Адаптивная система головного освещения автомобиля
ADAPTIVE HEAD CAR LIGHTING SYSTEM

Изобретение относится к автомобильной светотехнике и может быть использовано на автомобилях в качестве адаптивной системы головного освещения дорожного полотна. Ожидаемый технический результат при осуществлении изобретения - улучшение видимости дорожного полотна при изменении скорости и маневре автомобиля при движении, в том числе в плохих погодных условиях, а также снижение слепимости водителей при встречном разъезде. Использование в качестве источника света RGB светодиода позволяет реализовать светораспределение дальнего, ближнего, противотуманного света, а также режим ходовых огней. Для регулирования направления светового пучка используется изменение положения либо всей фары, либо ее какого-то конструктивного элемента. Известен способ регулирования положения светового пучка фары транспортного средства [1], включающий процессы концентрации излучения источника света асесимметричным эллипсоидным отражателем в области его второй фокальной плоскости на входном торце волоконно-оптического преобразователя изображения, частичное виньетирование сконцентрированного изображения тела накала источника света, трансформацию волоконно-оптическим преобразователем изображения сконцентрированного изображения тела накала в изображение на его выходном торце, в котором процесс регулирования положения светового пучка фары относительно дорожного полотна осуществляют поворотом волоконно-оптического преобразователя изображения относительно второй фокальной точки эллипсоидного отражателя в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях. К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие возможности изменения ширины светового пучка в зависимости от скорости движения автомобиля, ослепление водителей транспортных средств при встречном разъезде из-за наложения светораспределений обоих транспортных средств в промежутке между ними при их сближении, а также невозможность создания предложенной конструкцией фары, для реализации данного способа, противотуманного адаптивного света.
Для снижения ослепления водителей при встречном разъезде наибольшее распространение получило либо статическое изменение положения светотеневой границы правой и левой фар, либо динамическое изменение, вырезающие часть конусного пространства из общего светового потока, ограниченного встречным транспортным средством, причем во втором варианте осуществляется изменение положения конусного пространства в зависимости от положения транспортного средства на дороге.
По первому варианту известна система фар прожекторного типа [2], в которой обтюраторы имеют одинаковую геометрию, причем их фокальные линии установлены зеркально относительно вертикальной плоскости симметрии, проходящей между левой и правой фарами. Световые пучки правой и левой фар, накладываясь друг на друга, образуют общее светораспределение с закрытым световым пробелом, соответствующим встречному транспортному средству. Недостатком системы головного освещения является невозможность изменения положения менее освещенного участка дороги при сближении транспортных средств, что приводит, с одной стороны, к плохой освещенности дороги на участках вырезаемых обтюраторами, а с другой - к ослеплению водителей из-за чрезмерной контрастности освещенных обоими транспортными средствами участков дороги по сравнению с менее освещенным. Кроме того, система не позволяет создавать противотуманный адаптивный свет.
По второму варианту наиболее близким к заявляемому является способ освещения дороги группой светодиодов [3], заключающийся в снижении уровня освещенности того участка, на котором находится движущийся автомобиль. Светодиоды питаются импульсами минимальной скважности, что соответствует их максимальной яркости. При появлении в зоне освещения светодиода ярких посторонних источников света световой поток, приходящий на фотоприемник между вспышками светодиода, резко возрастет, что приведет к возрастанию сигнала на его выходе выше порогового значения, который, управляя генератором импульсов питания светодиода, переведет его в режим большой скважности, что субъективно воспримется как выключение светодиода. Хотя способ и обеспечивает изменение (выключение) освещенности дорожного полотна в зависимости от положения встречного автомобиля, на остальной части дорожного полотна происходит сложение освещенностей двух сближающихся транспортных средств, что приведет к ослеплению водителей из-за чрезмерной контрастности освещенных обоими транспортными средствами участков дороги по сравнению с менее освещенным. К тому же система не позволяет создавать противотуманный адаптивный свет.
Предлагаемое изобретение направлено на улучшение светораспределения на дорожном полотне на дальнем, ближнем и противотуманном свете в зависимости от скорости движения и положения рулевого колеса автомобиля.
Ожидаемый технический результат при реализации предлагаемого изобретения - это возможность реализации светораспределения дальнего, ближнего и противотуманного света, а также повышение безопасности дорожного движения вследствие как снижения ослепления водителей встречных транспортных средств при встречном разъезде, так и автоматическом формировании противотуманного света. Использование RGB светодиода в качестве источника света снижает энергопотребление, стоимость и увеличивает срок службы системы освещения.
Это достигается тем, что в известной системе головного освещения в фаре, содержащей эллипсоидный отражатель, конденсорную линзу, для изменения положения светового пучка на дорожном полотне линза перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а изменение ширины светового пучка при изменении скорости движения осуществляется осевым перемещением отражателя.
Отличительными конструктивными признаками фары для реализации заявляемой адаптивной системы от ближайшего аналога являются механизмы горизонтального, вертикального перемещения линзы, а также осевого перемещения отражателя. Для создания ближнего и противотуманного света введены модули перемещения соответствующих обтюраторов. Источник света на RGB светодиоде имеет механизм широтно-импульсного изменения силы света по двухпроводной линии связи для реализации дальнего, ближнего, противотуманного света и дневных ходовых огней при изменении спектрального состава для противотуманного света.
Конструкция фары для реализации заявляемой адаптивной системы освещения приведена на фиг. 1. Она состоит из 1 - RGB светодиода, 2 - отражателя, 3 - двигателя обтюратора противотуманного света, 4 - корпуса фары, 5 - направляющих горизонтального перемещения линзы, 6 - рамки вертикального перемещения линзы, 7 - линзы, 8 - двигателя вертикального перемещения, 9 - рамка и горизонтального перемещения линзы, 10 - двигателя горизонтального перемещения линзы, 11 - двигателя обтюратора ближнего света, 12 - направляющих продольного перемещения отражателя, 13 - двигателя продольного перемещения отражателя.
На фиг. 2 приведены расположения линзы и отражателя фары (фиг. 1) при формировании различных светораспределений. Осевым перемещением отражателя осуществляется изменение ширины светового пучка вплоть до создания светораспределения прожекторного типа для специальных автомобилей. Поворот светового пучка происходит перемещением линзы в горизонтальной плоскости в зависимости от скорости движения и положения рулевого колеса. Перемещение в вертикальном направлении необходимо при формировании противотуманного света, а также при осевой нагрузке на заднюю ось.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемого устройства расширились функциональные возможности изделия, достигнут описанный выше технический результат, что в итоге дало возможность решить поставленную задачу и улучшить технические характеристики адаптивной системы головного освещения транспортного средства.
Сущность изобретения при встречном разъезде транспортных средств поясняется светораспределением на дорожном полотне, представленным на фиг. 3.
При правильной регулировке фар головного освещения освещенность точки В50L, соответствующей положению глаз водителя встречного автомобиля, находящегося на расстоянии приблизительно 50м, согласно ГОСТ Р 41.1-99, не превышает 0,4лк, что не приводит к ослеплению водителей встречных автомобилей светом фар. Проблема состоит в том, что ослепление водителей возникает вследствие чрезмерной контрастности освещения участка дороги между сближающимися автомобилями по сравнению с освещением обочины. Согласно СНИП для предотвращения чрезмерной контрастности двух разноярких поверхностей, находящихся рядом, отношение освещенностей их поверхностей не должно превышать 20 раз. Это соотношение выдерживается при освещении дороги на ближнем свете при движении только одного автомобиля. Так значение освещенности в зоне 1 контрольного экрана согласно нормам ЕЭК при ООН для ламп Н4 составляет 30лк, в то время как освещение правой обочины - 2 лк. Как видно, отношение освещенностей составляет 15. Однако дорожное полотно между сближающимися автомобилями будет освещаться двумя автомобилями, а, как известно, освещенность дорожного полотна обратно пропорциональна квадрату расстояния до освещаемого участка. В этой связи при уменьшении расстояния между автомобилями в два раза освещенность дорожного полотна между ними вырастет в 4 раза и будет многократно превышать допустимое значение в 20 раз. Тогда при перемещении взгляда с правой обочины в любую из зон, освещаемую двумя сближающимися автомобилями, будет наблюдаться ослепление обоих водителей вследствие чрезмерной контрастности двух разноярких участков дороги. Время аккомодации человеческого глаза составляет около 5с, что при движении автомобилей со скоростями 60 км/ч каждый приведет к сближению их за это время на 167 м. Неконтролируемая водителями ситуация может привести к аварии на дороге. И, наоборот, при переносе взгляда с наиболее освещённого участка на обочину будет наблюдаться эффект «черной ямы», когда водитель на время аккомодации практически ничего не видит. Следовательно, необходимо контролировать освещенность дорожного полотна между сближающимися автомобилями и изменять силу света их левых фар с тем, чтобы она не превышала допустимого значения согласно нормам ЕЭК при ООН. При этом для сохранения требуемой освещенности обочины сила света правых фар автомобилей изменяться не должна.
Для контроля освещенности в зоне 1 в предлагаемой системе введен датчик освещения дорожного полотна, по сигналу с которого модуль изменения силы света и спектрального состава RGB светодиода под управлением микроконтроллера снижает силу света левой фары.
Положение светового пучка на дорожном полотне контролируется с помощью введенных модулей горизонтального и вертикального перемещения линзы, а также осевого перемещения отражателя. По сигналу с датчика скорости модуль осевого перемещения линзы изменяет ширину светового пучка, а модуль вертикального перемещения линзы корректирует его положение по высоте с тем, чтобы максимально обеспечить освещенность дорожного полотна вдоль маршрута движения с целью своевременной реакции водителя на изменение дорожной обстановки. Сигнал с датчика положения рулевого колеса позволяет модулю горизонтального перемещения линзы заблаговременно изменять положение светового пятна на дорожном полотне по горизонтали с тем, чтобы при изменении маршрута движения (повороте, обгоне и т.п.) освещать тот участок движения, по которому будет продолжено движение транспортного средства. Работа всех модулей осуществляется под управлением микроконтроллера.
Движение в светлое время суток должно осуществляться с включенными ходовыми огнями. С этой целью в конструкции современных автомобилей предусмотрены специальные ходовые огни с определенной силой света, не имеющие четкой светотеневой границы. Поскольку освещенность земной поверхности в светлое время суток может изменяться в несколько десятков раз, то водители транспортных средств, как и пешеходы при переходе через дорогу или движении по тротуарам, подвергаются ослеплению однорежимными ходовыми огнями. Это существенно увеличивает аварийность на дорогах. Для реализации адаптивных ходовых огней в предлагаемой системе освещения введен датчик естественной освещенности, по сигналу с которого модуль изменения силы света и спектра RGB светодиода под управлением микроконтроллера уменьшает силу ближнего света фар с тем, чтобы обнаружение движущегося транспортного средства не приводило к одновременному ослеплению наблюдающего.
Для создания противотуманного света в предлагаемую систему введен модуль изменения силы и спектрального состава света, а также датчик тумана, сигнал с которого позволяет в режиме реального времени изменять силу света RGB светодиода и его цветность на селективно желтый. Для изменения ширины светового пучка введен модуль обтюратора противотуманного света, который совместно с модулями перемещения обтюратора ближнего света, осевого перемещения отражателя и горизонтального и вертикального перемещения линзы под управлением микроконтроллера формирует светораспределение, характерное для противотуманного света.
Структурная схема предлагаемой адаптивной системы головного освещения автомобиля приведена на фиг. 4.
Система состоит из 1 - датчика естественной освещенности, 2 - датчика освещенности дорожного полотна, 3 - датчика скорости автомобиля, 4 - датчика положения рулевого механизма, 5 - датчика тумана, 6 - модуля перемещения обтюратора противотуманного света, 7 - микроконтроллера, 8 - модуля изменения силы света и спектра RGB светодиода, 9 - модуля осевого перемещения отражателя, 10 - модуля перемещения обтюратора ближнего света, 11 - модуля горизонтального перемещения линзы, 12 - модуля вертикального перемещения линзы.
Модуль 8 содержит драйвер и импульсный регулятор силы и спектра RGB диода, а модули 6, 9, 10, 11 и 12, кроме драйверов, - электрические двигатели перемещения обтюратора противотуманного света, осевого перемещения отражателя, перемещения обтюратора ближнего света, горизонтального и вертикального перемещения линзы соответственно.
Система позволяет формировать дальний, ближний, противотуманный свет и заменяет дневные ходовые огни, обладает низким энергопотреблением, имеет большой срок службы, снижает ослепленность участников движения, увеличивая тем самым безопасность дорожного движения. Подключение производится к штатной бортовой сети питания автомобиля.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2 289 754, кл. F21S 8/12, F21V 14/00, B60Q 1/04, опубл. 20.12.2006.
2. Патент РФ на изобретение №2 441 778, кл. B60Q 1/14, F21V 14/08, опубл. 10.02.2012.
3. Патент РФ на изобретение №2 446 963, кл. B60Q 1/04, F21S 8/12, опубл. 10.04.2012.