УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В РЕАЛЬНЫХ ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЯХ ВРЕМЕНИ ЗРИТЕЛЬНО-МОТОРНОЙ РЕАКЦИИ ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ОПАСНЫЕ ДОРОЖНЫЕ СИТУАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G09B9/52 A61B5/18 

Изобретение относится к психофизиологической медицине, медицинской и измерительной технике и может быт применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами (автомобилем, автобусом, троллейбусом, трамваем, трактором, самоходной машиной и др.) путем измерения в реальных дорожных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации.

Известны устройства для измерения акустико-моторной реакции водителя на сильный звуковой раздражитель интенсивностью 120 дБ и частотой 1000 Гц, используемые, например, в способе определения повышенной предрасположенности водителей к дорожно-транспортным происшествиям путем регистрации и анализа психофизиологических показателей и вычисления прироста времени зрительно-моторной реакции при предъявлении последовательно 15 и 105 белых световых сигналов, и сравнения значения обоих показателей с критериальными, соответственно, (-15,0)-(+0,9) мс и 200 мс и более, или (+1,0)-(+19,9) мс и 175 мс и более, или (+20,0)-(+39,9) мс и 150 мс и более, или (+40,0)-(+70,0) мс и 125 мс и более. Таким способом у индивидуума выявляют повышенную предрасположенность к дорожно-транспортным происшествиям (авт. св. СССР №1806608, М.кл. - А61В 5/18, опубликовано 07.04.1993 г.) (аналог).

Недостатком известных устройств является не прямое измерение зрительно-моторной реакции водителя на опасность, а определение ее косвенно путем измерения акустико-моторной реакции на сильный раздражитель и сравнения затем полученных показателей с критериальными значениями. Не объяснены и не обоснованы физический смысл приведенных критериальных значений и методика их получения. Кроме того, эти устройства не предназначены для использования в реальных дорожных условиях.

Известны также установки определения времени реакции водителя транспортного средства, состоящие из стенда с сиденьем для водителя, рулевым колесом и рулевой колонкой, педалями сцепления, тормоза и управления дроссельной заслонкой, размещенными на раме с соблюдением нормативных расстояний между ними в кабине грузового автомобиля. Установки включают самодельный «светофор», вибропреобразователь, электросекундомер, системы переключателей, электромагнитные реле и микропереключатель, устанавливаемый на педаль тормоза, автомобильный аккумулятор и пульт управления. Рядом со стендом ставится стол или тумбочка, около которого находится экспериментатор с пультом управления в руках. Вместо стенда может быть использован стоящий грузовой или легковой автомобиль. В этом случае самодельной «светофор» устанавливается впереди автомобиля, а экспериментатор с пультом управления садится в кабину автомобиля рядом с испытуемым водителем. «Светофор» устанавливается перед стендом или автомобилем на расстоянии 5-10 м (Информационный листок Татарского центра научно-технической информации №187, 1980) (аналог).

Основными недостатками таких установок являются невозможность использования их в реальных дорожных условиях и включение красного сигнала самодельного «светофора» как сигнала опасности без учета влияния на восприятие водителем возможной опасности конкретных дорожных условий, таких как появление пешеходов и детей, автомобилей с поперечного и встречного направлений, внезапное торможение впереди идущего автомобиля, маневры автомобиля поворотами налево и направо, наличие открытых люков, ям и неровностей на проезжей части и др. Кроме того, измеренные величины времени реакции водителя на опасность нужно записывать на бумаге и провести математическую статистическую обработку экспериментальных данных вручную, что требует дополнительное время и может привести к ошибкам.

Известно также устройство для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дородные ситуации, выполненное в виде автотренажера, который снабжен видеомонитором для воспроизведения опасных и безопасных дорожных условий и соединен с центральным процессорным блоком для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, а педали тормоза и подачи топлива имеют электроконтактные датчики, реагирующие на действия испытуемого водителя и формирующие сигналы для обработки, при этом электроконтактные датчики встроены в насадки, укрепленные скобой на педали тормоза и подачи топлива, причем датчик нажатия на педаль тормоза подсоединен к центральному процессорному блоку, а датчик нажатия на педаль подачи топлива - к звуковому имитатору, выполненному в виде акустической колонки для создания звукового фона работы двигателя автомобиля и контроля для экспериментатора положения ноги испытуемого водителя на педали подачи топлива. Видеомонитор выполнен в виде жидкого кристаллического телевизора, на экране которого воспроизводятся опасные и безопасные дорожные ситуации с цифровых носителей информации в соответствии с разработанным видеопрограммным обеспечением. Центральный процессорный блок состоит из процессора и платы индикации. Автотренажер имеет недействующие панель приборов и рычаг переключения передач для создания испытуемому водителю более полной имитации нахождения за рулем реального автомобиля (патент РФ на изобретение №2475186, М.кл. - А61В 5/18, опубликован 20.02.2013 г.) (прототип).

Единственным недостатком этого устройства является невозможность его использования в реальных дорожных условиях, когда требуется повышенная точность измерения, объективность и достоверность величин (значений) времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации.

Целью изобретения является повышение точности измерения, достижение объективности и достоверности полученных предельных значений - минимальной и максимальной величин времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации путем проведения экспериментального исследования данного психофизиологического параметра в реальных дорожных условиях, а также сокращение времени на математическую статистическую обработку экспериментальных данных и исключение при этом возможных ошибок.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации, включающем центральный процессорный блок для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, педаль тормоза с электроконтактным датчиком, реагирующим на действия испытуемого водителя, формирующим сигналы для обработки, встроенным в насадку на педали тормоза и подсоединенным к центральному процессорному блоку, для воспроизведения опасных и безопасных дорожных ситуаций введен световой индикатор, выполненный на светодиодах красного, желтого и зеленого цветов с рассеивающими линзами в виде самодельного «светофора», который прикреплен с помощью присоски или на переднем капоте, или лобовом стекле кабины транспортного средства в удобном месте водителю для наблюдения, и соединен с центральным процессорным блоком. Опасной дорожной ситуацией для водителя в данном случае является красный сигнал «светофора», включаемый экспериментатором, который может находиться или рядом с водителем, или на заднем сиденьи кабины транспортного средства. Водителю дается задание реагировать и экстренно нажать на педаль тормоза при включении красного сигнала «светофора», которое экспериментатор должен выполнить неожиданно для водителя, сообразуясь с дорожными условиями, чтобы не создать опасную дорожно-транспортную ситуацию (обстановку). Зеленый и желтый сигналы «светофора» имеют возможность включения экспериментатором для создания водителю фактора неожиданности и случайности при включении красного сигнала. Центральный процессорный блок, состоящий из процессора и платы индикации, начинает отсчет времени при включении красного сигнала «светофора» и заканчивает его при нажатии испытуемым водителем на педаль тормоза.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства для измерения в реальных дорожных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации; на фиг. 2 представлена схема расположения (размещения) педали тормоза в кабине и «светофора» на переднем капоте или лобовом стекле транспортного средства; на фиг. 3 представлена передняя панель центрального процессорного блока; на фиг. 4 представлена задняя панель центрального процессорного блока.

Устройство состоит в общем виде из трех базовых узлов, а именно, самодельного «светофора», выполненного на светодиодах и укрепленного на переднем капоте или лобовом стекле транспортного средства, центрального процессорного блока, установленного или в кабине транспортного средства, или в руках экспериментатора, сидящего или рядом с водителем, или на заднем сиденьи, электроконтактного датчика нажатия на педаль тормоза, выполненного в виде насадки и укрепленного на педали тормоза скобой.

Устройство имеет педаль тормоза 1 с электроконтактным датчиком 2 нажатия на педаль тормоза в кабине транспортного средства.

Центральный процессорный блок (ЦПБ) 3 состоит из процессора 4 и платы индикации 5. ЦПБ служит для управления, измерения времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации (красный сигнал «светофора») и математической статистической обработки измеренных экспериментальных данных. Центральный процессорный блок 3 связан со «светофором» 6, который соединен с пультом 7 его управления. Блоком питания 8 является аккумулятор транспортного средства, который обеспечивает питанием электрические компоненты устройства.

Размещение органов управления, датчика и «светофора» может быть различным. Один из вариантов оптимального их расположения представляется таким образом. На переднем капоте или лобовом стекле транспортного средства в удобном месте для наблюдения водителю установлен «светофор» 6, в котором загорается красный сигнал как сигнал «опасная дорожная ситуация». Центральный процессорный блок 3 измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных может быть установлен или на панели приборов в кабине транспортного средства, или вынесен за пределы видимости испытуемого водителя, например, может находиться в руках экспериментатора, который сидит или рядом с водителем, или на заднем сиденьи кабины. Электроконтактный датчик 2 нажатия на педаль тормоза установлен на педали тормоза 1.

На передней панели центрального процессорного блока 3 размещены кнопки управления «ПУСК» 9, «ОСТАНОВ» 10, цифровое табло 11 результатов каждого измерения времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, цифровое табло 12 его минимальной величины и цифровое табло 13 максимальной величины, установленных на основе закона нормального распределения частот, цифровое табло 14 их вероятности и цифровое табло 15 количества проведенных измерений и необходимое количество экспериментов.

На задней панели ЦПБ размещены разъем 16 для подключения питания, разъем 17 для подключения электроконтактного датчика 2 нажатия на педаль тормоза и разъем 18 для подключения «светофора» 6.

Устройство работает следующим образом.

В процессе определения времени зрительно-моторной реакции на опасные дорожные ситуации испытуемый водитель в реальных дорожных условиях совершает определенные обычные действия по управлению транспортным средством. Водитель воздействует на педаль тормоза 1 при возникновении опасной дорожной ситуации, в данном случае, загорании красного сигнала «светофора» 6. При этом замыкаются контакты электроконтактного датчика 2 нажатия на педаль тормоза 1. Сигнал от электроконтактного датчика 2 нажатия на педаль тормоза поступает в процессор 4 ЦПБ 3, где перерабатывается и посредством платы индикации 5 производится индикация результатов измерений индикаторами цифровых табло 11, 12, 13, 14 и 15 на передней панели ЦПБ 3. «Светофор» 6 управляется от пульта 7. Питание устройства осуществляется от блока питания 8 - аккумулятора транспортного средства.

Процедура проведения измерений времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации осуществляется следующим образом. Испытуемому водителю дается задание реагировать только на красный сигнал «светофора» 6 и экстренно затормозить транспортное средство, нажав на педаль тормоза 1. При нажатии экспериментатором кнопки «Пуск» 9 на передней панели ЦПБ 3 устройство приводится в готовое состояние для измерения времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации. Экспериментатор неожиданно для водителя включает красный сигнал «светофора» 6, сообразуясь с дорожными условиями, чтобы не создалась опасная дорожная ситуация. При этом ЦПБ 3 начинает отсчет времени зрительно-моторной реакции водителя. Когда испытуемый водитель нажимает на педаль тормоза 1, замыкаются контакты электроконтактного датчика 2 нажатия на педаль тормоза 1, сигнал поступает в процессор 4 ЦПБ 3 и заканчивается отсчет времени зрительно-моторной реакции водителя. Это время, получаемое в сотых долях секунды, является временем зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на конкретную единичную опасную дорожную ситуацию, в данном случае на красный сигнал «светофора» 6. При появлении на «светофоре» 6 зеленого или желтого сигналов водитель не нажимает на педаль тормоза 1. Поэтому время не измеряется. Время также не измеряется и в случае, если испытуемый водитель по ошибке или случайно прикоснется ногой к педали тормоза 1 или нажмет на нее. Каждое измеренное время записывается в памяти ЦПБ 3. После десяти измерений ЦПБ 3 автоматически проводит математическую статистическую обработку экспериментальных данных с использованием, например, известного в теории вероятностей и математической статистике способа центральных отклонений, методика которого и порядок установления предельных значений времени зрительно- моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации приведены в патентах автора на изобретение №2134062 «Способ определения профессиональной пригодности оператора к управлению движущимися и стационарными объектами» и №2475186 «Устройство для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации». В соответствии с указанным способом ЦПБ 3 определяет статистические показатели и необходимое количество экспериментов при вероятности 0,95 и точности измерений ±0,05 с, достаточных для обеспечения безопасности дорожного движения. При достаточном количестве проведенных экспериментов автоматически происходит математическая статистическая обработка результатов измерений. Если проведенное количество экспериментов недостаточно для получения статистически достоверных результатов при указанных вероятности и точности измерений, то эксперимент продолжают до 20-30 раз. Когда будет проведено достаточное количество измерений для получения статически достоверных результатов при вероятности не менее 0,95 и точности измерений не менее ±0,05 с, ЦПБ 3 выдает в цифровой индикации при помощи индикаторов цифровых табло 11-15 статистически достоверные предельные значения - минимальную и максимальную величины времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации. Указанные минимальную и максимальную величины времени зрительно-моторной реакции водителя ЦПБ 3 определяет на основе закона нормального распределения частот, которому по исследованиям автора в диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук подчиняется данный психофизиологический параметр (Ермаков Ф.Х. Повышение безопасности движения на перекрестках улиц, пешеходных переходах и пересечениях дорог путем совершенствования организационно-технических мероприятий: дис. … д-ра техн. наук. - СПб. - Пушкин, 1998. - 530 с.).

Если полученная максимальная величина времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации будет меньше известного в технической литературе допустимого времени 1,2 с, то с вероятностью 0,95 и точностью измерений ±0,05 с, а также уверенностью в объективности и достоверности полученного результата на 95% можно утверждать, что испытуемый водитель по данному психофизиологическому параметру пригоден к управлению транспортными средствами.

Если при количестве измерений до 20-30 раз вероятность полученных результатов будет менее 0,95, то нажатием на кнопку «ОСТАНОВ» 10 получаем указанные результаты с той вероятностью, которой соответствуют экспериментальные данные. В этом случае необходимо произвести расчет максимальной величины времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации при вероятности 0,95 по следующей формуле:

где x_max - максимальное время зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации при вероятности 0,95, с;

1,96 - коэффициент достоверности при вероятности 0,95 (см. таблицу коэффициента достоверности и вероятности в книгах по теории вероятностей и математической статистике);

x_max.э - максимальное время зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, полученное на экспериментальном устройстве, с;

t_э - коэффициент достоверности полученных экспериментальных данных (см. таблицу, указанную выше для коэффициента достоверности 1,96).

Таблица достоверности, вероятности соответствия и процента уверенности в полученных данных приведена в патенте автора на изобретение №2246117 «Способ определения скорости движения пешехода перед наездом на него транспортного средства».

Пример. Предположим, что при измерении на заявленном устройстве получили x_max.э=0,68 с с вероятностью 0,80. По указанной выше таблице определяем, что вероятности 0,80 соответствует t_э=1,28. Тогда x_max при вероятности 0,95 будет равно

Полученное время 1,04 с меньше допустимого времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации 1,2 с. Следовательно, в этом случае также как и выше, с вероятностью 0,95 и уверенностью в объективности и достоверности полученного результата на 95% можно утверждать, что испытуемый водитель пригоден к управлению транспортными средствами.

Для математической статистической обработки полученных экспериментальных данных в программное обеспечение центрального процессорного блока 3 заложен способ центральных отклонений, методика которого и порядок определения предельных значений - минимальной и максимальной величин времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации - приведены в патентах автора на изобретение №2134062 и №2246117. Согласно этому способу определяют статистические показатели:

Среднее значение

где ΣX_i - сумма измеренных величин, с;

n - число измерений.

Для определения центральных отклонений используют выражение

Среднее квадратическое отклонение

Коэффициент изменчивости или вариации

при С до 5% изменчивость считается слабой, 6-10% - умеренной, 11-20% - значительной, 21-50% - большой, больше 50% - очень большой.

Ошибка среднего

Процент ошибки экспериментов

Достоверность среднего

если t_c≥3, то значение параметра является надежным, достоверным и им можно пользоваться для разных сопоставлений и выводов.

Необходимое количество экспериментов определяют только при достоверности среднего значения, используя для этого формулу:

где t - показатель достоверности; при вероятности 0,68; 0,90; 0,95; 0,99; 0,997 и 0,999 t, соответственно, равен 1,0; 1,65; 2,0; 2,58; 3,0; 3,29;

m₃ - заданная точность.

Далее определяют минимальную и максимальную величины зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, используя закон нормального распределения частот путем вычитания из среднего значения и сложения с ним двух средних квадратических отклонений (2σ) при вероятности 0,95 по формулам:

На основании изложенного заключают, что заявленное устройство повышает точность измерения времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, обеспечивает объективность и достоверность полученных предельных значений - минимальной и максимальной величин данного психофизиологического параметра на основе закона нормального распределения частот при вероятности не менее 0,95 и точности измерений не менее ±0,05 с и уверенность в их объективности и достоверности не менее чем на 95%, достаточных в безопасности дорожного движения, а также сокращает время на математическую статистическую обработку экспериментальных данных и исключает при этом возможные ошибки.

Разработанное устройство позволяет более точно определить и повысить профессиональную надежность и пригодность водителей транспортных средств путем проведения их психофизиологического отбора или психофизиологической диагностики. Данное экспериментальное устройство целесообразно применять в медицинских учреждениях, где проводят медицинское освидетельствование кандидатов в водители и переосвидетельствование водителя на профессиональную пригодность к управлению транспортными средствами, в следственных отделах органов внутренних дел (например, МВД), подразделениях органов безопасности дорожного движения (например, ГИБДД), учреждениях судебной автотехнической экспертизы, на транспортных и сельскохозяйственных предприятиях, в автошколах, высших и средних учебных заведениях и технических училищах, в которых изучают вопросы безопасности дорожного движения и готовят водителей транспортных средств, в страховых компаниях для объективного решения страховых споров между водителями, страховыми компаниями и водителями при рассмотрении дел о ДТП и др. Данное устройство можно также использовать для обучения водителей безопасному вождению транспортных средств, используя для этого, например, диски с видеосюжетами «Мастерство вождения 2», «Учебный видеокурс 2» и др.

Внедрение заявленного устройства в практику медицинского освидетельствования и переосвидетельствования водителя на пригодность управлять транспортным средством и в процесс обучения водителей безопасному вождению транспортных средств приведет к существенному сокращению количества дорожно-транспортных происшествий, вызываемых психофизиологическими недостатками водителей и недостатками их обучения.

Изобретение относится к медицинской и измерительной технике и может быть применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами. Устройство включает в себя самодельный «светофор», состоящий из светодиодов красного, желтого и зеленого цветов с рассеивающими линзами для создания опасной дорожной ситуации включением красного сигнала, устанавливаемый или на переднем капоте, или лобовом стекле транспортного средства в удобном месте водителю для наблюдения. Центральный процессорный блок для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных и выдачи минимальной и максимальной величин зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасную дорожную ситуацию установлен или на панели приборов в кабине транспортного средства, или расположен в руках экспериментатора, сидящего или рядом с водителем, или на заднем сидении кабины. Датчик нажатия на педаль тормоза выполнен в виде насадки и прикреплен к педали тормоза скобой. Красный сигнал «светофора» и датчик нажатия на педаль тормоза подсоединены к центральному процессорному блоку. В результате повышается точность измерений. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для измерения в реальных дорожных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, включающее центральный процессорный блок для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, педаль тормоза с электроконтактным датчиком, реагирующим на действия испытуемого водителя, формирующим сигналы для обработки, встроенным в насадку на педали тормоза и подсоединенным к центральному процессорному блоку, отличающееся тем, что для воспроизведения опасных и безопасных дорожных ситуаций устройство снабжено световым индикатором, выполненным в виде самодельного «светофора», красный сигнал котрого и датчик нажатия на педаль тормоза подсоединены к центральному процессорному блоку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что самодельный «светофор» состоит из светодиодов красного, желтого и зеленого цветов с рассеивающими линзами для создания опасной дорожной ситуации включением красного сигнала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что самодельный «светофор» прикреплен с помощью присоски или на переднем капоте, или лобовом стекле кабины транспортного средства в удобном месте водителю для наблюдения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик нажатия на педаль тормоза выполнен в виде насадки и прикреплен к педали тормоза скобой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный процессорный блок для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации (красный сигнал самодельного «светофора») установлен или на панели приборов в кабине транспортного средства, или расположен в руках экспериментатора, который может находиться или рядом с водителем, или на заднем сиденьи кабины.