УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ВОДИТЕЛЯ

Техническое решение относится к средствам обеспечения безопасности работы транспортных средств, и может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителя транспортных средств.
В настоящее время примерно 20% дорожно-транспортных происшествий происходит по причине погружения водителя в кратковременное состояние сна.
Причина кроется в сочетании монотонной езды и комфорта при однообразии внешних раздражителей. При продолжительной езде в таких условиях наступает расслабленное состояние организма водителя и периодические неконтролируемые закрывание глаз и наклон головы, что является верным признаком засыпания. При движении с большой скоростью в этот промежуток времени автомобиль может выехать либо на полосу встречного движения, либо съехать в кювет.
Поэтому, важное значение приобретает оснащение автомобиля устройством, предотвращающим возникновение аварий по причине погружения водителя в состояние сна.
Из уровня техники известен ряд таких устройств. Так, производственное объединение МАЗ в Республике Беларусь серийно выпускает такое устройство для водителей автопоездов, в котором имеется датчик, встроенный в наручные электронные часы, измеряющий электрическое сопротивление кожного покрова водителя и передающий результаты измерения на расстояние до 10 м. Блок контроля с приемной антенной монтируется в кабине. При снижении уровня бодрствования в кабине раздается громкий писк. Если водитель не отключил сигнал в течение 10 сек,
система включает аварийную сигнализацию и за счет торможения двигателем гасит скорость. Одновременно, чтобы уменьшить риск опрокидывания, срабатывает пневмоподвеска тягача и полуприцепа (автопоезд как бы «приседает»). После его остановки двигатель автоматически останавливается, (www2.zr.ru/zrmagazine/zr0199/6.htm)
Основной недостаток такого устройства состоит в том, что водитель должен периодически нажимать кнопку выключения звукового сигнала, как в обычном устройстве контроля бдительности оператора.
Фирмой Peugeot во Франции разрабатывается устройство для контроля за состоянием водителя, в основе которого имеется датчик, регистрирующий время закрытия глаз при мигании. Если время, в течение которого глаза закрыты, превышает 200-300 миллисекунд, то срабатывает аварийная световая и звуковая сигнализация, (http://daily.sec.ru/dailypblshow.Cfm?rid)
Устройство для предотвращения засыпания водителя за рулем, разработанное на Тайване, представляет собой датчик, висящий на ушной раковине водителя и регистрирующий наклон головы водителя, как параметр засыпания. Если наклон головы превышает некоторый предел, то срабатывает звуковой сигнал тревоги. Прибор не реагирует на наклон головы назад и повороты в стороны. Угол срабатывания выбирается самим водителем. Звуковое давление 65 Дб. (http://www.a-el.ru/avtovelo.htm)
Недостаток этого устройства в том, что оно не информирует других участников движения о неадекватном поведении водителя и не дает сигнала на остановку транспортного средства.
Известно устройство для предотвращения сна (РФ, RU, 2275857, А61В 5/18), включающее датчик, фиксируемый на мочке уха водителя и регистрирующий прозрачность крови водителя в зависимости от количества растворенного в ней кислорода путем ее сквозного просвечивания источником инфракрасного излучения. В состоянии, предшествующем засыпанию, прозрачность крови меняется, и включается блок оповещения.
Основными недостатками этого устройства являются сложность и необходимость настройки под каждого конкретного человека путем его тестирования на засыпание.
Известно устройство для предупреждения об опасности водителя механического транспортного средства при потере им активности вследствие, например, засыпания (РФ, RU, 2111133, В60К 28/06).
Основу устройства составляет датчик, закрепляемый клипсой на мочке уха водителя и регистрирующий частоту пульса. При опасном снижении частоты пульса включается резкий звуковой сигнал.
Недостатком данной системы является отсутствие активного воздействия на транспортное средство, когда, даже при полной остановке сердца при внезапной смерти водителя, звуковой сигнал будет подаваться, а транспортное средство будет продолжать движение.
Известна телеметрическая система контроля бодрствования водителя транспортного средства (РФ, RU, 2200095, В60К 28/06), основанная на измерении кожно-гальванической реакции водителя. Система содержит электроды и входное устройство в виде единого блока телеметрического датчика, с креплением его на запястье или на пальце водителя. При снижении уровня бодрствования датчик регистрирует изменение кожно-гальванической реакции водителя и подается звуковой сигнал, который требует от водителя нажатия кнопки подтверждения бодрствования. Если такого сигнала нет, включается блок управляющих воздействий на подачу световой и звуковой сигнализации, отключение впрыска топлива, а на железнодорожном транспорте - на включение аварийного торможения.
К недостаткам этой системы можно отнести сложность ее устройства и возможность появления ошибок в работе блоков при проведении самотестирования, когда водитель должен принять решение об отключении системы или продолжении ее работы.
Известно устройство для предупреждения от засыпания водителя транспортного средства (RU, з. 2005122421, G08B 21/06), содержащее корпус
с размещенными в нем источником питания, генератором звукового сигнала, датчиком угла наклона.
Наиболее близким по технической сущности в части активного воздействия на транспортное средство к предлагаемому является «Устройство для предотвращения засыпания водителя «Спасение жизни» (РФ, 60446, U1, B60K 28/02), содержащее блок датчиков подачи световых, звуковых сигналов и датчик блокировки двигателя и формирователь сигналов остановки транспортного средства путем блокировки двигателя транспортного средства.
Общими недостатками рассмотренных выше патентованных устройств являются:
- во-первых, то, что фиксируемые физиологические параметры организма водителя в момент засыпания могут не настолько резко измениться, чтобы вызвать срабатывание устройства на подачу акустического и светового сигналов;
- во-вторых, все эти устройства достаточно сложны, что снижает их надежность;
- в-третьих, все без исключения устройства не учитывают режима движения автомобиля.
Анализ процесса движения автомобиля показывает, что в нем можно выделить как минимум два основных режима:
первый - когда автомобиль активно маневрирует, изменяя скорость и направление движения, например в условиях движения по улицам города или населенного пункта. Внешние раздражители, действующие на водителя при этом, а также необходимость активного манипулирования рулевым колесом и рычагами управления автомобилем, практически исключают возможность засыпания. Не берем в расчет случай крайнего переутомления водителя;
второй режим движения можно характеризовать как установившийся, или загородный. При этом автомобиль движется с более высокой скоростью
на одной из высших передач, водитель находится в одной позе, минимально манипулирует органами управления автомобилем, внешние раздражители однообразны и монотонны (шум двигателя, однообразный пейзаж, музыка в салоне, постоянная и комфортная температура в салоне). Все эти факторы негативным образом сказываются на состоянии водителя и, действуя в течение некоторого времени, способны вызвать непроизвольное погружение в состояние засыпания.
В связи с тем, что существующими правилами дорожного движения для водителя не устанавливается верхний возрастной предел, существует вероятность возникновения на основе переутомления обострении болезней сердечно-сосудистой и нервной системы водителя, в результате которых он может неадекватно оценивать ситуацию, потерять сознание, и даже умереть во время движения, что создает опасные предпосылки тяжелых ДТП, если автомобиль вовремя не остановлен.
Исходя из этого возможно сформулировать требования к разрабатываемым устройствам для контроля состояния водителей транспортных средств:
1. Устройство должно быть относительно недорогим и не требовать индивидуального тестирования водителя на засыпание, а только простейшей подгонки по антропометрическим данным.
2. В качестве регистрируемого параметра засыпания или иного состояния неадекватного поведения водителя должен использоваться быстро меняющийся при переходе от бодрого состояния в состояние засыпания показатель (например, продолжительность закрытия глаз при мигании, частота мигания или угол наклона головы водителя).
3. Устройство должно иметь два уровня активизации. При регистрации датчиком изменения принятого параметра засыпания должны включаться сигналы предупреждения первого уровня для водителя (звуковая и световая в кабине водителя), а также подача
предупредительных сигналов другим участникам движения (наружная аварийная сигнализация).
Второй уровень активизации должен срабатывать, если водитель не отреагировал на сигналы первого уровня, при этом должны быть приняты меры к принудительной остановке автомобиля.
4. Устройство должно быть оснащено датчиком установившегося режима движения, и включение его должно происходить при изменении регистрируемого параметра засыпания только при «загородном» режиме движения, для чего оно должно отслеживать скорость движения автомобиля в реальном времени.
5. Для эффективного и гарантированного пробуждения водителя характер звукового сигнала наряду с нормируемым уровнем звукового давления должен воздействовать на подсознание и ассоциироваться у водителя с чувством опасности.
6. В дополнение к световым и акустическим сигналам в случае внезапной смерти водителя во время движения, а также если водитель по какой-либо причине не отреагировал на сигналы первого уровня, устройство должно после подачи сигналов с некоторым замедлением отключать зажигание двигателя автомобиля или прекращать подачу топлива.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение действенного контроля за состоянием водителя и расширение путей воздействия на засыпающего водителя.
Поставленные задачи решаются тем, что в устройство контроля состояния водителя, состоящее из датчика наклона головы водителя, элемента питания и звукового сигнализатора, дополнительно введен инфракрасный излучатель, который объединен с датчиком наклона головы водителя и элементом питания в единый корпус с образованием блока формирования сигнала тревоги, который устанавливается на голове водителя и выполнен с возможностью поворота в продольной плоскости тела
водителя вокруг горизонтальной оси. Сигнал от инфракрасного излучателя поступает на блок приема и обработки сигнала, работающий от бортовой сети автомобиля и связанный с указателем скорости, снабженный приемником сигнала, датчиком установившегося режима движения, таймером и исполнительными реле, одно из которых включает световую и звуковую сигнализации, другое - выключает зажигание двигателя или подачу топлива.
Корпус блока формирования сигнала крепится, например, в налобной части пластикового оголовья, представляющего собой обруч с гигиенической прокладкой, выполненный с возможностью регулировки диаметра под размер головы, либо на изогнутой перемычке пластикового оголовья, соединяющей лобную и затылочную части, с возможностью перемещения по ней вперед-назад, либо на ушной раковине водителя. Для гарантированного пробуждения водителя частота и тембр звукового сигнала должны воздействовать через органы слуха на подсознание водителя и формировать в мозгу водителя быструю и однозначную реакцию на возникшую ситуацию, как на весьма опасную.
С этой целью звуковой сигнал по частоте и тембру имитирует хорошо знакомый каждому водителю звук экстренного торможения автомобиля при аварийной ситуации.
Полезная модель поясняется следующим чертежом:
Фиг.1.- Функциональная блок-схема устройства контроля состояния водителя.
На голове водителя закрепляется блок формирования сигнала тревоги 1, в корпусе которого размещен элемент питания 2, датчик угла наклона головы водителя 3, источник инфракрасного излучения 4 (далее ИК), а на передней панели автомобиля размещен блок приема и обработки ИК-сигнала 5, который связан с указателем скорости движения автомобиля и оборудован приемником ИК- сигнала 6, датчиком установившегося режима движения 7, таймером 8, исполнительными реле
9 и 11 и модулем звуковой сигнализации 12 с дублирующим световым сигналом 13. Первое исполнительное реле 9 предназначено для включения сигналов первого уровня:
- аварийной наружной сигнализации автомобиля 13;
- модуля 10 звуковой сигнализации в кабине, имитирующего звук экстренного торможения автомобиля;
- дублирующей световой сигнализации в кабине 12.
Второе исполнительное реле 11 и устройство для блокировки двигателя 14 отключает зажигание двигателя автомобиля или подачу топлива (у дизельных двигателей).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На основании индивидуальных антропометрических параметров и особенностей телосложения перед началом поездки водитель устанавливает корпус блока формирования сигнала тревоги в положение, соответствующее предельному углу наклона головы, при котором происходит включение инфракрасного излучателя и передача сигнала тревоги на блок приема сигнала. При этом проверяется подача сигналов первого и второго уровней. Затем водитель принимает позу, при которой положение головы обеспечивает максимальный контроль за дорожной обстановкой во время поездки. На стоянке и при движении автомобиля со скоростью ниже 60 км/час включение сигналов первого и второго уровней заблокировано датчиком установившегося режима движения 7.
При разгоне автомобиля и движении его со скоростью более 60 км/час в течение более двух минут включается датчик установившегося режима движения 7. При проявлении признака засыпания или иного состояния потери контроля водителем ситуации и наклоне головы водителя вперед по ходу движения, срабатывает датчик наклона головы 3 и включается инфракрасный излучатель 4, сигнал от которого принимается приемником 6, который через таймер 8 и исполнительное реле 9 включает модуль
звукового сигнала 10 с дублирующим световым сигналом 12 и наружную аварийную сигнализацию автомобиля 13. Если ИК-излучатель 4 продолжает работать, т.е. водитель не отреагировал на сигналы первого уровня, то через 3 сек таймер 8 подает сигнал второго уровня и исполнительное реле 11 через устройство блокировки двигателя 14 отключает зажигание или выключает подачу топлива, вследствие чего происходит торможение двигателем и остановка автомобиля.
Таким образом, предлагаемое устройство полностью решает поставленные задачи.