CN103434512A

CN103434512A - 基于智能手机的横向驾驶状态检测系统与方法

Info

Publication number: CN103434512A
Application number: CN2013104270096A
Authority: CN
Inventors: 黄珍; 颜水清; 陈志军; 严新平; 吴超仲
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN103434512B

Abstract

一种基于智能手机的横向驾驶状态检测系统，该系统包括：数据采集模块，用于采集通过放置于汽车内的智能手机的加速度计、方向传感器和陀螺仪获取的数据；数据转换模块，用于将数据采集模块采集的数据转换为汽车的状态信息，所述的汽车的状态信息包括汽车的纵向加速度、横向加速度和汽车横摆角速度；并将汽车的横向加速度转换为表征驾驶人横向驾驶状态驾驶行为的特征量：横向驾驶频率和横向驾驶宽度；横向驾驶趋势判断模块，用于根据汽车的纵向加速度和横摆角判断汽车的横向驾驶趋势；横向驾驶状态异常确定模块，用于根据横向驾驶频率和横向驾驶宽度判断横向驾驶状态是否异常。本发明利用智能手机的传感器检测驾驶人横向驾驶状态，不再需要其他设备，实现成本较低，无需另外进行安装，并且测得的数据准确度较高。<u/>

Description

基于智能手机的横向驾驶状态检测系统与方法

技术领域

本发明涉及汽车辅助驾驶领域，具体涉及一种基于智能手机的横向驾驶状态检测系统与方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车作为一种快速灵活的交通工具，越来越受到人们的青睐。现今汽车普及的使用，对于其各种性能如舒适性、安全性及环境的适应性等也逐渐的提高。安全性则引起人们尤为重视。随着城市中汽车数目的增多，交通事故也便频繁发生。据统计，中国交通事故死亡人数仅次于美国，位居世界第二，其中80％以上的车祸都是由于驾驶人反应不及时所引起的。因此，大力研究和开发汽车安全辅助驾驶装置，以减少驾驶人负担，为驾驶人提供汽车状态信息，对于提高交通安全具有重要的意义和作用。目前现存的安全辅助驾驶系统主要有：汽车偏离预警与保持、汽车周围障碍物检测、驾驶人状态检测、汽车运动控制与通信等。然而这些系统都是通过安装车载设备或传感器实现的，一般这些设备或传感器成本较高、体积较大，且由于在一台车中采用多种传感器形式，检测装置规格不统一，给汽车信息检测系统的生产制造、安装、维修造成困难。由于这些原因，目前只在一些高端配置的轿车上得到应用。

考虑到目前智能手机的普及率正日益提高，而且相当多的智能手机中已经内置或支持加速度计、陀螺仪、GPS、电子罗盘、传声器等传感器，并且提供了二次开发的应用程序接口（API），因此完全可以基于智能手机检测汽车或驾驶人的驾驶行为或状态，并在检测到汽车或驾驶人状态异常时警示驾驶人并向外界求救。现有专利（公开号CN 102442314 A）提供了一种基于智能手机的感知、记录汽车运动特的方法，此发明通过智能手机的加速度计感知汽车的加速度，通过智能手机的方向传感器感知汽车转弯的角度，该发明在一定程度上发挥了智能手机的优势，但该方法要求使用时必须将智能手机的坐标系同汽车坐标系重合，而实际上，这种情况很难实现，所以此发明存在局限性，另外该发明只用于检测汽车加减速和转弯角度，对于其他的汽车状态并未涉及。

本发明针对市场需求及现有专利的缺点，提出基于智能手机的汽车横向驾驶状态检测及预警方法。采用该发明可以使用智能手机检测驾驶人的横向驾驶状态是否危险。由于该发明利用智能手机实现驾驶人横向驾驶状态的检测，所以在检测过程中，驾驶人不会受到干扰，而且易于携带，具有推广价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中基于智能手机的汽车横向驾驶状态检测方法要求使用时必须将智能手机的坐标系同汽车坐标系重合的局限，提供一种基于智能手机的汽车横向驾驶状态检测系统与方法，采用该发明可以使用智能手机检测驾驶人的横向驾驶状态是否危险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于智能手机的横向驾驶状态检测系统，该系统包括：

数据采集模块，用于采集通过放置于汽车内的智能手机的加速度计、方向传感器和陀螺仪获取的数据；

数据转换模块，用于将数据采集模块采集的数据转换为汽车的状态信息，所述的汽车的状态信息包括汽车的纵向加速度、横向加速度和汽车横摆角速度；并将汽车的横向加速度转换为表征驾驶人横向驾驶状态驾驶行为的特征量：横向驾驶频率和横向驾驶宽度；

横向驾驶趋势判断模块，用于根据汽车的纵向加速度和横摆角判断汽车的横向驾驶趋势；

横向驾驶状态异常确定模块，用于根据横向驾驶频率和横向驾驶宽度判断横向驾驶状态是否异常。

按上述方案，所述的数据转换模块的数据转换过程为：

将智能手机的纵向加速度通过转换算法计算出汽车纵向加速度；

将智能手机的陀螺仪获取的横摆角速度通过转化算法计算出汽车的横摆角；

横向驾驶频率为单位时间内汽车的横向加速度绝对值超过设定阈值的次数；

横向驾驶宽度的计算方法包括以下步骤：

（1）由速度V和汽车横向加速度a_x的关系得到弯道半径r

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE002

，

得到：；

（2）由速度、角速度与转弯半径之间的关系

，

得到：

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE008

；

（3）计算得到横向驾驶宽度x，

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE010

，

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE012

，

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE014

，

其中θ表示汽车转弯转过的角度，t表示汽车转弯过程中所用的时间。

按上述方案，所述的横向驾驶趋势判断模块的判断过程为：

若汽车纵向加速度值为正值，则判定驾驶人此时为加速行驶；

若汽车加速行驶且汽车横摆角大于设定阈值，则判定驾驶人有横向驾驶趋势。

按上述方案，所述的横向驾驶状态异常确定模块的确定过程为：

当驾驶人有横向驾驶趋势即驾驶车辆有换道或转弯行为时，横向驾驶频率和横向驾驶宽度之一超过设定的阈值，则判定驾驶人横向驾驶状态为危险横向驾驶状态。

按上述方案，该系统还包括安全警示模块，用于显示所述横向驾驶异常状态确定模块判定的信息并向驾驶员提供安全警示。

本发明还提供了一种基于智能手机的横向驾驶状态检测方法，该方法包括以下步骤：

（1）采集通过放置于汽车内的智能手机的加速度计、方向传感器和陀螺仪获取的数据；

（2）将智能手机采集的数据转换为汽车的状态信息，所述的汽车的状态信息包括汽车的纵向加速度、横向加速度和横摆角；并将汽车的横向加速度转换为表征驾驶人横向驾驶状态驾驶行为的特征量：横向驾驶频率和横向驾驶宽度；

（3）根据汽车的纵向加速度和横摆角判断汽车的横向驾驶趋势；

（4）根据横向驾驶频率和横向驾驶宽度判断横向驾驶状态是否异常；

（5）显示所述横向驾驶异常状态确定模块判定的信息并向驾驶员提供安全警示。

按上述方案，步骤（2）所述的数据转换过程为：

横向驾驶宽度的计算方法包括以下步骤：

（1）由汽车速度V和汽车横向加速度a_x的关系得到弯道半径r

得到：

，其中速度V由加速度微分计算获得；

（2）速度、角速度与转弯半径之间的关系

，

得：

（3）计算得到横向驾驶宽度x

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE016

，

。

按上述方案，步骤（3）所述的横向驾驶趋势的判断过程为：

按上述方案，步骤（4）所述的横向驾驶状态异常的确定过程为：

本发明的原理为：通过智能手机的加速度传感器、方向传感器和陀螺仪获取手机的加速度、方向信息和横摆角速度，通过算法将手机的加速度信息转化汽车的加速度信息及横摆角，并计算出横向驾驶频率、横向驾驶宽度。智能手机通过实时检测汽车的横向加速度，计算出驾驶人的横向驾驶频率和横向驾驶宽度，根据这两项特征判断驾驶人横向驾驶状态是否正常，若判定驾驶人横向驾驶状态异常，则为驾驶员提供安全警示。

本发明产生的有益效果是：本发明利用智能手机的传感器检测驾驶人横向驾驶状态，不再需要其他设备，实现成本较低，无需另外进行安装，并且使用时不会对驾驶人的行车造成干扰；由于智能手机放置于汽车中，其受沙尘、温度、湿度、盐分、燃油添加剂、震动、剧烈冲击等的影响小，因此测得的数据准确度较高。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构示意图。

图2为智能手机的加速度传感器的坐标系示意图。

图3为本发明提供的汽车的坐标系示意图。

图4为本发明提供的计算汽车横向驾驶宽度的示意图。

图5为本发明提供的基于智能手机的汽车横向驾驶状态检测及预警方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于智能手机的横向驾驶状态检测系统，该系统包括：

数据转换模块，用于将数据采集模块采集的数据转换为汽车的状态信息，所述的汽车的状态信息包括汽车的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度；并将汽车的横向加速度转换为表征驾驶人横向驾驶状态驾驶行为的特征量：横向驾驶频率和横向驾驶宽度；

其中，数据转换模块的数据转换过程为：

横向驾驶宽度的计算方法包括以下步骤：

（1）由速度V和汽车横向加速度a_x的关系得到弯道半径r

，

得到：

（2）速度、角速度与转弯半径之间的关系

，

得：

，

（3）计算得到横向驾驶宽度x

，

。

横向驾驶趋势判断模块的判断过程为：

横向驾驶状态异常确定模块的确定过程为：

系统还包括安全警示模块，用于显示所述横向驾驶异常状态确定模块判定的信息并向驾驶员提供安全警示。

本发明还提供了基于智能手机的汽车横向驾驶状态安全驾驶状态的检测方法，该方法将智能手机放置于车内，通过智能手机的加速度传感器、方向传感器、陀螺仪等传感装置感应到的数据转化为汽车的运动信息，然后根据汽车的运动信息判断出驾驶人的驾驶行为，并进一步判断驾驶人的驾驶状态是否危险。本实施例以安装Android操作系统的智能手机为例，介绍检测驾驶人横向驾驶状态的方法。

如图5所示，本发明基于智能手机的横向驾驶状态检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤（2）所述的数据转换过程为：

智能手机的加速度传感器是利用三维微加速度感应在物体运动过程中产生的三维加速度变化信息，该传感器捕获三个参数，分别为accelerometer X,accelerometer Y和accelerometer Z，三个参数分别表示智能手机感知到的X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度。传感器的坐标系与手机屏幕的坐标系不同，如图2所示，通常，传感器坐标系是以智能手机屏幕的中心为原点，X轴沿智能手机的屏幕向右，Y轴沿智能手机的屏幕向前，Z轴垂直于智能手机屏幕向上。

智能手机首先采集原始数据，读取智能手机X轴和Y轴的加速度。

如图3所示，智能手机读取智能手机X轴和Y轴的加速度后，将这些数据转化为汽车的运动信息。由图2和图3所示，智能手机的坐标系是其系统默认的坐标系，与车载坐标系是不一致的，而且实际上通过简单安装是不能使二者重合的，所以智能手机的加速度值要通过算法转化为汽车X^‘轴方向和Y^，轴方向的加速度。

当检测到汽车开始行驶的时候，执行如下运算获取汽车Y^，轴方向的加速度A_lat和X^‘轴方向的加速度A_lon：

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE018

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE022

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE024

Figure 2013104270096100002DEST_PATH_IMAGE026

。

横向驾驶宽度的计算方法包括以下步骤：

（1）如图4所示，由汽车速度V和汽车横向加速度a_x的关系得到弯道半径r

得到：

，其中速度V由汽车纵向加速度微分计算获得；

（2）速度、角速度与转弯半径之间的关系

得：

（3）计算得到横向驾驶宽度x

。

步骤（3）所述的横向驾驶趋势的判断过程为：

步骤（4）所述的横向驾驶状态异常的确定过程为：

本实施例并不限定智能手机所安装的操作系统为Android，也可为工OS, Palm OS, Blackberry OS, Symbian等，只要智能手机所安装的操作系统支持加速度传感器、方向传感器、陀螺仪即可。

故本发明可以实时检测的驾驶人是否横向驾驶趋势，横向驾驶状态是否危险。由于智能手机非常普及，因此利用智能手机的传感器检测驾驶人横向驾驶状态，不再需要其他设备，实现成本较低，无需另外进行安装，并且使用时不介入驾驶人，不会对驾驶人的行车造成干扰。此外，由于智能手机放置于汽车中，其受沙尘、温度、湿度、盐分、燃油添加剂、震动、剧烈冲击等的影响小，因此测得的数据准确度较高。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。