Причиной примерно 25% всех серьезных аварий на дорогах является усталость водителя и, как следствие, засыпание за рулем. Наибольший риск засыпания наблюдается в дальних поездках, особенно в темное время суток и при монотонных дорожных условиях. Практика показывает, что через четыре часа непрерывного вождения реакция водителя снижается в два раза, через восемь часов – в шесть раз.

Система контроля усталости следит за физическим состоянием водителя и если фиксирует определенные отклонения, предупреждает водителя о необходимости остановки и отдыха. В зависимости от способа оценки усталости водителя различают три типа систем. Первые построены на контроле действий водителя, вторые - контроле движения автомобиля, третьи - контроле взгляда водителя.

Mercedes-Benz с 2011 года устанавливает на своих автомобилях систему Attention Assist , в которой контроль действий водителя основывался на многих факторах: манере езды, поведении за рулем, использования органов управления, характере и условиях движения и др .

Конструкция системы Attention Assist объединяет датчик рулевого колеса, блок управления, сигнальную лампу и звуковой сигнал оповещения водителя. Датчик рулевого колеса фиксирует динамику действий водителя по вращению рулевого колеса. В своей работе система использует также входные сигналы датчиков других систем автомобиля: управления двигателем , курсовой устойчивости , ночного видения , тормозной системы .

Блок управления обрабатывает входные сигналы и определяет:

• стиль вождения (анализ скорости, продольного и бокового ускорения в течение 30 мин. после начала движения );
• условия вождения (анализ времени суток, продолжительности поездки );
• использование органов управления (анализ использования тормоза, подрулевых переключателей, кнопок на панели управления );
• характер вращения рулевого колеса (анализ скорости, ускорения );
• состояние дорожного полотна (анализ бокового ускорения );
• характер движения автомобиля (анализ продольного и бокового ускорения ).

В результате проведенных вычислений устанавливаются отклонения в действиях водителя и траектории движения автомобиля. На дисплей панели приборов выводится сигнальная надпись о необходимости сделать перерыв и производится звуковой сигнал. Если после сигналов водитель не останавливается и продолжает движение в сонливом состоянии, система повторяет сигналы с периодичностью 15 минут. Система активируется на скорости 80 км/ч.

В отличие от системы Attention Assist, система Driver Alert Control , DAC от Volvo фиксирует только характер движения автомобиля по дороге. Направленная вперед видеокамера фиксирует положение автомобиля на полосе движения. Отклонение от заданных параметров движения рассматривается системой как наступление усталости водителя. В зависимости от состояния водителя в системе реализовано два уровня предупреждения - "мягкий" и "жесткий". Уровни различаются громкостью и тональностью звукового сигнала. Система DAC работает совместно с системой Lane Departure Warning и базируется на ее конструктивных элементах. Активация системы происходит на скорости 60 км/ч.

Контроль взгляда для оценки усталости водителя внедряет компания General Motors. За основу взята готовая технология Seeing Machines , которая применяется в авиации, железнодорожном транспорте, карьерных работках, коммерческом грузовом транспорте. Специальный блок контролирует степень открытия глаз и направление взгляда водителя. При распознавании невнимательности, усталости или сонливости водителя система предупреждает о необходимости остановки.

Помимо контроля усталости водителя система может быть использована для активации отдельных функций автомобиля с помощью направленного взгляда (посмотрел - включил). Кроме того, если при перестроении водитель не пользуется зеркалом заднего вида , система напомнит ему о необходимости данного действия.

Если бы спали только уставшие игрушки, то ни о каких системах контроля усталости мы бы и не слышали. Тем не менее спят и люди, книжки, как поется в песенке, тоже спят. При этом статистика неумолима: ежегодно по вине заснувших за рулем водителей происходят десятки тысяч аварий, уберечь от которых призваны новейшие системы безопасности, в том числе и технологии, умеющие распознавать усталость в поведении водителя.

Исследования и первые наработки в этом направлении появились еще в 1970-х годах. Например, в 1977 году Nissan получил в американском бюро патент под названием «Метод определения достаточной для безопасного управления автомобилем степени усталости водителя». Но в 80-х и 90-х основное внимание специалистов индустрии было приковано к менее сложным, но не менее полезным системам — таким как , то есть к системам, учитывающим «физику» автомобиля, а не «психологию» водителя. И только лишь когда все соки из них выжали и остался лишь путь бесконечного долгого их совершенствования, компании с новым упорством возобновили исследования в области «психологии».

Но и тут не все гладко. Одни автопроизводители условно стали сторонниками школы «бихевиоризма» , а другие — «психоанализа» . Первые утверждают, что внимание стоит обратить лишь на поступки водителя. Вторые хотят копать глубже, вплоть до мимики и жестов, которые являются зеркалом внутреннего мира человека. К рядам первых в основном относятся европейские марки и подразделения — Audi , Ford , Mercedes-Benz , Volkswagen , Volvo . Ко вторым тяготеют японские компании.

Поставленная же задача у всех систем одна — определить уставшего или уснувшего водителя и не дать ему совершить непоправимое. Первопроходцем в этом нелегком деле стала Volvo, серийные автомобили которой одними из первых получили работоспособную систему Driver Alert Control. Центральная роль в ней, как и во многих современных технологиях, отдана электронике, которая с помощью видеокамеры отслеживает перемещения машины относительно дорожной разметки. Как только система определит, что частота подруливаний и виляний превышает допустимую норму, то водителя «разбудит» звуковой сигнал, а на панели приборов кроме этого загорится значок в виде кофейной чашки. Таким образом автомобиль сам предложит водителю сделать паузу и скушать «твикс».

Видеоролик, демонстрирующий работу системы Volvo Driver Alert Control:

В конце 2000-х свой аналог под названием Attention Assist предложил и Mercedes-Benz. «Мерседесовцы» решили обойтись без камер и использовать только датчики положения руля и педалей. Система в данном случае анализировала скорость и частоту поворотов руля, нажатий на педали. Она имела небольшие задатки адаптации к манере вождения водителя, но все же главным ориентиром для нее оставался уже предустановленный «портрет» бодрого и внимательного водителя. Затем компания научила систему дополнительно учитывать время, проведенное водителем за рулем, частоту нажатия кнопок управления магнитолой, климатической установкой, а также влияние внешних факторов — бокового ветра и дорожного покрытия.

Сейчас похожие системы доступны и для более массовых моделей, таких как Ford Mondeo и Volkswagen Passat .

Японские же автопроизводители продолжают экспериментировать с видеокамерами, сканирующими мимику, частоту моргания и движения глаз. Чей подход окажется более правильным — покажет время. Тем не менее система контроля усталости может оказаться полезной для водителей, часто совершающих долгие поездки, а также во время ночных путешествий, когда «одеяла и подушки ждут ребят».

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.

Тема 6. Утомление и работоспособность

Утомление и усталость. Признаки, причины и процесс развития утомления.

Виды утомления

Фазы работоспособности

Переутомление

Утомление и усталость. Признаки и причины утомления водителя.

Надежность водителей в значительной степени зависит от их рабо­тоспособности. Высокая работоспособность обеспечивает выполнение работы с высокой производительностью и высокими качественными по­казателями. При управлении автомобилем в состоянии сниженной рабо­тоспособности водители допускают ошибки, которые иногда приводят к ДТП.

Одной из причин снижения работоспособности водителей являет­ся утомление.

Различают такие понятия как утомление, усталость и переутомление.

Утомление - этозакономерный процесс временного снижения рабо­тоспособности, наступающего в результате деятельности. Это объектив­ный процесс, характеризующийся изменениями в организме человека, которые могут быть установлены объективными методами.

Усталость - это субъективное переживание человеком утомления. Физиологическая сущность усталости заключается в сигнализации орга­низма о необходимости прекратить или снизить интенсивность работы для того, чтобы избежать расстройства функций нервных клеток.

Вместе с тем далеко не всегда чувство усталости соответствует степени утомле­ния. Человек в состоянии утомления может и не чувствовать усталости под влиянием эмоционального возбуждения, опасности, интереса к вы­полняемой работе, чувства долга, ответственности за порученное дело. Именно по этой причине водитель в продолжительном рейсе испытывает чувство усталости в меньшей степени, чем сидящий рядом пассажир, хотя длительное управление автомобилем, естественно, приводит к большему утомлению водителя, чем бездействующего пассажира.

Для оптимального протекания психических процессов не­обходим оптимальный уровень информационной нагрузки. Избыток и недостаток информации способствуют развитию утомления. Кроме того, имеет значение и характер поступающей информации.

При управ­лении автомобилем в условиях, когда на дороге нет других участников движения, при однообразном ландшафте водитель быстрее почувствует усталость, чем при управлении автомобилем в условиях интенсивного городского движения. В монотонной обстановке, при недостатке инфор­мации или в состоянии вынужденной бездеятельности чувство усталости может возникнуть быстрее, чем при активной напряженной работе, хотя объективных признаков утомления при этом еще может и не быть.

Отечественными физиологами было установлено, что клетки головного мозга утомляются значительно быстрее, чем работающие мышцы. Наименьшей утомляемостью обладают нервы, по которым передаются нервные импульсы.

Впервые это было доказано физиологом И. М. Сеченовым в ори­гинальном эксперименте. Испытуемый при сгибании указательного пальца в заданном ритме поднимал груз на определенную высоту. В ре­зультате развивающегося утомления высота подъема груза через некото­рое время уменьшалась, а затем наступал момент, когда испытуемый со­всем не мог поднять груз. При этом он чувствовал сильное утомление мышц работавшего пальца и, естественно, считал, что утомление разви­лось в них. Далее, в момент, когда он не мог поднять груз, через мышцы работавшего пальца пропускали электрический ток, который вызывал сокращение мышц в том же ритме, что приводило к поднятию груза. Ес­тественно, можно было предположить, что после отключения тока до­полнительно поработавшие мышцы в результате еще большего утомления сокращаться не будут. Однако, когда отключили ток, испытуемый опять стал легко в том же темпе поднимать груз. Объясняется это тем, что во время работы утомление быстрее развилось не в самих мышцах, а в нерв­ных центрах, которые посылали к этим мышцам импульсы. Во время со­кращения мышц электрическим током нервные клетки этих центров от­дохнули, работоспособность их восстановилась и они опять стали посы­лать импульсы к мышцам. Таким образом, быстрее всего утомляются нервные клетки коры головного мозга, затем утомляются мышцы и наименьшей утомляемостью обладают нервы, по которым передаются нервные импульсы.

В результате более быстрого утомления нервных клеток головного мозга прежде всего возникают нарушения в протекании психических процессов - восприятия, мышления, памяти и внимания. Кроме того, снижается острота зрения, суживается поле зрения, ухудшается глубин­ное зрение, нарушаются точность и координация движений, увеличивает­ся время реакций, снижается степень автоматизации навыков, учащается пульс, повышается кровяное давление, теряется чувство скорости, возни­кает апатия, вялость, нарушается готовность к действиям при неожидан­ном изменении дорожной обстановки.

Утомление проявляется в виде постепенного снижения работоспособности организма. При этом снижается слуховая, зрительная и тактильная чувствительность, увеличивается время реакции, возрастает количество ошибок, падает производительность.

Признаки наступающего утомления:

· чувство усталости;

· появление незначительных ошибочных действий;

· желание выпрямиться, изменить позу;

· заметное снижение интенсивности и устойчивости внимания;

· непроизвольное отвлечение на мысли, не связанные с управлением автомобилем;

· все большее волевое усилие, необходимое для преодоления перечисленных негативных явлений.

Первые признаки утомления, появившиеся после нескольких часов работы за рулем, не опасны для водителя и легко устраняются кратко­временным отдыхом.

Степень утомления зависит от продолжительности работы. Чем больше рабочий день водителя, тем более выражено утомление, более ве­роятны ошибки. Статистикой установлена прямая зависимость между вре­менем управления автомобилем и количеством ДТП.

Водители при управ­лении автомобилем в течение 7-12 часов совершают ДТП в 2 раза, а при продолжительности управления свыше 12 часов в 9 раз чаще, чем при про­должительности работы до 7 часов. По другим данным, водители, рабо­тающие более 7 часов, совершают 1/3всех ДТП. ДТП, возникающие из-за ошибок водителей в результате длительного управления автомобилем, приводят к более тяжелым последствиям. Так, у водителей, работающих более 12часов, ДТП со смертельным исходом возникают в 1,5 раза чаще.

При утомлении могут сохраняться простые, хорошо автоматизиро­ванные навыки, которые позволяют правильно действовать в хорошо знакомых, стандартных ситуациях. Однако нарушаются сложные виды психической деятельности, что снижает готовность к действиям при не­ожиданном и необычном изменении дорожной обстановки. Все это сни­жает надежность водителей, приводит к ошибкам и ДТП.

Особое значение для водителя имеет зрительное утомление. Через 8 часов непре­рывной работы он видит дорожный знак уже не за 100 м, а лишь за 80 м. Утомлению зрения способствует недостаточный контраст между фоном и объектом, что имеет место при вождении автомобиля в условиях ограниченной видимости, а также при ослеплении водителей фарами встреч­ных автомобилей ночью и солнцем днем. Зрительное утомление отрица­тельно сказывается на работе водителя. Усталый мышечный аппарат глаз не обеспечивает четкого пространственного восприятия. Взгляд даже у опытных водителей при утомлении чаще переносится на боковую часть дороги и с дальней перспективы на ближнюю, что затрудняет восприятие и прогнозирование развития дорожной обстановки.

Возможные причины, способствующие развитию утомления водителя:

· неудоб­ное сиденье,

· низкая температура воздуха,

· частые перепады температуры в кабине автомобиля,

· плохая видимость,

· частые изменения освещенности и недостаточная освещенность дороги в темное время суток,

· вибра­ция,

· попадание в кабину паров бензина или отработавших газов.

Процесс развития утомления проходит следующие стадии:

1) Стадия отсутствия утомления. Работа еще не утомила, человек может далее продолжать работу или заниматься еще чем-либо;

2) Первая стадия утомления. Возникает чувство утомления, вызванное работой. Но после часового активного или пассивного отдыха снова обретается свежесть мыслей и чувств, человек снова становится энергичным.

3) Вторая стадия утомления. Снижается волевое усилие, заставляющее напрягать мозг для решения сложных вопросов.

4) Третья стадия утомления. Человек не хочет уже ни на чем останавливать внимание, даже в самой легкой работе, но еще сохраняет желание есть и спать;

5) Четвертая стадия утомления. Характеризуется бессонницей. Одновременно появляются признаки неврастении, головные боли, ощущение усталости после ночного полусна-полубодрствования, раздражительность, излишняя чувствительность в общении с другими людьми, вспыльчивость, иногда депрессия.

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.