СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГОЛОВНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к системам головного освещения, которые необходимы для освещения участка пути ночью перед тяговым и мотор-вагонным подвижным составом.
Подвижный состав представляет собой подвижные железнодорожные единицы, предназначенные для перевозки грузов и пассажиров по железным дорогам. Железнодорожный подвижной состав делится на тяговый, то есть локомотивы (электровозы, тепловозы), моторвагонный (электропоезда, дизельпоезда, автомотрисы, составы метро).
Тяговый и мотор-вагонный подвижной состав имеет в верхней передней части (лобовой части) выполненный за одно целое с цельнометаллической крышей кузова корпус прожектора, внутри которого расположен источник электрического света в виде электролампы с отражателем (рефлектором), создающей в зависимости от необходимости яркий или тусклый свет (см., к примеру, книгу: "Подвижной состав и основы тяги поездов", под ред. к.т.н. С.И.Осипова, изд. "Транспорт", Москва, 1983 г., стр.16, рис.6; стр.17, рис.7; стр.90, рис.65; стр.146, рис.111 и др.).
Прожектор тягового и мотор-вагонного подвижного состава освещает ночью железнодорожный путь для принятия необходимых мер при внезапно возникших препятствиях: повреждении целостности рельсов, падении на путь груза, появлении на путях людей или автотранспорта, а также для рассмотрения различных путевых знаков и сигналов.
Известен «Прожектор рельсового подвижного состава» (патент на изобретение РФ №2038530 по кл. МПК F21M 3/08), содержащий в передней лобовой части кузова источник света с рефлектором. Кузов жестко сочленен с несущей рамой, установленной на тележках и шарнирно зафиксированной с помощью центрального шкворня. Источник света с рефлектором жестко установлен в поворотной скобе, содержащей верхнюю и нижнюю полуоси, образующие поворотную ось прожектора. При выходе состава на криволинейный участок пути передняя тележка под воздействием кривизны рельсов пути поворачивается на угол β. При этом центральный шкворень также поворачивается на угол β и через кинематическую связь осуществляется поворот скобы с источником света и рефлектором вокруг вертикальной оси в горизонтальной плоскости.
Недостатками аналога являются: отсутствие освещения криволинейного участка пути в момент входа подвижного состава в кривой участок и последующего движения по нему, так как передняя тележка повернута, а луч прожектора направлен по касательной к траектории движения. Также не происходит освещение прямолинейного участка пути в момент выхода подвижного состава из криволинейного участка пути, так как передняя тележка под воздействием кривизны пути повернута на определенный угол, а впереди идущие пути прямолинейны. Данный недостаток хорошо проявляется на кривых участках пути с малыми радиусами. Кроме того данный аналог имеет излишнюю техническую сложность, что затрудняет его внедрение на уже эксплуатирующийся тяговые и мотор-вагонные подвижные составы, так как необходимо проводить дополнительные проектные работы.
Известен «Прожектор рельсового подвижного состава» (патент на изобретение РФ №2139470 по кл. МПК F21M 3/08), содержащий поворотное полипрожекторное устройство рельсового подвижного состава, установленное внутри передней лобовой части кузова в обтекаемом корпусе, под крышей за передним защитным стеклом, и содержит поворотные источники света с рефлекторами (прожекторы), которые имеют дистанционный автоматический следящий привод от внутреннего торца центрального шкворня передней (головной) тележки подвижного состава. Центральный широкоугольный источник света с рефлектором образуют центральный прожектор, расположенный по продольной центральной оси подвижного состава, и симметрично относительно него установленные в одной плоскости боковые узконаправленные источники света с рефлекторами образуют боковые прожекторы. Все поворотные (центральный и боковые) прожекторы кинематически соединены друг с другом зубчатой рейкой с возможностью общего автоматического синхронного поворота в горизонтальной плоскости в ту или иную сторону, причем каждый боковой узконаправленный источник света с рефлектором (боковой прожектор) имеет установленную оптическую ось, расположенную под большим углом к вертикальной поворотной оси, чем оптическая ось центрального широкоугольного источника света с рефлектором (центрального прожектора), расположенная под углом к своей вертикальной оси. При выходе подвижного состава на криволинейный участок пути (при левом или правом повороте) передняя (головная) тележка под воздействием кривизны рельсов пути поворачивается и ее центральный шкворень посредством дистанционного следящего привода поворачивает ведущую звездочку, кинематически сдвигает зубчатую рейку и поворачивает боковые шестерни боковых прожекторов на общий угол, чем обеспечивается автоматическое слежение световых потоков всех прожекторов вдоль рельсового пути на поворотах.
Недостатками аналога являются: отсутствие освещения криволинейного участка пути в момент входа подвижного состава в кривой участок пути и последующего движения по нему, так как передняя тележка повернута, а луч прожектора освещает по касательной к траектории движения. Также не освещение прямолинейного участка пути в момент выхода из криволинейного участка, так как передняя тележка под воздействием кривизны рельсов пути повернута на угол, а впереди идущие пути прямолинейные. Данный недостаток хорошо проявляется на кривых участках пути с малыми радиусами. Кроме того данная аналог имеет излишнюю техническую сложность, массивность конструкций, что затрудняет его внедрение на уже эксплуатирующийся локомотивы, так как необходимо вносить дополнительные изменения в конструкцию локомотива. Большое количество кинематическая связей осложняет настройку системы и обеспечение работы в аварийном режиме, например в случае нарушение работы кинематических связей или сбивание настроек.
Наиболее близким по структуре и достигаемому результату к заявленной полезной модели, взятая за прототип, являeтcя «System and method for electronic adaptive front-lighting» (United States Patent Application Publication, US 2010/021372 A1, от 26 августа 2010), содержащий блок управления, левую и правую фару. Данная система предназначена для применения на автомобильных транспортных средствах. Блок управления посылает фарам команды для изменения углов освещения на основе поступающей информации, а именно: дорожной ситуации, скорости автомобиля, угла поворота рулевого колеса, близость других транспортных средств, выбранной программы вождения и характеристики дороги. В результате данная система обеспечивает дополнительным освещением боковые участки дороги при прохождении поворотов, повышая безопасность и комфорт движения.
Недостатками прототипа являются: система разработана для применения на автомобильном транспорте, где с помощью угла поворота рулевого колеса можно с точностью определить угол поворота автомобиля, и как следствие повернуть фары в нужном направлении, а в тяговых и мотор-вагонных подвижных составах рулевое колесо отсутствует.
Целью полезной модели является повышение безопасности движения тяговых и мотор-вагонных подвижных составов на кривых участках пути в темное время суток.
Цель достигается тем, что управление прожектора с изменяемым направлением светового потока, осуществляется за счет системы состоящей из видеокамеры, модуля распознавания и модуля управления. Прожектор с изменяемым направлением светового потока может состоять из прожектора и поворотного механизма, изготовленного с использованием электромеханических устройств, например шаговых двигателей. Видеокамера направлена на участок пути перед движущимся подвижным составом и устанавливается либо рядом с прожектором, либо в кабине машиниста. Изображение, полученное от видеокамеры, передается на модуль распознавания, который с помощью инструментов технического зрения определяет кривизну путей перед тяговым или мотор-вагонным подвижным составом. Модуль управления на основе информации о кривизне путей полученной от модуля распознавания рассчитывает оптимальное направление светового потока. Если текущее направление светового потока, отличается от необходимого, то модуль управления посылает прожектору с изменяемым направлением светового корректирующий сигнал. Модуль управления и модуль распознавания могут быть выполнены единым вычислительным модулем. Работа системы происходит непрерывно, в циклическом режиме.
Новизна изобретения состоит в использовании средств технического зрения для управления прожектора с изменяемым направлением светового потока. Средства технического зрения позволяют отслеживают фактическое положение путей перед локомотивом, даже в тот момент когда локомотив не вошел в поворот, и производит корректировку направление светового потока.
Указанные свойства позволяют получить следующий эффект: улучшение видимости пути в кривых участках перед тяговым и мотор-вагонным подвижным составом в ночное время, а также сигналов и знаков вдоль рельсового пути ночью, что улучшает условия безопасности движения тягового и мотор-вагонного подвижного состава, комфорт машиниста и сокращение числа несчастных случаев.
К техническим преимуществам полезной модели по сравнению с известными аналогами, относится следующее: система, анализируя видеоданные о путях перед тяговым или мотор-вагонным подвижном составе, направляет световой поток наиболее оптимальным способом для максимально возможного освещения впереди идущих путей; система всегда работает в автоматическом режиме; система повышает безопасность движения и комфорт машиниста; система не требует дополнительного места и легко вписывается в конструкции существующих тяговых и мотор-вагонных подвижных составов.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства. Прожектор с изменяемым направлением светового потока 1 состоит из прожектора 2, соединенного по средствам механической связи 3 с поворотным механизмом 4. Прожектор 2 направлен так, что световой поток 1 попадает на пути 5. Видеокамера 6 установлена рядом с прожектором 2 внутри блока прожектора 7 и направлена на пути 5. Видеокамера 6 соединена с модулем распознавания 8 по средствам проводного канала связи 9. Модуль распознавания 8 соединен с модулем управления 10, по средствам проводной информационной связи 11. Модулем управления 10 соединен с поворотным механизмом 4 по средствам проводного канала связи 12. На пульте управления 13 находится тумблер управления системой 14 проводного канала связи 15.
В темное время суток видеокамера 6 производит видеосъемку путей 5. Полученное видеоизображение отсылается на модуль распознавания 8, который распознает на изображении пути 5, по которым движется тяговый или мотор-вагонный подвижной состав. Распознанные изображения отсылаются модулю управлению 10, который проводит анализ кривизны путей 5, и рассчитывает оптимальное направления светового потока 1, при котором пути 5 буду освещены наилучшим образом. Если текущее направление светового потока 1, отличается от необходимого, то модуль управления 10 посылает поворотному механизму 4 корректирующий сигнал. На фиг.2 представлена схематичная работа системы при входе тягового или мотор-вагонного подвижного состава 16 на криволинейный участок путей 17 из прямолинейного участка 18. Как показано на фиг.2 прожектор 19 направляет световой поток 20 оптимальным способом для освещения путей 17 и 18 задолго до пересечения границы начала поворота 21. На фиг.3 представлена схематичная работа системы при входе тягового или мотор-вагонного подвижного состава 22 на прямолинейный участок путей 23 из криволинейного участка 24. Как показано на фиг.3 прожектор 25 направляет световой поток 26 оптимальным способом для освещения путей 23 и 24 задолго до пересечения границы начала поворота 27.