Система распознавания усталости водителя как работает. Мониторинг состояния водителя за рулем. Основные принципы работы датчика усталости

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.

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.

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:

Ни для кого нее секрет, что засыпание за рулём является причиной множества серьёзных аварий. Если длительность поездки превышает 4 часа, то время реакции водителя увеличивается в несколько раз, также тёмное время суток может сыграть свою роль. Давайте рассмотрим какие решения этого вопроса предлагают авто производители.

Одно из самых простых устройств, контролирующих состояние водителя (не уснул ли он), крепится на ушной раковине и внешне выглядит как bluetooth гарнитура. Если Вы когда-нибудь засыпали стоя или сидя, то Вы знаете, что при засыпании голова немного наклоняется вперёд. Если устройство фиксирует, что угол наклона вперёд изменился на определённый градус, то оно подаёт звуковой сигнал. Громкость сигнала ограничена, чтобы не испугать, спящего водителя, и в то же время заставить его проснуться. Угол при котором устройство будет будить водителя можно настроить и на то есть некоторые причины, например, чтобы устройство не срабатывало если водителю нравится покачивать головой в такт песне, звучащей из радио, или голова водителя, когда он засыпает отклоняется совсем незначительно.
Мы рассмотрели самую примитивную систему антисон, думаю многим будет интересно как решают эту задачу передовые авто производители.
У Mercedes-Benz такая система называется Attention Assist , она используя блок управления двигателем автомобиля, и датчик угла поворота рулевого колеса, определяет манеру езды водителя и соответственно если она изменяется, подаёт звуковой и световой сигнал.
Давайте перечислим какую именно информацию анализирует система:

• время суток;
• длительность поездки;
• частоту использования кнопок на панели управления;
• скорость и ускорение вращения рулевого колеса;
• использование педали тормоза;

Наиболее эффективные системы мониторинга состояния водителя являются Attention Assist, Driver Alert Control и Seeing Machines. Их цель вовремя обнаружить и сообщить об изменения в организме человека.

Для того, чтоб избежать подобных случаев, придумали системы, которые наблюдают и контролируют уровень усталости водителя. Сделать это можно с помощью 3 показателей. В первом случае наблюдаются действия водителя, затем движение автомобиля, и наконец взгляд водителя.

Attention Assist

Он проводит мониторинг физического состояния водителя за многими показателями. В первую очередь он контролирует манеру вождения, а именно скорость. Следующими показателями служат условия, в которых движется автомобиль. Здесь имеется ввиду, время длительности поездки и когда она происходит, в какое время суток.

Следя за нынешним состоянием, система сравнивает его с первоначальным. Если показатели сигнализируют о значительном отклонение от нормы, включается звуковой сигнал и на панели экрана выводиться сообщение «Attention Assist: Pause», предупреждающее остановиться водителя.

Сигнал оповещается каждые 15 минут в случае игнорирования предупреждения. Система приходит в действие на скорости от 80 км/ч. Анализ скорости, маневренности и снятие других параметров происходит через 30 минут после старта движения, так как чаще всего именно столько времени требуется для движения на дальние дистанции.

Driver Alert Control (DAC)

Если фиксируется состояние переутомления, система оповещает водителя с помощью сигнала и сообщения «Driver Alert. Time for a break». Система начинает действовать на скорости от 60 км/ч.

Seeing Machines

В случае отклонения показателя от нормы, система оповещает об усталости и вероятности уснуть за рулём с помощью сигнала и специального сообщения.

Видео работы системы слежения за водителем: