Снегоход
SNOWMOBILE

Объектом изобретения является снегоход с по меньшей мере одним осветительным элементом для ориентации на окружающей местности, согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения.
Такой снегоход может представлять собой, например, ратрак для подготовки горнолыжных трасс и лыжни, а также транспортное средство для перевозки товаров и людей по заснеженной поверхности.
Для ориентирования на заснеженной местности в ночное время такое транспортное средство содержит по меньшей мере одну фару, которая освещает окружающую среду и позволяет водителю распознавать препятствия.
Так, например, ратраки для подготовки горнолыжных трасс могут иметь дополнительные фары на кабине водителя, чтобы освещать ночью окружение подготавливаемой трассы.
В документе DE10/2011 089836 A1 показана снегоуплотнительная машина для обработки и придания формы заснеженным поверхностям, содержащая по меньшей мере две фары, которые находятся в углублениях торцевой облицовочной маски.
Недостатком этого освещения является то, что, особенно в плохих погодных условиях, поверхность окружающей местности сливается с небом, и препятствия трудно или невозможно различить. В плохих погодных условиях водителю сложно ориентироваться на окружающей местности даже в дневное время.
Одним примером этого является так называемая белая мгла, которую можно описать как сильную белизну, которую можно наблюдать при заснеженной почве и приглушенном солнечном свете (из-за облачности, тумана или снегопада). Из-за сильного рассеянного отражения солнечного света и связанной с этим очень высокой минимальной яркости происходит очень сильно снижение контрастности, и все поле зрения выглядит однородно светлым. Это приводит к исчезновению линии горизонта; земля и небо сливаются в одно целое друг с другом. Даже контуры или тени больше не различаются, и у наблюдателя возникает чувство, что он находится в абсолютно пустом сером пространстве, продолжающемся бесконечно.
Белая мгла в области катания на лыжах представляет собой серьезную опасность: в зонах с угрозой обвала препятствия или пропасти больше не могут быть распознаны, а расстояния и крутизна поверхности более не могут быть оценены.
Даже если освещение блоком освещения транспортного средства на близком расстоянии частично возможно, обычное освещение создает только двумерный свет, из-за чего препятствия могут распознаваться слишком поздно или вообще не распознаваться.
В документе DE 10154635 A1 показано почвообрабатывающее орудие с сенсорным устройством, с помощью которого можно сканировать находящуюся в направлении движения поверхность земли, подлежащей обработке, и с помощью которого можно генерировать сигнал для управления высотой почвообрабатывающего орудия, такого как снегоочиститель. Для этого сенсорное устройство содержит лазерный передатчик и приемник, который излучает световые лучи и оценивает лучи, отраженные от земли, в приемнике в отношении времени прохождения и амплитуды, чтобы управлять почвообрабатывающим орудием.
Недостаток этого устройства состоит в том, что блок датчиков работает сложным образом и чрезвычайно чувствителен к погодным воздействиям. Кроме того, когда почвообрабатывающее орудие запущено, водитель не распознает, направляется ли оно к препятствию, поэтому он не может своевременно предпринять маневр по объезду.
Поэтому задачей настоящего изобретения является усовершенствовать освещение такого снегохода таким образом, чтобы обеспечить лучшее распознавание препятствий и топографических особенностей в окружении транспортного средства.
Задача, стоящая в основе изобретение, решена посредством отличительных признаков независимого пункта формулы изобретения, а предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах.
Существенным признаком является то, что осветительным элементом для ориентации в окрестностях снегохода является лазер с по меньшей мере одним лазерным лучом, который проецирует на поверхность земли в своем окружении рисунок со структурой, причем на препятствии или топографической особенности этот рисунок искажается визуально распознаваемым образом.
Благодаря использованию лазера, который посредством по меньшей мере одного резко сфокусированного лазерного луча проецирует определенный рисунок на поверхность земли, водитель снегохода может визуально распознавать объекты в своем окружении.
При таком привязанном к объекту распознавании можно определять топографические характеристики поверхности окружающей местности. Сделать вывод о наличии препятствия можно, исходя из отклонения смещения или кривизны отображения светового рисунка.
Такой лазерный луч может также с успехом отображаться на более длинных расстояниях, например, на расстоянии от 6 до 25 м перед снегоходом.
Основной лазер, испускающий лазерный луч, оснащен особой оптикой, которая оптически преобразует лазерный луч таким образом, чтобы он из своего положения установки на снегоходе создавал определенную структуру в направлении поверхности земли, причем предпочтительно использовать особенным образом шлифованную линзу. Из-за волновой природы света для отклонения световых лучей подходят мельчайшие микроструктуры.
Такая линза оптически преобразует лазерный луч так, чтобы он из своего положения установки на снегоходе создавал в направлении на поверхность земли рисунок с определенной структурой.
Альтернативно, лазерный луч можно направлять на поверхность земли посредством вращающегося зеркального элемента или, например, подвижного оптического элемента.
Лазеры, используемые на снегоходе, можно убирать и удлинять, например, с помощью телескопического манипулятора. Телескопическим манипулятором можно управлять, например, электрически или с помощью сервоэлектродвигателя.
Лазер согласно изобретению проецирует на поверхность земли точный световой узор, который может визуально оцениваться водителем транспортного средства. Таким образом, световая решетка, генерируемая лазером и проецируемая на поверхность, позволяет сделать видимыми трехмерные объекты. Однако изобретение этим не ограничено.
Наряду со световой или плоской крестообразной решеткой лазер может создавать и другие структуры, как, например, точечные структуры, круговые структуры, мультилинии или круги.
С помощью этих структур можно определить глубину и/или форму препятствий или топографических особенностей окружающей среды.
В одном усовершенствовании настоящего изобретения используемый лазер является самовыравнивающимся, т.е. лазерные лучи всегда являются на 100 процентов прямыми, даже когда снегоход находится в наклонном положении, линза выравнивает наклонное позиционирование.
В следующем варианте осуществления изобретение включает блок управления лазером, посредством которого можно очень точно определить направленность лазера (север, запад, юг, восток). С помощью гироскопического датчика можно точно определять изменения направления. Эта информация в сочетании с измерениями дистанции позволяет определять текущее местоположение. Например, если снегоход движется в долине, в которой GPS-сигнал недоступен, гироскоп берет на себя его функцию и предоставляет недостающую информацию.
Такой датчик может обнаруживать потерю устойчивости или наклон снегохода и соответствующим образом противодействовать этому путем настройки лазера, чтобы световой рисунок на поверхности земли всегда имел желаемую структуру.
Если теперь снегоход движется в направлении неровности ландшафта или объекта, как например, пень, двумерная крестообразная решетка, проецируемая лазером на поверхность земли, деформируется в третьем измерении. При этом происходит пространственное смещение линий лазерной решетки относительно друг друга, при котором изменяется расстояние между линиями, или линии изгибаются. Это позволяет сделать вывод о наличии объекта перед снегоходом, а также о размере этого объекта.
Таким образом, с лазером согласно изобретению можно распознавать и идентифицировать геометрию поверхности.
Такое распознавание объекта с диффузным освещением, которое, например, излучается галогеновой фарой, согласно уровню техники было бы невозможным.
Предпочтительно использовать красный лазерный луч, поскольку он подавляет окружающий свет и делает лазерные линии более заметными.
Однако изобретение этим не ограничено. Можно также использовать другой цвет для лазера, например, объем защиты настоящего изобретения охватывает зеленый или синий цвета. Такой цвет можно создать, например, с помощью предвключенного цветового фильтра.
Структура, проецируемая на поверхность земли, движется вместе со снегоходом в направлении движения, однако медленнее, чем снегоход, так что возникает эффект, что снегоход как будто бы переезжает рисунок. Наряду с лучшем ориентированием, преимущество такое переезда заключается, помимо прочего, в том, что проецируемый рисунок не мерцает, тем самым, предотвращается вредное воздействие на водителя такого мерцания.
Проекция лазерного луча на поверхность земли регулируется в зависимости от скорость движения v, угла поворота ϕ и выбранной передачи G, а также посредством инерционных датчиков, которые определяют наклон снегохода на местности.
Это позволяет реагировать на угол поворота, чтобы лазеры всегда светили в направлении движения.
Если водитель включает, например, заднюю передачу, включается по меньшей мере один лазер на задней стороне снегохода, и поверхность местности сзади снегохода освещается в направлении движения.
Независимо от этого, водитель снегохода может также вручную определить, какая область непосредственного окружения снегохода должна регистрироваться.
В следующем усовершенствовании изобретения сбоку от кабины водителя находится по меньшей мере один боковой лазер. С помощью этого бокового лазера на поверхность земли можно также проецировать сетчатый рисунок. Однако изобретение этим не ограничено. Лазер может также проецировать на поверхность земли круговую структуру. В зависимости от размера круга водитель может определить расстояние до объекта. Например, если он движется по краю леса, круг, проецируемый на деревья, меньше, чем если бы лазерный луч испускался на открытой местности.
Предмет настоящего изобретения выявляется не только из предметов отдельных пунктов формулы изобретения, но также из комбинации отдельных пунктов друг с другом.
Все раскрытые в документах, включая реферат, данные и отличительные признаки, в частности, представленная на чертежах объемная конструкция, заявляются как существенные для изобретения, поскольку они, рассматриваемые по отдельности или в комбинации, являются новыми по сравнению с уровнем техники.
Далее изобретение подробнее поясняется на чертежах, представляющих несколько вариантов осуществления. При этом из чертежей и их описания выявляются дополнительные существенные для изобретения признаки и преимущества изобретения.
Хотя отдельные объекты описываются как "существенные для изобретения" или "важные", это не означает, что эти объекты обязательно должны быть предметом независимого пункта формулы. изобретения. Это определяется только действующей редакцией независимого пункта формулы.
Показано:
фигура 1
снегоход в виде спереди
фигура 2
снегоход в виде сбоку
фигура 3
лазер в виде в перспективе
фигура 4
вращающийся лазер в виде сбоку, вариант 1
фигура 5
вращающийся лазер в виде сверху, вариант 1
фигура 6
вращающийся лазер в виде сверху, вариант 2
фигура 7
вращающийся лазер в виде сбоку, вариант 2
фигура 8
снегоход в виде сверху
фигура 9
вид сверху снегохода с прожектором-искателем
фигура 10
вид спереди и сбоку с прожектором-искателем
фигура 11
блок-схема
Фигура 1 показывает снегоход 1, который может перемещаться на двух управляемых независимо гусеничных приводах 4 по поверхности земли 38 на окружающей местности 9.
Снегоход 1 содержит кабину 5 водителя, в которой помещается по меньшей мере один водитель для управления снегоходом 1. Кабина 5 водителя содержит переднее стекло 32, через которое водитель может наблюдать за окружением 9.
В этом примере осуществления над кабиной 5 водителя находятся два лазера 7, которые испускают лазерные лучи 8 в направление движения снегохода 1, а также два боковых лазера 33, которые испускают лазерные лучи сбоку снегохода на поверхность земли 38. Таким образом, лазерные лучи 8 проецируются на определенную область поверхности земли 38.
Когда снегоход 1 достигает какого-то объекта в направление движения, показанного здесь как пень 10, лазерные лучи 8 светят на этот объект, и поскольку длина пути лазерных лучей укорачивается из-за объекта, лучи 8, которые ранее светили на поверхность земли 38, также укорачиваются и образуют теперь лучи 8a,8b. В зависимости от расстояния лазера 33 от пня 10 лазерные лучи 8a, 8b будут иметь разную длину и будут короче, чем лазерные лучи 8, которые продолжают беспрепятственно светить на поверхность земли 38. Такая разница между отдельными лазерными лучами 8,8a,8b визуально распознается водителем снегохода, благодаря чему водитель может определить наличие объекта в направлении движения и при необходимости может предпринять объезд.
Если теперь снегоход 1 достигает углубления 11, лучи 8 лазера 7 освещают это препятствие, и поскольку длина пути лазерных лучей увеличивается из-за объекта, лучи 8, которые ранее светили на поверхность земли 38, также удлиняются и образуют теперь лучи 8a',8b'. В зависимости от расстояния лазера 7 до зоны углубления 11 лазерные лучи 8a', 8b' имеют разную длину и длиннее, чем лазерные лучи 8, которые продолжают беспрепятственно светить на поверхность земли 38 рядом с углублением 11. Такая разница между отдельными лазерными лучами 8, 8a', 8b' оптически распознается водителем снегохода, благодаря чему водитель может определить наличие объекта в направлении движения и при необходимости может предпринять объездной маневр или должен подготовить поверхность земли 38 в этом месте.
Таким образом, водитель, исходя из пространственного смещения проецируемых лазерных лучей, может сделать вывод о препятствии или топографическом изменении поверхности земли 38.
Фигура 2 показывает снегоход 1 с фигуры 1 в виде сбоку, причем излучаемые лазером 7 лазерные лучи 8 проецируются в виде светового конуса на поверхность земли 38. Снегоход 1 имеет на своем торце снегоочиститель 3 для сдвига снега, с помощью которого можно устранить неровности поверхности земли 38. Рядом с лазером 7, светящим в направлении движения, сбоку от кабины водителя 5 дополнительно закреплен по меньшей мере один боковой лазер 33, причем этот боковой лазер 33 освещает окружающую местность рядом со снегоходом.
Фигура 3 показывает использующийся лазер 7 (или 33), который излучает основной лазерный луч 35 из корпуса 30. Основной лазерный луч 35 проникает в линзу 31, при этом линза 31 формирует лазерное излучение таким образом, чтобы лазерный луч принимал плоскую крестообразную структуру 16. Эта крестообразную структура 16 состоит из двух перекрещивающихся веерообразных лазерных лучей, которые находятся под углом 17, 18 друг к другу. В показанном примере оба угла 17, 18 составляют девяносто градусов, так что испускаются два луча под прямым углом.
Фигура 4 показывает следующий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используется барабанный корпус 25, вращающийся вокруг оси вращения 24 в направлении стрелки 21. На барабанном корпусе 25 с определенным шагом размещены основные лазеры 30, которые испускают лазерные лучи через различные линзы 26, 27. В примере, показанном на фигуре 4, линзы 26 имеют горизонтальный штриховой узор, а линзы 27 имеют вертикальный штриховой узор. Если теперь лазерные лучи проходят через эти линзы, они выводятся, в зависимости от линзы 26, 27, в горизонтальном или вертикальном направлении.
Так как речь идет о вращающемся барабанном корпусе, для защиты водителя снегохода и для юстировки излучающей области на внешнем периметре корпуса барабана 25 устанавливаются экраны 29, которые, кроме того, защищают от снега и обледенения.
Фигура 5 показывает корпус барабана 25 в виде сверху. Экран 29 охватывает корпус барабана 25 не на 360°, но имеет отверстие 36, через которое лазерные лучи 8 могут испускаться в окружающую среду 9.
В одном усовершенствовании изобретения с фигур 4 и 5 отдельные основные лазеры 30 могут настраиваться посредством скользящих контактов так, чтобы вращающиеся лазеры испускали луч 8 только в определенном положении лазера, а при отсутствии контакта были неактивными.
Фигура 6 показывает усовершенствование изобретения, в котором основной лазер 30 направляет основной лазерный луч 35 на барабан 20. Он окружен диафрагмой 29, которая защищает чувствительный корпус барабана от снега и льда и имеет передние отверстия 36, через которые лазерные лучи 8 могут испускаться в окружающую среду 9. Барабан 20 вращается в направлении стрелки 21 вокруг оси 24 и имеет на своем внешнем периметре стеклянный корпус 22 (стеклянный элемент), в который встроено несколько зеркальных элементов. Эти зеркальные элементы отражают основной луч 35 под определенным углом и снова выдают их как лазерные лучи 8.
Согласно фигуре 7, стеклянный корпус 22 имеет определенную шлифовку поверхности, так что испущенный луч 35 основного лазера отражается от встроенного в стеклянный предмет 22 зеркального элемента 23 и приобретает такую форму, что он выходит из барабана 20 с поперечной структурой. Сформированные таким образом лазерные лучи 8 попадают на поверхность земли 38, где можно видеть сетчатую структуру. Сетка состоит из горизонтальных поперечных линий 28, а также пересекающих поперечные линии 28 продольных линий 37.
Фигура 8 показывает снегоход 1 в виде сверху. Снегоход 1 движется в направлении 39 движения по поверхности земли 38. С помощью лазера 7, установленного на кабине водителя, снегоход 1 освещает поверхность земли 38. Благодаря особой форме лазерных лучей 8 на поверхность земли 38 проецируется сетчатый рисунок 40. Сетчатый рисунок 40 состоит из поперечных линий 28, а также пересекающих поперечные линии 28 продольных линий 37.
Если теперь снегоход 1 достигнет углубления 11, проецируемый перед снегоходом сетчатый рисунок 40 деформируется, так что происходит пространственное смещение поперечных и продольных линий 28, 37 относительно друг друга. Такое пространственное смещение визуально распознается водителем снегохода, и он может в результате сделать вывод о наличии препятствия или топографического изменения поверхности земли 38.
Из-за углубления 11 поперечные линии 28 сетчатого рисунка 40 показаны как изогнутые линии 28a, 28b, тогда как продольные линии 37 беспрепятственно проходят дальше на поверхность земли 38. Исходя из разных изгибов поперечных линий 28a, 28b водитель может определить глубину и периметр углубления.
Фигура 8 показывает еще один пример осуществления, когда лазерные лучи 8 наталкиваются на трехмерный объект 10, показанный здесь как пень. Местоположение объекта 10 в направлении лазерных лучей 8 сокращает путь лазерных лучей 8, так что на объект падают укороченные лучи 8a, 8b. Из изменения длины луча и освещения объекта 10 лазерными лучами 8a, 8b водитель может определить объект и размер объекта 10 и осуществить соответствующий маневр вождения и увернуться от объекта.
Рядом с лазером 7 находится боковой лазер 33 на кабине водителя 5, который освещает боковые зоны окружения 38 рядом со снегоходом 1.
Фигура 9 показывает снегоход 1 с прожектором-искателем 41, который проецирует пространственно ограниченный сетчатый рисунок 40 на поверхность земли 38. Прожектор-искатель 41 приводится в действие вручную и может поворачиваться и вращаться во всех направлениях. Кроме того, сетчатый рисунок 40 может увеличиваться в направлении стрелки 42.
Фигура 10 показывает в виде сбоку, а также в виде спереди прожектор-искатель 41, который установлен на регулируемый по длине телескопический манипулятор 49 и выступает через крышу 46 кабины. Прожектор-искатель 41 может приводиться в действие посредством рукоятки 44 и регулироваться по углу наклона 47 и/или направлению вращения 48. Посредством переключателя 45 прожектор-искатель можно включать и выключать, а также устанавливать пространственный размер сетчатого рисунка.
Прожектор-искатель 41 выполнен с лазерным светодиодом 43, который создает сетчатый рисунок. Поперечная структура 16 сетчатого рисунка состоит из двух перекрещивающихся веерообразных лазерных лучей, которые находятся под углом 17, 18 друг к другу. В показанном примере оба угла 17, 18 составляют девяносто градусов, так что излучаются два ортогональных луча.
Фигура 11 показывает коммутационную схему снегохода 1. При этом преобразователь сигнала 50 преобразует сигналы от электроники снегохода (CAN BUS) в сигналы, совместимые с ЦПУ. Таким образом, сигналы 14, поступающие от снегохода 1, как, например, скорость, направление движения, угол поворота, положение и наклон, преобразуются в управляющие сигналы в ЦПУ. Центральный модуль управления (ЦПУ) 19 как центральный процессор обрабатывает все входящие сигналы и выполняет все необходимые вычисления, чтобы затем выдавать команды и исходящие сигналы на отдельные компоненты. Центральный процессор 19 рассчитывает из введенных фактических значений целевые значения 60-63 и передает их на различные регуляторы 52-55. Затем регуляторы 52-55 управляют через напряжение 56-59 двигателя приводами для перемещения обоих лазеров 7a, 7b или прожектора-искателя 41. Каждый из этих компонентов имеет приводной двигатель 68-71 (редукторные двигатели на постоянном или переменном токе, в зависимости от требований) с соответствующим датчиком вращения 64-67. Поперечное перемещение 75 служит поворотным двигателем для отклонений системы сетчатых рисунков, причем сетчатый рисунок, движущийся вместе в направлении движения, при поворотах не изгибается в сетчатой структуре.
Датчики вращения 64-67 регистрируют положение, скорость и направление вращения приводов и могут использоваться для различных задач управления. Они выдают сигналы, которые обрабатываются ЦПУ 19. В зависимости от типа используемого датчика (импульсный, синусоидальные волны, напряжение и т.д.) можно реализовать разные элементы управления.
Когда, например, снегоход ускоряется, проекторы 72-74 лазера 7a, 7b или прожектора-искателя 41 настраиваются так, что сетчатый рисунок 40 движется с относительной скоростью по снегоходу 1. Таким образом, у водителя транспортного средства создается впечатление, что он переезжает сетчатый рисунок. Когда снегоход снижает скорость, снижается также относительная скорость сетчатого рисунка.
Создание динамического сетчатого рисунка выгодно тем, что сформированный сетчатый рисунок стабильно проецируется на поверхность, по которой движется транспортное средство, независимо от колебаний транспортного средства и виляний.
Для управления лазером можно, например, регулировать скорость вращения барабанов 20 и 25, показанных на фигурах 5 и 6.
Вся установка управляется через пульт управления 51, с его помощью можно выбирать, изменять и визуализировать (отображать) все регулируемые параметры.
Модуль электроснабжения 15 служит для питания всех компонентов.
Список позиций
1
снегоход
2
3
снегоочиститель
4
ходовая часть
5
кабина водителя
6
источник света
7
лазер 7a, 7b
8
лазерный луч 8a, 8b, 8a', 8b'
9
окружение
10
объект
11
углубление
12
датчик вращения
13
сигнал
14
сигнал
15
модуль электроснабжения
16
крест
17
угол
18
угол
19
центральный модуль программного управления (ЦПУ)
20
барабан
21
направление стрелки
22
стеклянный предмет (шлифованный)
23
зеркальный элемент
24
ось вращения
25
барабан
26
линза
27
линза
28
поперечная линия 28a, 28b
29
экран
30
основной лазер
31
линза
32
переднее стекло
33
боковой лазер
34
35
основной лазерный луч
36
отверстие (в экране 29)
37
продольные линии
38
поверхность земли
39
направление движения
40
сетчатый рисунок
41
прожектор-искатель
42
направление стрелки
43
лазерный светодиод
44
рукоятка
45
переключатель
46
крыша кабины
47
угол наклона
48
направление вращения
49
телескопический манипулятор
50
преобразователь сигнала
51
пульт управления
52
регулятор
53
регулятор
54
регулятор
55
регулятор
56
напряжение двигателя
57
напряжение двигателя
58
напряжение двигателя
59
напряжение двигателя
60
заданное значение
61
заданное значение
62
заданное значение
63
заданное значение
64
датчик вращения
65
датчик вращения
66
датчик вращения
67
датчик вращения
68
приводной двигатель
69
приводной двигатель
70
приводной двигатель
71
приводной двигатель
72
проектор
73
проектор
74
проектор
75
поперечное перемещение