Система контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов
CAR CREW SERVICEABILITY MONITORING SYSTEM FOR SPECIAL CARGOES TRANSPORTATION

Изобретение относится к средствам транспорта, применяемым для перевозки специальных грузов, и может быть использовано при создании предназначенных для этого автомобилей. Технический эффект - увеличение вероятности безаварийной перевозки специальных грузов и документирование психоэмоционального состояния экипажа автомобиля.
Учитывая возможность экологически опасных последствий аварии автомобиля, перевозящего специальный груз, такие грузы перевозятся в специально приспособленных автомобилях в составе автоколонн. Причем управление каждого автомобиля с грузом осуществляется практически двумя лицами: водителем и размещенным в кабине автомобиля старшим машины, в обязанности которого во время движения входят наблюдение за дорожной обстановкой и показаниями всех контрольных приборов, не допущение резких торможений и резких поворотов, предупреждение водителя до начала преодоления опасных мест дорог и т.д. [см. Инструкция по перевозкам специальных грузов, М., Военное издательство, 1989, с. 41]. Такое управление движением автомобиля в автоколонне во многом определяет вероятность безаварийной перевозки специальных грузов. В этих условиях определение уровня бодрствования водителя и старшего машины, их внимания, характеризующего профессиональную активность, приобретает особое значение. Это требует разработки способов и устройств аппаратурного контроля с определением недопустимого физического и/или психического состояния водителя и старшего машины. Вместе с тем, способы поддержания работоспособности водителя транспортного средства и системы для их реализации известны и широко применяются в железнодорожном-, авто- и воздушном транспорте. Они основаны на контроле за бодрствованием по частоте сердечных сокращений, мозговой и мышечной активности, а также других физиологических функций путем введения "обратной" связи. Обратная связь превращает эти устройства в приборы, поддерживающие работоспособность. К числу изобретений такого рода относятся и устройства контроля работоспособности оператора, содержащие сенсорное устройство, принцип действия которого основан на измерении распределенной силы давления тела оператора на сидении-кресле, и пороговое устройство, регистрирующее отклонение показателей от их предельных значений применительно к конкретному водителю [см. Патент RU №2197177 «Способ предупреждения засыпания оператора и устройство для предупреждения засыпания оператора», МПК: А61В 5/1]. Недостатком такого технического решение применительно к водителю автомобиля со специальным грузом является ложные срабатывания при передвижении по грунтовым ухабистым дорогам, по которым чаще всего приходится передвигаться такой автоколонны.
Известна система обеспечения работоспособности водителя с вмонтированными в руль датчиками усилия. Процессу засыпания свойственно ослабление физической активности, и при засыпании водителя его руки ослабевают. Это вызывает срабатывание системы автоматического пробуждения: в лицо водителя направляется струя душистого вещества [см. Патент США №2199060, YOUNG, 340-279, 1940). В настоящее время, когда автомобили снабжены усилителями руля, водитель ведет автомобиль без лишнего напряжения мышц рук, и информация от вмонтированных в руль датчиков становится необъективной. Кроме того, данный способ обеспечения работоспособности применим только к водителю, но не к старшему машины, моторный выход которого (ответная реакция на получение информации, проявляющаяся движением рук, ног, положением тела) не связана с существенным напряжением мускулатуры и засыпание которого наиболее вероятно. Если водителю перед рейсом предоставляют время для отдыха, и он проходит медосмотр, то старший машины в это время может выполнять различные работы, направленные на обеспечение готовности автоколонны к рейсу (погрузка и крепление изделий, документирование работ и т.п.).
Известны способы стимуляции, слежения и контроля работоспособности водителя транспортного средства, путем оценки реакции исследуемого [см. Патент RU №207246 «Способ стимуляции, слежения и контроля работоспособности водителя транспортного средства», МПК: В60K 28/02]. Предлагаемый способ отличается от известных тем, что предусматривает двухступенчатую стимуляцию водителя. Первая ступень рассчитана на незначительное снижение работоспособности, а вторая - на существенное снижение. Одновременно производят двухступенчатое слежение и контроль времени реакции водителя. Если время реакции водителя превышает допустимые значения первой ступени, включают стимуляцию второй ступени, а когда время реакции водителя превышает допустимые значения второй ступени, выдают сигнал на принудительную остановку транспортного средства. Такой способ позволяет обеспечить длительное и эффективное поддержание работоспособности водителя и выдать сигнал на принудительную остановку транспортного средства только при критическом снижении работоспособности водителя. Раздражение для проверки внимания по предлагаемому способу адресуют к тому анализатору, роль которого в деятельности водителя является основной, в частности, стимулируют зрительный анализатор. Недостатком данного способы стимуляции, слежения и контроля работоспособности является то, что датчики информации состоянии водителя размещены на запястье и пальце водителя. Однако в результате обширных экспериментов установлено, что у некоторых людей сигнал на запястье самопроизвольно пропадает. Отсюда следует возможность выдачи ложных тревог устройства, в котором будет реализован указанный способ. Кроме того, способ применяют только к водителю, но не к старшему машины, в деятельности которого анализатор, к которому адресуют раздражение для проверки внимания, отличается от анализатора водителя. Поскольку водитель и старший машины - люди, как правило, разных возрастных категорий, то и время их реакций различается. Недостатком также является принудительная остановка автомобиля при движении в колонне без предупреждения других участников движения. Это может привести к столкновению автомобилей с повреждением взрывоопасного специального груза.
Известны способы и устройства предотвращения засыпания водителя, включающие, в том числе, и системы его пробуждения [см. Патент РФ №2511186 «Способ предотвращения засыпания водителя и устройство для его осуществления», МПК: В60K 28/06]. В данном решении момент засыпания водителя определяется на основе фиксации углов поворота рулевого колеса. (В процессе засыпания углы поворота рулевого колеса при удержании водителем прямолинейного движения автомобиля становятся все меньше и меньше). Применительно к автомобилям, перевозящим специальные грузы, данное решение не устраняет недостатки, связанные с отсутствием системы предотвращения засыпания старшего машины и принудительной остановки автомобиля без предупреждения остальных участников движения.
Известны способы и устройства контроля бдительности водителя, предусматривающие подачу стимула и определение реакции оператора. Исходя из времени реакции, включается сигнализация или осуществляется принудительная остановка автомобиля. На локомотивах такое решение использует "рукоятка бдительности" (Нерсесян Л.С., Психологические аспекты повышения надежности управления движущимися объектами, изд. Промедэк, М., 1992, с. 125). По этому принципу построен монитор бдительности водителя [см. Патент RU №2111134 «Способ поддержания работоспособности водителя транспортного средства и система для его осуществления», МПК: В60K 28/06]. При этом время реакции сравнивается со стандартным с учетом суточного цикла активности и частных особенностей водителя, и в этом смысле система интерактивна. Стимул подается в форме звукового сигнала и анализируют адекватность реакции водителя на смысловое содержание стимула в условиях снижения уровня бодрствования, для чего формируют звуковой стимул в виде по меньшей мере одного речевого вопроса (команды) водителю на активно-осознанное действие. В качестве реакции регистрируют речевое сообщение водителя в ответ на вопрос (команду) и (или) факт выполнения упомянутого действия. Далее сопоставляют содержание вопроса (команды) и речевого сообщения или выполненного действия и их соответствие. Степень соответствия принимают за критерий работоспособности. Система включает управляемые процессором блоки формирования стимулов и команд, анализа реакции водителя на речевые стимулы, в том числе распознавания речи и блок анализа соответствия стимула и реакции. Реакция водителя регистрируется с помощью датчика. Управляется вся система от процессора. Изобретение по Патенту RU №2111134 «Способ поддержания работоспособности водителя транспортного средства и система для его осуществления», МПК: В60K 28/06] может быть принято в качестве прототипа.
Достоинством решения-прототипа является отсутствие на теле водителя устройств, мешающих управлению автомобилем, а также интерактивность системы и реакция водителя на стимул, не влияющая на его моторный выход и, следовательно, не мешающая управлению автомобилем. Однако его недостатком является то, что данное устройство по-прежнему не контролирует работоспособность старшего машины и не имеет информационной связи с другими участниками движения в автоколонне. Это приводит к уменьшению вероятности безаварийной перевозки специальных грузов.
Задачей заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно, увеличение вероятности безаварийной перевозки специальных грузов и документирование психоэмоционального состояния экипажа автомобиля.
Технический результат достигается включением новых блоков и иной связью между блоками в системе контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов, включающее устройство подачи стимула водителю и определения его реакции, устройство пробуждения водителя и блок принудительной остановки автомобиля, заключающихся в том, что в нее дополнительно введены устройство подачи стимула старшему машины и определения его реакции, устройство пробуждения старшего машины, монитор, блок аварийной сигнализации, таймер, блок документирования, два блока И, два блока ИЛИ и блок НЕ, причем таймер выполнен с двумя входами с возможностью изменения времени его срабатывания для каждого входа, устройство подачи стимула старшему машины и определения его реакции выполнено в виде рукоятки безопасности и размещено вне рабочей зоны водителя, блок документирования выполнен с двумя входами с возможностью регистрации моментов времени поступления сигналов на входы и их продолжительности, при этом выход устройства подачи стимула старшему машины и определения его реакции соединен с входом блока принудительной остановки автомобиля через устройство пробуждения старшего машины, таймер и первый блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом устройства подачи стимула водителю и определения его реакции через устройство пробуждения водителя и второй блок И, второй вход таймера соединен с выходом устройства пробуждения старшего машины через блок НЕ и первый блок И, второй вход которого соединен с выходом устройства пробуждения водителя, вход блока аварийной сигнализации соединен с выходом устройства пробуждения старшего машины через второй блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом устройства пробуждения водителя, выход устройства подачи стимула старшему машины и определения его реакции соединен с входом блока документирования, второй вход которого соединен с выходом устройства подачи стимула водителю и определения его реакции и с входом монитора, размещенного в рабочей зоне старшего машины.
Идея предложенного технического решения заключается в размещении в рабочей зоне старшего машины дополнительного устройства контроля его работоспособности. Причем это дополнительное устройство имеет существенные различия от устройства контроля водителя, определяемые различием функций водителя и старшего машины, а также необходимостью исключить при этом возможные помехи работе водителя. Учитывая разные последствия засыпания водителя и засыпания старшего машин, время на приведение их в состоянии бодрствование и подачу сигнала на принудительную остановку автомобиля выбрано различное. Моменты засыпания и продолжительность сна водителя и старшего машины фиксируются и запоминаются в блоке документирования.
Рассмотрим существенность отличительных признаков.
Введение устройств подачи стимула старшему машины и определения его реакции и пробуждения старшего машины, монитора, блока аварийной сигнализации, таймера, двух блока И, двух блока ИЛИ и блок НЕ с их связями с другими устройствами в системе контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов является новым решением. Оно позволяет осуществить контроль работоспособности старшего машины, не создавая при этом помехи работе водителя.
Введение блока аварийной сигнализации с его связями с другими устройствами является новым решением. Оно позволяет предупредить остальных участников движения в автоколонне, и в первую очередь водителя едущего сзади автомобиля о возможности столкновения автомобилей при принудительной остановке одного из них.
Выполнение таймера с двумя входами с возможностью изменения времени его срабатывания для каждого входа является новым решением. Оно позволяет учесть различие последствий аварий, вызванных засыпанием водителя и/или старшего машины, а также учесть конкретную дорожную обстановку в районе следования автоколонны.
Выполнение устройства подачи стимула старшему машины и определения его реакции в виде рукоятки безопасности, и размещение ее вне рабочей зоны водителя, является новым решением. Оно исключает создание помех работе водителя при функционировании данного устройства, а также исключает возможность сна старшего машины.
Введение блока документирования является новым решением применительно к автомобилям, перевозящим специальные грузы. Оно позволяет оценивать утомляемость водителя и старшего машины в зависимости от продолжительности поездки и дорожных условий (на основе анализа времен моментов засыпания, отсчитываемых с момента начала движения автомобиля по маршруту).
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемой системы контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов.
Система контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов включает:
1 - устройство подачи стимула водителю и определения его реакции.
2 - устройство пробуждения водителя. В предлагаемом решении устройство пробуждения водителя рационально выполнять, аналогично тому, как выполнено устройство предупреждения сваливанию самолета, содержащее механизм тряски рулевого колеса со световым и звуковым сигналом [см. pandia.ru>text/78/243/11748-4.php].
3 - блок принудительной остановки автомобиля.
Устройства 1…3 содержат прототип. Дополнительно к ним введены новые блоки или изменена конструкция блоков решения-прототипа.
4 - устройство подачи стимула старшему машины и определения его реакции. Оно выполнено в виде широко распространенной на локомотивах рукоятки безопасности [см. yandex.ru/images> рукоятка безопасности на локомотивах]. В предложенном решении стимул подается в случайные моменты времени в форме негромкого одномерных звукового и неяркого светового сигналов на рукоятке безопасности. Поскольку рукоятка безопасности находится вне рабочей зоны водителя, такая форма стимула не создает помехи его работе.
5 - устройство пробуждения старшего машины. В предлагаемом решении работа данного устройства заключается в изменении мерности сигналов устройства 4.
6 - блок аварийной сигнализации. Он представляет собой устройство одновременного включения стоп сигнала автомобиля, габаритных огней и клаксона.
7 - монитор. Представляет собой дисплей, на экране которого визуальным кодом отображается информация о работоспособности водителя (подача стимулов, параметры ответной реакции водителя и т.п.). Монитор позволяет старшему машины объективно оценивать работоспособность водителя. Если же перевозка специального груза осуществляется автомобилем типа МАЗ-543 «Ураган», то старший машины, находящийся в отдельной кабине, только с помощью монитора может производить такую оценку.
8 - таймер. Он выполнен с двумя входами, позволяющими формировать сигнал на его выходе через разный интервал времени, в зависимости от того к какому входу подключены выходы устройств пробуждения водителя 2 или старшего машины 5.
9 и 10 - соответственно первый и второй блоки И,
11 и 12 - соответственно первый и второй блоки ИЛИ,
13 - блок НЕ,
14 - блок документирования. Его выполнение аналогично выполнению блока памяти сотового телефона, в котором «запоминают» время вызовов и их продолжительность.
Система контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов работает следующим образом.
В исходном состоянии, когда водитель и старший машины бодрствуют, отсутствуют сигналы на выходах устройства подачи стимула водителю и определения его реакции 1 и устройство подачи стимула старшего машины и определения его реакции 4. Поэтому отсутствуют сигналы на входах всех остальных устройств и блоков, кроме первого входа первого блока И 9. При этом на мониторе 7 отображается информация о работоспособности водителя и старшего машины. Если заснул водитель, то на выходе устройства подачи стимула водителю и определения его реакции 1 появляется сигнал, который поступает на вход монитора 7, на второй вход блока документирования 14 и вход устройство пробуждения водителя 2. На мониторе 7 появляется информация, соответствующая факту засыпания водителя, а на выходе устройства пробуждения водителя 2 появляется сигнал. Если при этом бодрствует старший машин, то сигнал с выхода устройства пробуждения водителя 2 поступает на вход блока аварийной сигнализации 6 через второй вход второго блока ИЛИ 12 и на второй вход таймера 8 через второй вход первого блока И 9, на первом входе которого сигнал присутствует. При этом включается аварийная сигнализация автомобиля и таймер 8 начинает отсчитывать время сна водителя. Если за установленное относительно короткое время водитель не пробуждается (не исчезает сигнал на выходе устройства подачи стимула водителю и определения его реакции 1), то на выходе таймера 8 появляется сигнал, который через первый вход первого блока ИЛИ 11 поступает на вход блок принудительной остановки автомобиля 3. Автомобиль останавливается.
Если заснул старший машины, и при этом бодрствует водитель, то на выходе устройства пробуждения старшего машины 5 появляется сигнал, который поступает на вход блока документирования 14, а также на вход блока аварийной сигнализации 6 через первый вход второго блока ИЛИ 12 и на первый вход таймера 8, на втором входе которого сигнал отсутствует по причине отсутствия сигнала на обоих входах первого блок И 9. При этом включается аварийная сигнализация автомобиля и таймер 8 начинает отсчитывать время сна старшего машины. Если за установленное относительно продолжительное время старший машины не пробуждается (не отключает сигнал на выходе устройство пробуждения старшего машины 5), то на выходе таймера 8 появляется сигнал, который через первый вход первого блока ИЛИ 11 поступает на вход блок принудительной остановки автомобиля 3. Автомобиль останавливается.
В случае, когда заснул старший машины и через короткое время заснул и водитель, на первом и втором входах второго блока И 10 будут присутствовать сигналы, и сигнал с его выхода через второй вход первого блока ИЛИ 11 поступит на вход блока принудительной остановки автомобиля 3 раньше, чем сигнал, поступивший на него через первый вход первого блока ИЛИ 11.
Когда водитель или старший машины пробуждаются раньше соответствующих отсчетов времени таймером 8, на соответствующем входе таймера 8 тоже исчезает сигнал, и таймер 8 приводится в исходное состояние готовности к следующему отсчету времени до срабатывания.
Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что система контроля работоспособности экипажа автомобиля для перевозки специальных грузов обладает преимуществами, отвечающими поставленной задаче - увеличение вероятности безаварийной перевозки специальных грузов и документирование психоэмоционального состояния экипажа автомобиля.