УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИЗБЫТОЧНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЛОБОВОГО СТЕКЛА КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR PROTECTION AGAINST EXCESS OPTICAL RADIATION OF WINDSCREEN OF CABIN OF VEHICLE

Изобретение относится к устройствам для защиты от избыточного солнечного излучения и ослепляющего света встречных транспортных средств и может быть использовано на транспортных средствах общего назначения, мобильных энергетических средствах (МЭС) сельскохозяйственного назначения, а так же лесных, строительных и дорожных машинах и т.п.
Существующие, устройства и способы защиты от инсоляции и избыточного оптического излучения, представляют собой жалюзийные решетки с приводом пластин, обеспечивают положение максимального визуального обзора, причем планки выполнены из однослойных или многослойных стекол переменной прозрачности, обеспечивающих положение «закрыто» и другие, наличие датчиков восприятия оптических излучений, оптического затвора, регулирующего интенсивность прохождения излучений в кабину и к глазам оператора, средства изменения прозрачности пропускающих элементов, наличие устройства, обеспечивающее положение «козырек» и расположение элементов защиты на общей раме.
Известен способ защиты глаз от ослепляющего оптического излучения, включающий пропускание оптического излучения к глазам через матричный оптический затвор, фокусировку оптического излучения на чувствительную поверхность приемника оптического излучения, преобразование сфокусированного оптического излучения в электрический сигнал, усиление электрического сигнала, сравнение электрического сигнала с пороговым уровнем прерывание и рассеивание оптического излучения выбранными элементами матричного оптического затвора за счет уменьшения их светопропускания, (пат. №2181213 кл. G02C 7/10, A61F 9/00, B60J 3/06, взятый за аналог, опубл. в 2002 г.), а также устройство для защиты от ослепления водителя транспортного средства, содержащее противоослепительный щиток, (а.с. №330994, кл. B62d 33/06, взятый за прототип, опубл. в 1972 г.) и устройство для защиты от солнечного излучения кабины транспортного средства содержащее прямолинейные пластинчатые жалюзи, установленные изнутри остекления кабины по радиусам окружности, центр которой расположен в зоне глаз водителя (патент №166114, кл. B60J 3/02. B60J 1/20 опубл. в 2016 г.), приводимые в качестве аналогов, основным недостатком которых является отсутствие полной защиты от избыточного оптического излучения, включая как инсоляцию, так и другие источники излучения, начиная от горизонтальных лучей восходящего солнца и до максимальных углов солнцестояния, а также от практически горизонтальных лучей фар встречных транспортных средств, осветительных дорожных столбов, рекламных щитов, дорожных знаков и т.д. Кроме того в приведенных аналоге и прототипах отсутствуют возможности защиты всего поля от верхней до горизонта части стекла, регулирование возможности затемнения планок жалюзи каскадным методом, перекрытие светопрозрачных проемов планками жалюзи в положении «козырек», обеспечение повышенного альбедо нижней половины стекла без ухудшения обзорности передней части дорожной обстановки, возможность расположения планок на раме, позволяющей поднимать жалюзи и обеспечивать работу стеклоочистителей.
Техническая задача изобретения заключается в обеспечение полной защиты стекла кабины от оптического излучения любого направления с помощью планок жалюзи выполненных из стекол переменной прозрачности приводимых специальным приводом и имеющих различную ширину, обеспечивающую перекрытие светопрозрачных проемов, а также возможность монтирования всех планок на шарнирной раме, фиксируемой в поднятом положении, позволяющем иметь подвижность стеклоочистителей. Кроме того, предусмотрено наличие электронного блока управления (ЭБУ), который связан и включает обработку сигналов от датчиков инсоляции встречных дорожных объектов и других источников оптического излучения, суммирует, обрабатывает, усиливает и посылает управляющие импульсы в жидкокристаллические наполнители каскадного оптического затвора, регулируя, таким образом, интенсивность затемнения, причем величина интенсивности затемнения может регулироваться оператором транспортного средства, в зависимости от его индивидуальных запросов.
Технический результат изобретения достигается тем, что планки жалюзи смонтированы на раме шарнирно закрепленной в верхней части контура кабины с допустимым углом поворота вверх не менее 90° и возможность фиксации с помощью специальных опорных штанг при этом боковые проемы между рамой и стойкой кабины загораживаются стеклянными накладками, степень прозрачности которых обратно пропорциональна инсоляции, при этом верхняя группа планок может поворачиваться в положение перекрывающем избыточное оптическое излучение от фар встречного транспорта, солнечной или и то и другое вместе начиная от горизонтального до максимального угла солнцестояния, осуществляя так называемое положение «козырек» и что достигается применением планок верхней группы увеличенной ширины выступающей за ось части планки жалюзи, рассчитываемой по математическому выражению
1
2
b=2k⋅k⋅t⋅cosβ/2,
1
где k - коэффициент запаса, учитывающий перекрытие шага жалюзи;
2
k - коэффициент запаса ширины планок жалюзи верхней группы;
t - шаг расположения планок жалюзи;
β - средний угол наклона лобового стекла, причем кривизна каждой планки жалюзи повторяет кривизну стекла в положении нормальном к поверхности стекла, при этом обеспечивается минимальный зазор между стеклом и планкой.
Технический результат изобретения достигается тем, что планки нижней группы выполняются тонкостенными с двухсторонними приводами и натяжением из материала с наружным альбедо не менее 70%, кроме того пластины верхней группы жалюзи выполнены из стекол типа триплекс с жидкокристаллическим наполнителем средней части, меняющей светопрозрачность в зависимости от подаваемого электрического тока по проводам, проходящем через ось вращения планки, при этом электрические сигналы к стеклам, типа триплекс генерируют два датчика излучений - первый от инсоляции, второй - от излучения встречного транспорта, дорожных сигналов и др., причем оба датчика посылают сигналы в ЭБУ, где они сравниваются с программным уровнем, устанавливаемым вручную по усмотрению оператора транспортного средства, сопоставляются с элементами сравнения и вырабатывают уровень оптической прозрачности (степень затемнения).
На фиг. 1 представлена общая компоновка рамы и планок жалюзи; на фиг. 2 представлена рама с планками жалюзи в поднятом положении; на фиг. 3 - планки жалюзи нижней группы; на фиг. 4 - планки жалюзи верхней группы; на фиг. 5 - схема обеспечения планками жалюзи верхней группы положения «козырек»; на фиг. 6 - рисунок, поясняющий вывод выражения для определения ширины планки жалюзи верхней группы; на фиг. 7 - логическая схема устройства защиты глаз от избыточного оптического излучения. На фиг. 1 в верхней части планки жалюзи расположены условно в горизонтальном положении.
Все планки жалюзи 2 (фиг. 1) верхней 3 и нижней групп 4 смонтированы на общей раме 1, имеющей два шарнира позволяющей ей поворачиваться вокруг верхнего абриса кабины транспортного средства на угол не менее 90° относительно лобового стекла 8 приводом 5, а фиксация рамы (фиг. 2) осуществляется с помощью опорных штанг 9, которые поворачиваются в нижнем шарнире и закрепляются электромагнитными фиксаторами 10. Это позволяет при попадании осадков на стекла работать стеклоочистителем 11 (фиг. 2). Планки верхней и нижней групп имеют разобщенные и независимые приводы 6 и 7. Планки жалюзи нижней группы (фиг. 3) объединены приводным ремнем через зубчатые шкивы 13 и натянуты с помощью осевых опор 14 и закреплены фиксаторами оси на плоскости планки 15. При включении привода планки 2 вращаются вокруг осей расположенных вдоль осевых линий 12 (фиг. 3). Толщина планок нижней группы не более 1 мм. Планки имеют покрытие, обеспечивающее альбедо не менее 70%, прочность материала этих планок на растяжение должна обеспечивать минимальную деформацию от ветровых нагрузок и предварительного натяжения.
Планки жалюзи верхней группы (фиг. 4) закреплены в осях, расположены на раме 1 и приводятся в действие зубчатым шкивом одностороннего привода 13. Интенсивность затемнения (светопрозрачность) меняется посылом электрического сигнала от ЭБУ на каждую планку, проходящего через электрический провод 16 в изоляторе 17 (фиг. 4). Планки жалюзи верхней группы изготавливаются из стекла типа триплекс, меняющего прозрачность в зависимости от электрического сигнала. Совокупность действий всех элементов верхней группы планок представляют собой каскадный оптический затвор.
Характерное положение планок верхней группы сводятся к обеспечению максимального визуального обзора и тогда планки жалюзи располагаются вдоль линии визуального контроля дорожной ситуации (фиг. 1), а так же к обеспечению так называемого положения «козырек», являющегося равновероятным с предыдущим положением и защищающим зрение оператора от любых излучений, начиная от горизонтальной инсоляции и излучения дорожных объектов (фиг. 5). В этом случае имеет место целесообразность выполнения планок жалюзи шириной, в части выступающей за оси вращения, которая определяется по математическому выражению, полученному выводом на основе фиг. 6, на которой отрезками АС обозначена ширина части горизонтальной планки, равная шагу t, равномерного расположения всех планок на раме, равная шагу t в отрезке АВ, т.е. отрезки АС и АВ равны, а ΔАВС равнобедренный. Опуская перпендикуляр из точки А на сторону ВС получаем два равных отрезка BD=CD, каждый из которых равен , поскольку средний угол наклона стекла к горизонту известен и равен β, то
1
2
тогда минимальная ширина, выступающая за ось вращения части планки жалюзи с учетом коэффициентов запаса на перекрытие шага жалюзи, k и коэффициента запаса ширины планок жалюзи верхней группы k рассчитывается по выражению
1
2
b=2k⋅k⋅t⋅cosβ/2.
Система управления предлагаемым устройством (логическая схема) представлена на фиг. 7, где источниками излучения являются два основных - солнце и встречные дорожные объекты, в которые входят движущийся навстречу транспорт, дорожные знаки, различные излучатели и др., представляющие главную опасность в процессе движения вследствие ослепляющего воздействия, особенно в сумерки, вечернее и ночное время.
Солнечное излучение (инсоляция) с одной стороны может ослеплять оператора, а с другой может перегружать его термически, т.е. тепловым воздействием. Для восприятия оптических воздействий от этих основных источников в системе управления предусмотрены датчик излучения дорожного объекта (ДИДО) и датчик инсоляции (ДИ), а также ситуативные датчики: датчик расстояния до дорожного объекта (ДРДО) и датчик скорости сближения с дорожным объектом (ДССДО). Сигналы этих датчиков поступают в ЭБУ, который вырабатывает управляющие сигналы затемнения (сигнал защиты верхней группы планок, СЗВГ), а также включает приводы верхней и нижних групп (ПВГ, ПНГ). ЭБУ имеет программы, обеспечивающие связь сигналов датчиков, их соподчинение по важности, применительно к дорожной ситуации, а так же средства коррекции интенсивности оптического излучения дорожных объектов и инсоляции с помощью ручной настройки элементами РК-1 и РК-2 (ручной корректор для регулирования интенсивности затемнения). РК-1 - ручной корректор, который учитывает особенности зрения оператора при восприятии встречного дорожного объекта. РК-2 -настраивает интенсивность затемнения в зависимости от инсоляции, учитывает особенности зрения при оценке величины инсоляции и обеспечивает функциональную зависимость затемнения планок жалюзи сверху вниз от инсоляции.
Устройство работает следующим образом. Датчик излучения дорожного объекта (ДИДО) воспринимает горизонтальное оптическое излучение, которое является суммарным излучением от дорожного объекта, а так же в безоблачную погоду инсоляцию от восходящих лучей, практически горизонтальных в первые два часа движения. Сигналы суммарного излучения от встречных объектов и восходящего солнца в течение указанного периода движения считаются практически горизонтальными или близкими к ним. Поэтому в течение указанного начального периода движения для защиты глаз водителя можно считать вполне обоснованным приведение в положение «козырек» двух нижних планок, считая от горизонтали и затемнения их настолько, чтобы это соответствовало условиям безопасности движения и отвечало физиологическим особенностям зрения оператора, что обеспечивается соответствующей программой в ЭБУ и ручным корректором РК-1. В этом случае ДИДО должен обеспечивать скорость восприятия, обработки и передачи сигнала, по меньшей мере, на порядок выше скорости сближения. Датчик инсоляции (ДИ) в период восхода солнца в этом случае просто дублирует ту часть инсоляции, которую воспринимает датчик ДИДО, в данном случае этот сигнал ДИ не добавляется. В электронном блоке управления (ЭБУ) обеспечивается функциональная корреляция сигнала ДИДО с величиной расстояния до дорожного объекта и с интенсивностью сближения с ним посредством обработки сигнала датчика расстояния до дорожного объекта (ДРДО) и датчика сближения с дорожным объектом (ДСДО). При этом увеличение скорости сближения и уменьшение расстояния до дорожного объекта корректируются ЭБУ соответствующим увеличением прозрачности, т.е. снижением интенсивности затемнения, выдаваемого на планки верхней группы жалюзи в виде сигнала защиты (затемнения) верхней группы (СЗВГ), представляющие собой каскадный оптический затвор. Конечный уровень интенсивности затемнения в этом случае регулируется ручным корректором (РК-1) в зависимости от намерений и физиологии зрения оператора.
Привод планок обоих групп жалюзи автоматически включается в зависимости от величины сигнала датчика инсоляции, причем при незначительной инсоляции, например в облачную погоду и в другой погодной ситуации приводы обеспечивают положение планок жалюзи для наибольшей обзорности. В случае интенсивной инсоляции, порог которой контролируется ЭБУ и корректируется в зависимости от желания оператора ручным корректором (РК-2), планки верхней группы автоматически приводятся в положение «козырек». ЭБУ предусматривает кроме того программу максимального затемнения лобового стекла кабины в случае остановки транспортного средства при максимальной инсоляции. При этом сигналы на планки верхней группы жалюзи от СЗВГ должны быть максимальны, а приводы обоих групп должны обеспечивать положение планок «закрыто». Данная функциональная особенность может быть продублирована автоматическим устройством в ЭБУ и ручным управлением (на схеме, фиг. 7, не показано). Кроме того в ЭБУ предусматриваются элементы сравнения сигналов ДИДО и ДИ только при наличии сигналов датчиков сближения ДСДО, обеспечивающих характеристику первостепенной важности и обязательное предпочтение сигналов датчиков ДИДО и иерархическое и обязательное подчинение сигналов ДИ и ДИДО как предпочтение, отвечающих за безопасность и имеющих первостепенное значение. Только при отсутствии сигналов движения ДСДО первостепенным по важности управляющим сигналом, включающим всю цепь управления, является сигнал датчика ДИ. Система управления, а так же устройство привода рамы и ее фиксации в случае поднятия обеспечивают работу стеклоочистителей при выпадении осадков, а в случае благоприятной и солнечной погоды работу приводов жалюзи и требуемую их светопрозрачность по выше описанной функциональной зависимости. Совокупность действий всех элементов в сумме представляет каскадный оптический затвор. Каскадность предусматривает более мощное затемнение верхних планок жалюзи по сравнению с нижними планками, причем интенсивность затемнения функционально выполняется по разным зависимостям: линейной, экспоненциальной или параболической.