Известная песня советских лет «Крепче за баранку держись, шофер» сегодня может получить новое звучание. Челябинские ученые создали IT-систему, которая не даст уснуть за рулем водителю, а при первых признаках дремоты разбудит его или сама остановит машину.
К разработке, которая может предотвратить аварии и спасти тысячи жизней, уже проявили интерес в «Сколково», на нее оформлено два патента, третий на подходе. Какие возможности она открывает для обеспечения безопасности на дорогах и можно ли ее модернизировать для беспилотного транспорта? Об этом мы беседуем с одним из авторов ноу-хау, доктором технических наук, профессором кафедры «Технический сервис машин, оборудования и безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского аграрного университета Андреем Богдановым.
Не клонит в сон!
— Как родилась идея создания такого устройства?
— Проблема аварийности на дорогах из-за засыпания водителей за рулем сегодня особенно актуальна. «Дорожный сон» ежегодно уносит множество жизней, это 30 % от всех аварий со смертельным исходом. К примеру, в 2017 году по России погибло 7552 водителя грузовых машин, из них около 170 по этой причине. Огромные потери связаны с травмированием пассажиров, расходами на лечение, утратой трудоспособности, выходом из строя автомобилей. Мы разработали устройство, которое позволит избежать этих бед. В творческую группу, кроме меня, вошли доцент нашей кафедры, кандидат технических наук Светлана Попова и тогдашний аспирант Виталий Иванов. По расчетам, это оборудование окупится за 3-4 года, а экономический эффект от него превысит 1 млн 616 тыс. рублей в год.
— В какой стадии ваша разработка?
— Уже готов лабораторный образец, в ближайшее время планируем автомобильные испытания. Мы разработали математическую модель работы прибора, программное обеспечение. Затем провели эксперименты, нашли оптимальное решение, внесли необходимые коррективы.
В первоначальном варианте (на него получен патент на изобретение) в комплекс входили программатор, электрическая схема и специальный прибор — инкриментальный энкодер, с помощью которого автоматически определяется угол поворота рулевого колеса. В этом и секрет выявления, бодрствует водитель или засыпает.
Вышли на «Сколково»
— А как работает это устройство?
— В дремотном состоянии человек теряет связь с окружающим миром, уже не контролирует себя. Он перестает подруливать должным образом при движении автомобиля, и система сразу засечет изменение угла поворота руля. И разбудит уснувшего водителя звуковым сигналом либо вибрацией сиденья. Другой способ экстренной побудки — слабый удар током. Если же водитель никак не реагирует (например, крепко спит или с ним случился инфаркт), система сама остановит машину, прекратив подачу топлива в двигатель, или же «нажмет» на тормоз.
Этот способ кардинально отличается от существующих аналогов. В их числе — определение состояния человека по давлению крови (во сне оно уменьшается), по наклону головы (у сонного она «съезжает» вниз), по частоте морганий. Но эти методы имеют свои минусы, к тем же «симптомам» могут приводить и другие причины. Причем наше устройство, по расчетам, будет в разы дешевле, а главное, позволит избежать подобных ошибок.
Южноуральское ноу-хау заинтересовало побывавших в ЮУрГАУ экспертов инновационного центра «Сколково», и мы надеемся привлечь инвесторов, выйти на серийное производство.
— Но для этого экспериментальный образец нужно доработать, довести до производственной стадии.
— И мы уже немало продвинулись по его улучшению. Недавно получен и второй патент — на полезную модель устройства. Если у прообраза был всего один датчик, то у него два, в корпусе и рулевом колесе, и служат они для определения не угла поворота руля, а угла наклона. Они работают по принципу гироскопа, ориентируясь в пространстве, причем существенно повысилась точность выявления предвестников засыпания.
Но мы продолжаем модернизацию, и уже работаем над третьим, более совершенным вариантом системы. Дело в том, что со временем рулевое управление автомобиля изнашивается и при определении состояния водителя могут возникнуть погрешности. Аспирант Галина Астафьева придумала, как решить эту проблему, повысив и точность «машинного диагноза». В ближайшее время направим заявку на оформление патента и на эту модификацию.
Беспилотный «курсор»
— Как ваше изобретение вписать в сложнейшую систему современного автомобиля?
— Идей у нас много, и одна из них — вообще отказаться от добавочных датчиков, что снизит себестоимость. Так, у новейших машин вместо гидроусилителя руля стоит электроусилитель, как правило, с уже имеющимся датчиком поворота. Если в этот комплекс встроить нашу систему, она будет надежно работать и без дополнительных измерительных устройств.
— Возможно ли ее интегрировать в электронику беспилотного транспорта?
— Наша система универсальна, и ее можно применить даже в беспилотном варианте. Наряду с предотвращением засыпания водителя в числе ее возможностей и определение так называемой курсовой устойчивости автомобиля. Если беспилотник сбивается с курса, значит, в его электронных «мозгах» что-то не так, и система сразу забьет тревогу, предотвратит аварию.
А в перспективе, возможно, умная электроника будет работать и в паре с системой блокировки дифференциала автомобиля, повышающей его проходимость. Бывший заведующий нашей кафедрой, доктор технических наук, академик Нью-Йоркской академии наук Юрий Горшков (он теперь на пенсии) во многом решил проблему пробуксовывания колес в условиях бездорожья, научив систему стопорить дифференциал трансмиссии автомашины.
Антигололедное колесо
— «Пробудочная» система не единственная ваша разработка, повышающая безопасность на дорогах?
— У нас их немало. К примеру, в моей докторской диссертации, которую я защитил в Санкт-Петербургском агроуниверситете, предложена усовершенствованная антиблокировочная система. При торможении она не дает колесу полностью заблокироваться. Это в гололед снижает вероятность заносов, аварийных ситуаций.
Другое исследование связано с предотвращением эффекта гидроскольжения, или аквапланирования, автомобиля. При больших скоростях в дождливую погоду, въезжая в лужу, под воздействием гидродинамической силы передние колеса как бы всплывают над поверхностью трассы, это может привести к аварии. Мы же математически вывели зависимость скорости гидроскольжения от ширины колеса, его радиуса, рисунка протектора, и эти рекомендации могут очень пригодиться производителям шин.
— А как уберечь асфальт от повреждения шипами зимних шин?
— Сейчас работаем и над этой проблемой. В некоторых странах Европы они вообще запрещены, но в России без них зимой не обойтись, и мы нашли решение — уменьшить количество шипов, изменив их расположение. По расчетам, это позволит продлить жизненный срок дорожного покрытия, не снижая безопасности движения.
Кроме того, работаем и над повышением комфортности авто. К примеру, в традиционном варианте электроподогрева кресла водителя тепло подается равномерно, а это не всегда удобно: где-то жарко, а где-то холодно. Наша система раздельного подогрева сиденья и спинки кресла позволяет улучшить комфортность, правильно регулировать подачу тепла. На нее оформлено два патента.
Запустить в тираж
— Водителем или трактористом могут работать не все. Поможет ли наука сделать правильный выбор профессии?
— Наш аспирант Виктор Михайлов разрабатывает программу профессионального отбора операторов мобильных машин для АПК: водителей, трактористов, комбайнеров. Претендент будет проходить тестирование, отвечая на вопросы, а ЭВМ даст рекомендации, пригоден ли он для этой профессии, не склонен ли к необдуманному риску. К этому проекту мы привлекли и психолога, имеющего опыт профотбора для опасных профессий.
— Когда ваш автобудильник будет запущен в производство?
— Сейчас мы подыскиваем инвесторов. В этом плане может пригодиться опыт ЮУрГУ, который вместе с заводом «КамАЗ» запустил проект по созданию системы управления жизненным циклом грузового автомобиля, подсказывающей, какой узел из-за износа может выйти из строя. А сейчас на автозаводе разрабатывают амбициозный проект по созданию беспилотного авто. Наши разработки, думаю, могли бы послужить его хорошим дополнением.
Но пока, к сожалению, потенциальные инвесторы не спешат вкладывать деньги в науку, нередко предпочитая покупать втридорога зарубежные аналоги. И все же мы не теряем надежды и рассчитываем на помощь государства. Недавно в области запущен совместный проект Российского фонда фундаментальных исследований и регионального правительства по выделению грантов на перспективные научные исследования. Мы планируем участвовать в конкурсе, и если наша разработка пройдет отбор, то сможет принести огромную пользу, обеспечив безопасность на дорогах.
