ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ БОДРСТВОВАНИЯ ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B60K28/06 G08B21/00 

Изобретение относится к средствам диагностики психофизиологического состояния человека в процессе профессиональной деятельности и может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителей транспортных средств.

Известно, что безопасность на транспорте в первую очередь определяется психофизиологическим состоянием водителя. Пребывая в стадии утомления, под воздействием стрессовых ситуаций или в состоянии алкогольного (наркотического) воздействия водитель теряет объективную картину дорожной обстановки, являясь источником дорожно-транспортных происшествий.

Описано большое количество изобретений, касающихся противодействия попаданию за руль транспортного средства как изначально неработоспособного водителя, так и водителя, который в процессе вождения теряет работоспособность. Так, известно использование газоанализаторов для определения паров алкоголя в процессе дыхания водителя, препятствующих запуску двигателя (ЕР 1024746 Al, Smart Start Inc., A 61 B 5/097,...B 60 K 28/06, 09.08.2000)[1], использование систем распознавания речи водителя (RU 2148505, ЗАО "НЕЙРОКОМ", B 60 K 28/06, 10.05.2000)[2] для этих же целей. Известны также системы, использующие в качестве критерия работоспособности анализ во времени степени сжатия водителем рулевого колеса (WO 00/55000 A1, Fahrertraining..., B 60 K 28/06, 21.09.2000)[3] , в предельном случае диагностирующие смерть водителя (WO 00/18012, Gustav Magenwirth, H 03 K 17/975, B 60 K 28/04, 30.03.2000)[4].

Процесс перехода в дремотное состояние в процессе движения предлагается фиксировать по частоте перемещения века глаз (US 5469143, Cooper, G 08 B 21/00, 340/575, 21.11.1995; WO 00/24309 A1, Renault, A 61 B 3/113, 04.05.2000)[5] . Другим направлением контроля за состоянием водителя в процессе движения является фиксация его физиологических параметров - электроэнцефалограмм, электромиограмм и электроокулограмм, а также их совместный анализ (WO 00/44580 Al, Compumedics Sleep. PTY. Ltd, B 60 K 28/02, /06, 03.08.2000)[6] . Контроль функционального состояния может быть эффективно использован для поддержания работоспособности, например, в условиях монотонии, когда оператор теряет бдительность (см. RU 2111134 С1, НЕЙРОКОМ, В 60 К 28/06, 1998)[7].

Одним из наиболее информативных критериев перехода в состояние потери работоспособности водителя является изменение кожно-гальванической реакции (RU 2107460 С1, НЕЙРОКОМ, А 61 В 5/05, 5/103, 5/18, 27.03.1998; US 6167299, Galchenkov et al., NEUROCOM, 600/547, 26.12.2000 - патенты-аналоги)[8]. Устройство для реализации способа содержит электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, средства для подавления импульсных помех, средства для выделения сигнала в полосе фазической составляющей электродермальной активности, средства для детектирования импульсов фазической составляющей, блок регистрации. Средства выделения сигнала в полосе фазической составляющей, средства для подавления импульсных помех и средства для детектирования импульсов фазической составляющей выполнены в виде последовательно подключенных к входному устройству фильтра нижних частот, блока преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блока анализа формы импульсов, при этом вход последнего подключен к входу блока регистрации.

В известном устройстве [8] не затрагиваются технические аспекты реализации устройства на транспорте, обеспечение устойчивой телеметрии и поддержание бодрствования без создания дополнительных неудобств водителю, что и является задачей патентуемого изобретения.

Технический результат - обеспечение устойчивой телеметрии и поддержание бодрствования водителя в рейсе без создания дополнительных неудобств, достигается тем, что телеметрическая система контроля бодрствования водителя транспортного средства содержит электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, соединенному с блоками приема, обработки сигнала и управления, блоком индикации. Электроды и входное устройство выполнены в виде единого блока телеметрического датчика с возможностью размещения и крепления на запястье или на пальце водителя. Блоки приема, обработки сигнала и управления и блок индикации размещены в едином блоке стационарной части, при этом связь телеметрического датчика и блока приема осуществляется по радиоканалу. Входное устройство содержит последовательно соединенные логарифмический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кодовых посылок и передатчик, имеющий передающую антенну, являющуюся выходом телеметрического датчика. Блок приема сигнала выполнен двухканальным, при этом каждый из каналов образован последовательно соединенными приемной антенной, усилителем высокой частоты, детектором, коррелятором. Выходы корреляторов подключены к блоку предварительной обработки информации, связанному через интерфейс с блоком обработки сигналов, причем приемные антенны имеют взаимно ортогональную поляризацию. Блок обработки сигналов и управления соединен с блоком входных сигналов транспортного средства, блоком сопряжения с бортовым компьютером транспортного средства, блоком формирования управляющих воздействий и интерфейсом для связи с блоком индикации, при этом блок входных сигналов соединен с кнопкой подтверждения бодрствования и имеет группу входов для подключения к соответствующим электрическим цепям транспортного средства.

Блок индикации включает блок управления индикацией, к выходам которого подключены блок звуковой сигнализации и индикатор уровня бодрствования.

Система может характеризоваться тем, что блок телеметрического датчика выполнен в форме браслета, наручных часов или перстня.

Система может характеризоваться также тем, что блок стационарной части имеет переднюю панель, на которой размещены индикатор приема радиосигнала с блока телеметрического датчика, индикатор уровня бодрствования, кнопка подтверждения бодрствования, выключатель питания прибора.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 показана блок-схема патентуемой системы контроля бодрствования водителя;
на фиг.2 представлен алгоритм функционирования системы.

Система содержит (см. фиг. 1) телеметрический датчик 10, приемник 20 сигналов телеметрического датчика, контроллер 30 и устройство 40 индикации. Телеметрический датчик 10 предназначен для получения информации об относительном изменении кожного сопротивления водителя, преобразования этой информации в кодовые посылки и передачу их по радиоканалу гигагерцового диапазона частот на подсистему обработки сигналов телеметрического датчика. Телеметрический датчик 10 располагается на запястье или на пальце водителя и может быть выполнен в виде браслета, наручных часов или перстня.

Телеметрический датчик 10 имеет электроды 102, 104, имеющие электрический контакт с кожей водителя, и подключенные к входу логарифмического преобразователя 106. Выход преобразователя 106 подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 108, выход которого подключен к входу формирователя 110 кодовых посылок, выход которого подключен к передатчику 112, соединенному с передающей антенной 114. Питание датчика 10 осуществляется от встроенного сменного автономного элемента.

Приемник сигналов 20 телеметрического датчика 10 предназначен для приема высокочастотных сигналов по двум независимым каналам с взаимно-ортогональной поляризацией, для чего служат две приемные антенны 202 и 204. Антенны 202, 204 подключены к двум каналам усилителя высокой частоты 206, 208, выходы которых через детекторы 210, 212 подключены к входам канальных корреляторов 214, 216. С выхода корреляторов 214, 216 цифровые значения корреляционной функции входного сигнала подаются на вход блока 218 предварительной обработки информации телеметрического датчика. Выход упомянутого блока 218 подключен к интерфейсу 220 для связи с контроллером 30.

Для этой цели контроллер 30 имеет интерфейс 302, соединенный с блоком 304 управления и цифровой обработки сигналов. Блок 304 подключен к блоку 306 формирования управляющих воздействий, имеющему ряд соответствующих выходных клемм 308 для подключения к различным системам транспортного средства. К одному из входов блока 304 подключен блок 310 входных сигналов с транспортного средства, имеющий группу входов 312 для подключения к соответствующим электрическим цепям транспортного средства, например указателям торможения, поворота и другим. К блоку 310 также подключена кнопка 314 подтверждения бодрствования. Для подключения блока 304 к бортовому компьютеру транспортного средства введен блок 316 сопряжения, вход которого соединен с блоком 304, а выход имеет соответствующий разъем 318. Кроме того, блок 304 связан с интерфейсом 320 для связи с устройством 40 индикации.

Устройство 40 индикации связано с интерфейсом 320 посредством интерфейса 402, подключенного к блоку 404 управления индикацией, имеющему соответствующие выходы. Эти выходы подключены к блоку 406 звуковой сигнализации и индикатору 408 уровня бодрствования, показывающему уровень бодрствования водителя по условной шкале.

Интерфейсы 220, 302, 320 и 402 могут быть организованы по стандарту RS-232С или другому, используемому на транспортном средстве.

Устройство работает следующим образом.

Ток через кожу руки, обозначенную на фиг.1 как сопротивление G, подключенное к электродам 102, 104, преобразуется логарифмическим преобразователем 106 в напряжение и поступает на вход АЦП 108, который измеряет текущее значение сопротивления. Сигнал с выхода АЦП 108 поступает на формирователь 110 кодовых посылок, который управляет модуляцией передатчика 112 радиоканала. В кодовых посылках передается также информация о подсоединении электродов 102, 104 к телу водителя, о напряжении батареи и наступлении режима тестирования.

Приемник 20 сигналов телеметрического датчика 10 предназначен для приема сигналов телеметрического датчика по радиоканалу, его предварительной обработки и выдачи по запросу контроллера 30 системы. Кроме того, приемник 20 обнаруживает присутствие второго работающего телеметрического датчика в зоне действия системы и информирует об этом контроллер 30 системы. Такая информация необходима в случаях присутствия в кабине транспортного средства сменного водителя, также имеющего аналогичный индивидуальный телеметрический датчик
Приемник 20 сигналов телеметрического датчика принимает высокочастотные импульсно-модулированные сигналы по двум независимым каналам с взаимно-ортогональной поляризацией приемных антенн 202, 204. После усиления (блоки поз. 206, 208), детектирования (поз. 210, 212) и нормирования по амплитуде входной сигнал по каждому из каналов поступает на входы канальных корреляторов 214, 216. С выхода упомянутых корреляторов цифровые значения корреляционной функции входного сигнала подаются на вход блока 218 предварительной обработки информации телеметрического датчика. Канал для обработки текущей посылки телеметрического датчика выбирается по максимальному значению корреляционной функции на интервале стартового бита посылки.

По запросу контроллера 30 информационный код вместе с признаками тестирования и ошибки подается на выход прибора. Блок 304 управления и цифровой обработки анализирует полученные с приемника 20 сигналы, соответствующие измеренному значению сопротивления кожи. На основе этого анализа с учетом известных критериев состояния бодрствования по кожно-гальванической реакции [8], блок 304 определяет уровень бодрствования водителя.

Кроме того, блок 304 управления и цифровой обработки анализирует полученные с приемника 20 сигналы об ошибках. К числу таких ошибок относятся:
а) отсутствие контакта электродов 102, 104 с кожей водителя,
б) замыкание электродов 102, 104 между собой,
в) отсутствие радиосигнала от датчика 10,
г) присутствие второго включенного датчика 10,
д) сбои в работе приемника 20.

Алгоритм работы блока 304 предусматривает, при наличии упомянутых ошибок, подачу определенного сигнала на блок 404 управления индикацией, который переводит индикатор в особый режим работы (например, мигание), либо выдает звуковой сигнал посредством блока 406.

В соответствии с уровнем бодрствования через интерфейс 320 на вход устройства 40 индикации поступает код состояния индикатора 408. Блок 404 управления индикацией включает необходимое число элементов индикатора (например, светодиодов) и при критическом снижении уровня бодрствования подает сигнал на блок 406 звуковой сигнализации. Звуковой сигнал тревоги требует от водителя нажатия кнопки 314 подтверждения бодрствования. Если водитель нажал кнопку 314 или блок 310 входных сигналов с транспортного средства зарегистрировал сигнал по любому из входов 312, работа всей системы продолжается в прежнем режиме. В том случае, если с выхода блока 310 на блок 304 не поступило никакого сигнала, подтверждающего бодрствование, блок 304 выдает сигналы на блок 306 формирования управляющих воздействий, выходные клеммы 308 которого подключены к функциональным системам транспортного средства. При использовании телеметрической системы на автодорожном транспорте и речных судах, это - системы световой и звуковой сигнализации, управления впрыском топлива, управления пневматической подвеской. На железнодорожном транспорте управляющее воздействие подается на систему аварийного торможения.

При наличии в транспортном средстве бортовой сети стандарта CAN BUS патентуемая телеметрическая система может быть подключена к бортовому компьютеру транспортного средства посредством блока 316 сопряжения через разъем 318, выполненных также в стандарте CAN BUS. В бортовую сеть транспортного средства в этом случае может передаваться информация о текущем уровне бодрствования водителя, включении звукового сигнала тревоги, активизации водителем кнопки 314 подтверждения бодрствования, информация о выдаче сигналов на блок 306 формирования управляющих воздействий. Кроме того, в бортовую сеть может выдаваться информация и о состоянии самой системы контроля бодрствования (например, о возникновении сбоев, потере контакта телеметрического датчика с кожей руки водителя, разряде элемента питания датчика и о прочих нерегламентных ситуациях в работе системы).

Работу всей системы, за исключением телеметрического датчика, обеспечивает вторичный источник питания. Он преобразует постоянное напряжение бортовой электрической сети транспортного средства в несколько постоянных стабилизированных выходных напряжений (на фиг.1 не показан).

Алгоритм функционирования системы показан на фиг.2. При включении питания (п. 60) проходит самотестирование стационарной части системы (п.61), в процессе которого проверяется правильность функционирования ее блоков. При обнаружении ошибок выдается сообщение (п.73), после чего водитель принимает решение (п. 74) относительно дальнейшего использования системы: продолжить работу системы (п.61) или отключить ее (п.75).

Если самотестирование прошло успешно, проводится проверка наличия сигнала от датчика 10 (п.62). В том случае, если сигнал отсутствует, система возвращается в цикл самотестирования (п.61). При наличии сигнала включается индикатор приема (п.63) и производится анализ принимаемых данных (п.64). В случае обнаружения ошибок (п.65), сообщение о которых передал датчик 10 или приемник 20 (см. выше позиции в перечне ошибок за исключением п."в"), выдается сообщение (п.73). После этого водитель принимает решение (п.74) относительно дальнейшего использования системы: устранить причину ошибки и продолжить работу системы (п.61) или отключить систему (п.75).

При отсутствии ошибок проводится определение уровня бодрствования (п.66) и его индикация (п.67). Далее проводится проверка уровня бодрствования (п. 68) по известным критериям [8]. Если уровень бодрствования выше критического, система возвращается в п.62 по циклу. Если уровень бодрствования ниже критического, выдается звуковой сигнал "Подтвердите бодрствование" (п.69). Проверяется ответная реакция водителя (п.70): нажата ли в течение заданного времени кнопка 314.

Если кнопка нажата, система возвращается на шаг (п.62). Одновременно проверяется наличие сигналов от органов управления транспортным средством (п. 71) с группы входов 312, например, указателям торможения, поворота и другим. Если хотя бы один из этих сигналов присутствует, система возвращается на шаг п.62. При отсутствии таких сигналов подается управляющее воздействие на выходы 308 и соответствующее сообщение об ошибке (п.73). После этого водитель принимает решение (п.74) относительно дальнейшего использования системы: продолжить работу системы, устранив причину ошибки (п.61), или отключить систему (п.75).

Проведены многочисленные испытания системы на железнодорожном, легковом и грузовом автотранспорте, а также на речных судах. Испытания показали адекватную работу системы, своевременное обнаружение утомляемости и снижения работоспособности водителя, сужение функций внешнего внимания. Не было зафиксировано ни одного случая засыпания водителя в рейсе.

Изобретение может быть использовано в системах автоматического контроля состояния водителей транспортных средств. Технический результат заключается в обеспечении устойчивой телеметрии и поддержании бодрствования водителя в рейсе без создания дополнительных неудобств. Система содержит электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, соединенному с блоком приема, обработки сигнала и управления и блоком индикации. Электроды и входное устройство выполнены в виде единого блока телеметрического датчика с возможностью размещения и крепления на запястье или на пальце водителя, связь телеметрического датчика и блока приема осуществляется по радиоканалу. Входное устройство содержит последовательно соединенные логарифмический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кодовых посылок и передатчик. Блок приема сигнала выполнен двухканальным, при этом каждый из каналов образован последовательно соединенными приемной антенной, усилителем высокой частоты, детектором, коррелятором. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Телеметрическая система контроля бодрствования водителя транспортного средства, содержащая электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, соединенному с блоками приема, обработки сигнала и управления и блоком индикации, отличающаяся тем, что электроды и входное устройство выполнены в виде единого блока телеметрического датчика с возможностью размещения и крепления на запястье или на пальце водителя, блоки приема, обработки сигнала и управления и блок индикации размещены в едином блоке стационарной части, при этом связь упомянутых телеметрического датчика и блока приема осуществляется по радиоканалу, входное устройство содержит последовательно соединенные логарифмический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кодовых посылок и передатчик, имеющий передающую антенну, являющуюся выходом телеметрического датчика, блок приема сигнала выполнен двухканальным, при этом каждый из каналов образован последовательно соединенными приемной антенной, усилителем высокой частоты, детектором, коррелятором, выходы корреляторов подключены к блоку предварительной обработки информации, соединенному через интерфейс с блоком обработки сигналов и управления, причем приемные антенны имеют взаимноортогональную поляризацию, блок обработки сигналов и управления соединен с блоком входных сигналов транспортного средства, блоком сопряжения с бортовым компьютером транспортного средства, блоком формирования управляющих воздействий и интерфейсом для связи с блоком индикации, при этом блок входных сигналов соединен с кнопкой подтверждения бодрствования и имеет группу входов для подключения к соответствующим электрическим цепям транспортного средства, блок индикации включает блок управления индикацией, к выходам которого подключены блок звуковой сигнализации и индикатор уровня бодрствования. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок телеметрического датчика выполнен в форме браслета, наручных часов или перстня.