SI26036A - Varnostna čelada ter postopek prekinitve vožnje ali omejitve hitrosti vožnje na podlagi uporabe omenjene varnostne čelade - Google Patents

Abstract

Varnostna čelada za vožnjo z motornimi vozili je v tem, da vključuje: vsaj en senzor srčnega utripa za zaznavanje prisotnosti srčnega utripa uporabnika čelade; vsaj en žiroskop za zaznavanje nagiba čelade; senzor na zaponki podbradnega varnostnega pasu za spremljanje ustrezne pripetosti omenjenega varnostnega pasu; baterijo; centralno enoto, ki vsebuje mikrokrmilnik ali mikroprocesorski modul, na kateri se izvaja program čelade in skrbi za zajem podatkov iz senzorjev ter prenos podatkov med čelado inprevoznim sredstvom; brezžični sprejemno-oddajniški modul za povezovanje z vozilom in/ali mobilno aplikacijo. Čelada po izumu omogoča izklop delovanja vozila, ko se preseže pred-določena mejna hitrost, ki je vsaj 5 km/h. Do te mejne hitrosti pogonski sistem vozila deluje normalno ne glede na stanje varnostne čelade, predvsem iz razloga manevriranja z vozilom v primeru tehničnega pregleda, servisa ali parkiranja. Izum se nanaša tudi na postopek omejevanja hitrosti vožnje oziroma prekinitve vožnje z vozilomna podlagi zaznane nošnje čelade.

Description

VARNOSTNA ČELADA TER POSTOPEK PREKINITVE VOŽNJE ALI OMEJITVE HITROSTI VOŽNJE NA PODLAGI UPORABE OMENJENE VARNOSTNE ČELADE

Področje tehnike

Pričujoči izum spada na področje človeških potreb, in sicer čelad, bolj natančno na področje varnostnih čelad za uporabo v prometu. Dotika se tudi področja vozil, še posebno uravnavanja hitrosti vožnje, ter področja signaliziranja ter kontroliranja na podlagi s senzorji izmerjenih oziroma določenih vrednosti. Izum se nanaša na varnostno čelado za vožnjo ter na postopek prekinitve vožnje ali omejitve hitrosti vožnje z električnimi ali motornimi dvo-, tri- ali štirikolesniki na podlagi uporabe omenjene varnostne čelade.

Ozadje izuma in tehnični problem

Prevozna sredstva omogočajo mobilnost ljudi po svetu in so široko dostopna populaciji od otrok pa do starejših. Vožnja s prevoznim sredstvom, ki ima dva, tri ali štiri kolesa, torej na primer motor, e-skuter, električni skiro, moped, trikolesnik, štirikolesnik (ATV), zahteva uporabo certificirane varnostne čelade, s katero se preprečujejo hujše poškodbe glave ali celo smrt. Vendar pa se pogosto pojavlja napačna uporaba čelade, ki ogroža varnost vozečega, saj jo mnogi držijo v roki, obesijo na krmilo, shranijo v prtljažniku ali košari, ali pa jo nosijo na komolcu namesto na glavi.

Tehnični problem, ki ga pričujoči izum rešuje, je torej zasnova varnostne čelade, ki bo omogočala zanesljivo spremljanje ustrezne nošnje čelade, ter hkrati omogočala povezavo z vozilom, katerega delovanje bo odvisno od zaznane nošnje čelade. Namen in cilj izuma je posledično zmanjševanje števila poškodb ter izboljšanje varnosti voznikov omenjenih vozil.

Stanje tehnike

Uporabni model CN209473673 (U) opisuje čelado za gasilce, ki ima sistem za spremljanje vitalnih znakov gasilca, ki nosi čelado, ter sredstvo za povezovanje in pošiljanje podatkov, ki omogoča sledenje stanja gasilca. Omenjena čelada ima senzor temperature in srčnega utripa, da se spremlja vitalnost gasilca, in žiroskop, s katerim se sledi premikanju gasilca. Podatki o stanju gasilca se pošiljajo preko mikroprocesorskega modula in brezžične povezave na centralo ali katero drugo enoto. Ta rešitev ni prilagojena za uporabo v prometu, poleg tega pa z njo ni možno vplivati na stanje oziroma delovanje prevoznega sredstva na električni in/ali motorni pogon.

Dokument CN110179195 se nanaša na čelado za električno kolo, ki se lahko preko komunikacijskega modula poveže s sistemom za kontrolo hitrosti vožnje električnega kolesa. Čelada ima tudi sistem za spremljanje ustrezne nošnje čelade na glavi. V kolikor je človeško telo ustrezno zaznano, signal preko komunikacijskega modula potuje do kontrolnega sistema in električno kolo se lahko pelje s katerokoli hitrostjo, ki jo kolo omogoča. Ta rešitev ne opisuje natančne izvedbe kontrolnega sistema in poteka regulacije hitrosti vožnje.

Patentna prijava EP0346300 opisuje čelade, ki vključuje napajanje, senzorje za normalno nošnjo čelade, oddajnik ter anteno, s pomočjo katerih se na sprejemnik na vozilu kot je motor sporoča signale normalne nošnje čelade, kar omogoči vžig motorja in posledično njegov premik ter vožnjo. V kolikor senzorji zaznajo, da čelada ni ustrezno nameščena na glavi, se vozilo ne more premakniti, kar je neugodno v primeru, da je potrebno vozilo premakniti le za par metrov v garaži ali ga pripeljati do servisnega prostora ali prostora za tehnični pregled.

Pričujoči izum se od omenjenih dokumentov stanja tehnike razlikuje predvsem v komponentah in načinu povezave z vozilom, katerega vožnja se želi prekiniti v primeru neustrezne nošnje čelade.

Opis rešitve tehničnega problema

Varnostna čelada po izumu je sestavljena iz osnovnega kalupa, ki se prilega glavi, podbradnega varnostnega pasu, ustreznih absorberjev vibracij nameščenih med osnovnim kalupom in glavo ter opcijskega vizirja in drugih običajnih komponent varnostnih čelad za uporabo v prometu. Bistvo čelade po izumu je v tem, da nadalje vključuje:

- vsaj en senzor srčnega utripa za zaznavanje prisotnosti srčnega utripa uporabnika čelade,

- vsaj en žiroskop za zaznavanje nagiba čelade,

- prednostno ustrezen senzor na zaponki podbradnega varnostnega pasu za spremljanje ustrezne pripetosti omenjenega varnostnega pasu,

- baterijo za napajanje omenjenih senzorjev in žiroskopa, ki jo je možno polniti na katerikoli znan način in/ali deluje na zamenljive baterije,

- centralno enoto, ki vsebuje mikrokrmilnik ali mikroprocesorski modul, na kateri se izvaja program čelade in skrbi za zajem podatkov iz senzorjev in stikal ter prenos podatkov med čelado in prevoznim sredstvom

- opcijsko mobilno aplikacijo, ki spremlja podatke zaznane z omenjenima senzorjema ter žiroskopom in je prilagojena, da na podlagi le-teh sproži izklop delovanja pogona vozila; in

- brezžični sprejemno-oddajniški modul za povezovanje z vozilom in/ali mobilno aplikacijo.

Čelada po izumu omogoča izklop delovanja vozila, ko se preseže pred-določena mejna hitrost, ki je vsaj 5 km/h, prednostno 10 km/h ali več. Alternativno bi lahko čelada ob neprimerni nošnji omogočala tudi blokado hitrosti vožnje do prednastavljene mejne vrednosti, kot je na primer 5 km/h ali 10 km/h. Tako se uporabnik ne bi mogel peljati hitreje, dokler ne bi ustrezno namestil čelade. Lažje je to izvesti pri prevoznih sredstvih z e-pogonom, prevoznih sredstvih z avtomatskim menjalnikom, težje pri motorjih z notranjim izgorevanjem in ročnim/nožnim menjalnikom, vendar pa je tudi pri slednjih preko vgrajenega potenciometra za branje položaja pedala, na podlagi katerega se lahko z ustreznim procesorjem regulira hitrost. Do te pred-nastavljene mejne hitrosti namreč pogonski sistem prevoznega sredstva deluje normalno ne glede na stanje varnostne čelade in zaznane nošnje, predvsem iz razloga manevriranja z vozilom v primeru tehničnega pregleda, servisa ali parkiranja vozila.

Vgrajeni senzor srčnega utripa so namenjeni zagotavljanju, da je čelada pravilno nameščena, ter da je nameščena na človeško telo (glavo) in ni pritrjena na prtljažnik ali sedež vozila. Senzor lahko deluje na principu optičnih oddajnih in sprejemih diod ali na principu zaznavanja električnih pulzov. Senzor srčnega utripa je lahko kakršenkoli poznan strokovnjaku na področju senzorjev, prednostno pa se uporabi optični senzorji, ki delujejo na principu oddajanja in sprejemanja odbite količine svetlobe od kože. Prisotna sta lahko tudi dva ali več senzorjev srčnih utripov, pri čemer večje število meritev zagotavlja večjo zanesljivost varnostne čelade. Senzor(ji) so nameščeni v notranji del čelade, prednostno na levo in/ali desno sence. Utrip v razponu od 30 do 200 udarcev v minuti je dopusten, medtem ko vsako odstopanje od tega razpona varnostna čelada zazna in sporoči vozilu, katerega tokokrog pogona se preko prekinitve delovanja elektronike motorja posledično prekine, v kolikor hitrost vožnje presega pred-nastavljeno mejno hitrost.

Žiroskop, ki je prednostno lahko kombinacija senzorja rotacije in pospeška, meri nagib čelade in je zadolžen da sporoča ali je čelada pravilno nameščena. Žiroskop in baterija, ki se polni preko polnilca ali pa se napaja z zamenljivo baterijo, sta vgrajena v ovoj čelade, prednostno spredaj na čelnem delu ali zadaj na temenskem delu. Varnostna čelada ugotovi, da ni pravilno nameščena, če žiroskop zazna nagnjenost v vsako stran več kot 90 stopinj od naravne oziroma pokončne lege (t.j. lega, ko je čelada pravilno nameščena na glavi). Prednostno lahko dopušča tudi večji nagib, ki pa ne sme trajati dlje kot nekaj sekund, na primer 5 sekund, kar se lahko zgodi v primeru ekstremnega polaganja motorja v ovinku.

Dodatni, prednostni del sistema zaznavanja pravilne nošnje čelade pa je senzor na zaponki podbradnega varnostnega pasu. Ta senzor je lahko bodisi elektro mehanski (stikalo, magnet) ali opto-električni senzor. Uporabljen je lahko tudi katerikoli drugi tip, ki ga je možno vgraditi v ali ob zaponko in omogoča zaznavanje, če sta oba dela zaponke speta ali ne. Torej, če čelada ni pripeta z podbradnim varnostnim pasom, se prav tako prekine tokokrog in pogonski sistem prevoznega sredstva preneha z delovanjem.

Centralna enota, ki je del čelade, vsebuje mikrokrmilniški ali mikroprocesorski modul, na kateri poteka program čelade in skrbi za zajem podatkov iz senzorjev in stikal ter prenos podatkov med čelado in prevoznim sredstvom. Brezžični sprejemno-oddajniški modul je namenjen za povezovanje z vozilom in/ali mobilno aplikacijo in je vgrajen v centralno enoto ali kot posebej enota. Antena je lahko spajkana na tiskano vezje ali položena v okvir čelade. Uporabljeni so lahko vsi trenutno znani in prihodnji tipi brezžičnih povezav in protokoli, na primer standardne povezave kot so Bluetooth, WiFI, ZigBee in podobno. V kolikor se uporabi mobilna aplikacija, mora le-ta biti sprogramirana tako, da izvaja preverjanje zaznanih parametrov s senzorji, ustrezno komunikacijo s centralno enoto čelade ter modulom prevoznega sredstva, ki kontrolira elektroniko, na podlagi katere se prilagaja stanje delovanja pogona prevoznega sredstva.

Čelada je z modulom v vozilu oziroma vozilom povezana z brezžično povezavo, prednostno z Bluetooth, saj se povezava izvede z geslom in tako ne prihaja do motenj med različnimi povezavami, saj bi v nasprotnem primeru moral imeti vsak motor in čelada svojo frekvenco, drugače bi npr. prihajalo do križanja signalov. Prednostno je omenjeni modul vgrajen na krmilu oz. na armaturni plošči prevoznega sredstva. Modul se v prevoznem sredstvu napaja preko napajalnega sistema prevoznega sredstva (akumulator, baterija,...) in dodatno zunanje polnjenje ni potrebno. Alternativno je lahko čelada namesto z modulom na vozilu neposredno povezana z aplikacijo, ki je ustrezno prilagojena za upravljanje s pogonskim sistemom vozila kot je na primer električni skiro ali skuter.

Varnostna čelada preko brezžične povezave z mobilno aplikacijo ali z modulom v vozilu, ki je povezan z delovanjem pogonskega agregata prevoznega sredstva, v primeru vožnje nad mejno vrednostjo in zaznano nepravilno nošnjo čelade izklopi tokokrog motorja, kot da bi uporabnik sam pritisnil na stikalo za izklop motorja. Vsako električno vozilo namreč že sedaj vsebuje mikrokrmilnik (ali procesor), ki bere položaj ročke ter glede na njeno stanje, preko krmilnika, poda določeno moč elektromotorju. Vse, kar je potrebno pri tem sistemu dodati, da bo kompatibilen s čelado po izumu, je brezžični modul preko katerega bo omogočena komunikacija s čelado in s tem vpliv na stanje delovanja prevoznega sredstva glede na zaznano nošnjo čelade. Sprejemnik oziroma modul na prevoznem sredstvu je povezan s krmilno elektroniko delovanja prevoznega sredstva in jo v primeru odstopanja od vnaprej določenih parametrov, ki jih zaznavajo senzorji, enostavno prekine (v primeru izvedbe z ustavitvijo motorja). Alternativno, lahko modul glede na prejete podatke iz čelade, določi koliko moči dati elektromotorju za hitrost do 10 km/h. V večini vozil, tudi avtomobilih, se uporablja CAN komunikacija, lahko pa se uporabi tudi na primer RS232, RS485, Ethernet in podobno.

Postopek prekinitve ali omejitve hitrosti vožnje na podlagi uporabe omenjene varnostne čelade po izumu poteka po sledečih korakih:

a) se čelada brezžično poveže z vozilom ob njegovem vklopu,

b) senzorji in žiroskop zaznavajo ustrezno nošnjo čelade, pri čemer se:

i. Nepravilno nošenje čelade dopusti pri hitrostih nižji od pred-nastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, ii. Pravilno nošenje čelade omogoča običajno vožnjo z vozilom, iii. Nepravilno nošenje čelade pri hitrostih višjih od pred-nastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, pa sproži izklop delovanja vozila, tako da modul na prevoznem sredstvu, ki je povezan s krmilno elektroniko delovanja prevoznega sredstva, prekine tokokrog pogona; ali iv. Nepravilno nošenje čelade pri hitrostih višjih od pred-nastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, pa sproži omejitev hitrosti delovanja vozila, tako da vsebuje mikrokrmilnik (ali procesor) vozila, ki bere položaj ročke ter glede na njeno stanje, preko krmilnika, poda določeno moč elektromotorju ter omeji hitrost vožnje na največ 10 km/h, prednostno največ 5 km/h.

Točki iii) in iv) sta torej alternativi v delovanju. Prednostno se vozilo po zaustavitvi nemoteno zažene, vendar v primeru neustrezno nameščene čelade zopet ne dopusti vožnje hitrejše od pred-nastavljene mejne hitrosti. Lahko pa bi vozilo imelo dodaten gumb za ponovno nastavitev in zagon vozila, vendar pa bi to nadalje zakompliciralo delovanje pričujočega izuma. V vseh primerih brezžični varnostni modul v vozilu odloča, kateri način vožnje bo izbran (normalni način, omejen način, izklopljen način).

Varnostna čelada po izumu se lahko uporablja pri vožnji z različnimi vozili, na primer z električnimi kolesi, skiroji ali skuterji, mopedi, trikolesniki, štirikolesniki in podobnimi vozili, katere poganja pogonski sistem kot je motor z notranjim izgorevanjem, električni pogon in vsi ostali pogoni. Čelada bo tako preprečila vožnjo z vozilom s hitrostjo višjo od pred-nastavljene mejne hitrosti, prednostno 10 km/h, v primeru, da bo:

- čelada v uporabnikovi roki - ni srčnega utripa, žiroskop kaže nedopustno rotacijo,

- čelada polovično nameščena na glavo - podbradni pas ni pripet,

- čelada v prtljažniku - ni srčnega utripa, ali

- v katerihkoli drugih primerih, kjer eden od senzorjev zazna odstopanje od prednastavljenih dovoljenih vrednosti.

S tem bo bistveno izboljšana varnost voznikov, varnost mimoidočih ali drugih voznikov v prometu.

Varnostna čelada ter postopek omejevanja hitrosti vožnje ali prekinitve vožnje na podlagi uporabe omenjene varnostne čelade po izumu bosta v nadaljevanju opisana s pomočjo slik, ki prikazujejo:

Slika 1 Diagram poteka delovanja izuma ter postopka omejevanja hitrosti vožnje ali prekinitve vožnje na podlagi uporabe čelade po izumu

Slika 2 Blokovno shemo možne izvedbe elektronike v čeladi

Slika 3 Blokovno shemo možne izvedbe elektronike v vozilu

Slika 1 prikazuje diagram poteka delovanja izuma ter postopka omejevanja hitrosti vožnje ali prekinitve vožnje na podlagi uporabe čelade po izumu, ki vključuje senzor srčnega utripa, žiroskop in senzor zapete zaponke čelade na varnostnem pasu, pri čemer so omenjene komponente primerno nameščene v osnovnem kalupu čelade, njihovo stanje pa spremlja centralna enota oziroma mikroprocesor. V kolikor srčni utrip ni zaznan in/ali žiroskop zaznava neprimeren naklon in/ali zaponka varnostnega pasu ni zapeta, čelada preko brezžične komunikacije centralne enote z modulom vozila ustavi vožnjo, če hitrost le-te preseže prednastavljeno mejno hitrost, ki je 5 km/h, ali pa omeji hitrost vožnje na maksimalno 10 km/h, prednostno na maksimalno 5 km/h. Tudi če je čelada omogočila normalno delovanje vozila, pa je še vedno možen izklop pogona, na primer v primeru, da žiroskop predolgo zaznava neprimerne vrednosti, ali pa da se odpne zaponka varnostnega pasu.

Slika 2 prikazuje blok shemo možne izvedbe elektronike v čeladi, slika 3 pa blok shemo možne izvedbe elektronike v vozilu, pri čemer oba brezžična modula medsebojno brezžično komunicirata.

Claims (11)

1. Varnostna čelada sestavljena iz osnovnega kalupa, ki se prilega glavi, podbradnega varnostnega pasu, ustreznih absorberjev vibracij nameščenih med osnovnim kalupom in glavo ter opcijskega vizirja, značilna po tem, da nadalje vključuje:

- vsaj en senzor srčnega utripa za zaznavanje prisotnosti srčnega utripa uporabnika čelade,

- vsaj en žiroskop za zaznavanje nagiba čelade,

- prednostno ustrezen senzor na zaponki podbradnega varnostnega pasu za spremljanje ustrezne pripetosti omenjenega varnostnega pasu,

- baterijo za napajanje omenjenih senzorjev in žiroskopa, ki jo je možno polniti na katerikoli znan način in/ali deluje na zamenljive baterije,

- centralno enoto, ki vsebuje mikrokrmilnik ali mikroprocesorski modul, na kateri se izvaja program čelade in skrbi za zajem podatkov iz senzorjev in stikal ter prenos podatkov med čelado in prevoznim sredstvom, in

- brezžični sprejemno-oddajniški modul za povezovanje z vozilom in/ali mobilno aplikacijo, pri čemer čelada omogoča izklop delovanja vozila, ko se preseže preddoločena mejna hitrost, ki je vsaj 5 km/h, prednostno 10 km/h ali več, ali omeji hitrost vožnje na maksimalno 10 km/h, prednostno na maksimalno 5 km/h.

2. Varnostna čelada po zahtevku 1, značilna po tem, da dodatno vključuje mobilno aplikacijo, ki spremlja podatke zaznane z omenjenima senzorjema ter žiroskopom in je prilagojena, da na podlagi le-teh sproži izklop delovanja pogona vozila.

3. Varnostna čelada po zahtevku 1 ali 2, značilna po tem, da senzor srčnega utripa nameščen v notranji del čelade in deluje na principu optičnih oddajnih in sprejemih diod ali na principu zaznavanja električnih pulzov, prednostno pa se uporabi optični senzorji, ki delujejo na principu oddajanja in sprejemanja odbite količine svetlobe od kože, pri čemer je dopuščen utrip v razponu od 30 do 200 udarcev v minuti.

4. Varnostna čelada po predhodnem zahtevku, značilna po tem, da sta prisotna dva ali več senzorja srčnih utripov.

5. Varnostna čelada po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je žiroskop prednostno kombinacija senzorja rotacije in pospeška in je mejna nagnjenost v vsako stran več kot 90 stopinj od naravne oziroma pokončne lege, ko je čelada pravilno nameščena na glavi.

6. Varnostna čelada po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je senzor na zaponki podbradnega varnostnega pasu bodisi elektromehanski (stikalo, magnet) ali opto-električni senzor.

7. Varnostna čelada po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da centralna enota in brezžični sprejemno-oddajniški modul uporabljata katerokoli brezžično povezavo in protokole, na primer standardne povezave kot so Bluetooth, WiFI, ZigBee in podobno.

8. Varnostna čelada po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je čelada prilagojena za brezžično povezavo z modulom v vozilu, prednostno z Bluetooth, saj se povezava izvede z geslom in tako ne prihaja do motenj med različnimi povezavami.

9. Varnostna čelada po kateremkoli izmed zahtevkov od 2 do 8, značilna po tem, da je mobilna aplikacija sprogramirana tako, da izvaja preverjanje zaznanih parametrov s senzorji, ustrezno komunikacijo s centralno enoto čelade ter modulom prevoznega sredstva, ki kontrolira elektroniko, na podlagi katere se prilagaja stanje delovanja pogona prevoznega sredstva.

10. Postopek prekinitve ali omejitve hitrosti vožnje z vozilom na podlagi uporabe omenjene varnostne čelade po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, pri čemer postopek poteka po sledečih korakih:

a) se čelada brezžično poveže z vozilom ob njegovem vklopu,

b) senzorji in žiroskop zaznavajo ustrezno nošnjo čelade, pri čemer se:

i. Nepravilno nošenje čelade dopusti pri hitrostih nižji od prednastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, ii. Pravilno nošenje čelade omogoča običajno vožnjo z vozilom, iii. Nepravilno nošenje čelade pri hitrostih višjih od pred-nastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, pa sproži izklop delovanja vozila, tako da modul na prevoznem sredstvu, ki je povezan s krmilno elektroniko delovanja prevoznega sredstva, prekine tokokrog pogona; ali iv. Nepravilno nošenje čelade pri hitrostih višjih od pred-nastavljene mejne hitrosti, ki je prednostno 5 km/h, pa sproži omejitev hitrosti delovanja vozila, tako da vsebuje mikrokrmilnik (ali procesor) vozila, ki bere položaj ročke ter glede na njeno stanje, preko krmilnika, poda določeno moč elektromotorju ter omeji hitrost vožnje na največ 10 km/h, prednostno največ 5 km/h.

11. Postopek po predhodnem zahtevku, značilen po tem, da je vozilo električno kolo, skiro ali skuter, moped, trikolesnik, štirikolesnik in podobna vozila, katere poganja pogonski sistem kot je motor z notranjim izgorevanjem, električni pogon in vsi ostali pogoni.