CN101643053B - 一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路交通安全研究领域，公开了一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统。它包括：CAN总线和挂接在CAN总线上的服务器、微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块，以及分别通过网线接入服务器的驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块。

Description

一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统

技术领域

本发明涉及道路交通安全研究领域，特别涉及一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统。

技术背景

驾驶行为指的是驾驶员在驾驶车辆过程中根据车辆行驶状况，周围道路环境对车辆做出的不同控制行为。驾驶行为直接影响着道路交通安全，统计数据表明，我国每年发生的交通事故中由于驾驶员人为因素而引发的比例为70％左右，造成大约5万人死亡，给社会发展带来了严重的影响。由人为因素引发的交通事故具体表现为不适当的驾驶行为会增加事故发生的概率，如驾驶员错误的操作加速踏板，制动踏板，方向盘使用不正确，不能正确的观察道路周围环境等。

道路交通安全研究领域中，经常需要对驾驶员的驾驶行为进行测试，现阶段对驾驶行为进行测试通常有两种方法：一种是采用虚拟的交通环境，在实验室采用计算机虚拟软件将道路环境投影在屏幕上放映，驾驶员使用驾驶模拟器在屏幕前根据虚拟道路环境进行模拟操作，这种测试方法成本低，安全性高，但是实验的真实性不高，驾驶员通常不能达到实际驾驶车辆的状态，这对驾驶行为分析的结果会造成比较大的误差。第二种方法是对驾驶行为进行分解，然后单独分析，如单独地进行驾驶员视觉搜索研究，驾驶员跟车模型研究，驾驶员在紧急情况下的驾驶行为等。这些实验结果能够单独地从某一方面来反应驾驶员的驾驶行为，但是不能将各种驾驶行为特征指标联系到一起进行分析。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，该系统能够同时监测驾驶员视觉行为，驾驶员的操作行为，车辆运行状态，周围车辆对驾驶员的影响，以及监测车辆周围道路环境。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，包括：CAN总线和挂接在CAN总线上的服务器、微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块，以及分别通过网线接入服务器的驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块；

所述微波雷达测距模块，同时测量同车道内试验车分别与前车的距离和后车的距离；

所述红外激光扫描模块，同时测量试验车与其左前侧和左后侧车辆的距离和相对方向；

所述制动踏板行程测量模块，采集驾驶员踩踏制动踏板的轻重程度；

所述方向盘转角测试模块，采集试验车方向盘的转向和转角；

所述车辆运动状态测量模块，采集试验车的速度、加速度、航向和位置参数；

所述车道识别模块，采集试验车前方道路中车道位置和车道方向；

所述驾驶员眼睛运动测量模块，采集驾驶员的眼睛位置、注视方向、注视目标、眨眼频率；

所述环境监控模块，采集试验车前、后、左、右四个方向的环境图像；

所述服务器实时接收微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块、驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块的监测信号，并实时存储和显示。

本发明的进一步改进和特点在于：

所述微波雷达测距模块主要包括依次串联的两个微波雷达测距传感器、具有两路输入的第一电压放大A/D转换电路、第一单片机、第一CAN通信单元。

所述红外激光扫描模块主要包括依次串联的两个红外激光扫描传感器、具有四路输入的第二电压放大A/D转换电路、第二单片机、第二CAN通信单元。

所述制动踏板行程测量模块包括依次串联的制动踏板行程测量传感器、第三单片机和第三CAN通信单元。

所述方向盘转角测试模块包括依次串联的方向盘转角传感器、第四单片机和第四CAN通信单元。

所述车辆运动状态测量模块包括依次串联的GPS接收机、第五单片机和第五CAN通信单元。

所述车道识别模块包括依次串联的车道识别摄像机、DSP图像处理装置和第六CAN通信单元。

所述驾驶员眼睛运动测量模块包括眼动仪以及与眼动仪连接的以太网通信单元。

所述环境监控模块包括以太网络交换机，以及分别连接以太网交换机的前视、后视、左视、右视数字摄像机。

本发明的驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，通过CAN总线分别挂接服务器、微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块，分别将驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块通过网线接入服务器；服务器实时接收微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块、驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块的监测信号，并实时存储和显示。因此，该系统能够同时监测驾驶员视觉行为，驾驶员的操作行为，车辆运行状态，周围车辆对驾驶员的影响，以及监测车辆周围道路环境。

本发明采用上述技术方案具有以下优点：

1、系统具有良好的抗干扰特性，现阶段其他进行驾驶行为实际测试时所用到的仪器容易受到汽车发动机以及其他相关电器运转所带来的电磁干扰的影响，而本系统采用CAN总线来连接系统中的各采集模块，具有良好的抗干扰性。

2、系统中驾驶行为监测的模块之间相互独立工作，某个模块出现故障不会影响到其他模块的正常工作，保证了系统工作的可靠性。

3、解决了驾驶行为监测时，不同模块之间的不同步问题。驾驶行为监测需要用一系列的指标来分析，而传统的系统只能使用其中一部分指标来单独进行分析，本发明能够实时采集同一时刻的各种驾驶行为指标，真实的反应驾驶员在实际驾驶过程中的驾驶行为。

4、本发明中服务器自动地进行驾驶行为特征数据采集，实时地将试验数据进行存储和显示，不需要试验人员进行操作，不需要对驾驶员做出任何限制，完全与实际驾驶环境一样，能够真实地反映驾驶行为的相关特性指标。

附图说明

图1为本发明的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统的整体框架示意图；其中：1、服务器；2、微波雷达测距模块；3、红外激光扫描模块；4、制动踏板行车测量模块；5、方向盘转角测试模块；6、车辆运动状态测量模块；7、车道识别模块；8、驾驶员眼睛运动测量模块；9、道路环境监控模块；10、CAN总线模块。

图2是微波雷达测距模块的连接示意图。

图3是红外激光扫描模块的连接示意图。

图4是制动踏板行程测量模块的连接示意图。

图5是方向盘转角测量模块的连接示意图。

图6是车辆运动状态测量模块的连接示意图。

图7是车道识别模块的连接示意图。

图8是驾驶员眼睛运动测量模块的连接示意图。

图9是环境监控模块的连接示意图。

具体实施方式

参考图1，为本发明的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统。它包括：CAN总线10和挂接在CAN总线10上的服务器1、微波雷达测距模块2、红外激光扫描模块3、制动踏板行程测量模块4、方向盘转角测试模块5、车辆运动状态测量模块6、车道识别模块7，以及分别通过网线接入服务器1的驾驶员眼睛运动测量模块8和环境监控模块9。其中，微波雷达测距模块，同时测量同车道内试验车分别与前车的距离和后车的距离；红外激光扫描模块，同时测量试验车与其左前侧和左后侧车辆的距离和相对方向；制动踏板行程测量模块，采集驾驶员踩踏制动踏板的轻重程度；方向盘转角测试模块，采集试验车方向盘的转向和转角；车辆运动状态测量模块，采集试验车的速度、加速度、航向和位置参数；车道识别模块，采集试验车前方道路中车道位置和车道方向；驾驶员眼睛运动测量模块，采集驾驶员的眼睛位置、注视方向、注视目标、眨眼频率；环境监控模块，采集试验车前、后、左、右四个方向的环境图像；服务器实时接收微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块、驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块的监测信号，并实时存储和显示，用于对驾驶员的驾驶行为监测与分析研究。

参考图2，微波雷达测距模块主要包括依次串联的两个微波雷达测距传感器、具有两路输入的第一电压放大A/D转换电路、第一单片机、第一CAN通信单元。两个微波雷达测距传感器分别安装在试验车的前、后保险杆中间，分别测量同车道内试验车分别与前车的距离和后车的距离。微波雷达测距传感器返回的信号为微弱的电压信号，将其输出的电压信号接入到第一电压放大A/D转换电路，第一电压放大A/D转换电路将输入信号放大到0-5V的范围内，并经过A/D转换变成数字电压信号，输入第一单片机。第一单片机采集该数字电压信号，并根据数字电压信号与所测距离之间的对应关系，计算得到试验车与前车距离，及其与后车的距离。第一单片机将上述距离数据发送到第一CAN通信单元，第一CAN通信单元通过CAN总线向服务器发送上述数据。

参考图3，红外激光扫描模块主要包括依次串联的两个红外激光扫描传感器、具有四路输入的第二电压放大A/D转换电路、第二单片机、第二CAN通信单元。两个红外激光扫描传感器分别安装在试验车的前、后保险杆的左侧，分别测量试验车与其左前侧和左后侧车辆的距离和相对方向。红外激光扫描传感器返回的信号为代表距离和方向的两路微弱的电压信号，将该两路输出的电压信号接入到第二电压放大A/D转换电路的两路输入口，第二电压放大A/D转换电路将分别将两路输入信号放大到0-5V的范围内，并经过A/D转换分别变成数字电压信号，并输入第二单片机。第二单片机采集上述两路数字电压信号，并根据代表距离的数字电压信号与所测距离之间的对应关系，代表方向的数字电压信号与所测方向之间的对应关系，分别计算得到试验车与左前侧车辆的距离和方向，及其与左后侧车辆的距离和方向。第二单片机将上述距离数据和方向发送到第二CAN通信单元，第二CAN通信单元通过CAN总线向服务器发送上述数据。

参考图4，制动踏板行程测量模块包括依次串联的制动踏板行程测量传感器、第三单片机和第三CAN通信单元。制动踏板行程测量传感器与试验车制动踏板连接，测量制动踏板的行程，即采集驾驶员踩踏制动踏板的轻重程度，制动踏板传感器输出的数字信号直接接入到第三单片机，第三单片机根据该行程传感器的输入信号与制动行程之间的对应关系进行计算，得到该时刻的制动踏板的行程数据。第三单片机将制动踏板的行程数据发送到第三CAN通信单元，第三CAN通信单元通过CAN总线将制动踏板的行程数据向服务器发送。

参考图5，方向盘转角测试模块包括依次串联的方向盘转角传感器、第四单片机和第四CAN通信单元。方向盘转角传感器安装在方向盘下面的转向柱上，用于采集试验车方向盘的转向和转角；将该方向盘转角传感器固定在转向柱上以后，与方向盘连接为一体，方向盘转角传感器转动的转向和转角与方向盘的转向和转角完全一样。方向盘转角传感器检测的试验车的转向和转角信号均为数字信号，并直接输入第四单片机，第四单片机根据方向盘转角传感器输出的转向和转角信号与方向盘的实际转向和转角之间的换算公式进行计算，实时采集方向盘的转角及转向数据。第四单片机将方向盘的转角及转向数据发送到第四CAN通信单元，第四CAN通信单元通过CAN总线向服务器发送上述转角及转向数据。

参考图6，车辆运动状态测量模块包括依次串联的GPS接收机、第五单片机和第五CAN通信单元。将GPS接收机固定在试验车内，实时测量试验车的速度、加速度、航向和位置参数，GPS接收机将上述测量数据接入到第五单片机，第五单片机对GPS接收机输出的数据进行校验后，发送到第五CAN通信单元，第五CAN通信单元通过CAN总线向服务器发送上述数据。

参考图7，车道识别模块包括依次串联的车道识别摄像机、DSP图像处理装置和第六CAN通信单元，用于采集试验车前方道路中车道位置和车道方向。车道识别摄像机安装在试验车内后视镜的背面，试验车运行过程中，车道识别摄像机不断的采集试验车的前方道路图像，并实时输入到DSP图像处理装置中，DSP图像处理装置对前方道路图像进行高速处理，经过识别之后得到车道位置和车道方向。DSP图像处理装置得到的车道位置、车道方向数据发送到第六CAN通信单元，第六CAN通信单元将上述数据通过CAN总线向服务器发送。

参考图8，驾驶员眼睛运动测量模块包括眼动仪以及将眼动仪连接到交换机的以太网通信单元。眼动仪安装在驾驶员正前方的仪表盘上，用于采集驾驶员的眼睛位置、注视方向、注视目标、眨眼频率；其中，眼动仪的两台红外摄像机对准驾驶员头部区域安装。试验车运行过程中，眼动仪通过两台红外摄像机实时的采集驾驶员眼睛的图像，并对驾驶员眼睛的图像进行实时分析处理得到驾驶员眼睛的位置，注视方向，注视目标，眨眼频率参数，然后将这些数据通过以太网通信单元发送到服务器中。

参考图9，环境监控模块包括以太网络交换机，以及分别连接以太网交换机的前视、后视、左视、右视数字摄像机，分别采集试验车前、后、左、右四个方向的环境图像。前视、后视、左视、右视数字摄像机将采集的试验车的前、后、左、右四个方向的环境图像，通过以太网交换机直接输入到服务器中。

Claims (9)

1.一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，包括：CAN总线和挂接在CAN总线上的服务器、微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块，以及分别通过网线接入服务器的驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块；

所述微波雷达测距模块，同时测量同车道内试验车分别与前车的距离和后车的距离；

所述红外激光扫描模块，同时测量试验车与其左前侧和左后侧车辆的距离和相对方向；

所述制动踏板行程测量模块，采集驾驶员踩踏制动踏板的轻重程度；

所述方向盘转角测试模块，采集试验车方向盘的转向和转角；

所述车辆运动状态测量模块，采集试验车的速度、加速度、航向和位置参数；

所述车道识别模块，采集试验车前方道路中车道位置和车道方向；

所述驾驶员眼睛运动测量模块，采集驾驶员的眼睛位置、注视方向、注视目标、眨眼频率；

所述环境监控模块，采集试验车前、后、左、右四个方向的环境图像；

所述服务器实时接收微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块、驾驶员眼睛运动测量模块和环境监控模块的监测信号，并实时存储和显示。

2.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述微波雷达测距模块主要包括依次串联的两个微波雷达测距传感器、具有两路输入的第一电压放大A/D转换电路、第一单片机、第一CAN通信单元。

3.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述红外激光扫描模块主要包括依次串联的两个红外激光扫描传感器、具有四路输入的第二电压放大A/D转换电路、第二单片机、第二CAN通信单元。

4.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述制动踏板行程测量模块包括依次串联的制动踏板行程测量传感器、第三单片机和第三CAN通信单元。

5.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述方向盘转角测试模块包括依次串联的方向盘转角传感器、第四单片机和第四CAN通信单元。

6.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述车辆运动状态测量模块包括依次串联的GPS接收机、第五单片机和第五CAN通信单元。

7.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述车道识别模块包括依次串联的车道识别摄像机、DSP图像处理装置和第六CAN通信单元

8.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述驾驶员眼睛运动测量模块包括眼动仪以及与眼动仪连接的以太网通信单元。

9.根据权利要求1所述的一种驾驶员汽车驾驶行为的综合监测系统，其特征在于，所述环境监控模块包括以太网络交换机，以及分别连接以太网交换机的前视、后视、左视、右视数字摄像机。

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