Система и способ освещения автомобиля - RU2470803C1
Код документа: RU2470803C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и системам энергоснабжения огней пассажирских автомобилей, особенно с автоматически включаемыми в течение всей поездки фарами, гибридным и электрическим автомобилям, грузовым автомобилям и мотоциклам, которые все далее в тексте называются автомобилями, и, более конкретно, к способам и системам, которые используют тепловую и световую энергию, рассеиваемую регулярной автомобильной фарой, и солнечную энергию для питания аварийных и стояночных огней автомобиля, которые далее в тексте называются огнями безопасности, включаемыми, когда электрическая система и регулярные источники электроэнергии автомобиля не функционируют.
Уровень техники
Существуют различные типы автомобильных наружных осветительных огней и огней безопасности. Например, комплект регулярной передней автомобильной фары включает источник света, по крайней мере одну отражательную поверхность и проекционные линзы с затвором. Световые лучи, поступающие от источника света и отраженные отражательной поверхностью, формируют сфокусированный с помощью проекционных линз пучок света на определенной части дороги. Неиспользуемая часть светового пучка обычно освещает зону в направлении движения автомобиля и может служить причиной ослепления водителя автомобиля, двигающегося во встречном направлении.
Источником света регулярной передней автомобильной фары и других автомобильных огней, как то, предупредительные, осветительные, безопасности, задние, тормозные и др. огни, может являться лампа накаливания, галогенный источник, светодиоды и др. источники света. Все эти источники света питаются от электрической системы автомобиля. Автомобильные огни обычно отключены, когда двигатель автомобиля заглушен. С точки зрения безопасности весьма важно сохранять огни безопасности включенными, когда автомобиль на стоянке, особенно в темное время дня. Однако водитель не может оставить огни безопасности включенными, когда двигатель автомобиля заглушен, поскольку это может привести к разрядке аккумулятора.
Весьма важным является поиск метода и разработка системы, позволяющей абсорбировать и конвертировать в электрическую различные виды энергии (мультиэнергии), теряемой или неиспользуемой на борту автомобиля, для питания огней безопасности.
Цели изобретения
Основной целью настоящего изобретения является создание системы и разработка способа, позволяющих собирать и аккумулировать тепловую (инфракрасную) и световую (видимую) энергию, рассеиваемую и теряемую обычными автомобильными фарами, и, совместно с так же собираемой и аккумулируемой солнечной энергией, использовать эту сохраненную мультиэнергию для питания огней безопасности автомобиля, когда электрическая система и регулярные источники электроэнергии автомобиля не функционируют.
Целью настоящего изобретения является также использование остатков сохраненной мультиэнергии для питания в аварийной ситуации узлов электрической системы, когда она не функционирует.
Сущность изобретения
Один из предложенных вариантов системы включает:
- по крайней мере один мультиэнергетический модуль, предназначенный для сбора и преобразования энергии, теряемой при работе обычной передней фары автомобиля, в электрическую для питания огней безопасности автомобиля;
- по крайней мере один мультиэнергетический модуль, содержащий по крайней мере один фотоэлектрический преобразователь инфракрасной энергии и по крайней мере один фотоэлектрический преобразователь световой энергии, теряемой при работе регулярной передней фары автомобиля, в электрическую для питания огней безопасности автомобиля;
- по крайней мере один модуль, предназначенный для сбора и преобразования видимой солнечной энергии в электрическую для питания огней безопасности автомобиля.
Предложенная мультиэнергетическая система освещения автомобиля MUEL (Multy-Energy vehicle Light system) включает способ питания огней безопасности автомобиля, содержащий следующие шаги:
- сбора энергии, теряемой при работе регулярной передней фары, с помощью по крайней мере одного мультиэнергетического модуля;
- сбора энергии, теряемой при работе регулярной передней фары, с помощью по крайней мере одного мультиэнергетического модуля, содержащего по крайней мере один фотоэлектрический преобразователь инфракрасной энергии и по крайней мере один фотоэлектрический преобразователь световой энергии в электрическую;
- сбора световой солнечной энергии с помощью по крайней мере одного солнечного энергетического модуля, содержащего по крайней мере один фотоэлектрический преобразователь световой солнечной энергии в электрическую;
- сохранения собранной мультиэнергии в аккумуляторной батарее, электрически соединенной с солнечными энергетическими и мультиэнергетическими модулями;
- включения огней безопасности автомобиля при соответствующем сигнале датчика освещенности, поступившем на микроконтроллер, контролирующий состояние фар и электрической системы автомобиля.
Краткое описание чертежей
Вышеприведенные и другие цели и преимущества станут более очевидными из последующего описания со ссылками на сопровождающие фигуры, среди которых:
Фиг.1 блок-диаграмма устройства, которое включает мультиэнергетическую систему освещения автомобиля.
Фиг.2 схематическая конструкция передней фары мультиэнергетической системы освещения автомобиля.
Детальное описание изобретения
Согласно изобретению предложены способ и система для сбора и использования двух различных видов энергии (мультиэнергии):
1. теряемой при работе устройств-потребителей энергии в автомобиле;
2. солнечной энергии (инфракрасной и видимой) для снабжения электроэнергией автомобильных огней безопасности, когда автомобиль на стоянке, особенно в темноте, и электрическая система автомобиля выключена, и указанные огни безопасности снабжаются энергией, собранной, сохраненной и преобразованной в электрическую с помощью мультиэнергетического модуля-источника MES (Multy-Energy Source), и способ включает мультиэнергетическую осветительную технологию (MUEL-T). Как приводится в описываемом конструктивном варианте, но не ограниченной только им, мультиэнергетическая осветительная технология использует комбинацию мультиэнергетического модуля-источника MES, содержащего по крайней мере одно фотоэлектрическое устройство, собирающее инфракрасную энергию, рассеиваемую источником света фары или другой поверхностью автомобиля в инфракрасном диапазоне спектра, и содержащего по крайней мере одно фотоэлектрическое устройство, собирающее энергию, рассеиваемую источником света фары в световом (видимом) диапазоне спектра, а также, по крайней мере, одного модуля-источника, собирающего солнечную энергию.
Другой особенностью изобретения является способ повышения безопасности автомобиля путем обеспечения непрерывного питания огней безопасности автомобиля в случае аварийной ситуации и выходе из строя электрической системы независимо от погодных условий.
Другой особенностью изобретения является то, что мультиэнергетическая система освещения автомобиля MUEL, выполненная по мультиэнергетической осветительной технологии MUEL-T, включает два источника энергии. Первым источником энергии MUEL системы является мультиэнергетический модуль-источник MES, который собирает и преобразует в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических устройств инфракрасную и световую энергию, рассеиваемую источником света передней фары, когда она включена, и сохраняет эту энергию в аккумуляторной батарее. Один вид фотоэлектрических устройств мультиэнергетического модуля-источника MES предназначен для преобразования световой энергии, рассеиваемой источником света передней фары, и имеет длину волны в световом диапазоне. Эти фотоэлектрические устройства могут быть расположены на той стороне мультиэнергетического модуля-источника MES, которая расположена ближе к источнику света передней фары.
Другой вид фотоэлектрических устройств мультиэнергетического модуля-источника MES предназначен для преобразования инфракрасной энергии, рассеиваемой источником света передней фары, и имеет длину волны в инфракрасном диапазоне. Эти фотоэлектрические устройства могут быть расположены на другой стороне мультиэнергетического модуля-источника.
Другой особенностью изобретения является то, что вместо фотоэлектрических преобразователей инфракрасной энергии, теряемой при работе регулярной передней фары автомобиля, в электрическую энергию использованы альтернативные преобразователи инфракрасной энергии в электрическую. Таковыми являются плоские наноантенные электромагнитные коллекторы NECs (nanoantenna electromagnetic collectors). Указанные NEC преобразователи работают в середине инфракрасного диапазона длины волны, где вышеуказанные фотоэлектрические преобразователи неэффективны. Наноантенные электромагнитные коллекторы со встроенными в них диодами могут аккумулировать и преобразовывать в электрический вид теряемую при работе источника света регулярной передней фары автомобиля тепловую энергию. Кроме того, внутренние боковые поверхности и нижняя поверхность конструкции вокруг источника света передней фары, выполненной по мультиэнергетической осветительной технологии MUEL-T, покрываются плоским лоскутом наноантенных электромагнитных коллекторов со встроенными в них диодами, который в данном случае работает как коллектор и преобразователь тепловой энергии, как охладитель внутренней температуры фары и как рефлекторная поверхность фары.
Вторым источником энергии MUEL системы и способа является модуль-источник SES (Solar Energy Source), который содержит фотоэлектрические устройства, имеющие длину волны в видимом диапазоне спектра. Модуль-источник SES аккумулирует солнечную энергию, преобразует ее в электрическую энергию и сохраняет эту энергию в аккумуляторной батарее. Модуль-источник SES может быть расположен в конструкции системы, где обеспечен доступ к солнечным лучам.
Другой особенностью изобретения является то, что MES и SES модули, выполненные по MUEL-T технологии, могут быть изготовлены в виде модуля-«сандвича» MESES, в котором MES расположен рядом с источником света фары, а SES расположен на другой стороне MESES модуля и открыт солнечным лучам.
Другой особенностью изобретения является то, что фара, выполненная по MUEL-T технологии, включает по крайней мере один MES модуль или по крайней мере один MES модуль и один SES модуль, или по крайней мере один MESES модуль, или по крайней мере один MESES модуль и один SES модуль.
Схема одной из структур мультиэнергетической системы освещения автомобиля MUEL выполненной по MUEL-T технологии, представлена на Фиг.1. Мультиэнергетическая система освещения автомобиля MUEL 10 состоит из MES модуля 30, который является частью модуля-«сандвича» MESES 11, который аккумулирует как солнечную, так и рассеиваемую источником света 13 фары видимую и тепловую (инфракрасную) энергии, SES модулей 31а, 31b, 31с, где первый из них является частью модуля-«сандвича» MESES 11, и все эти SES модули аккумулируют солнечную энергию и подсоединены к аккумуляторной батарее 33 посредством диодов 37, которые предотвращают обратный разряд аккумуляторной батареи через эти SES модули, автомобильного огня безопасности 32, который может быть светодиодом или другого типа источником света, датчиков освещенности 34, 34b, 34с, микроконтроллера 35, зарядного устройства 36, выключателей 38, 39, 44, 49, измерительных сопротивлений 40, 42 и операционных усилителей 41, 43. В сумерках и в ночное время фотоэлектрические модули 31а, 31b и 31с прекращают генерирование энергии от солнечных лучей. Если в это время фара 12 автомобиля не включена, датчик освещенности 34b посредством выключателя 38 включает огонь безопасности 32. Включенный в сумеречное или ночное время огонь безопасности 32 способствует повышению безопасности автомобиля на дороге в случае аварийной остановки или стоянки в ночное время.
Другой особенностью изобретения является то, что мультиэнергетическая система освещения автомобиля MUEL, выполненная по MUEL-T технологии, включает микроконтроллер 35, который отслеживает количество энергии, сгенерированной MES 30 и SES 31 модулями путем измерения падения напряжения на сопротивлении 40. Это напряжение усиливается операционным усилителем 41 и обрабатывается микроконтроллером 35 на его ADC1 (Analog-to-Digital Converter) входе. Количество энергии, запасенной в аккумуляторной батарее 33, запоминается в микроконтроллере 35. Микроконтроллер 35 отслеживает количество энергии, потерянной аккумуляторной батареей 33 во время включения огня безопасности 32 путем оценки падения напряжения на сопротивлении 42. Это напряжение усиливается операционным усилителем 43 и обрабатывается микроконтроллером 35 на его ADC2 входе. Когда с рассветом датчик освещенности 34b выключает огонь безопасности 32, микроконтроллер 35 оценивает остаток энергии, запасенной в аккумуляторной батарее 33. Если энергии осталось достаточно много, микроконтроллер 35 посредством своего выхода I/O1 и выключателя 44 переключает выход аккумуляторной батареи 33 с режима питания огня безопасности 32 на режим питания предопределенных потребителей энергии в электрической системе автомобиля.
Другой особенностью изобретения является то, что мультиэнергетический модуль MES 30 расположен непосредственно рядом с источником света 13 фары 12.
Другой особенностью изобретения является то, что аккумуляторная батарея установлена внутри конструкции фары, выполненной по MUEL-T технологии. Если необходимо использовать более одной аккумуляторной батареи, то они соединены последовательно или параллельно.
Другой особенностью изобретения является то, что аккумуляторная батарея установлена в специальном отделении капота автомобиля и подсоединена с помощью контактного пружинного разъема. В этом случае часть элементов электрической схемы находится в том же специальном отделении капота, где расположена аккумуляторная батарея.
Другой особенностью изобретения является то, что над SES модулями в капоте автомобиля сделаны окна, обеспечивающие доступ солнечных лучей на поверхность SES модулей, где установлены преобразователи видимой солнечной энергии в электрическую.
Другой особенностью изобретения является то, что имеются выдвижные шторки, открывающие окна над SES модулями.
Другой особенностью изобретения является то, что MUEL система аккумулирует посредством MES модуля инфракрасную и световую энергию, рассеиваемую включенным источником света фары, и энергию световых лучей посредством SES модуля в солнечные дни. Когда источник света фары выключен, MUEL система аккумулирует энергию солнечных лучей посредством MES и SES модулей.
Другой особенностью изобретения является то, что число и расположение SES модулей зависит от типа автомобиля и конструкции фары.
На Фиг.2 показана упрощенная конструкция передней MUEL фары, выполненной по MUEL-T технологии. MUEL фара содержит источник света 13, модуль-«сандвич» MESES 49, огонь безопасности 32. MESES «сандвич» 49 состоит из MES модуля 30 и SES модуля 31а. MES модуль 30 расположен в непосредственной близости от источника света 13 фары и включает датчик освещенности 34. SES модуль 31а расположен непосредственно над MES модулем 30 и включает датчик освещенности 34а. Конструкция MUEL фары содержит также другой SES модуль 31b, который содержит датчик освещенности 34b. На Фиг.2 показано также направление 47 пучка света, испускаемого источником света 13 MUEL фары. Две внутренние боковые и одна нижняя поверхности 48 MUEL фары используются как рефлекторы. MES модуль 30 аккумулирует как теряемую инфракрасную(тепловую), так и теряемую световую энергию, рассеиваемую источником света 13 MUEL фары, когда она включена. Модули SES 31а и SES 31b аккумулируют солнечную энергию в ясные дни.
Другой особенностью изобретения является то, что в зависимости от типа автомобиля расположение модулей MUEL фары выбрано с расчетом аккумулирования максимального количества тепловой и световой энергии. Каждый используемый MES и SES модуль может содержать датчик освещенности.
Другой особенностью изобретения является то, что каждый из MES и SES модулей, используемых в конструкции MUEL фары, расположен так, что аккумулирует максимальное количество энергии, не ухудшая осветительных характеристик фары.
Другой особенностью изобретения является то, что два или более типовых автомобильных огня, например передняя фара, стояночный огонь и т.п., скомпонованы в одном комбинированном COMUEL устройстве, выполненном по MUEL-T технологии.
Другой особенностью изобретения является то, что зарядное устройство 36 используется когда модулей более одного для предохранения аккумуляторной батареи и модулей от перегрузки во время зарядки путем использования сигнала I/O3 микроконтроллера 35.
Другой особенностью изобретения является то, что все свойства MUEL-T технологии, описанные для передней фары автомобиля, относятся ко всем возможным типам огней пассажирских автомобилей особенно с автоматически включаемыми в течение всей поездки фарами, гибридным и электрическим автомобилям, грузовым автомобилям и мотоциклам.
В таблице 1 показано состояние энергетического баланса в модулях MUEL системы, выполненной по MUEL-T технологии.
Другой особенностью изобретения является то, что способ и система, выполненные по MUEL-T технологии, могут использовать главную SLI (Starting, Lightning, Ignition) аккумуляторную батарею автомобиля посредством зарядного устройства в качестве главного хранилища собранной MUEL модулями мультиэнергии.
Другой особенностью изобретения является то, что MESES и MES модули использованы в качестве коллекторов инфракрасной энергии на горячей поверхности автомобильного двигателя, которая используется совместно с энергией, аккумулированной другими модулями MUEL системы для питания огней безопасности автомобиля.
Другой особенностью изобретения является то, что мультиэнергетическая система освещения автомобиля MUEL, выполненная по MUEL-T технологии для питания огней безопасности автомобиля, повышает надежность эксплуатации автомобиля поскольку обеспечивает энергией огни безопасности независимо от погодных условий и состояния системы электроснабжения автомобиля.
Хотя изобретение описано только в наилучших представленных вариантах, для специалистов ясно, что без отклонения от концепции изобретения могут быть сделаны различные изменения и проведены равнозначные замены элементов. Таким образом, изобретение не ограничено изложенным в описании и включает все возможные варианты, охватываемые формулой изобретения.
Реферат
Изобретения относятся к системе энергоснабжения огней пассажирских автомобилей. Передняя фара автомобиля содержит источник света, рефлектор, проекционные линзы с затвором и мультиэнергетическую систему. Мультиэнергетическая система освещения автомобиля включает один мультиэнергетический модуль, производящий сбор и преобразование энергии, теряемой при работе передней фары автомобиля, в электрическую, мультиэнергетический модуль, содержащий фотоэлектронный преобразователь инфракрасной энергии и один фотоэлектронный преобразователь световой энергии, теряемой при работе регулярной передней фары автомобиля, в электрическую, модуль, предназначенный для сбора и преобразования видимой солнечной энергии в электрическую, аккумуляторную батарею, электрически соединенную с солнечными энергетическими и мультиэнергетическими модулями, лампу безопасности, датчик освещенности, микроконтроллер, связанный с аккумуляторной батареей, лампой безопасности и датчиком освещенности. Микроконтроллер включает лампу безопасности путем подключения ее к аккумуляторной батарее при соответствующем сигнале датчика освещенности, поступившем на микроконтроллер. Способ питания огней безопасности автомобиля включает сбор энергии и преобразование ее в электрическую с помощью мультиэнергетической системы. Достигается возможность использования остатков сохраненной энергии для питания в аварийной ситуации узлов электрической системы, когда она не функционирует. 3 н. и 17 з.п. ф-лы., 2 ил., 1 табл.
