Как работает система контроля усталости водителя. Основные принципы работы датчика усталости

Как показывает статистика, около четверти всех аварий происходят из-за переутомления водителя во время длительной поездки. Проведенные исследования дали не слишком утешительные результаты: после четырех часов непрерывной езды, реакции водителя замедляются вдвое, а через восемь – в шесть раз. Каждый автопроизводитель стремится сделать свои машины как можно более безопасными, отсюда впервые и появилась идея разработать датчик усталости водителя, который мог бы распознавать степень утомления и подавать сигнал о необходимости сделать остановку для отдыха.

Как появилась система контроля усталости водителя

Первой компанией, всерьез принявшейся за реализацию системы контроля усталости водителя, стала японская фирма Nissan. Свои изыскания она начала в 70-х годах прошлого века, а в 1977 году фирма запатентовала результаты работы своих инженеров. Временным препятствием для дальнейшей работы стал интерес к более простым, но не менее важным системам безопасности, а именно ABS, ESP и EBD. В результате первая система контроля усталости водителя, на автомобиле появилась почти тридцать с лишним лет спустя, когда работу прочих систем осталось только совершенствовать.

Первой фирмой, сумевшей на практике реализовать все инженерные изыскания, стала шведская компания Вольво. Ее система получила название Driver Alert Control. Она включает в себя видеокамеру, которая отслеживает положение автомобиля на дороге и его траекторию, и датчик, регистрирующий частоту движений руля. Когда машина начинает сильно отклоняться от нормальной траектории, система «предлагает» остановиться и отдохнуть.

Позже аналогичная система распознавания усталости была разработана компанией Мерседес. Немцы решили не использовать камеру, оставив лишь датчик рулевого колеса и датчик, регистрирующий силу и частоту нажатий на педали. В блок управления системы занесена информация о том, какие усредненные показатели должны быть, если за рулем находится бодрый и внимательный водитель. Если текущие значения значительно отличаются от эталонных, значит, водитель утомился. Недостаток системы заключается в том, что работает она по предустановкам, т.е. не учитывает особенности конкретного человека. В более поздних версиях систем анализируется также частота нажатий кнопок управления климатом и магнитолой, а также внешние условия – сила бокового ветра и качество дорожного полотна. Это позволило системе адаптироваться под конкретного водителя.

Аналогичные системы применяются на автомобилях Фольксваген и Skoda. На автомобили Skoda Octavia она устанавливается только в качестве опции, независимо от комплектации, в то время как Пассат имеет ее штатно, начиная с комплектации Comfortline.

Способы реализации системы

Существует два способа реализовать подобную функцию. В первом случае специальный датчик регистрирует только параметры движения автомобиля, а именно частоту и амплитуду подруливающих движений, нажатия на педали газа и тормоза. Приверженцами данного варианта являются европейские производители: Мерседес, Фольксваген, Skoda, Volvo.

Японские фирмы стремятся реализовать контроль усталости водителя несколько иначе. Они убеждены, что в первую очередь необходимо анализировать психоэмоциональное состояние. Поэтому основным звеном такой системы является видеокамера, задача которой следить за мимикой и жестами того, кто сидит за рулем. Работает она следующим образом. В первую очередь система распознавания усталости водителя реагирует на закрытые глаза. Если водитель закрывает глаза, система немедленно подает предупреждающий сигнал. Перед инженерами стоит задача «научить» ее отличать, когда водитель просто моргает, а когда засыпает. Помимо этого анализируется частота морганий, движения глаз, мимика, жесты, частота и глубина дыхания (по движениям грудной клетки).

Как работает система контроля усталости водителя

В целом, независимо от способа реализации, контроль усталости водителя работает следующим образом. Первое время блок управления собирает и анализирует всю информацию, поступающую от датчиков и видеокамер. В результате система определяет стиль езды водителя и внешние условия (время суток, состояние дороги, ветер). Эти данные становятся эталонными, в дальнейшем поступающая информация сравнивается с имеющейся, для своевременного распознавания усталости водителя.

Разным автомобилям на первоначальный сбор данных требуется разное время, например, Мерседес SLK делает это за полчаса, Фольксваген Пассат и Skoda Octavia ограничиваются 15 минутами.

Такой подход в значительной мере расширяет возможности системы распознавания, поскольку контроль усталости водителя осуществляется не по какому-то шаблону, а в качестве исходных данных берутся показатели конкретного человека, сидящего за рулем.

Врачи утверждают, что снижению работоспособности человека, а, следовательно, развитию утомления, способствует не только избыток поступающей извне информации, но и ее недостаток. Ведь усталость – субъективный процесс из области психической деятельности человека. Утомляются все одинаково, но вот устает, то есть переживает утомление каждый по-разному. Наверняка многим знаком парадокс – после длительной совместной езды в автомобиле пассажир устает больше, чем водитель, хотя длительное управление автомобилем, естественно, приводит к большему утомлению водителя, чем бездействующего пассажира. Человек в состоянии утомления может вовсе не чувствовать усталости под влиянием эмоционального возбуждения, что лишний раз подтверждает субъективный характер усталости. Если усталость порой легко снять разговором с пассажиром или громко включенной музыкой, то с утомляемостью дело обстоит сложнее. Прийти в норму поможет лишь полноценный отдых, а еще лучше – сон. Переутомление водителя чревато ДТП. В таком состоянии у человека возрастает время реакции, наступает расстройство внимания, ослабление воли, сонливость и другие психофизические нарушения. Крайне опасная стадия - сонливость. При ее первых признаках, а это, как правило – общая вялость, зевота, ослабленное внимание – следует немедленно припарковаться в безопасном месте, откинуть спинку и поспать пусть даже непродолжительное время. Ощутимый заряд бодрости вы получите уже после 20 минут сна. Человеку достаточно «не добрать» всего лишь один два часа ночного сна, чтобы с опаской садиться за руль. Повышенной утомляемости способствуют следующее факторы: физическое напряжение, курение, недосып, длительное пребывание в состоянии бодрствования, прием антидепрессантов и антигистаминных препаратов. Человек, не спавший 20 часов – особая группа риска. Способствует утомляемости и управление авто в ночное время - до восьми утра, а также в промежуток между 13.00 и 15.00. В эти часы внутренний ритм организма вызывает сигналы сонливости.

Врачи утверждают, что снижению работоспособности человека, а, следовательно, развитию утомления, способствует не только избыток поступающей извне информации, но и ее недостаток. Ведь усталость – субъективный процесс из области психической деятельности человека. Утомляются все одинаково, но вот устает, то есть переживает утомление каждый по-разному. Наверняка многим знаком парадокс – после длительной совместной езды в автомобиле пассажир устает больше, чем водитель, хотя длительное управление автомобилем, естественно, приводит к большему утомлению водителя, чем бездействующего пассажира. Человек в состоянии утомления может вовсе не чувствовать усталости под влиянием эмоционального возбуждения, что лишний раз подтверждает субъективный характер усталости. Если усталость порой легко снять разговором с пассажиром или громко включенной музыкой, то с утомляемостью дело обстоит сложнее. Прийти в норму поможет лишь полноценный отдых, а еще лучше – сон. Переутомление водителя чревато ДТП. В таком состоянии у человека возрастает время реакции, наступает расстройство внимания, ослабление воли, сонливость и другие психофизические нарушения. Крайне опасная стадия - сонливость. При ее первых признаках, а это, как правило – общая вялость, зевота, ослабленное внимание – следует немедленно припарковаться в безопасном месте, откинуть спинку и поспать пусть даже непродолжительное время. Ощутимый заряд бодрости вы получите уже после 20 минут сна. Человеку достаточно «не добрать» всего лишь один два часа ночного сна, чтобы с опаской садиться за руль. Повышенной утомляемости способствуют следующее факторы: физическое напряжение, курение, недосып, длительное пребывание в состоянии бодрствования, прием антидепрессантов и антигистаминных препаратов. Человек, не спавший 20 часов – особая группа риска. Способствует утомляемости и управление авто в ночное время - до восьми утра, а также в промежуток между 13.00 и 15.00. В эти часы внутренний ритм организма вызывает сигналы сонливости.

Attention Assist и DAC – системы контроля усталости, выполняют функцию слежения за возможностью водителя физически управлять транспортным средством и при необходимости подает сигнал о прекращении движения для отдыха. Проверка осуществляется тремя видами контроля, которые зависят от следующих поведенческих факторов:

Производится оценка поведения водителя.
Контролируется движение автомобиля.
Фиксируется взгляд водителя транспортного средства.

Компания Mercedes-Benz начиная с 2011 года выпускает свои автомобили с устройством Attention Assist, которое осуществляет наблюдение за поведением водителя автомобиля, руководствуясь следующими мотивациями: действием водителя во время езды, управлением рулем, способом управления машиной, и некоторые другие параметры. Схематически система состоит из датчика руля, контрольной лампочки и звукового предупреждения водителя. Датчик руля определяет изменение усилия, оказываемого на руль при его вращении. Кроме этого, система учитывает сигналы от других контрольных датчиков автомобиля: тормозной системы, устойчивости при движении, параметров двигателя и ограничения видимости.

Во время подачи сигналов на прибор управления обрабатываются и определяются следующие параметры:

а) анализируется скорость и боковое ускорение автомобиля впродолжении 30 минут с начала движения (стиль вождения);
б) условие, при котором происходит движение: длительность поездки и время суток;
в) анализ управления некоторыми узлами автомобиля: тормозной системы, кнопок, находящихся на щитке управления, а также переключателями, расположенными под рулем;
г) определяет силу воздействия на рулевое колесо;
д) состояние дорожного покрытия и поведение автомобиля во время движения (ускорение боковое и продольное).

Итог определяется методом установки нарушений в действиях водителя и изменения направления движения автомобиля. На экран приборного щитка посылается сигнал в звуковом сопровождении о требовании остановиться для отдыха. В случае игнорирования предупреждения, когда водитель в сонном состоянии не прекращает движение, система продолжает сигнализировать через каждые 15 минут. Следует заметить, что контроль начинает осуществляться при скорости выше 80 км/час.

Контроль Driver Alert Control (или DAC) от Вольво отличается от контроля Attention Assist тем, что мониторит только лишь траекторию движения авто по дороге, а видеоконтроль, установленный в направлении пути следования автомобиля, определяет его нахождение на полосе дорожного покрытия. Если происходит уход от установленных границ, система реагирует на это как на признаки усталости водителя. Выдается два вида предупреждающих сигналов: «жесткий» и «мягкий», которые зависят от общего самочувствия водителя. Сигналы отличаются друг от друга тональностью и громкостью звука. Активация системы DAC, которая функционирует вместе с системными элементами Lane Departure Warning, начинается с момента, когда скорость движения автомобиля достигает 60 км/час.

Оценку утомляемости взгляда водителя дает контролирующая схема, которую устанавливает компания General Motors, и где базой является испытанная методика Seeing Machines, используемая как на грузовом транспорте, так и железнодорожном, а также при карьерных разработках. Специально встроенный блок производит контроль открытости глаз водителя и их сосредоточенности. Обнаружив признаки усталости, состояние близкого ко сну и потерю внимательности водителем, система дает команду о прекращении движения транспортного средства.

К тому же система слежения за усталостью может быть применена для управления некоторыми функциями автомобиля: направление взгляда может включать или отключать отдельные опции на щитке приборов. И даже если водитель забыл посмотреть в зеркало при совершении какого-либо маневра, система вовремя напомнит ему о выполнении этого действия.

По статистике, одной из самых частых причин автомобильных аварий является усталость водителя. Исследования показали, что уже через четыре часа вождения, скорость реакции, как правило, снижается в два раза, а уже восемь часов поездки и вовсе демонстрируют действительно катастрофические результаты – замедление реакции в шесть раз. А так как каждый автомобильный производитель всегда стремился сделать свою продукцию максимально безопасной, после проведённых исследований, начались активные разработки специального датчика, определяющего уровень усталости водителя.

Инноваторами в этой области можно считать японскую компанию Nissan, силами специалистов которой, уже в 1977 году была запатентована по-настоящему революционная автомобильная технология. Однако, из-за активной работы в других сферах, первая рабочая система подобного рода была реализована только через несколько лет.

По факту же первыми использовали новую технологию на практике шведские Volvo, устанавливая систему, получившую название Driver Alert Control, в которую входила камера, остлеживающая поведение машины на дороге, а также сам датчик, замеряющий частоту и манеру движений рулевого колеса. Система выдавала определённые сигналы, когда показатели движений руля через чур отклонялись от нормы.

Driver Alert Control предлагает уставшему водителю остановится и передохнуть выпив чашечку кофе

Позже к двум автомобильным гигантам присоединилась и компания Mercedes. Система претерпела некоторые изменения: было решено убрать видеокамеру и добавив датчик, реагировавший на частоту и силу нажатия на педаль. Кроме того, система дополнилась показателями, обозначавшими определённые нормы. Датчики срабатывали, давая сигнал об остановке, когда эти показатели предельно отклонялись от нормальных. Но такая система не могла подойти под каждого водителя. Позже она была несколько изменена. Были также установлены датчики для определения ветра сбоку, и для оценки качества дорожных покрытий. Также добавились датчики для определения нажатий кнопок магнитолы и климат контроля.

Подобные системы также используются на машинах Skoda и Volkswagen.

На сегодня самыми распространённым и являются два вида реализации системы. Первый случай предполагает измерение датчиком поведения на дороге, куда входят такие характеристики, как сила нажатия на педали тормоза и газа, а также амплитуда движений рулевого колеса. Именно этот вид системы используют Volkswagen, Mersedes, Volvo и Skoda.

Если говорить о японском сегменте рынка, то здесь используется несколько иной способ. Именно поэтому больше всего внимания уделяется психоэмоциональн ым показателям самого водителя транспортного средства. Для контроля здесь используется видеокамера, которая предназначена для слежения за мимикой лица и жестами водителя. Прежде всего, система настраивается на реагирование при закрытии глаз, отвечая предупредительны м сигналом. Анализируется и то, насколько часто моргает водитель, насколько глубоко и размеренно он дышит, распознавая при этом, когда человек просто моргает за рулём, а когда закрывает глаза.

В целом система в обоих случаях работает примерно одинаково.

Для начала блок управления занимается сбором и анализом полученной информации, поступающей с самих камер и датчиков. Такой подход призван в значительной мере расширить возможности системы для распознавания имеющихся условий. После этого, анализируется и определяется некая манера вождения каждого водителя, чтобы в последствие подстроить систему под индивидуальные параметры. Таким образом, полученные данные со временем становятся установленной нормой в системе.

В дальнейшем, поступающая информация будет сравниваться с определёнными заранее значениями норм.

Временные показатели первоначального измерения для каждой марки сугубо индивидуальны. Обычно вся процедура занимает от 15 до 30 минут.

При отклонении от нормальных показателей система дает предупреждающий звуковой сигнал водителю, оповещая о необходимости остановки.

Все водители транспортных средств знают, что не всегда удается сесть за руль полностью отдохнувшим и выспавшимся, полностью работоспособным.

В тоже время практически каждый, кто столкнулся с переутомлением, понимает, что в утомленном состоянии водитель не может адекватно реагировать и принимать верные решения. Утомленное и болезненное состояние можно сравнить с состоянием водителя, употребившего алкогольные напитки, и говорить в данном случае о безопасности дорожного движения не приходится.

Пилот самолета, диспетчер, лицо, управляющее атомным реактором, никогда не допускаются до работы без осмотра медика, в тоже время многие из нас забывают, что водитель автомашины приравнивается к данной категории, так как управляет источником повышенной опасности для окружающих.

Согласно п. 2.7 Правил дорожного движения «Водителю запрещается управлять транспортным средством в болезненном или утомленном состоянии».

Если водитель находится в состоянииутомления , уровень безопасности движения существенно снижается –утомление негативно влияет практически на все основные функции восприятия человека, а также на некоторые психофизиологические характеристики.

В первую очередь страдает зрительное восприятие: утомленный водитель хуже видит удаленные или мелкие объекты на дороге, не может точно определить расстояние до того или иного объекта или оценить скорость движения остальных участников дорожного движения. Но ухудшается не только качество восприятия –утомление самым негативным образом влияет на его организацию: уставший человек медленнее переключает внимание с одного объекта на другой. Водитель, который управляет автомобилем в состоянииутомления , дольше, чем обычно, концентрирует внимание на отдельных встреченных им объектах, и медленнее реагирует на внезапные перемены ситуации на дороге.

Утомление способно также негативно воздействовать и на память человека – многие водители замечали, что в конце какой-либо длительной поездки они тратят намного большее количество времени не только на обнаружение сигнала, но и на его оценку, то есть на переработку полученной информации. В фазеутомления человек обычно проявляет два вида нежелательных реакций – как чрезмерно замедленные, так и чересчур быстрые.

Обычноутомление развивается во время длительных поездок за рулем и обнаруживает себя уже на 4-5 час вождения. Еще через пару часовутомление начинает ощущаться явно, а водители, которые сидят за рулем более 9 часов, поддерживают свой физический тонус уже исключительно собственными волевыми усилиями.

Еслиработоспособность водителя резко падает (такое, как правило, происходит во время длительных многочасовых поездок за рулем), опасность возникновения дорожно-транспортного происшествия значительно возрастает.

Водитель, чувствуя сонливость, может какое-то время преодолевать ее и достаточно надежно управлять автомобилем, но он должен знать, что засыпание может наступить внезапно и он этот момент может не заметить, что создает очень серьезную угрозу для безопасности дорожного движения. Поэтому, если у вас появилась сонливость за рулем, то бороться с ней на ходу не следует. Нужно остановиться и поспать непродолжительное время или проделать гимнастические упражнения. Только после снятия сонливости можно продолжать путь.

Характерным признаком наступающего утомления может служить появление, казалось бы, незначительных ошибочных действий: рассеянное внимание, желание выпрямиться, переменить позу. При таких признаках утомления необходимо немедленно прекратить движение. Первые признаки утомления, появившиеся после нескольких часов за рулем, не опасны для водителя и легко устраняются кратковременным отдыхом. Доказано, что при одном и том же времени отдыха несколько коротких перерывов значительно эффективнее одного продолжительного перерыва.

«Группой риска» среди водителей являются, как правило, водители, осуществляющие пассажирские, междугородние и международные перевозки, а также водители большегрузных транспортных средств.

Уважаемые водители! Утомленное или болезненное состояние за рулем может стать причиной серьезного дорожно-транспортного происшествия. Не стоит торопиться приехать домой и отдохнуть, так как такие действия могут привести к непоправимым последствиям. Лучшим решением в такой ситуации будет кратковременный отдых в пути!

Отделение пропаганды ОГИБДД.