CN103863219B - 汽车驾驶员误踩油门检测方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车驾驶员误踩油门检测方法，安装近红外光谱血氧监测仪探头并通过数据线与近红外光谱血氧监测仪连接；安装与数据处理系统相连的加速度传感器；设置预判阈值和误踩判定阈值；将预判阈值和误踩判定阈值输入到数据处理系统；每隔一分钟，测量一次驾驶员血氧饱和度，数据处理系统通过小波变换和分析后得到驾驶员心率，将所得心率与预判阈值比较；如果连续15次测得的瞬时心率大于预判阈值，则判定为紧张状态，有发生误踩的危险；加速度传感器开始工作，实时测量油门踏板加速度值，数据处理系统将瞬时加速度值与误踩判定阈值比较，若大于误踩判定阈值则判定为误踩了油门踏板。本发明同时还公开了该方法所使用的检测装置。

Description

汽车驾驶员误踩油门检测方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及一种汽车行驶安全检测方法及检测装置，尤其是一种汽车驾驶员误踩油门检测方法及其检测装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，汽车越来越多地进入普通家庭，与此同时我国的交通事故率也居高不下。在众多交通事故中，驾驶员误踩油门踏板导致的事故占到一定比例。由于汽车的油门踏板和刹车踏板都是驾驶员用右脚控制，很多新手驾驶员由于驾驶经验不足驾车时容易过度紧张，在遇到紧急情况时，有可能因慌乱而误将油门踏板当作刹车踏板踩下，使汽车没有停止反而加速前行，酿成严重的交通事故。因此设计一种汽车驾驶员误踩油门检测装置是非常有必要的。现在已经有的防误踩油门装置的专利，都是通过一个或几个机械量来判断是否是误踩，因此判断准确度较低。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种汽车驾驶员误踩油门检测方法及其检测装置，对不同的驾驶员，利用近红外光谱技术测量驾驶员驾车时的心率，与预判阈值比较做出预判；当预判为存在误踩的危险时，再通过加速度传感器测量油门踏板的加速度值，与误踩判定阈值比较判断是否发生误踩操作。通过结合人体生物量和机械量的误踩操作识别方法，提高误踩操作识别的准确性。

小波变换是一种快速发展和比较流行的信号分析方法，可以同时分析信号在时域和频域中的特征，用多种分辨率来分析信号。通过对人体动脉血血氧监测数据进行小波变换预处理和信号提取，可以得到受试者的心率。

具体步骤包括：

小波变换预处理：利用近红外光谱血氧分析仪检测驾驶员的手部动脉血血氧饱和度,用小波变换处理所得信号,可以将原信号在时域和频域进行分解。结果见图1。

心率信号提取：将预处理后的信号在时域上取平均值，可得到信号在频域上的分布情况。结果见图2。

在0.008—2Hz的频率范围内，包含5个频率段，分别为：代谢活动、神经活动、肌原性活动、呼吸活动和心脏活动引起的频率成分。0.4—2Hz频率段即为心脏活动引起的，从该频率段中找到峰值频率，即可得心率。上图中，0.4—2Hz频率段峰值频率为1.2Hz，即受试者心率为72次/分钟。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种汽车驾驶员误踩油门检测方法，包括：

1）将近红外光谱血氧监测仪的探头嵌入安装在方向盘上驾驶员右手最常握部位，并通过数据线与放置在车内的近红外光谱血氧监测仪连接，近红外光谱血氧监测仪通过数据线与数据处理系统连接；

2）在油门踏板下方安装用于检测油门踏板加速度的加速度传感器，加速度传感器通过数据线与数据处理系统相连；

3）设置预判阈值和误踩判定阈值，使用近红外光谱血氧监测仪探头检测驾驶员在正常情绪状态下的手部动脉血血氧饱和度，对测得的数据进行小波变换预处理和心率信号提取，得到驾驶员的心率；测量15次数据，取平均值作为驾驶员心率的正常值；查阅相关资料知道，人体在紧张时心率增长率在24%—38%之间；为提高预判灵敏度，取紧张时的心率增长率阈值为25%，即以驾驶员心率正常值的1.25倍作为预判阈值；

通过安装在油门踏板下方的加速度传感器检测驾驶员在汽车起步、直线行驶、变道超车、弯道行驶和上坡行驶情况下油门踏板的加速度，获得采样过程中油门踏板加速度的最大值；根据试验数据，驾驶员在紧急制动时刹车踏板的加速度为正常踩油门踏板加速度的2倍以上；据此以获取的正常踩油门踏板加速度最大值的2倍作为误踩判定阈值；

4）将预判阈值和误踩判定阈值输入到数据处理系统；

5）工作时，通过近红外光谱血氧监测仪实时测量驾驶员的血氧饱和度，并将数据传入数据处理系统；数据处理系统每隔一分钟将近红外光谱血氧监测仪传入的数据通过小波变换预处理和心率信号提取得到驾驶员心率，将所得心率与预判阈值比较；如果连续15次测得的驾驶员瞬时心率大于预判阈值，则判定为驾驶员处于紧张状态，有发生误踩的危险；

此时加速度传感器开始工作，实时测量油门踏板的加速度值，并将数据传入数据处理系统；数据处理系统将油门踏板的瞬时加速度值与误踩判定阈值进行比较，若大于误踩判定阈值则判定为驾驶员误踩了油门踏板。

一种汽车驾驶员误踩油门检测装置，包括嵌入安装在方向盘上驾驶员右手最常握部位的近红外光谱血氧监测仪的探头，近红外光谱血氧监测仪探头通过数据线与放置在车内的近红外光谱血氧监测仪连接并传输数据，近红外光谱血氧监测仪通过数据线将血氧数据传入数据处理系统；在油门踏板下方安装有用于检测油门踏板加速度的加速度传感器，加速度传感器通过数据线将油门踏板的加速度值传入数据处理系统。

本发明通过基于近红外光谱技术的血氧检测装置，检测驾驶员在正常情绪状态下的手部动脉血血氧饱和度。对所测数据进行小波变换预处理和心率信号提取，得到驾驶员的心率。测量15次取平均值作为驾驶员正常状态下的心率，以该心率的1.25倍作为预判的阈值。当驾驶员处于驾驶状态时，通过安装在方向盘上的血氧传感器和放置在车内的血氧仪，实时检测驾驶员动脉血血氧饱和度，通过分析血氧数据得到驾驶员驾车时的心率。每隔一分钟分析一次数据，若连续15分钟以上驾驶员的心率大于设定的误踩预判阈值，则判定驾驶员处于紧张状态，有发生误踩操作的危险，即做出预判。

在油门踏板下方安装加速度传感器，测量驾驶员驾车在汽车起步、直线行驶、变道超车、弯道行驶和上坡行驶等情况下油门踏板的加速度，以获得的加速度最大值的2倍作为误踩判断的阈值。当判定驾驶员处于紧张状态时，加速度传感器开始工作，实时检测油门踏板的加速度值。将该加速度值与阈值比较，若超过设定的加速度阈值，则判定发生了误踩操作。

本发明选取驾驶员心率作为预判参数，选取油门踏板加速度作为误踩操作的判定参数。通过对不同的驾驶员设定不同的预判阈值和误踩判定阈值，不但可以更早发现驾驶员尤其是新手驾驶员的误踩操作，而且能大大提高误踩操作识别准确性。

附图说明

图1是采集的信号在时域和频域分解图；

图2是信号在频域上的分布图；

图3是本发明检测装置示意图；

其中，1近红外光谱血氧监测仪探头，2.近红外光谱血氧监测仪，3.加速度传感器，4.数据处理系统，5.油门踏板，6.方向盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图3所示，一种新型汽车驾驶员误踩油门检测装置，包括近红外光谱血氧监测仪探头1、近红外光谱血氧监测仪2、加速度传感器3、数据处理系统4、油门踏板5和方向盘6。其中近红外光谱血氧监测仪探头1嵌入安装到方向盘上驾驶员右手最常握住的部位，与放置在车内的近红外光谱血氧监测仪2连接。近红外光谱血氧监测仪2将血氧数据传入数据处理系统4。加速度传感器3安装在油门踏板5下方。工作时加速度传感器将油门踏板的加速度值传入数据处理系统4。

装置工作之前需要进行预判阈值和误踩判定阈值的设置。

使用近红外光谱血氧检测装置检测驾驶员在正常情绪状态下的手部动脉血血氧饱和度，对测得的数据进行小波变换预处理和心率信号提取，得到驾驶员的心率。测量15次数据，取平均值作为驾驶员心率的正常值。查阅相关资料知道，人体在紧张时心率增长率在24%—38%之间。为提高预判灵敏度，取紧张时的心率增长率阈值为25%，即以驾驶员心率正常值的1.25倍作为预判阈值。

通过安装在油门踏板5下方的加速度传感器3检测驾驶员在汽车起步、直线行驶、变道超车、弯道行驶和上坡行驶等情况下油门踏板的加速度，获得采样过程中油门踏板加速度的最大值。根据相关试验数据，驾驶员在紧急制动时刹车踏板的加速度约为正常踩油门踏板加速度的2倍以上。据此以获取的正常踩油门踏板加速度最大值的2倍作为误踩判定阈值。

将预判阈值和误踩判定阈值输入到数据处理系统后，装置即可正常工作。

本发明中，小波变换预处理：利用近红外光谱血氧分析仪检测驾驶员的手部动脉血血氧饱和度,用小波变换处理所得信号,可以将原信号在时域和频域进行分解。所得结果见图1。

心率信号提取：将预处理后的信号在时域上取平均值，可得到信号在频域上的分布情况。结果见图2。

在0.008—2Hz的频率范围内，包含5个频率段，分别为：代谢活动、神经活动、肌原性活动、呼吸活动和心脏活动引起的频率成分。0.4—2Hz频率段即为心脏活动引起的，从该频率段中找到峰值频率，即可得心率。上图中，0.4—2Hz频率段峰值频率为1.2Hz，即受试者心率为72次/分钟。

因为人在短时情绪波动比如高兴或者生气时，也会引起心率的较大变化，但这种变化不会持续很长时间，而如果驾驶员开车紧张的话，这种紧张情绪会在驾驶过程中始终存在。所以只有当持续一段时间（本发明中取时长为15分钟，每分钟采样一次,即15次采样）的心率过高才能认定为驾驶员紧张，有发生误踩油门的危险。因此预判时，本发明是以驾驶员心率连续15次超过预判阈值作为驾驶员处于紧张状态的判定依据。这样可以避免驾驶员驾驶过程中短时的情绪波动造成误判。驾驶员误踩瞬时油门踏板加速度很大，通过油门踏板加速度是否超过阈值来最终判定是否是误踩。

近红外光谱血样检测仪实时监测驾驶员的血氧含量,并将数据传给数据处理系统。数据处理系统每分钟处理一次血氧数据（并不需要处理一分钟的数据，从中截取10s的数据即可），得出驾驶员的瞬时心率值，并与设定的阈值进行比较。

工作时，通过近红外光谱血氧监测仪探头1和近红外光谱血氧监测仪2实时测量驾驶员的血氧饱和度，并将数据传入数据处理系统4。数据处理系统4每隔一分钟将血氧分析仪2传入的数据通过小波变换预处理和心率信号提取得到驾驶员心率，将所得心率与预判阈值比较。如果连续15次测得的驾驶员瞬时心率大于预判阈值，则判定为驾驶员处于紧张状态，有发生误踩的危险。此时加速度传感器3开始工作，实时测量油门踏板的加速度值，并将数据传入数据处理系统4。数据处理系统4将油门踏板的瞬时加速度值与误踩判定阈值进行比较，若大于误踩判定阈值则判定为驾驶员误踩了油门踏板。

根据描述可知，本发明选取驾驶员心率作为预判参数，选取油门踏板加速度作为误踩操作的判定参数。通过对不同的驾驶员设定不同的预判阈值和误踩判定阈值，不但可以更早发现驾驶员尤其是新手驾驶员的误踩操作，而且能大大提高误踩操作识别准确性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种汽车驾驶员误踩油门检测方法，其特征是，包括：

1)将近红外光谱血氧监测仪的探头嵌入安装在方向盘上驾驶员右手最常握部位，并通过数据线与放置在车内的近红外光谱血氧监测仪连接，近红外光谱血氧监测仪通过数据线与数据处理系统连接；

2)在油门踏板下方安装用于检测油门踏板加速度的加速度传感器，加速度传感器通过数据线与数据处理系统相连；

3)设置预判阈值和误踩判定阈值，使用近红外光谱血氧监测仪探头检测驾驶员在正常情绪状态下的手部动脉血血氧饱和度，对测得的数据进行小波变换预处理和心率信号提取，得到驾驶员的心率；测量15次数据，取平均值作为驾驶员心率的正常值；为提高预判灵敏度，取紧张时的心率增长率阈值为25％，即以驾驶员心率正常值的1.25倍作为预判阈值；

通过安装在油门踏板下方的加速度传感器检测驾驶员在汽车起步、直线行驶、变道超车、弯道行驶和上坡行驶情况下油门踏板的加速度，获得采样过程中油门踏板加速度的最大值；以获取的正常踩油门踏板加速度最大值的2倍作为误踩判定阈值；

4)将预判阈值和误踩判定阈值输入到数据处理系统；

5)工作时，通过近红外光谱血氧监测仪探头和近红外光谱血氧监测仪实时测量驾驶员的血氧饱和度，并将数据传入数据处理系统；数据处理系统每隔一分钟将近红外光谱血氧监测仪传入的数据通过小波变换预处理和心率信号提取得到驾驶员心率，将所得心率与预判阈值比较；如果连续15次测得的驾驶员瞬时心率大于预判阈值，则判定为驾驶员处于紧张状态，有发生误踩的危险；

此时加速度传感器开始工作，实时测量油门踏板的加速度值，并将数据传入数据处理系统；数据处理系统将油门踏板的瞬时加速度值与误踩判定阈值进行比较，若大于误踩判定阈值则判定为驾驶员误踩了油门踏板。