способ предотвращения ослепления водителя и система для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ предотвращения ослепления водителя, заключающийся в том, что посредством головных фар транспортного средства направляют на дорогу импульсно-модулированный световой поток, импульсы светового потока, отраженные от предметов дорожной обстановки к глазам водителя, стробируют световым затвором, расположенным перед водителем, отличающийся тем, что световой поток модулируют последовательностью импульсов, которую выбирают в соответствии с направлением движения транспортного средства, определяемым навигационной системой, из ансамбля синхронизированных сигналами точного времени ортогональных последовательностей импульсов, при этом импульсы светового потока головных фар транспортных средств, движущихся в противоположных направлениях, появляются неодновременно и имеют фиксированный временной сдвиг относительно друг друга.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательности ансамбля псевдослучайные, при этом импульсы светового потока головных фар транспортных средств, движущихся в противоположных направлениях, появляются в псевдослучайной последовательности.

3. Система предотвращения ослепления водителя для осуществления способа по п.1 или 2, состоящая из блока головных фар транспортного средства, соединенного с выходом блока управления фарами, светового затвора, установленного перед водителем, блока управления, выход которого соединен с входами блока управления фарами и светового затвора, отличающаяся тем, что вход блока управления соединен с выходом навигационной системы транспортного средства.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к транспортным средствам.

Известны способ предотвращения ослепления водителя и устройство для его осуществления [Заявка РФ №99116411/09 от 27.07.1999 г. Способ предотвращения ослепления водителя и устройство, реализующее этот способ]. Способ заключается в том, что освещают дорогу световыми импульсами фар транспортного средства, следующими с частотой, превышающей инерционность глаза человека, а световое пропускание оптического затвора, через который водитель наблюдает трассу движения, меняют синхронно со световыми импульсами фар так, что в течение светового импульса оптический затвор прозрачен, а после окончания светового импульса его световое пропускание минимально.

Устройство содержит осветительные фары, электрически связанные с первичной системой электропитания в виде аккумулятора и электрогенератора и световой затвор. В электрической цепи электропитания источника света фар установлен генератор электрических импульсов с частотой импульсов 25-200 Гц.

Недостатками способа и устройства является то, что возможно ослепление при разъезде с одним или несколькими транспортными средствами, оборудованными таким же устройством (использующими такой же способ), при совпадении световых импульсов по частоте и фазе. При частоте световых импульсов ниже 200 Гц возможен стробоскопический эффект.

Известна система защиты водителя от ослепления для транспортного средства [Патент США №5486938 от 23.01.1996 г. Система защиты водителя от ослепления для транспортного средства]. Способ заключается в том, что посредством головных фар транспортного средства направляют на дорогу импульсно-модулированный поток из коротких с отношением периода повторения к длительности импульса 50 или более, периодических световых импульсов, импульсы светового потока, отраженные от предметов дорожной обстановки к глазам водителя стробируют световым затвором, расположенным перед водителем. Для исключения ослепления водителя транспортного средства светом фар встречного транспортного средства, оборудованного такой же системой, при совпадении световых импульсов во времени (по фазе) с помощью блока управления изменяют фазу световых импульсов относительно первоначальной.

Устройство для осуществления этого способа состоит из блока головных фар транспортного средства, включающего в себя по крайней мере одну фару с рефлектором и источником света - импульсной лампой, соединенного с выходом блока управления фарами, светового затвора, установленного перед водителем, блока управления, выход которого соединен с входом блока управления фарами и входом управления светового затвора, а вход - с выходом фотоприемника.

К недостаткам этого способа и устройства для его осуществления относится следующее:

- во избежание стробоскопического эффекта частоту повторения световых импульсов устанавливают выше 200 Гц. При этом для стробирования импульсов отраженной части светового потока, несущей в глаза водителю визуальную информацию о дорожной обстановке перед транспортным средством, используют обеспечивающий достаточное быстродействие, жидкокристаллический экран с поляризаторами. Применение поляризаторов уменьшает яркость картины дорожной обстановки, наблюдаемой водителем транспортного средства, что снижает безопасность движения;

- неопределенный режим работы при встречном разъезде, например, двух колонн автомобилей, каждый из которых оборудован таким устройством. В этом случае, в поле зрения фотоприемника устройства каждого автомобиля попадают фары нескольких автомобилей (и их световые импульсы) и ежесекундно меняется обстановка. Не исключена ситуация длительного, частого совпадения световых импульсов фар автомобилей, движущихся навстречу друг другу, во времени, поскольку каждое устройство "не знает" в какую позицию сдвинуть фазу своих импульсов в следующем периоде устройства других автомобилей. То есть, в этом случае не исключена ситуация взаимного ослепления водителей автомобилей, движущихся навстречу друг другу, в течение нежелательно длительного времени.

Изобретение направлено на повышение безопасности дорожного движения при защите водителя от ослепления светом фар встречных транспортных средств. Его использование позволит получить большую, по сравнению с прототипом, яркость наблюдаемой водителем картины дорожной обстановки при той же мощности светового потока головных фар. При этом повышается надежность защиты от ослепления, так как независимо от количества транспортных средств на трассе движения, также использующих описываемые способ и устройство, исключается ситуация совпадения времени прозрачного состояния светового затвора на ведомом транспортном средстве, со временем излучения световых импульсов фар встречных транспортных средств и, вследствие этого, возможное ослепление водителя. Устраняется влияние стробоскопического эффекта.

Сущность изобретения состоит в том, что для защиты водителя от ослепления используют способ освещения, заключающийся в том, что посредством головных фар транспортного средства направляют на дорогу импульсно-модулированный световой поток, импульсы светового потока, отраженные от предметов дорожной обстановки к глазам водителя, стробируют световым затвором, расположенным перед водителем, отличающийся тем, что световой поток модулируют последовательностью импульсов, выбранной, соответственно направлению движения транспортного средства, из ансамбля ортогональных последовательностей, приписанных направлениям движения по улично-дорожной сети. Последовательности синхронизируют сигналами точного времени.

Для осуществления этого изобретения используют систему защиты водителя от ослепления, состоящую из блока головных фар транспортного средства, соединенного с выходом блока управления фарами, светового затвора, установленного перед водителем, блока управления, выход которого соединен с входами блока управления фарами и светового затвора, отличающуюся тем, что вход блока управления соединен с выходом навигационной системы транспортного средства.

Сущность изобретения поясняется на следующих фигурах.

Фиг.1 - диаграммы изменения во времени светового потока Ф головных фар транспортного средства и прозрачности Tr светового затвора (изображены несколько периодов Т) при периодической модуляции светового потока:

а) при движении транспортного средства по некоторому пути - участку улично-дорожной сети;

б) при движении транспортного средства по тому же пути в противоположном направлении.

Ф₁ и Tr ₁, Ф₂ и Tr₂ - соответственно для каждого направления движения.

Фиг.2 - диаграммы изменения во времени светового потока Ф головных фар транспортного средства и прозрачности Tr светового затвора (изображены несколько тактов T_j) при псевдослучайной модуляции светового потока:

а) при движении транспортного средства по некоторому пути - участку улично-дорожной сети;

б) при движении транспортного средства по тому же пути в противоположном направлении.

Ф₁ и Tr ₁, Ф₂ и Tr₂ - соответственно для каждого направления движения.

Фиг.3 - структурная схема системы защиты водителя от ослепления:

1 - блок головных фар; 2 - блок управления фарами; 3 - световой затвор; 4 - блок управления, 5 - навигационная система.

Из фиг.1 и 2 видно, что световые импульсы длительностью t светового потока головных фар транспортного средства синхронны с временными интервалами максимальной прозрачности светового затвора.

Чтобы исключить ослепление, импульсы светового потока Ф₁ головных фар транспортного средства излучают неодновременно с импульсами светового потока Ф₂ головных фар транспортного средства для встречного направления движения. Для этого каждому направлению движения транспортного средства по улично-дорожной сети приписывают (ставят в соответствие) одну из последовательностей ансамбля ортогональных последовательностей, которой модулируют световой поток головных фар транспортного средства, движущегося в соответствующем направлении. Необходимое и достаточное количество последовательностей в ансамбле - 2. В качестве ортогональных последовательностей могут быть использованы две периодические последовательности импульсов, как это показано на фиг.1, отличающиеся друг от друга сдвигом по фазе на половину периода. Для сохранения постоянного сдвига фаз последовательности синхронизируют сигналами точного времени.

Например, при направлении движения транспортного средства от начала какого-либо участка улично-дорожной сети к его концу (обозначим его как направление BE) используют последовательность (обозначим ее как последовательность ВР) с частотой модулирующих импульсов, большей или равной 200 Гц, передний фронт которых синхронизируют секундными отсчетами точного времени, а при движении транспортного средства в обратном направлении, обозначенном как направление ЕВ, используют такую же периодическую модулирующую последовательность, обозначенную как последовательность ЕР, но со сдвигом по фазе импульсов на половину периода.

Начало участка улично-дорожной сети определяют из банка дорожных данных геоинформационной системы (ГИС) улично-дорожной сети в виде электронной цифровой карты [Мельников С., Дроздов О., Егоров В., Подоприхин Р., Ибрагимов М. Технология сбора полевых данных для наполнения ГИС автомобильных дорог. // "Информационный бюллетень " ГИС- Ассоциации №2(23) за 2000 г.].

В силу того, что импульсы света головных фар транспортных средств, движущихся в противоположных направлениях, имеют фиксированный временной сдвиг относительно друг друга, их длительность может быть выбрана большей по сравнению с прототипом и может быть использован более инерционный жидкокристаллический экран без поляризаторов, что обеспечит выигрыш в яркости наблюдаемой водителем картины дорожной обстановки, по сравнению с прототипом, при той же исходной средней мощности светового потока, направляемого фарами транспортного средства на дорогу.

В качестве светового затвора используют, например, жидкокристаллическое устройство без поляризаторов, описанное в [Сморгон С.Л., Пресняков В.В., Зырянов В.Я., Шабанов В.Ф. Устройство для поляризации и модуляции света.//Приборы и техника эксперимента, 1997, №1, с.164], обеспечивающее время открытия светового затвора t_open 1 мсек и время закрытия t_close 2 мсек.

В этом случае при частоте повторения световых импульсов f=1/Т=200 Гц длительность световых импульсов может быть равной t Т/2-t_close=0,5 мсек.

Система для защиты водителя от ослепления, структурная схема которой изображена на фиг.3, включает в себя:

- блок головных фар 1 транспортного средства, соединенный с выходом блока управления фарами 2;

- блок управления 4, выход которого соединен с входом блока управления фарами 2 и входом управления светового затвора 3;

- навигационную систему 5, выход которой соединен с входом блока управления 4.

Блок головных фар 1 содержит по крайней мере одну фару с рефлектором и импульсным источником света, в качестве которого используют, например, газоразрядную лампу.

Блок управления фарами 2 построен по принципам, используемым при построении блоков управления импульсными источниками света. В частности, для источника света - газоразрядной лампы он содержит высоковольтный преобразователь напряжения, схему управления режимом работы лампы и схему модуляции выходного напряжения.

Блок управления 4 построен на основе компьютера.

В качестве навигационной системы 5 используют навигационную систему, включающую в свой состав приемник GPS, построенную по принципам, используемым для построения автомобильных навигационных систем.

Система для осуществления способа защиты водителя от ослепления работает следующим образом:

- навигационная система 5, используя сигналы спутниковой радионавигационной системы GPS, в последовательные, достаточно часто следующие, моменты времени t _q (q - номер путевой точки на участке улично-дорожной сети, по которому движется транспортное средство) определяет путь (участок улично-дорожной сети) и расстояние транспортного средства от начала участка в линейной системе координат, и передает эти данные и сигналы точного времени UTC (Universal Time Coordinated), входящие в состав сигналов GPS, на вход блока управления 4;

- блок управления 4 вычисляет отношение:

где l=l_q-l_q-1 - изменение расстояния транспортного средства от начала участка за время t_q-t_q-1;

l_g - расстояние транспортного средства к моменту времени t_q от начала участка улично-дорожной сети (в линейной системе координат).

Если транспортное средство движется в направлении BE, то k=1. Если транспортное средство движется в направлении ЕВ, то k=-1. Если k=1, то блок управления 4 генерирует последовательность ВР, синхронизированную сигналами точного времени, если k=-1, то блок управления 4 генерирует последовательность ЕР, синхронизированную сигналами точного времени. Модулирующая последовательность импульсов с выхода блока управления 4 поступает на входы светового затвора 3 и блока управления фарами 2;

- блок управления фарами 2 вырабатывает модулированное импульсами последовательности напряжение для работы импульсных ламп блока головных фар 1, обеспечивающее модуляцию светового потока, вырабатываемого импульсными лампами;

- головные фары блока 1 направляют модулированный световой поток на дорогу;

- световой затвор 3, установленный перед водителем транспортного средства, управляемый импульсами последовательности с выхода блока управления 4, стробирует световые импульсы, отраженные от предметов дорожной обстановки к глазам водителя, как показано на фиг.1 и 2, то есть имеет максимальную прозрачность в течение времени излучения световых импульсов головными фарами транспортного средства.

Слепящее действие света головных фар встречных транспортных средств с непрерывным световым потоком в большей степени уменьшит использование ансамбля из ортогональных, псевдослучайных, модулирующих последовательностей, приписанных направлениям движения по улично-дорожной сети.

Например, ортогональные псевдослучайные последовательности световых импульсов формируют как последовательности из М N-разрядных двоичных кодов длительности T _j=Nt_p псевдослучайных чисел Z _j со световым импульсом в позиции единицы. Для направления движения BE (последовательность обозначена как BPS):

Z _j=2^(i-1),

а для направления движения ЕВ (последовательность обозначена как EPS):

Z _j=2^(N-i),

где i - псевдослучайное число из множества натуральных чисел {1, 2,..., N};

j - номер элемента псевдослучайной последовательности, j=1, 2, 3,..., М;

М - количество элементов в псевдослучайной последовательности;

N - количество разрядов в двоичном коде элемента.

В каждом такте T_j импульс света длительностью t<t_p может появиться только в одной из N позиций с номером р в интервале времени t _p=T_j/N (р=1, 2, 3,..., N). На фиг.2 - N=4. Вероятности появления импульса в любой из N позиций равны.

Данные, соответствующие последовательностям световых импульсов Ф₁ и Ф₂, изображенным на фиг.2, приведены в таблице 1. Условно принято для наглядности рассмотрения, что Ф₁ соответствует направление движения BE и Ф₂ соответствует направление движения ЕВ.

Таблица 1
Номер такта	j	1	2	3	4
Значение псевдослучайного числа	i	1	2	4	3
BPS	Zj= 2i-1	1000=1	0100=2	0001=8	0010=4
EPS	Z j=2N-i	0001=8	0010=4	1000=1	0100=2

В любом такте, как видно из таблицы 1 и фиг.2, существует прямое соответствие между положением единицы в управляющем работой головных фар 1 и экрана 3 цифровом последовательном двоичном коде и временным положением светового импульса фар в этом такте. Для последовательности BPS номер временной позиции p (при нумерации разрядов слева направо в порядке возрастания), в которой находится световой импульс, совпадает со значением псевдослучайного числа i в этом такте - р=i. Для последовательности EPS р=N+1-i.

Последовательности BPS и EPS длительностью L=T_jM синхронизируют сигналами точного времени так, чтобы они начинались в один и тот же момент времени.

Псевдослучайный характер появления световых импульсов в каждом такте T_j позволяет избежать стробоскопического эффекта при меньшей средней частоте их следования, и соответственно уменьшить слепящее действие света головных фар встречных транспортных средств с непрерывным световым потоком за счет уменьшения суммарного времени прозрачного состояния светового затвора в общем времени работы.

Ослабление постоянного непрерывного светового потока на временном интервале Т световым затвором в общем случае равно:

где Tr(t) - временная зависимость относительной прозрачности светового затвора.

В случае периодической последовательности модулирующих световых импульсов ослабление непрерывного светового потока головных фар встречных транспортных средств равно:

Для вышеприведенных параметров светового затвора и частоты повторения световых импульсов f=200 Гц, Т=1/f=5 мсек определяем:

Q_pc 5/[0,5+0,5(1+2)]=2,5.

Для псевдослучайной последовательности ослабление непрерывного светового потока головных фар встречных транспортных средств равно:

Для вышеприведенных параметров светового затвора, T_j=5 мсек и N=4 определяем:

Q _psc 20/[5-0,5(2-1)]=4,4.

Использование ансамбля псевдослучайных ортогональных последовательностей более эффективно для предотвращения ослепления водителя, так как позволяет получить большее ослабление непрерывного светового потока головных фар встречных транспортных средств по сравнению с использованием периодических последовательностей (для использованных выше для оценочного расчета параметров ослабление больше в Q_psc/Q_pc =4,4/2,5=1,76 раз).