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.
