Attention Assist и DAC – системы контроля усталости, выполняют функцию слежения за возможностью водителя физически управлять транспортным средством и при необходимости подает сигнал о прекращении движения для отдыха. Проверка осуществляется тремя видами контроля, которые зависят от следующих поведенческих факторов:
- Производится оценка поведения водителя.
- Контролируется движение автомобиля.
- Фиксируется взгляд водителя транспортного средства.
Компания Mercedes-Benz начиная с 2011 года выпускает свои автомобили с устройством Attention Assist, которое осуществляет наблюдение за поведением водителя автомобиля, руководствуясь следующими мотивациями: действием водителя во время езды, управлением рулем, способом управления машиной, и некоторые другие параметры. Схематически система состоит из датчика руля, контрольной лампочки и звукового предупреждения водителя. Датчик руля определяет изменение усилия, оказываемого на руль при его вращении. Кроме этого, система учитывает сигналы от других контрольных датчиков автомобиля: тормозной системы, устойчивости при движении, параметров двигателя и ограничения видимости.
Во время подачи сигналов на прибор управления обрабатываются и определяются следующие параметры:
- а) анализируется скорость и боковое ускорение автомобиля впродолжении 30 минут с начала движения (стиль вождения);
- б) условие, при котором происходит движение: длительность поездки и время суток;
- в) анализ управления некоторыми узлами автомобиля: тормозной системы, кнопок, находящихся на щитке управления, а также переключателями, расположенными под рулем;
- г) определяет силу воздействия на рулевое колесо;
- д) состояние дорожного покрытия и поведение автомобиля во время движения (ускорение боковое и продольное).
Итог определяется методом установки нарушений в действиях водителя и изменения направления движения автомобиля. На экран приборного щитка посылается сигнал в звуковом сопровождении о требовании остановиться для отдыха. В случае игнорирования предупреждения, когда водитель в сонном состоянии не прекращает движение, система продолжает сигнализировать через каждые 15 минут. Следует заметить, что контроль начинает осуществляться при скорости выше 80 км/час.
Контроль Driver Alert Control (или DAC) от Вольво отличается от контроля Attention Assist тем, что мониторит только лишь траекторию движения авто по дороге, а видеоконтроль, установленный в направлении пути следования автомобиля, определяет его нахождение на полосе дорожного покрытия. Если происходит уход от установленных границ, система реагирует на это как на признаки усталости водителя. Выдается два вида предупреждающих сигналов: «жесткий» и «мягкий», которые зависят от общего самочувствия водителя. Сигналы отличаются друг от друга тональностью и громкостью звука. Активация системы DAC, которая функционирует вместе с системными элементами Lane Departure Warning, начинается с момента, когда скорость движения автомобиля достигает 60 км/час.
Оценку утомляемости взгляда водителя дает контролирующая схема, которую устанавливает компания General Motors, и где базой является испытанная методика Seeing Machines, используемая как на грузовом транспорте, так и железнодорожном, а также при карьерных разработках. Специально встроенный блок производит контроль открытости глаз водителя и их сосредоточенности. Обнаружив признаки усталости, состояние близкого ко сну и потерю внимательности водителем, система дает команду о прекращении движения транспортного средства.
К тому же система слежения за усталостью может быть применена для управления некоторыми функциями автомобиля: направление взгляда может включать или отключать отдельные опции на щитке приборов. И даже если водитель забыл посмотреть в зеркало при совершении какого-либо маневра, система вовремя напомнит ему о выполнении этого действия.
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.
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».
