств, подлежащих установке после сдачи транспортного средства в эксплуатацию, следует учитывать не только их стоимость, но также и потребление энергии и сложность схемы светового датчика, взаимодействующего со схемой управления включением-выключением дальнего света. Фактически потребление энергии батареей и себестоимость устройства являются ключевыми факторами. Еще одним фактором, затрудняющим автоматическое включение и выключение дальнего света, является трудность точной идентификации красных габаритных огней впереди идущих транспортных средств каждый раз, когда они имеют особенно низкую интенсивность. Фактически характеристики габаритных огней транспортных средств даже при условии их четкого описания в международных стандартах дорожного движения в части, касающейся их цвета и положения, часто недостаточны с точки зрения интенсивности излучения, а также по причине устаревания оптического блока и наличия следов окисления на отражающем слое параболы.
Обнаружение на достаточном расстоянии в пределах 100-150 метров возможно только при использовании технологии захвата видимого излучения, демонстрирующей максимальную чувствительность и избирательность, поскольку интенсивность света задних габаритных огней низка с учетом расстояния, на котором они должны быть обнаружены; следовательно, должны использоваться высокочувствительные оптические системы обнаружения.
В то время как высокочувствительные оптические системы обнаружения подходят для захвата нужной световой энергии даже со значениями ниже 0,1 лк, с другой стороны они все равно подвергаются воздействиям искажений, исходящим от источников света, вызывающих помехи, например, от рассеянного искусственного освещения, попадающего в зону видимости, и расположенных на обочине дороги, или даже от отраженного света, исходящего от проезжей части, освещаемой приближающимся транспортным средством.
Назначение и сущность изобретения
Устройство в комплекте с электронным блоком для устранения оптических искажений в соответствии с настоящей заявкой позволяет эффективно решать проблемы, возникающие при его эксплуатации в условиях, когда присутствуют внешние и даже отражающие объекты, легко и с незначительными затратами. Что касается рассматриваемого устройства, потребляемая им энергия ниже, при этом оно упрощает установку и эксплуатацию устройства, гарантируя существенное снижение нежелательных отключений дальнего света.
Это достигается за счет встраивания первой инновационной электронной схемы в схему управления включением-выключением дальнего света, также называемой релейной схемой, и путем встраивания второй инновационной схемы в схему датчика. Фактически известно, что устройства автоматического включения-выключения фар дальнего света состоят из схемы датчика и релейной схемы, преимущественно связанных между собой по беспроводной связи, например, по радиоканалу.
В соответствии с настоящей заявкой устройство выполняет такое же поочередное выключение и включение фар дальнего света в обеих схемах, при этом одновременно проверяя наличие остаточного света в период отключения фар дальнего света для обнаружения наличия отражений от окружающих объектов, способных в иных обстоятельствах привести к нежелательным и чрезвычайно неприятным отключениям дальнего света.
Электронное устройство устранения помех преобразует обычную работу устройства путем введения предварительно установленных последовательностей выключения и включения фар дальнего света при обнаружении детектором условий выключения. Указанные последовательности позволяют получать больше информации от уже имеющегося датчика. Преимущественно это инструкции, внедренные в схемы и не требующие какой-либо обработки, подобной таковым, необходимым в случае изображений с камер.
Данное свойство делает устройство максимально простым и в итоге обеспечивает меньшее потребление энергии, решая при этом конкретную техническую задачу по факту ее обнаружения.
Удобство состоит в том, что указанные инструкции могут быть непосредственно встроены в электронные компоненты. В предпочтительном конструктивном исполнении упомянутые инструкции управляются центральными процессорами, на работе которых благотворно сказываются встроенные специальные программы либо программное обеспечение: микропрограммы, имеющие отношение к схеме датчика, и иные микропрограммы, имеющие отношение к схеме управления. Устройство может преимущественно состоять из двух микроконтроллеров со встроенными напрямую инструкциями в их собственных внутренних хранилищах данных.
Схема управления дальним светом состоит из устройства беспроводного приема данных, передающего поток данных на центральный процессор, который, в свою очередь, осуществляет управление выключением и включением фар дальнего света путем применения электронного выключателя известного типа, например, на основе мощного транзистора.
Схема фотодетектора, расположенная ниже датчика светового детектора и соответствующая ему схема принятия решений, состоит из центрального процессора, отправляющего сигнал на устройство беспроводной передачи данных, и устройства сравнения совпадений, управляемое тем же самым центральным процессором. При необходимости для подавления некоторых составляющих выходного сигнала, идущего на устройство сравнения совпадений, может быть установлен уравнивающий фильтр.
При возникновении условий выключения фар дальнего света обычная схема принятия решений настраивает центральный процессор, отправляющий сигнал выключения на схему управления в соответствии с предварительно установленной последовательностью и запускает сравнение на основе этой последовательности. Устройство сравнения проверяет, имеется ли относительная темнота во время такой последовательности, и в случае положительного результата данной проверки центральный процессор вводит в передаваемый сигнал информацию о наличии отражения либо об относительной темноте и снова включает фары дальнего света.
Таким образом, электронная схема, раскрываемая в настоящей заявке, позволяет ограничивать продолжительность нежелательного отключения дальнего света до продолжительности предварительно установленной последовательности. Не говоря уже о том, что фары дальнего света не всегда выключаются во время данной последовательности. Исключительно для справки следует указать, что в подобном устройстве, раскрытом выше, передатчик является элементом с самым большим энергопотреблением, далее следует центральный процессор, схема принятия решений и схема дневного/ночного включения, если таковая имеется. Преимущественным рабочим режимом данного устройства является режим, включающий элементы с самым высоким энергопотреблением, не связанные с батареей транспортного средства, только в случаях острой необходимости, что существенно сокращает частоту замены батареи, предназначенной для питания схемы датчика.
В частности, схема датчика может включаться датчиком сумерек, обладающим очень низким энергопотреблением, либо подобным устройством. Далее в условиях пониженного энергопотребления схема принятия решений включает центральный процессор только тогда, когда это действительно требуется окружающими условиями, обычно, когда сигнал от фотодетектора превышает предварительно установленные пороговое значение. В конечном итоге электронная система снижения или устранения искажений позволяет ограничивать передачу данных также в форме пауз, что предотвращает постоянные проверки в пределах предварительно установленных интервалов времени. Например, если рассматривать время до встречи с транспортным средством, проверка наличия луча света от другого транспортного средства может повторяться каждую секунду. Данное решение также преимущественно сокращает период освещения.
Еще одно преимущество, полученное благодаря данному изобретению, относится к его способности точно и дистанционно выявлять красные габаритные огни впереди идущих транспортных средств с установленными на них устройствами, раскрытыми в настоящей заявке. Уровень мощности энергии света, излучаемого габаритными огнями впереди идущих транспортных средств, определяется детекторами, например, фотодиодами, способными преобразовывать световую волну в электрический сигнал, но не обладающих избирательной способностью, необходимой для разграничения по длинам волн (А).
Датчики или фотодиоды, обычно используемые в подобных целях, например, фотогальванические датчики, формируют электрический сигнал, пропорциональный качеству света, попадающего на них, но при этом сами они не распознают его цвет. Свет, излучаемый красными габаритными огнями в видимом спектре, и длины волн измеряются в нанометрах (нм).
Искусственное освещение, белое или желтое, состоит из видимого спектра, состоящего из длин волн от 400 до 700 нм; следовательно, световая энергия распространяется в ширине спектра приблизительно 300 нм.
Световая энергия, соответствующая красному цвету, концентрируется в диапазоне от 620 до 700 нм, что соответствует ширине спектра приблизительно 80 нм.
Изобретение, раскрытое в настоящей заявке, имеет специальные оптические фильтры, установленные на специально предназначенных фотодетекторах, отбирающие световую энергию, близкую к длине волны, соответствующей красному цвету, при этом отбрасывающие остальные цвета спектра. Удивительно, но благодаря применению данных оптических фильтров, встроенных в систему концентрации лучей света на основе линз, обычно используемой в устройствах данного типа, появляется возможность точно и удаленно обнаруживать габаритные огни транспортных средств даже при особенно низкой интенсивности их света.
Благодаря внедрению высокочувствительного датчика (красного датчика), предназначенного для обнаружения указанного спектра 660±40 нм, соответствующего красному цвету, имеется возможность повысить чувствительность устройства в соответствии с настоящий заявкой, таким образом существенно улучшив обнаружение красных габаритных огней впереди идущих транспортных средств. Оптический фильтр, установленный по схеме выше красного датчика, применяется для пропускания излучений, соответствующих только красному цвету, таким образом отбрасываются другие излучения, присутствующие в источниках искусственного освещения, содержащих цвета, близкие к белому, и улучшается избирательная чувствительность красного датчика.
Сигнал, распознанный красным датчиком, отправляется на схему принятия решений вместе с сигналом, распознанным центральным световым датчиком, и таким образом оба датчика не зависимо друг от друга переходят в позицию запуска процедуры передачи данных на устройство беспроводного приема данных, которое, в свою очередь, включает электронные выключатели дальнего света.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображена стандартная установка устройства для автоматического выключения и включения фар дальнего света на транспортном средстве (А) при появлении встречного транспортного средства. На фигуре показана коробка (20), в которой размещается схема (1) анализа и коробки (21, 22) со схемами (2) управления, относящимися к левой и праве фарам дальнего света.
На Фиг. 2 показан пример того, как объекты, окружающие транспортное средство (А), и в особенности дорожный знак с отражающей поверхностью (С), создают помехи в работе схемы анализа, расположенной внутри коробки (20).
На Фиг. 3 показано законченное конструктивное исполнение схемы (1) анализа, обычно размещаемой внутри указанной коробки (20), в случае применения одного фотодетектора. Луч света, обозначенный стрелкой, падает на фотодетектор (3), подающий сигнал, обрабатываемый схемой (4) принятия решений, и подвергается сравнению в устройстве (7) сравнения. На фигуре также показаны уравнивающий фильтр (6), микроконтроллер (5) и устройство (8) беспроводной передачи данных.
На Фиг. 4 показана функциональная схема конструктивного исполнения схемы (2) управления, обычно располагаемой внутри каждой из указанных коробок (21, 22). На фигуре также показаны устройство (9) беспроводного приема данных, микроконтроллер (10), выключатель и фара (12) дальнего света, излучающая луч света, обозначенный стрелкой. На фигуре не показан источник питания составляющих элементов, которым обычно является 12 В или 24 В батарея в транспортном средстве, также не показаны сигналы, включая, например, сигналы, используемые водителем для включения или выключения устройства вручную. В удобном для эксплуатации конструктивном исполнении на случай, если водитель захочет обойти работу устройства, имеется возможность отправки соответствующих сигналов по цепи питания.
На Фиг. 5 показана работа схемы (1) анализа. Первая строка - это сигнал, идущий от схемы (4) принятия решений, вторая - сигнал от фотодетектора, также проходящий через уравнивающий фильтр, третья - сигнал триггера с частотой, определяемой микроконтроллером (5), нижняя строка - результат сравнения, выполненного в целях проверки наличия отражения, возможно, созданного окружающими объектами. На второй строке горизонтальная линия показывает значение условий относительной темноты.
На Фиг. 6 показана работа схемы (2) управления. Первая строка - это выходной сигнал устройства беспроводного приема данных, вторая - сигнал управления, отправленный на выключатель, последняя строка - случай наличия отражений, определяющих время передачи, что очевидно из сравнения с первой строкой. На второй строке фары дальнего света отключаются, как только значение достигает верхнего положения.
На Фиг. 7 показана блок-схема логики работы конструктивного исполнения микроконтроллера (5) схемы анализа, состоящая из следующих операций:
- (51) работа микроконтроллера, запускаемая схемой (4) принятия решений;
- (52) управление передачей последовательности включения и выключения, отправляемое на устройство (8) беспроводной передачи данных;
- (53) сигнал триггера, отправленный на устройство (7) сравнения с пороговым значением;
- (54) проверка наличия отражения либо переходного сигнала от устройства (7) сравнения с пороговым значением;
- (55) сигнал перехода, отправленный на устройство (7) сравнения с пороговым значением;
- (56) ожидание;
- (57) дежурный режим.
На Фиг. 8 показана блок-схема логики работы конструктивного исполнения микроконтроллера (10) схемы управления, состоящая из следующих операций:
- (101) проверка наличия сигнала запуска последовательности выключения и включения от устройства (9) беспроводного приема данных;
- (102) команда запуска последовательности, отправленная на выключатель (11);
- (103) проверка наличия сигнала перехода от устройства (9) беспроводного приема данных
- (104) 3-секундное ожидание при выключенных фарах дальнего света;
- (105) сигнал управления включением дальнего света, отправленный на выключатель (11).
На Фиг. 9 показана функциональная схема устройства сравнения Шмидта, сопоставляющего сигнал от фотодетектора с относительной темнотой во время последовательности, установленной центральным процессором.
На Фиг. 10 показано конструктивное исполнение схемы (1) анализа в комплекте с красным датчиком (32), то есть с фотодетектором, предназначенным для отбора излучений света с длинами волн от 620 до 700 нм.
Красный датчик (32), установленный выше по схеме, представляет собой оптический фильтр (31), пропускающий излучения, соответствующие красному цвету, и отбрасывающий другие излучения.
Подробное описание конструктивного исполнения изобретения
В соответствии с настоящей заявкой данное устройство представляет собой готовое комплексное конструктивное и экономичное исполнение с применением микроконтроллеров для устранения искажений и состоит из кремниевых фотодиодов, размещенных внутри коробки (20) с двумя отверстиями на одной стороне. Оптическая концентрирующая система присоединяется к одному из указанных отверстий, при этом фильтр присоединяется к другому отверстию. Указанная коробка (20) снабжена соответствующими средствами, позволяющими размещать ее с внутренней стороны лобового стекла транспортного средства либо в другом удобном месте.
Внутри коробки размещена схема (1) анализа, производящая анализ электрических сигналов, вырабатываемых двумя упомянутыми фотодиодами, состоящая из схемы (4) принятия решений, вырабатывающей выходные сигналы каждый раз, когда такой луч света попадает на фотодетекторы, для обозначения наличия другого транспортного средства, движущегося во встречном направлении. Способ применения указанных двух фотодиодов вместо одного детектора является известным фактом, раскрытым, например, в патенте ITFI20130072.
В конструктивном исполнении, раскрытом в настоящей заявке, схема анализа также состоит из микроконтроллера (5) с передающими микропрограммами, расположенными внутри неразборного корпуса, и уравнивающего фильтра (6), подавляющего переменный компонент, производимый уличным освещением, обычно работающем на энергии сети электроснабжения общего пользования с частотой от 50 Гц до 60 Гц, и устройство (7) сравнения с пороговым значением.
Указанная схема (1) анализа запитывается от батареи, также питающей указанный один или несколько фотодетекторов, и указанное устройство беспроводной передачи данных.
Центральный процессор указанного микроконтроллера (5) выполняет инструкции, хранящиеся в памяти передающих микропрограмм, и по меньшей мере вырабатывает выходной сигнал, направляемый на устройство (8) беспроводной передачи данных, и выходной сигнал, направляемый на устройство (7) сравнения с пороговым значением. Выходной сигнал от последнего устройства возвращается в качестве входного сигнала на тот же самый микроконтроллер (5).
Выходной сигнал от микроконтроллера (5) на устройство (8) беспроводной передачи данных направляется на устройство (9) беспроводного приема данных, соединенное со схемой управления выключением и включением дальнего света.
Указанная схема (2) управления состоит из микроконтроллера (10) с передающими микропрограммами внутри неразборного корпуса и электронного выключателя типа MOSFET в предпочтительном конструктивном исполнении.
Оба конструктивных исполнения состоит из одной и той же последовательности, которая в случае принимающих микропрограмм выключает и включает дальний свет, и в случае передающих микропрограмм определяет сигнал запуска, направляемый указанным микроконтроллером (5) на указанное устройство сравнения (7).
Иными словами, указанное устройство (7) сравнения, представляющее собой триггер Шмидта в предпочтительном конструктивном исполнении, сравнивает сигнал от указанных фотодиодов с сигналом триггера, представляющем собой синхронизированный сигнал темноты, соответствующий запрограммированной последовательности выключения и включения дальнего света. Поскольку последовательность сигналов триггера идентична последовательности выключения и включения дальнего света, указанное устройство (7) сравнения проверяет наличие луча света в отсутствие отраженного луча света от фар дальнего света от собственного транспортного средства.
В случае если фары дальнего света не выключены, фотодиоды показывают наличие луча света, и тогда предполагается, что этот луч света идет от транспортного средства, движущегося во встречном направлении, в противном случае это указывает на наличие отражения или перехода, обусловленного отражением на окружающих объектах.
Таким образом, данное условие выявляется устройством сравнения, направляющим сигнал о наличии отражения на микроконтроллер, вводящим его в выходной сигнал, предназначенный для указанного устройства (8) беспроводной передачи данных, направляющего его на устройство (9) беспроводного приема данных. После того, как микроконтроллер получает сигнал о наличии отражения, данный сигнал заставляет фары дальнего света немедленно включиться. При отсутствии сигнала о наличии отражения принимающий микроконтроллер оставляет фары дальнего света выключенными в течение установленного периода времени. Указанное время может варьироваться от двух до пяти секунд, предпочтительное значение составляет три секунды.
Запуск передающего микроконтроллера управляется указанной схемой (4) принятия решений непосредственно после выявления условий возникновения риска ослепления встречного транспортного средства. Данный прогрессивный запуск разных элементов устройства позволяет существенно экономить энергию батареи, питающей схему внутри коробки (20).
В предпочтительном конструктивном исполнении временная схема принимающих микропрограмм предполагает продолжительность выключения фар дальнего света от 10 до 100 мс, меняющиеся в соответствии с равными интервалами включения. В конструктивном исполнении, раскрытом в настоящей заявке, продолжительность интервалов выключения и включения фар составляет 20 миллисекунд.
Для удобства эксплуатации данная последовательность может состоять из некоторых повторов последовательности выключения включения в целях предотвращения неточного выявления света из-за объектов, являющихся внешними по отношению к транспортному средству либо составляющих его часть, определяемых как временно затемненные. В предпочтительном конструктивном исполнении указанная последовательность состоит из трех отключений дальнего света.
Далее, с целью ограничения использования устройства и энергопотребления в тех случаях, когда это действительно необходимо, введена пауза между запуском последовательности выключения и включения дальнего света и следующей последовательностью.
Введение или невведение данной паузы, выполняемое указанным микроконтроллером (5) предпочтительно после отправки сигнала о наличии отражения до повторного выполнения проверки, запрашивает ли схема (4) принятия решений новый цикл анализа для повтора.
И наоборот, в случае отсутствия сигнала о наличии отражения схема (2) управления оставляет дальний свет выключенным в течение установленного времени, например, 3 секунды. Настоящим делается ссылка на описание фигур 5 и 6 для более подробного представления работы схем анализа и контроля в конкретном конструктивном исполнении.
В готовом конструктивном исполнении настоящего изобретения имеется датчик (32), также именуемый красным датчиком, предназначенный для выявления спектра с длинами волн 660 нм ±40 нм, соответствующий красному цвету спектра; оптический фильтр (31) устанавливается выше красного датчика по схеме и работает так, чтобы через него проходили только излучения, соответствующие красному цвету, а остальные излучения, присутствующие в свете искусственного освещения, отбрасывались, таким образом улучшая избирательную чувствительность красного датчика.
Сигнал, распознанный красным датчиком, отправляется на схему принятия решений вместе с сигналом, распознанным центральным световым датчиком, и таким образом оба датчика не зависимо друг от друга переходят в позицию запуска процедуры передачи данных на устройство беспроводного приема данных, которое, в свою очередь, включает электронные выключатели дальнего света.