Способ визуального представления информации о показаниях датчиков и устройств транспортного средства, устройство для его осуществления и способ изготовления указателя такого устройства - RU2178889C1
Код документа: RU2178889C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам и устройствам для отображения информации о показаниях датчиков и других устройств, включая вычислительные, входящих в состав электрооборудования транспортного средства (автомобильного, водного, рельсового, воздушного и т. д. ).
Известен следующий способ представления информации о показаниях датчиков транспортного средства. В поле зрения лица, управляющего транспортным средством, располагают указатель, предназначенный для отображения упомянутой информации, посредством шкаловой, цифровой или стрелочной индикации. На автомобиле "Жигули" на панель приборов вынесен стрелочный указатель спидометра, отображающего скорость движения автомобиля (см. В. А. Вершигора и др. "Автомобили "Жигули" ВАЗ-2104, -2105, -2107", "Устройство и ремонт", М. : Транспорт, 1996 г. , с. 170). В темное время суток такой указатель освещен электрическим источником света. Желая узнать скорость движения автомобиля, водитель переключает внимание с дорожной обстановки и сосредотачивает его на стрелке.
Данный и аналогичные ему способы просты и удобны в использовании, однако требуют упомянутого переключения внимания.
Мгновенное поле зрения человека, в пределах которого тот может определить взаимное расположение предметов, например стрелки и шкалы, невелико, порядка 2o. Еще меньше поле зрения, в пределах которого отчетливо различается форма объектов. По этой причине водитель практически не воспринимает панель приборов в то время, когда его внимание сосредоточено на дорожной обстановке.
Визуальное снятие отсчета, результат которого можно восстановить в памяти через 5 с, занимает порядка 1,5 с. За это время при скорости автомобиля 110 км/ч последний проезжает 45 м. После перевода внимания с приборов на дорожную обстановку водитель непроизвольно просканирует поле обзора, на что уйдет еще 1,5 с. Таким образом, за полное время снятия отсчета автомобиль проедет 90 м.
Очевидно, что чем больше размер шкалы, тем более точный отсчет можно по ней снять. Поэтому шкала спидометра по своим размерам значительно больше шкал вспомогательных указателей (например, указателя уровня топлива).
Известно устройство по заявке ЕР 0379762, где спидометр включает набор ограниченного числа разноцветных индикаторов, установленных на шкале напротив некоторых делений. В результате работы такого устройства при изменении скорости происходит изменение от зеленого к красному цвета воспринимаемого упомянутым лицом света, идущего от шкалы спидометра. Данное устройство выбрано в качестве прототипа для первых двух объектов изобретения. Упомянутые индикаторы удачно дополняют указатель скорости.
Недостатком прототипа является то, что упомянутое лицо воспринимает скачки в смене упомянутого цвета во времени (глаз человека различает более 100 цветов и оттенков Справочник конструктора оптико-механических приборов под ред. М. Я. Кругера, Л. : Машиностроение, 1968 г. , с. 211) и в пространстве (упомянутые деления находятся на расстоянии, существенно превышающем линейное разрешение глаза). В этой связи в момент переключения упомянутых индикаторов внимание упомянутого лица непроизвольно отвлекается от дорожной обстановки на панель приборов, что может привести к дорожно-транспортному происшествию. Это объясняется природой избирательного внимания человека, активизируемого всякой дискретной сменой в объектах визуально воспринимаемой картины мира.
В качестве ближайшего аналога третьему объекту изобретения выбран способ изготовления указателей, при котором кристалл со светоизлучающим р-n переходом заливают компаундом в заливочной форме. После этого упомянутый кристалл, находящийся уже в полимеризовавшемся компаунде, из формы вынимают (см. Сборник "Применение оптико-электронных приборов", М. : Радио и связь, 1981).
Данный способ получил массовое распространение, например, при изготовлении светодиодных индикаторов. Недостатком известного способа является то, что отливку с кристаллом в ряде случаев необходимо установить в дополнительный корпус, а это не позволяет сразу по окончании полимеризации компаунда получить готовое изделие.
Задачей изобретения является создание комфортных условий управления транспортным средством и повышение безопасности дорожного движения.
Технический результат изобретения заключается в сокращении времени, требуемого для переключения внимания на указатели устройств, отображающих показания датчиков транспортных средств, при котором в сознании лица, управляющего упомянутыми средствами, отражаются значения упомянутых показаний (в том числе и их значения в сравнении друг с другом), вплоть до полного исключения необходимости упомянутого переключения внимания. Речь идет о сокращении времени, необходимого для снятия отсчетов, вплоть до времени срабатывания первичной (по Павлову) сигнальной системы человека. Иными словами, речь идет о быстром вводе информации посредством использования генетически заложенных механизмов привлечения внимания, работающих на уровне периферийного зрения. Иначе, технический результат изобретения заключается в предоставлении возможности снятия отсчетов с использованием периферийного зрения без сосредоточения внимания на соответствующем указателе.
Заявляемое изобретение позволяет минимизировать зрительную нагрузку на пользователя за счет уменьшения ширины временного спектра соответствующего зрительного стимула, а также за счет индивидуальной настройки устройств, отображающих показания датчиков.
Они позволяют также построить компактные и недорогие устройства отображения упомянутых показаний.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В способ визуального представления информации от как минимум одного датчика или о показании как минимум одного устройства, в том числе вычислительного, транспортного средства, при котором указатель, отображающий упомянутую информацию или упомянутое показание, располагают в поле зрения лица, управляющего транспортным средством, и в соответствии с заданной функциональной зависимостью изменяют цвет упомянутого указателя при изменении упомянутой информации или упомянутого показания, причем упомянутый цвет используют в качестве параметра для оценки упомянутой информации или значения упомянутого показания, введены следующие отличительные признаки: упомянутое изменение цвета осуществляют без зрительно воспринимаемых скачков; указатель выполняют с возможностью наблюдения за изменением его цвета посредством периферийного зрения; упомянутое изменение цвета осуществляют, переходя от цвета морской волны до красного; при упомянутом изменении цвета используют пурпурные цвета; изменяют цвета как минимум двух указателей; обеспечивают возможность сравнения цветов двух указателей для оценки различных показаний.
В устройство для визуального представления информации от как минимум одного датчика или о показании как минимум одного устройства, в том числе вычислительного, транспортного средства, содержащее указатель, расположенный в поле зрения лица, управляющего транспортным средством, и включающий как минимум два источника света разной цветности, а также блок управления, предназначенный для изменения воспринимаемого цвета результирующего света от упомянутых источников при изменении упомянутой информации или упомянутого показания, введены следующие отличительные признаки: оно снабжено органом управления, предназначенным для изменения закономерности отношения визуально воспринимаемых яркостей упомянутых источников при изменении упомянутой информации или упомянутого показания либо смены цвета результирующего света, соответствующего определенной информации от упомянутого датчика или определенному значению упомянутого показания, а упомянутый блок выполнен с возможностью изменения отношения визуально воспринимаемых яркостей упомянутых источников в соответствии с закономерностью, установленной таким органом управления; оно включает как минимум один светофильтр, расположенный между указателем и упомянутым лицом; в него введен дополнительный орган управления, предназначенный для произвольного изменения световой яркости указателя при изменении внешних условий освещения; оно снабжено блоком автоматической регулировки световой яркости указателя при изменении внешних условий освещения; оно снабжено дополнительным органом управления, предназначенным для изменения режима работы блока автоматической регулировки световой яркости указателя; упомянутые источники выполнены в виде кристаллов со светоизлучающим р-n переходом; упомянутые кристаллы выполнены с возможностью генерирования излучения в двух различных спектральных диапазонах, для чего используют два вида кристаллов; упомянутые кристаллы выполнены с возможностью генерирования излучения в трех различных спектральных диапазонах, для чего используют три вида кристаллов; оно снабжено стабилизирующим блоком, предназначенным для обеспечения постоянства световой яркости указателя; стабилизирующий блок выполнен с возможностью ограничения суммарного тока, потребляемого источниками света.
В способ изготовления указателя устройства, предназначенного для цветового представления информации от как минимум одного датчика или о показании как минимум одного устройства, в том числе вычислительного, транспортного средства, заключающийся в том, что компаундом в форме заливают как минимум два кристалла со светоизлучающими р-n переходами, генерирующими излучение в различных спектральных диапазонах, введены следующие отличительные признаки: упомянутую форму используют в качестве элемента конструкции упомянутого указателя, при этом как минимум одну ее внутреннюю поверхность выполняют отражающей излучаемый упомянутыми кристаллами свет с обеспечением изменения отображающего упомянутую информацию или упомянутое показание цвета результирующего света при прохождении света от упомянутых кристаллов через рассеивающую среду компаунда и отражении от упомянутой внутренней поверхности; упомянутую форму используют в качестве элемента конструкции как минимум еще одного указателя.
На фиг. 1 изображен один из вариантов выполнения устройства, в котором реализованы изобретения.
На фиг. 2 изображен один из вариантов схемы устройства, позволяющего добиться изменения цвета свечения полноцветного светоизлучающего диода без зрительно воспринимаемых скачков в смене цвета.
На фиг. 3 изображен график режима работы кристаллов со светоизлучающими р-n переходами, где пунктирной линией обозначено значение тока, проходящего через источник света с постоянной яркостью, а сплошной линией - значение тока, проходящего через источники света с переменной яркостью. По оси абсцисс откладывается скорость движения автомобиля, а по оси ординат - выходной сигнал усилителя.
Сведения,
подтверждающие возможность осуществления изобретений
Устройство визуального представления информации состоит из следующих элементов:
1 - орган управления для изменения закономерности,
в соответствии с которой происходит изменение цвета окна индикатора при изменении мгновенной и/или средней скорости движения. Этим же органом управления можно задавать цвет окна индикатора, который
будет соответствовать тому или иному значению скорости транспортного средства;
2 - индикатор, предназначенный для визуального представления информации о средней и/или мгновенной скорости
движения;
3 - прочие органы управления индикатора;
4 - светофильтр, обеспечивающий быстрое уменьшение яркости окна индикатора;
5 - окно, цвет которого изменяется при
изменении мгновенной и/или средней скорости движения;
6 - окно фотодиода блока автоматической регулировки яркости упомянутого окна;
7 - рассеивающий компаунд;
8 - корпус
заливочной формы;
9 - кристалл со светоизлучающим p-n переходом, рабочая энергия кванта которого равна hν1,
где h - постоянная Планка; ν1,
- частота излучения;
10 - плата, на которой расположены кристаллы 9, имеющие различную рабочую длину волны излучения, т. е. различный цвет свечения;
11 - липкая резина, при помощи
которой индикатор 2 устанавливается на панели приборов;
12 - орган управления для установки режимов работы блока автоматической регулировки яркости;
13 - датчик скорости;
14
- аналоговый преобразователь частоты в силу тока;
15 - аналоговый усилитель;
16 - сетевой адаптер;
17 - полноцветный светоизлучающий диод;
18 - кристалл со
светоизлучающим р-n переходом голубого цвета свечения;
19 - кристалл со светоизлучающим р-n переходом красного цвета свечения;
20 - кристалл со светоизлучающим р-n переходом зеленого
цвета свечения;
i - выходной сигнал усилителя - ток, проходящий через кристаллы 18 или 19;
Ic - ток, проходящий через кристалл 20;
I+ - максимальное
значение тока, проходящего через кристалл 18;
I- - максимальное значение тока, проходящего через кристалл 19;
Vmax - максимально допустимое значение скорости
транспортного средства;
Vc - значение скорости автомобиля, при котором цвет окна индикатора зеленый.
Реализация способа визуального представления информации иллюстрируется работой спидометра автомобиля.
На панели приборов с помощью липкой резины 11 в поле зрения водителя установлен индикатор 2. На индикаторе 2 выполнено одно или два окна 5. Индикатор 2 электрически связан с аккумулятором автомобиля и датчиком скорости 13. При включении индикатора 2 посредством органа управления 3 цвет левого окна 5 будет характеризовать среднюю скорость движения автомобиля. Цвет окна 5 водитель будет воспринимать не сосредотачивая на нем внимания специально. Предпочтительно будет установить индикатор 2 непосредственно за рулем немного справа от водителя, т. к. имеются ограничения в восприятии цвета объектов периферией поля зрения человека, связанные с размерами объектов.
Цвет правого окна 5 (на чертежах не показан), который характеризует мгновенную скорость движения, воспринимается аналогичным образом. Водитель практически мгновенно осуществляет также и сравнение упомянутых скоростей, не переключая зрительного внимания на индикатор 2. С помощью органа управления 12 водитель выбирает приемлемую для него яркость свечения окон 5 с учетом внешних условий освещения. Если, например, при въезде в туннель желательно резко уменьшить яркость окон 5, то водитель опустит светофильтр 4 по стрелке А и закроет им оба окна 5. Яркость свечения окон 5 в соответствии с заданным режимом может изменяться и автоматически с помощью блока автоматической регулировки яркости, который связан с фотодиодом, установленным в окне 6.
Кристаллы 9, генерирующие излучение в различных спектральных диапазонах, находятся в среде рассеивающего компаунда 7, который полимеризовался в корпусе заливочной формы 8. Заливочная форма 8 является элементом конструкции индикатора 2, т. е. ее используют в качестве готового конструктивного элемента при сборке указателя скорости, которым в данном случае является индикатор 2.
Изменение цвета окна 5, который характеризует мгновенную скорость движения автомобиля, происходит за счет изменения соотношения токов, проходящих через кристаллы 9. Визуально воспринимаемый цвет кристалла 9 формируется с учетом прохождения света от кристалла через среду рассеивающего компаунда 7 и с учетом отражений от внутренних поверхностей корпуса заливочной формы 8. Кристаллы 9 установлены на плате 10.
Например, при нулевой мгновенной скорости максимальную яркость имеет кристалл со светоизлучающим р-n переходом голубого цвета. По мере нарастания скорости все большую яркость приобретает кристалл зеленого цвета. Когда скорость достигает некоторого значения, например, 90 км/ч, максимальную яркость имеет кристалл красного цвета. При этом, когда яркость одного кристалла увеличивается, яркость другого или других кристаллов уменьшается, в результате чего, вследствие смешения света от кристаллов, водитель через окно 5 наблюдает результирующий изменяющийся цвет.
В описанном примере при нулевой скорости окно 5 индикатора 2 светится голубым цветом, при скорости, например, 30 км/ч - цветом морской волны, при 60 км/ч - зеленым цветом, при 70 км/ч - желтым, при 80 км/ч - оранжевым, при 90 км/ч - красным, при 110 км/ч - насыщенным перламутровым цветом, при 120 км/ч - голубым с красным отливом. Переход от одного цвета к другому осуществляется без зрительно воспринимаемых скачков.
Аналогично меняется цвет левого окна 5, который характеризует среднюю скорость движения автомобиля.
Принцип работы одного из вариантов заявляемого спидометра, в котором цвет меняется аналогово, заключается в следующем (фиг. 2).
Сигнал от датчика скорости 13 поступает на аналоговый преобразователь 14. При линейном изменении скорости выходной сигнал преобразователя представляет собой линейно изменяющийся ток. Аналоговый усилитель 15 усиливает по мощности сигнал сетевого адаптера 16. Сетевой адаптер 16 связывает спидометр с электрической сетью автомобиля и обеспечивает смещения, необходимые для изменения полярности выходного сигнала i аналогового усилителя 15, а также дает стабилизированный сигнал тока Iс, который предназначен для постоянной активации кристалла 20. При положительном значении выходного сигнала аналогового усилителя 15 активизируется кристалл 18, а при отрицательном - кристалл 19. Все упомянутые кристаллы размещены в одном корпусе полноцветного светоизлучающего диода 17, который изготовлен из светорассеивающего компаунда.
Как видно из фиг. 3, при значениях скорости, меньших Vc , активизированы кристаллы 18 и 20 соответственно голубого и зеленого цветов свечения. При увеличении значения скорости от 0 до Vc ток, проходящий через кристалл 18, плавно изменяется. В результате плавно уменьшается яркость свечения кристалла 18 и увеличивается яркость свечения кристалла 20. Таким образом, цвет результирующего света плавно меняется от голубого до зеленого.
Аналогичным образом плавно от зеленого к красному будет меняться цвет результирующего света при изменении скорости от Vc до Vmax.
Использование источников света с разным цветом свечения позволяет получить произвольные переливы цветов, включающие пурпурный и белые цвета. В качестве источника света кроме кристаллов могут быть использованы лампы накаливания с цветными светофильтрами или люминесцентные лампы.
Практические испытания устройства для визуального представления информации подтвердили указанный выше технический результат.
Сравнение цветов - генетически заложенный сверхбыстродействующий механизм выделения текстур, не требующий "включения" второй (по Павлову) сигнальной системы, т. е. внутренней речевой фиксации результата сравнения. Поэтому изменение цвета как минимум двух объектов и возможность сравнения этих цветов сокращают время сценки показаний различных датчиков.
Плавная цветовая индикация не рассеивает внимания водителя и не раздражает его зрительный анализатор дискретным изменением оптических характеристик индикаторов. Для снятия отсчета водитель не отвлекается от дорожной обстановки. Ему не надо отвлекать внимание на панель приборов, что способствует повышению безопасности движения.
Изменение цвета индикатора без зрительно воспринимаемых скачков в смене цвета обеспечивает возможность наблюдения за этим изменением посредством периферийного зрения, обеспечивает возможность оперативно считывать показания. Практика свидетельствует о том, что при скачкообразном изменении цвета водитель сначала обращает внимание на изменение яркости свечения индикатора, затем происходит непроизвольное кратковременное сосредоточение на нем центра зрительного внимания и только потом - восприятие изменения цвета. При этом указанное восприятие изменения цвета происходит лишь при высоких уровнях яркости свечения индикатора. При низких уровнях яркости, необходимых для комфортных условий считывания показаний, все испытуемые скачкообразное изменение цвета индикатора воспринимали лишь как скачкообразное изменение его яркости. При разных уровнях яркости свечения индикатора в случае изменения его цвета без зрительно воспринимаемых скачков испытуемые воспринимали именно изменение цвета, а не изменение яркости.
С помощью органа управления 1 можно осуществить индивидуальную настройку индикатора 2 и обеспечить заданное управление изменением цвета.
Следует отметить, что даже не изучая специально соответствие цвета определенному значению скорости, водитель быстро освоит это соответствие в процессе эксплуатации устройства. Для этого в процессе езды необходимо периодически сличать цвет индикатора с показаниями стрелочного или цифрового спидометра, который установлен на автомобиле. Здесь важно подчеркнуть, что изменение цвета без зрительно воспринимаемых скачков позволяет существенно повысить точность снятия показаний по цветовому индикатору, в связи с чем им можно заменить штатный стрелочный или цифровой индикатор, которые можно вывести из поля зрения после завершения обучения.
Устройство для визуального представления информации может быть использовано дополнительно к спидометру или заменять его. Возможно использование правого окна 5, которое можно назвать "спидометр с цветовой индикацией", в качестве подсветки шкалы установленного на автомобиле спидометра. Или использовать спидометр с цветовой индикацией в качестве подсветки всех приборов, расположенных на приборной панели.
Форму, размеры и расположение окон 5 также можно изменять. Например, в центре одного окна, которое отражает мгновенную скорость, размещают другое, отражающее среднюю скорость. Схватывание первым окном второго может быть замкнутым или незамкнутым.
Изобретения, касающиеся применения кристаллов со светоизлучающими р-n переходами и способа изготовления указателя, позволяют построить компактные и недорогие устройства для отображения показаний датчиков и других приборов транспортных средств.
Специалисту в данной области техники очевидно, что раскрытые в настоящем описании изобретения могут быть использованы на любом другом виде транспортного средства, а не только на автомобильном.
Реферат
Группа изобретений относится к технике, предназначенной для эксплуатации транспортных средств. В качестве параметра, по которому оценивают информацию от датчиков или показания устройств транспортного средства, используют цвет. При этом цвет в случае плавного изменения информации и показаний меняют плавно, причем используют все цвета спектра, а также пурпурный цвет. Устройство для визуального представления информации и показаний содержит несколько источников света с различными спектральными характеристиками и блок управления отношением их визуально воспринимаемых яркостей. В качестве источников света используют кристаллы со светоизлучающим р-n переходом. Дополнительно в устройство введены стабилизирующий блок, обеспечивающий постоянство суммарной световой яркости источников, светофильтр, а также органы управления, позволяющие изменять закономерности, в соответствии с которыми отношения яркостей изменяются при изменении информации и показаний, произвольно менять световую яркость и задавать режимы работы блока автоматической регулировки яркости. При изготовлении указателей заливочную форму используют как элемент конструкции, а ее внутреннюю поверхность делают отражающей. Одна форма служит для изготовления нескольких указателей. Технический результат заключается в сокращении времени переключения внимания водителя на указатели, необходимого для отображения в сознании информации и показаний, вплоть до полного исключения необходимости переключения внимания. Изобретение позволяет строить компактные и недорогие устройства отображения информации и показаний. 3 с. и 15 з. п. ф-лы, 3 ил.
