ФАРА (ВАРИАНТЫ)

Представленная группа полезных моделей относится к области транспортной техники, а именно к конструкции неослепляющей фары транспортного средства, выполненной на основе светодиодов и к новой технологии освещения дороги с использованием неослепляющих фар.
Как известно, существует проблема ослепления водителей транспортных средств светом фар от других транспортных средств, что приводит, по разным оценкам, к пятнадцати процентам всех дорожно-транспортных происшествий - [y_vozhdenija_avto-mobilja_nochju_i_v_uslovijakh_plokhojj_vidimosti.html]/. Ослепление происходит как из-за недисциплинированности некоторых водителей - непереход ими на ближний свет при встречной езде или обгоне, - так и ввиду конструктивных особенностей фар ближнего света. Например, применяемые в настоящее время в большинстве автомобилей фары ближнего света не имеют автоматических корректоров и ослепляют встречный транспорт при движении автомобиля по криволинейной траектории и также в случае их разъюстировки относительно нормы.
Известна проблема защиты глаз водителей от встречного света. В частности, известно устройство для переключения ближнего и дальнего света фар транспортного средства, включающее установленный в передней части транспортного средства датчик освещенности, блок сравнения, формирователь команды переключения света, выходы которого подключены соответственно к лампам фар транспортного средства и переключатель света фар, а также генератор импульсов и датчик скорости транспортного средства [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1409491 от 11.12.1986, МПК4 B60Q 1/08, опубл. 15.07.1988]. Устройство обеспечивает автоматическое переключение света фар с дальнего на ближний каждого из встречно движущихся автомобилей при разъезде на оптимальной дистанции, что способствует созданию благоприятных условий работы водителей и повышению безопасности движения.
Хотя известное устройство и решает проблему своевременного перехода с дальнего света фар на ближний свет, оно не решает проблем, связанных с ранее упомянутыми недостатками фар ближнего света.
Известна система защиты глаз водителя при ослеплении светом фар встречного транспортного средства, содержащая экран, фотокамеру, устройство определения координаты пересечения оптической оси глаза с экраном, блок управления на основе программно-аппаратного комплекса, выполненного с возможностью периодичного считывания координат положения глаз водителя с датчика по определению координат положения каждого глаза человека относительно экрана, который выполнен в виде прозрачного или частично-прозрачного защитного полимерного жидкокристаллического экрана низкого разрешения матричного типа и закреплен на лобовом стекле автомобиля или между лобовым стеклом и водителем, и осуществляющий формирование затемнения в той части экрана, которое необходимо для защиты глаз водителя транспортного средства от ослепления светом фар встречного транспортного средства, а блок управления периодически считывает изображения света фар встречного транспортного средства с фотокамеры [Описание полезной модели к патенту РФ №92789 от 08.12.2009, МПК F61F 9/06, опубл. 10.04.2010]. Система обеспечивает эффективную защиту глаз водителя транспортного средства при ослеплении светом фар встречного транспортного средства при одновременном сохранении прозрачности лобового стекла в зонах, на которые не попал свет от источника.
Реализация данной системы в большинстве выпускаемых автомобилей в ближайшей перспективе невозможна, так как по стоимости она соизмерима со стоимостью самого автомобиля. Кроме того, дефекты ветрового стекла автомобиля и его загрязнение резко уменьшают эффективность работы системы, так как рассеивают ослепляющий свет вне зоны действия сформированных затемнений жидкокристаллического экрана.
Известна конструкция противоослепляющей фары, содержащая источник потока параллельных лучей света и основную стопу плоских параллельных между собой пластин прозрачного диэлектрика, установленных на пути потока лучей света под углом Брюстера к нему. На пути составляющей потока света, отраженной от основной стопы пластин прозрачного диэлектрика, установлена дополнительная стопа пластин прозрачного диэлектрика, а на пути составляющей потока света, прошедшей через основную стопу пластин прозрачного диэлектрика, установлен затвор из светонепроницаемого материала, соединенный через исполнительный механизм с электронным регулятором, содержащим светочувствительные датчики [Описание изобретения к патенту РФ №2241175 от 11.03.2002, МПК F21S 8/10, опубл. 27.11.2004]. Обеспечивается повышение эффективности работы транспортных средств путем повышения безопасности и экономичности их эксплуатации.
Недостатком данной конструкции является уменьшение, вследствие поляризации, примерно вдвое светового потока фары в режиме ближнего света.
Известна фара со светодиодным источником излучения, содержащая источник питания, блок управления и светодиоды, установленные на платах особым образом и снабженные вторичной оптикой, причем часть вторичной оптики имеет узкий угол расходимости луча дальнего света, а другая часть - широкий - ближнего света [Описание полезной модели к патенту РФ №78739 от 18.08.2008, МПК B60Q 1/00, B60Q 1/04, F21S 8/10, опубл. 10.12.2008]. Фара обладает расширенными функциональными возможностями, надежностью работы и экономичностью.
Следует отметить, что техническое решение известной фары является следствием использования светодиодной техники, которая сама по себе обладает всеми перечисленными достоинствами, но в данном устройстве не решена проблема ослепления водителей других транспортных средств вследствие «забывчивости» водителя о необходимости перехода на ближний свет или вследствие разъюстировки фары.
Наиболее близким аналогом заявленной группы полезных моделей является система BeamAtic Premium - совместный проект французской компании Valeo и японской фирмой Ichikoh, - предотвращающая ослепление встречных водителей на шоссе без переключения дальнего света автомобиля [http://?10756]. Система имеет в своем составе фару, диаграмма направленности которой может изменяться за счет механического перемещения непрозрачного экрана (шторки), размещенного в оптической системе фары, видеокамеру, воспринимающую дорожную обстановку и компьютер, обрабатывающий информацию с видеокамеры и управляющий непрозрачным экраном, размещенным в оптической системе фары.
Недостатками данной системы являются:
- наличие в составе системы мощного компьютера для объективного анализа информации о ситуации на дороге, поступающей от видеокамеры;
- наличие самой видеокамеры и точных механизмов перемещения шторки, что делает систему достаточно дорогой и невостребованной производителями недорогих автомобилей;
- отсутствие защищенности системы от ложного принятия решения при приеме видеокамерой системы света собственных фар, отраженного от элементов дорожной обстановки, таких, как светоотражающие элементы дорожных знаков, хромированные детали других автомобилей, обледенелые деревья и т.п.;
- непредсказуемость системы при движении навстречу колонне автомобилей.
Задача, решаемая группой полезных моделей и достигаемый технический результат заключаются в эффективном предотвращении ослепления участников дорожного движения, включая водителей движущегося, как встречно, так и попутно, или стоящего транспорта, независимо от скорости, траектории движения транспортного средства, рельефа местности и человеческого фактора, и при условии полноценного освещения дороги.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата, в первом варианте фары в качестве собственного источника света используют, по меньшей мере, один светодиод, который формирует зону освещения и имеет связанный с ним, по меньшей мере, один фотоприемник, диаграмма направленности которого частично или полностью совпадает с диаграммой направленности светодиода и управляющий его яркостью в зависимости от посторонних источников света, находящихся в зоне освещения светодиода, при этом светодиоды и фотоприемники работают в импульсном режиме в противофазе с возможностью обнаружения фотоприемниками посторонних источников света между вспышками светодиодов.
Кроме этого:
- светодиоды выполнены с возможностью реализации частоты вспышек выше уровня восприятия человеческого глаза;
- зона освещения проезжей части дороги формируется путем сложения собственных зон освещения светодиодов с возможностью их частичного и/или полного перекрытия.
Во втором варианте фары в качестве собственного источника света используют, по меньшей мере, один светодиод, который формирует собственную зону освещения и имеет связанный с ним, по меньшей мере, один фотоприемник, управляющий его яркостью, при этом светодиоды и фотоприемники работают в импульсном режиме в противофазе, причем фотоприемники расположены с возможностью реагирования на освещенность кристалла светодиода от посторонних источников света, находящихся в зоне освещения светодиода, между его вспышками.
Кроме этого:
- светодиоды выполнены с возможностью реализации частоты вспышек выше уровня восприятия человеческого глаза;
- зона освещения проезжей части дороги формируется путем сложения собственных зон освещения светодиодов с возможностью их частичного и/или полного перекрытия.
Полезные модели поясняются чертежами, где:
- на фиг.1 схематично показана конструкция простейшей фары - первый вариант, - с одним светодиодом, которой имеет связанный с ним фотоприемник, диаграмма направленности которого почти совпадает с диаграммой направленности светодиода;
- на фиг.2 - работа фары фиг.1 в режиме излучения - светодиод включен, фотоприемник выключен
- на фиг.3 - работа фары фиг.1 в режиме приема - светодиод выключен, фотоприемник включен;
- на фиг.4 схематично показана конструкция простейшей фары - второй вариант, - с одним светодиодом, которой имеет связанный с ним фотоприемник, расположенный с возможностью реагирования на освещенность кристалла светодиода от освещения его внешним источником света - при таком размещении диаграммы направленности светодиода и фотоприемника практически идентичны;
- на фиг.5 - работа фары фиг.4 в режиме излучения - светодиод включен, фотоприемник выключен
- на фиг.6 - работа фары фиг.4 в режиме приема - светодиод выключен, фотоприемник включен;
- на фиг.7 изображены диаграммы работы светодиодов (а) и фотоприемников (б) в импульсном режиме в противофазе в режиме освещения дороги;
- на фиг.8 - диаграммы работы светодиодов (в) и фотоприемников (г) в режиме отключения;
- на фиг.9 схематично показана работа светодиода и фотоприемника на примере фиг.4 при наличии дефекта в оптической системе фары;
- на фиг.10 показана схема освещения дороги фарой с множеством светодиодов в отсутствии встречного транспорта;
- на фиг.11 показана та же самая схема со встречно движущимся транспортом.
- на фиг.12 изображена функциональная схема фары с одним светодиодом и одним фотоприемником.
Фара по первому варианту полезной модели имеет собственный источник света, в качестве которого используется один или более светодиодов 1, каждый из которых формирует собственную зону (сектор) 2 освещения. Каждый светодиод 1 имеет связанный с ним, по меньшей мере, один фотоприемник 3, диаграмма направленности которого частично или полностью совпадает с диаграммой направленности связанного с ним светодиода 1 и управляющий его яркостью в зависимости от посторонних (внешних) источников света (освещения) 4, находящихся в зоне 2 освещения светодиода 1. Светодиоды 1 и фотоприемники 3 работают в импульсном режиме в противофазе с возможностью обнаружения фотоприемниками 3 между вспышками светодиодов 1 посторонних источников света 4, например транспорта с включенными фарами (см. фиг.11).
Светодиоды 1 фары выполнены с возможностью реализации частоты вспышек выше уровня восприятия человеческого глаза (более 23 вспышек в секунду), а ее зона 5 освещения формируется путем сложения собственных зон 2 освещения светодиодов 1 с возможностью их частичного и/или полного перекрытия.
Фара по второму варианту полезной модели аналогична по конструкции фаре по первому варианту, за некоторым исключением. Она также использует в качестве собственного источника света, по меньшей мере, один светодиод 1, который формирует собственную зону (сектор) 2 освещения и имеет связанный с ним, по меньшей мере, один фотоприемник 3, управляющий его яркостью, при этом светодиоды 1 и фотоприемники 3 работают в импульсном режиме в противофазе, причем фотоприемники 3 расположены с возможностью реагирования на освещенность кристалла светодиода 1 от посторонних источников света 4, находящихся в зоне 2 освещения светодиода 1, между его вспышками.
Технология освещения дороги с использованием полезных моделей, заключается в снижении уровня освещенности того участка, на котором находится посторонний транспорт (посторонний источник света 4) с включенными фарами (см. фиг.11), причем освещение осуществляется источником света, в качестве которого используется, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых фар.
Проанализируем существенные признаки полезных моделей.
Несмотря на известность использования светодиодной техники в качестве источников освещения, их возможности до сих пор не используются в полной мере.
Выполнение фары, источником света которой являются один или несколько светодиодов 1, управляемые связанными с ними фотоприемниками 3 при условии их работы в импульсном режиме в противофазе позволяет реализовать уникальную технологию освещения дороги, когда без применения дорогих аппаратно-программных комплексов освещается только та ее часть, где нет транспортных средств с включенными фарами.
Работа светодиодов 1 и фотоприемников 3 в импульсном режиме в противофазе позволяет разместить их в непосредственной близости друг от друга, что позволяет использовать для них общие элементы оптической системы 6 фары и получить практически полное совмещение их диаграмм направленности. Практическое совмещение диаграмм направленности фотоприемников 3 и светодиодов 1, а также их работа в импульсном режиме в противофазе обеспечивает полную помехозащищенность фары от ее выключения собственным отраженным светом, позволяет снизить требования к юстировке фары и месту ее установки, отказаться от применения компенсирующих положения фары устройств.
Субъективно для водителя транспортного средства, оборудованного подобной фарой, дорога будет освещена как при езде с дальним светом, при этом другие участники дорожного движения с включенными огнями фар будут сопровождаться неосвещенными секторами 7, так как направленные на них светодиоды 1 будут выключены по команде связанных с ними фотоприемников 3. Водители других транспортных средств воспримут свет от выполненных согласно полезной модели фар, например, как ближний.
Следует отметить, что под выключением светодиодов 1 подразумевается увеличение скважности импульсов их включения, воспринимаемое человеческим глазом как их выключение или свечение с малой яркостью, при этом фотоприемники 3 подобных фар, установленные на других транспортных средствах будут реагировать на такие светодиоды 1, как на включенные, независимо от субъективных восприятий людей. На фиг.7 и фиг.8 положительными импульсами показаны временные интервалы работы светодиодов 1 (верхние графики) и фотоприемников 3 (нижние графики) в режиме освещения - фиг.7, и выключения - фиг.8.
В самом простом варианте предлагаемая фара может быть выполнена с одним светодиодом 1 и одним фотоприемником 3 и использоваться в качестве, как основного, так и дополнительного источника света, например, как фара дальнего света в сочетании с фарой ближнего света. В отличие от применяемых в настоящее время фар дальнего света предлагаемая фара автоматически выключается при появлении в ее зоне освещения других транспортных средств.
Возможно применение настоящей фары в качестве одного или нескольких дополнительных источников света, самостоятельно устанавливаемых водителями транспортных средств, так как для нее нет жестких требований по юстировке.
В более сложном варианте фара состоит из нескольких светодиодов 1, каждый из которых управляется связанным с ним фотоприемником 3, зона освещения фары формируется сложением собственных зон освещения 2 светодиодов 1. При выполнении фары из нескольких светодиодов 1 необходима синхронизация их работы с целью предотвращения ложного срабатывания фотоприемников 3 от света не связанных с ними светодиодов 1.
Предлагаемая фара может быть использована для обмена информацией между участниками дорожного движения или передачи информации с транспортного средства для различных служб с целью снижения аварийности наряду с разрабатываемой в настоящее время системой «Car-2-Car» (2008/10/31/152189.html). В составе фары присутствуют необходимые для этого передатчик (светодиод 1) и приемник (фотоприемник 3). Для передачи информации может осуществляться частотная модуляция импульсов включения светодиодов 1.
Светодиоды 1 и фотоприемники 3 фары конструктивно могут находиться в непосредственной близости, иметь общую оптическую ось и использовать общие оптические детали фары, что делает систему защищенной от механического смещения, загрязнения, изменения свойств элементов оптики фары, так как изложенные дефекты будут идентично влиять как на работу светодиода 1, так и фотоприемника 3. Например, если какой-либо дефект фары (царапина, замерзший лед, капля воды и др.) вызвал отклонение луча светодиода 1, который может вызвать ослепление человека со стороны, например, водителя подъезжающего к перекрестку автомобиля, то и на фотоприемник 3 также будет приходить свет от этого внешнего источника 4, именно с того направления, в каком теперь светит светодиод 1, что приведет к выключению фары - см. фиг.9.
Работа системы на основе светодиодной фары с одним светодиодом и одним фотоприемником происходит следующим образом: ночью при отсутствии в зоне освещения 2 светодиода 1 других источников света, фотоприемник 3 между вспышками светодиода 1 освещен слабым светом исходя из условий естественного или искусственного ночного освещения (луна, звезды или фонари), при этом световой поток на фотоприемнике 3 слабый, сигнал на его выходе не превышает порогового значения и не влияет на работу генератора импульсов питания (ГУН - генератор, управляемый напряжением) 8 светодиода 1. Светодиоды 1 питаются импульсами минимальной скважности, что соответствует их максимальной яркости. При появлении в зоне освещения 2 светодиода 1 ярких посторонних источников света 4, световой поток, приходящий на фотоприемник 3 между вспышками светодиода 1 резко возрастет, что приведет к возрастанию сигнала на его выходе выше порогового значения, который управляя генератором импульсов питания 8 светодиода 1, переведет его в режим большой скважности, что субъективно воспримется как выключение светодиода 1. Шина 9 внешней синхронизации и управления необходима для синхронизации работы светодиодов 1 (если их несколько) изменения порогового напряжения срабатывания в зависимости от времени суток, принудительного отключения и другого управления системой.
Аналогичным образом происходит работа системы на основе светодиодной фары с несколькими светодиодами 1 и несколькими фотоприемниками 3.
Технологию освещения дороги, включая ее проезжую часть, рассмотрим на характерных примерах работы фар.
Пример 1.
Фара по первому варианту полезной модели оснащена несколькими светодиодами 1, выполненными с возможностью формирования общей зоны освещения 5, такой, например, как представленная на фиг.10. Каждый светодиод имеет связанный с ним фотоприемник 3 (см. фиг.1), каждый из которых способен между вспышками светодиодов 1 обнаруживать внешние (посторонние) источники освещения 4.
Предлагаемая фара, установленная на транспортном средстве, формирует зону освещения 5 (см. фиг.10). При появлении встречного автомобиля (см. фиг.11) свет от него через оптическую систему 6 фары (фиг.1) попадает на фотоприемник 3 того светодиода 1, в зоне освещения которого в данный момент времени находится встречный автомобиль, фотоприемник 3 отключает светодиод 1, встречный автомобиль станет находиться в «теневой» зоне (секторе) 7. При угловом перемещении встречного автомобиля относительно предлагаемой фары в зоны (сектора) освещения 2 других ее светодиодов 1, связанные с ними фотоприемники 3 их также выключат, таким образом, встречный автомобиль будет всегда находиться в теневой зоне 7 предлагаемой фары.
В случае обгона предлагаемая фара, реагируя за свет габаритных огней движущегося впереди транспортного средства, также отключит ослепляющий свет.
Пример 2.
Фара по второму варианту полезной модели, допустим, также оснащена несколькими светодиодами 1, также выполненными с возможностью формирования общей зоны освещения 5, как представленная на фиг.10. Каждый светодиод 1 имеет связанный с ним фотоприемник 3 (см. фиг.4), способный между вспышками светодиодов 1 обнаруживать посторонние источники освещения 4.
При перемещении в темное время суток по проезжей части дороги транспортного средства с фарой, выполненной согласно второму варианту полезной модели, указанная фара формирует свою зону освещения (см. также фиг.10). При появлении встречного автомобиля (см. фиг.11) свет его фар через оптическую систему 6 фары нашего транспортного средства попадает на кристалл светодиода, а связанный с ним фотоприемник, реагируя на освещенность кристалла, выключает светодиод. И так далее, аналогично Примеру 1.
Кроме этого, фары, выполненные согласно полезным моделям способны реализовать и другие различные варианты освещения проезжей части дороги и ее окрестностей - в рамках существенных признаков и пояснений к ним, изложенных в настоящем описании.
В результате использования полезных моделей были разработаны варианты недорогой, с экономической точки зрения, фары, реализующие оригинальную технологию освещения дороги, которые позволили эффективно предотвратить ослепление участников дорожного движения, включая водителей движущегося встречно или попутно, или стоящего транспорта, независимо от траектории движения транспортного средства, рельефа местности и человеческого фактора, и при условии полноценного освещения дороги.