Система слежения за состоянием водителя вольво. Система контроля усталости водителя – как это работает

• Дубинин Александр Александрович , бакалавр, студент
• Волжский Политехнический институт
• Моисеев Юрий Игоревич , кандидат наук, заведующий кафедрой
• Волжский политехнический институт

• СИГНАЛ
• УСТАЛОСТЬ
• ВОДИТЕЛЬ
• СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ

В данной статье рассмотрена система определения усталости водителя. Предложено решение по модернизации оборудования, способное устранить существующую проблему.

• Особенности применения тахографов в системе управления пассажирским автотранспортом
• Разработка методов адаптации рабочего процесса дизельного двигателя для работы на сжатом газе
• Возможность установки турбонаддува на двигатель легкового автомобиля
• Разработка системы передачи данных о неисправностях автобуса с помощью тахографа с целью сокращения времени ремонта

Мы все прекрасно знаем, что на дороге водитель является главной фигурой дорожного движения, сопоставляю такие составляющие как «дорога» и «автомобиль», по большей части по вине водителя совершаются аварии, а именно две трети всех автокатастроф. Одно из причин является психофизиологическое состояние человека за рулем. Конечно же опытные водители знают бытовые приемы как взбодрить себя перед поездкой на далекое расстояние и во время своего пути. Но зачастую все эти приемы работаю не больше 4 часов, а если ты едешь в машине ещё и в одиночку, например, куда-нибудь в другой город, где приходится находиться за рулём больше 12 часов. Зная по себе, монотонная дорога, мелькающее деревья, всё это влияет на внимание, реакцию водителя. Стоит отметить, что уснувшие за рулем водители являются причиной 25% автомобильных аварий . Конечно, все не может сводиться на одном только водителе и его состоянии. Состояния дорог, неисправности автотранспортное средство, поломки светофора. Но все, же мне хотелось бы вернуться к состоянию водителя.

Проанализировав рынок машин и идущих в ногу с ними технологий, существуют специальные системы определения усталости водителя. Система контроля усталости водителя следит за его психофизиологическим и физическим состоянием водителя, при выявлении отклонения от нормы заданной системой при анализе движения, СОУВ сообщает водителю, что нужно остановиться или отдохнуть. Различают три основных системы распознавания усталости: система определения усталости водителя, система контроля биометрических параметров организма, система отслеживания обострений хронических заболеваний.

Их предназначение заключается в том, что бы сообщить водителю о его усталости. Таких приборов много и все они работают по-разному. Есть приборы СОУВ которые при отклонении от норм водителя, сообщают ему звуковыми и световыми сигналами, физическими, а именно после выявления опасности например начинает вибрировать сидения. Есть системы, которые, опять же при отклонении от норм водителя, принимают управления автомобиля на себя и работают в автономном режиме. Работа системы определения усталости водителя указана на «рис. 1».

Рисунок 1. Работа системы определения усталости водителя

Большинство приборов системы определения устаости водителя, работают автономно и не связаны с БМУ автомобиля.

Приборы эти легко подключаются к автомобиля. Есть системы, которые устанавливаются перед водителем, подавая сенсорные сигналы, контролируя состояния человека, его положения головы, его век и зрачков, так и системы видео наблюдения.

Существуют СОУВ которые имеют контакт непосредственно с самим человеком, а именно браслет который одевается на руку и контролирует его состояния с помощью частоты биения сердца и температуры тела.

Прибор под названием Stopsleep ., который контролирует состояния человека при помощи датчиков, которые считывают информацию по проводимости кожи.

Все эти приборы при отклонения от нормы водителя сообщают ему об этом, но кроме сигналов и света прибор не каких действий по отношения к автомобилю не применяет.

В связи с этой проблемой хотелось бы внести изменения, которые бы повлияли на работу приборов, которые не связаны с БСУ автомобиля.

Рассмотрим на примере тахогрофа, Атол Drive 5.

Данное устройство поддерживает как проводную так и беспроводную технологию передачи данных на модули обработки и управления.

«ТЦА-02НК» производство ЗАО «Измеритель-Авто».

Фиксируются нарушения и выводятся предупреждения о различных нарушениях (скоростной режим, превышение времени труда, суммарное время вождения за сутки, работа чип-карт и многое другое). Встроенный принтер позволяет распечатать все параметры на термобумаге, а информационный дисплей выведет ту же информацию для ознакомления. «Drive 5» производство АТОЛ.

Пример приведен на «рис. 2»

Преимущества: наличие крышки на устройстве для быстрой замены СКЗИ и элемента питания; позволяет минимизировать простои техники во время обслуживания; 10 цветов и яркость подсветки которые могут настраиваться самим водителем; оптимальная конструкция печатающего механизма – принтер имеет самую высокую скорость печати среди представленных на рынке устройств; поддержка работы с 2-мя симкартами; слот расширение, универсальное решение для сопряжения с другими бортовыми устройствами.

Главная цель тахографа заключается в предотвращении опасных аварийных ситуаций, возникающих по вине водителя. Благодаря такому аппарату водитель не будет превышать скоростной режим и не сядет за руль в уставшем состоянии.

Мы решили, что нужно усовершенствовать тахограф а именно алгоритм его работы. Рассмотрим алгоритм системы.

Опишем как работает модернизированная модель тахогрофа подключенная совместно с инфракрасным датчиком который считывает размер зрачка водителя. Принцип действия изображен на рис.3

После включения зажигания электронный блок управления передает тахогрофу, что бы началась проверка системы. После проверки системы и начало движении автомобиля, включается система определения усталости, а именно инфракрасный датчик.

При выявлении датчиком, что водитель отклонился от нормы, он передает сигнал диспетчеру, о том что водитель засыпает. После чего диспетчер принимает меры, для устранение этой проблемы.

Мы разобрали Алгоритм работы стандартного тахогрофа и внесли в него изменения, что впоследствии повысить безопасность на дороге, самого водителя, пассажиров и участников всего дорожного движения.

Исходя, из собранной мной информации по СОУВ можно отметить, что развитие в этой отрасли не стоит на месте. Ученые разработчики пытаются обезопасить водителя различными системами, но не будем забывать, что все-таки человек управляет машиной и от него зависит безопасность на дороге. Мне бы хотелось, что бы каждый водитель с ответственностью относился к своей профессии и чётко понимал, что садясь за руль в его руках находится не только его жизнь, а ещё жизнь пассажиров.

Список литературы

1. Системы определения усталости водителя. Суслинников А.[Электроный ресурс].
2. http://systemsauto.ru/active/drowsiness_detection_system.html
3. Прибор под названием Stopsleep [Электронный ресурс].- http://savepearlharbor.com/ (дата обращения 6.02.2017).
4. Тахограф: марки и модели [Электронный ресурс]. – URL: http:postebor.ru/taxografy/cifrovye-taxografy/taxograf-continental-vdo-dtco-3283/ (дата обращения 6.02.2017).
5. Моисеев Ю.И., Попов А.В., Рыбанов А.А., Суркаев А.Л. // Повышения безопасности дорожного движения за счет внедрения на транспортное средство самообучающейся системы определения усталости водителя // статья в журнале // Автотранспортное предприятие. – 2016 С. 5-8
6. Изусткин А.Е, Полуэктов М.В, Моисеев Ю.И. // Повышения эффективности эксплуатации автомобилей, оснащенных тахографами // статься в сборнике трудов конференции.- 2016 С 171-172

По данным немецких страховых компаний четвертая часть аварий на автобанах Германии происходит из-за засыпания водителей за рулем. Отечественная статистика называет близкую цифру. Чаще всего водитель засыпает во время долгого и монотонного движения по загородной дороге.

Исследования показали, что четыре часа проведенные за рулем снижают время реакции водителя в два раза, через восемь часов управления автомобилем время реакции уменьшается в шесть раз. Существует много советов, как бороться с сонливостью. Периодические остановки и физические упражнения, беседа с попутчиком и др.

Из моего личного опыта:

• жена, сидя на заднем сиденье, наблюдает за моими глазами в зеркале заднего вида. Способ ненадежный, она сама может заснуть.

Система контроля усталости водителя наблюдает за состоянием водителя и при необходимости, требует остановиться и отдохнуть.

Система просит отдохнуть!

Существует две разновидности систем контроля:

• это наблюдение за действиями водителя;
• либо анализ поведения автомобиля на дороге.

На первых этапах проектирования систем, главным параметром было наблюдение за глазами водителя — контролировалась частота моргания и в случае опасности водителю подавался сигнал. Способ показал себя как неэффективный, потому что водители на сигнал (дрожание руля), реагировали с опозданием.

Названия систем контроля усталости водителя:

• Driver Alert Control,
• Attention Assist.

Как работает современная система контроля усталости водителя

Современные системы учитывают большее количество параметров. Оценивается стиль управления автомобилем, частота воздействий на органы управления, поведение автомобиля на дороге.

Система за вами наблюдает!

В состав системы входит электронный блок управления, датчик положения рулевого колеса, звуковые и световые сигнализаторы. В своей работе блок управления использует информацию от других систем безопасности: , управления двигателем, ночного видения и .

Система контроля усталости включается при достижении автомобилем скорости порядка 80 км/час и работает по следующему алгоритму. Блок управления, получив исходную информацию в течение первого получаса движения автомобиля на установившейся скорости, определяет манеру управления автомобиля водителем: скорость, продольное и поперечное ускорения автомобиля, скорость и ускорение при вращении руля, частота воздействий на органы управления автомобиля.

Если с течением времени стиль управления автомобилем и его траектория движения изменяется, на мониторе автомобиля появляется надпись с требованием остановки для отдыха и включается звуковая сигнализация.

Видео:

Вот эта опция неплохая для автомобилей, было у меня пару раз, начинал кемарить за рулем автомобиля, благо вовремя спохватывался.

Системы контроля усталости DAC и Attention Assist следят за физическим состоянием водителя и в случае необходимости подают сигнал, что водителю пора остановиться и отдохнуть. Осуществляется такая проверка тремя вариантами контроля:

Attention Assist и DAC – системы контроля усталости, выполняют функцию слежения за возможностью водителя физически управлять транспортным средством и при необходимости подают сигнал о прекращении движения для отдыха. Проверка осуществляется тремя видами контроля, которые зависят от следующих поведенческих факторов:
1. Оценивается поведение водителя;
2. Фиксируется взгляд водителя;
3. Контролируется движение транспортного средства.

Устройство Attention Assist, которое наблюдает за поведением водителя, компания Mercedes-Benz выпускает с 2011 года. Данное устройство руководствуется следующими мотивациями: способом управления автомобилем, управление рулем, действиями водителя во время движения и некоторыми другими параметрами.
Схематически система контроля усталости состоит из датчика руля, контрольного индикатора и звукового оповещения, которое предупреждает водителя.

Установленный на руле датчик следит за изменением усилия, которое оказывается на руль при его вращении. Также система учитывает и информацию, полученную с других контрольных датчиков: устойчивости при движении, тормозной системы, ограничения видимости и параметров двигателя.
Поступающие на прибор сигналы обрабатываются, определяя следующие параметры:
а) в течении получаса с начала движения анализируется скорость и боковое ускорения автомобиля (стиль вождения);
б) условие, при котором происходит движение (здесь учитывается и время суток, и длительность поездки);
в) анализируется управление следующими узлами: кнопками, расположенными на рулевом колесе и под ним переключателями и тормозной системы;
г) анализируется сила воздействия на руль;
д) состояние дорожного покрытия и поведение автомобиля во время движения (ускорение боковое и продольное).
Анализируя все эти параметры, система устанавливает нарушения в действиях водителя и изменения направления движения автомобиля. После чего на расположенный, на панели приборов экран посылается сигнал со звуковым сопровождением, чтобы водитель остановился для отдыха. Если водитель в сонном состоянии игнорирует сигнал и продолжает движение, система продолжает напоминать ему об этом каждые 15 минут. Так же следует напомнить, что контроль за состоянием водителя, начинает работать на скорости более 80 км/час.

У Вольво контроль за состоянием водителя Driver Alert Control (или DAC) отличается от Attention Assist, тем, что мониторит, только траекторию движения по трассе, а видеоконтроль, следящий в направлении пути следования автомобиля определяет его нахождение в полосе дорожного полотна. Если вдруг автомобиль начинает уходить от установленных границ, система реагирует на это как на усталость водителя и выдает два предупреждающих сигнала: «мягкий» и «жесткий» Оба этих сигнала зависят от общего самочувствия водителя и отличаются друг от друга громкостью и тональностью. Активируется система DAC, работающая совместно с системными элементами Lane Departure Warning, когда скорость автомобиля достигла 60 км/час.

Специальный встроенный блок, который устанавливает компания General Motors, где базовой является уже испытанная методика Seeing Machines, оценивающая состояние взгляда водителя, устанавливается не только на авто, но и на железнодорожном транспорте. Задача блока контролировать открытость глаз водителя и их сосредоточенность и при обнаружении признаков усталости или потери внимательности и близкого ко сну состояния, система сразу же дает команду на остановку транспортного средства.
Также система слежения за усталостью водителя может управлять и другими функциями автомобиля, например, направлением взгляда можно включать или отключать те или иные опции на приборном щитке. Или при совершении, какого либо маневра оповещать водителя о том, что он забыл посмотреть в зеркало.

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.

Одним из факторов аварийности на дорогах является переутомление водителя. Статистические данные говорят о том, что порядка 25% ДТП происходит именно по причине чрезмерной утомленности водителя. Усталость является крайне опасным состоянием - накапливается она медленно, ослабляя внимание постепенно, незаметно для самого человека. Достаточно провести за баранкой около четырех часов, чтобы скорость реакции снизилась на половину, а уже через восемь часов управления ТС замедление реакции фиксируется в шесть раз.

Естественно, что редкий водитель может самостоятельно и адекватно оценивать свое состояние, и продолжая движение, рискует попасть в ДТП. Проблема переутомления настолько серьезна, что большинство ведущих автопроизводителей уделяют этому вопросу огромное внимание, разрабатывая различные системы контроля за состоянием водителя. Первый прототип системы контроля усталости появился более 30-ти лет назад, но лишь в последнее время автопроизводители стали широко оснащать ими свои авто.

Как устроена система контроля усталости

Для наиболее полного контроля за состоянием человека за рулем недостаточно одного лишь визуального наблюдения, осуществляемого при помощи анализа изображения с видеокамеры. Система контроля усталости водителя использует анализ множества данных:

• стиль управления;
• условия движения - время суток, длительность непрерывной езды;
• анализ использования переключателей, кнопок управления на панели/руле, использования тормоза;
• характер движения рулем, состояние дорожного покрытия;
• оптические данные от видеокамер.

Разными производителями авто могут вноситься собственные корректировки в систему контроля усталости - могут отличаться алгоритмы обработки данных, скорость, при которой активируется система, видеокамеры могут отсутствовать. В некоторых авто используется и технология Seeing Machines, применяемая в авиации, и грузопассажирских перевозках. Она позволяет анализировать степень открытия глаз и направление взгляда. Такой датчик усталости, кроме основного предназначения, часто используется для управления некоторыми функциями, активировать которые можно простым взглядом.

Основные принципы работы датчика усталости

Датчик усталости активируется на скорости 60 или 80 км/ч - все зависит от марки автомобиля. Во избежание ложных срабатываний, при котором подается достаточно громкий звуковой сигнал, система постоянно анализирует показания массы датчиков, поступающих от основных систем автомобиля. Время, за которое собирается необходимая информация также различна - от 15 до 30 минут, в зависимости от автопроизводителя.

Важно, что работа датчика осуществляется не по заранее запрограммированному шаблону, а по индивидуальным параметрам конкретного водителя. Именно поэтому датчику усталости требуется до получаса для сбора информации о водителе. В отличии от европейских производителей, японские автоконцерны строят работу датчика усталости по-другому принципу. По их мнению, первоначально следует определять психоэмоциональное состояние.

Поэтому в японских авто основным элементом системы контроля выступает видеокамера. В ее задачу входит контроль мимики и движений человека, и в первую очередь датчик усталости обращает внимание на закрытые глаза автовладельца, подавая звуковой сигнал. Во избежание ложных срабатываний, анализу подлежат и другие данные - частота моргания, глубина дыхания, определяемая по движениям грудной клетки, мимика и движения самих глаз.

Так ли необходим автомобилю датчик усталости водителя

Конечно, при движении исключительно на небольшие расстояния в городской черте, датчик усталости не является столь необходимым. Но в условиях загородных магистралей, при длительных поездках на высоких скоростях, даже небольшое ослабление внимания вследствие переутомления, может закончиться фатально. Современные системы контроля становятся все более совершенными.

Для более адекватной оценки текущего состояния, датчик усталости первоначально собирает информацию о манере управления, поэтому анализирует всегда лишь конкретного водителя, не используя шаблонов. К примеру, помимо анализа взгляда, происходит попутная оценка степени усилия, при сжимании рулевого колеса. При ослаблении хвата, датчик может подать предупреждающий сигнал, расценив это как проявление утомления.

Система контроля состояния является логичным дополнением к системам активной и пассивной безопасности, которая может оказаться полезной и в условиях города. К примеру, поездка после бессонной ночи может закончится аварией, даже если она непродолжительная. Предупреждающий сигнал датчика усталости позволит уставшему водителю более адекватно оценивать свое состояние, что в итоге может сохранить здоровье и сам автомобиль. Немного о том, как работает такая система - на видео: