CN103942920A - 一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法及检测装置，属于电子预警系统领域。将单片机连接到行车数据采集模块、反应时间采集模块、语音模块。单片机输入端连接行车数据采集模块和反应时间采集模块，输出端连接语音模块。单片机控制整个程序接收行车数据采集模块、反应时间采集模块传输的数据，并根据数据分别进行驾驶员疲劳状态预判和终判，根据判断结果控制语音模块向驾驶员发出相应提示和警告。本发明充分利用车辆现有设备，硬件上容易实现，可推广性较高。本发明方案较为合理，操作简单，检测过程为非接触式，对驾驶员正常驾驶干预较小。

Description

一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法及检测装置

技术领域

本发明属于电子预警系统领域，特别是涉及到一种适用于检测驾驶员疲劳状态的方法及其装置。

背景技术

驾驶疲劳是指驾驶员在长时间连续驾驶后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。驾驶员进入疲劳驾驶状态后如果继续行车，极易引发道路交通事故。据交通部门不完全统计，60%以上的交通事故与驾驶疲劳有关，近年来由长途客车驾驶员疲劳驾驶引发的重特大交通事故频发，因此，开发一种长途客车驾驶员疲劳状态检测方法与预警装置意义重大，应用前景十分广阔。

目前针对驾驶员疲劳检测及预警的研究成果众多，也开发了许多相应的装置，按检测参数的不同可分为三类：基于驾驶员自身的检测方法、基于汽车运行状态的检测方法和基于驾驶员操作行为的检测方法。基于驾驶员自身的检测方法是通过监测驾驶员的生理指标如脑电、心电、皮电、呼吸、眼电等判断驾驶员疲劳状态，或者通过驾驶员生理特征如眨眼频率、点头动作、握力及是否打哈欠等判断驾驶员疲劳状态；基于车辆运行状态的检测方法是通过检测车辆的速度、加速度、行驶轨迹等判断驾驶员疲劳状态；基于驾驶员操作行为的检测方法是通过检测驾驶员操作方向盘、离合器踏板、制动踏板及加速踏板等的特征参数进行疲劳状态识别。以上检测方法存在诸多不足：①不同驾驶人的生理特征复杂多变，疲劳状态各异，判定较困难，且目前的技术很难实现实时检测，可靠性不高；②检测车辆运行状态或驾驶员操作行为一般需要加装信号采集部件或改装车辆构造，实用性及可靠性欠佳。

另外，现存的众多装置多数集中在乘用车方面，而面向乘用车开发的驾驶员疲劳检测与预警装置很难满足其他种类车辆的需求，尤其长途客车驾驶时间长、驾驶员易疲劳，存在明显区别于普通乘用车的特点，这便增加了长途客车驾驶员疲劳检测及预警的难度。

因此针对现有技术当中存在的诸多不足之处，本领域亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为解决现有乘用车驾驶员疲劳检测与预警方法中存在的问题，以及适用长途客车驾驶员疲劳检测与预警的现状，提供一种基于长途客车驾驶员反应时间的综合检测与预警方法。

一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特征是：

步骤一、将单片机通过数据线与车载GPS、加速度传感器、方向盘转角传感器、汽车音响系统、检测装置连接；

步骤二、车辆点火开始运行，单片机程序同时启动并进入监控状态；

步骤三、车载GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器通过数据线，将采集到的车辆运行时速度、加速度以及方向盘转角角度数据传输至单片机；

步骤四、单片机根据步骤三传输过来的数据，计算出汽车单位时间内行驶速度、每5s平均加速度，车轮转角角度，车辆偏移车道距离；

步骤五、根据监测到的四种情况判断驾驶员疲劳状态

Ⅰ汽车紧急制动的频率，Ⅱ同一速度下驾驶员没有进行速度修正的时间，Ⅲ车道偏离的角度，Ⅳ在行驶过程中出现的单位时间内转向角度，

判断驾驶员为准疲劳状态，单片机程序进入到步骤六，

判断驾驶员为正常状态，单片机程序进入到步骤三，

步骤六、判断驾驶员为准疲劳状态，单片机通过语音模块向汽车音响系统输出信号，提示驾驶员处于准驾驶疲劳状态，并提示驾驶员进行反应时间测试；

步骤七、驾驶员按照提示通过疲劳检测装置判定驾驶员处于的驾驶状态，判断驾驶员为疲劳状态，单片机程序进入到步骤八，判断驾驶员为正常状态，单片机程序进入到步骤三；

步骤八、单片机通过汽车音响系统向驾驶员发出声音警报，提醒驾驶员已经处于驾驶疲劳状态。

步骤五中所述的Ⅰ汽车紧急制动的频率是通过如下方式进行的确定，设制动加速度为a，制动次数为n，取标准制动加速度a₀=-6m/s²，于1分钟内制动加速度为a与标准制动加速度a₀符合关系式a<a₀，制动次数n>3，且制动力达到80%以上即认为频繁紧急制动，判断驾驶员为准疲劳状态，。

步骤五中所述的Ⅱ同一速度下驾驶员没有进行速度修正的时间，该速度修正的时间范围为5分钟。

步骤五中所述的Ⅲ车道偏离的角度，其计算方法为，由方向盘转角传感器得出方向盘转角为δ°，则车轮转角为εδ°，其中，ε为方向盘转角与车轮转角比例系数；设S₀(m)为1.5倍道路宽度，S’(m)为车道偏离距离，由关系式S’=vt，其中，汽车行驶速度为v(m/s²)，汽车行驶时间为t(s)，当S’＜S₀，判断驾驶员为正常状态，当S’≥S₀，判断驾驶员为准疲劳状态。

步骤五中所述的Ⅳ在行驶过程中出现的单位时间内转向角度，设车轮转角为δ₀，在行驶过程中出现方向盘转角大于δ₀，即为急转向，判断驾驶员为准疲劳状态。

一种基于反应时间的驾驶员疲劳检测装置，其特征是：包括按键甲、按键乙、反应时间采集模块、数据线、承装盒，所述的按键甲和按键乙并列布置，且位于承装盒的上部；所述的反应时间采集模块通过数据线与单片机连接；所述的承装盒安装于方向盘多功能区域内。

驾驶员按照提示揿动相应的按键，反应时间采集模块采集驾驶员按键的时间即反应时间，并将该时间信号通过数据线发送到单片机；设反应时间为t,反应时间的疲劳阈值为T，单片机通过计算作出如下判断

当反应时间t高于疲劳阈值T时，即满足关系式t≥T,则判定驾驶员处于驾驶疲劳状态，单片机控制音响系统向驾驶员发出警报；

当反应时间t低于疲劳阈值T时，即满足关系式t＜T，则判定驾驶员状态正常。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明方案具有以下优点

1、本发明采用驾驶员的主动参与和被动检测相结合的方法，当预判驾驶员可能疲劳之后，通过主动检测驾驶员的反应时间来判定驾驶员是否疲劳，准确性和实时性较好。

2、本发明采用的主动检测反应时间的方法本身就是对驾驶员的一种提示，对减少疲劳驾驶具有一定作用。

3、本发明充分利用车辆现有设备，硬件上容易实现，可推广性较高。

4、本发明方案较为合理，操作简单，检测过程为非接触式，对驾驶员正常驾驶干预较小。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的基于反应时间的驾驶疲劳预警系统结构示意图。

图2为本发明的驾驶疲劳预警方法工作流程框图。

图3为本发明的驾驶员疲劳检测装置结构示意图。

图中1-按键甲、2-按键乙、3-反应时间采集模块、4-数据线、5-承装盒。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明方法做进一步详细说明。

如图所示，将单片机连接到车载GPS、加速度传感器、方向盘转角传感器、汽车音响系统以及自制的反应时间采集装置；单片机根据车载GPS和加速度传感器测得的汽车行驶速度及每5s平均加速度，以及根据方向盘转角传感器测得方向盘转角角度，从而计算出车轮转角角度。当监测到以下几种情况：①汽车频繁地紧急制动，即1分钟内加速度a<a₀次数n>3（制动力达到80%以上即认为紧急制动，可取a₀=-6m/s²）；②长时间在同一速度下驾驶员没有进行速度修正；③车道偏离，由方向盘转角传感器得出方向盘转角为δ°，则车轮转角为εδ°，其中，ε为方向盘转角与车轮转角比例系数。设S₀(m)为1.5倍道路宽度，S’为车道偏离距离(m)，S’=vt，其中，汽车行驶速度为v(m/s²)，时间为t(s)。当S’＜S₀，判断驾驶员没有疲劳；当S’≥S₀，判断驾驶员疲劳；④在行驶过程中出现急转向，即方向盘转角大于δ₀。任意一种情况发生则预判为驾驶员状态有异常，单片机向汽车音响系统输出信号，提示驾驶员可能处于驾驶疲劳状态，并提示驾驶员进行反应时间测试。

如图3所示驾驶员按照提示按相应地按键。按键装置由两个按键，即按键甲1、按键乙2组成，按键的承装盒5安装在方向盘多功能区域，即按照汽车音响系统提示的按键顺序（先按键甲1后按键乙2，或先按键乙2后按键甲1），进行相应的按键操作。

反应时间采集模块3采集驾驶员按键的时间即反应时间，并通过数据线4将该时间信号发送到单片机，若单片机通过计算反应时间高于疲劳阈值T（通过大量的模拟试验和测试试验确定），则判定驾驶员处于驾驶疲劳状态；反之若反应时间低于疲劳阈值T则判定驾驶员状态正常。

如图1所示，本发明方法由单片机为主的系统来实现。将单片机连接到行车数据采集模块（GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器）、反应时间采集模块、语音模块（汽车音响系统）。单片机输入端连接行车数据采集模块（GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器）和反应时间采集模块，输出端连接语音模块（汽车音响系统）。

单片机控制整个程序：接收行车数据采集模块（GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器）、反应时间采集模块传输的数据，并根据数据分别进行驾驶员疲劳状态预判和终判，根据判断结果控制语音模块（汽车音响系统）向驾驶员发出相应提示和警告。

参见附图2，本发明疲劳预警方法步骤如下：

步骤1.车辆运行，单片机程序启动，进入监控状态，开始进入下一步骤；

步骤2.通过车载GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器，采集车辆运行时速度，加速度，以及方向盘转角角度；

步骤3.由单片机1根据输入的车辆速度以及方向盘转角，计算出车辆偏移车道距离，初步判断驾驶员疲劳状态：

当监测到以下几种情况：（1）汽车频地紧急制动；（2）长时间在同一速度下驾驶员没有进行速度修正；（3）车道偏离；（4）在行驶过程中出现急转向。任意一种情况发生则预判为驾驶员状态有异常，转到步骤4；否则转到步骤2；

步骤4.单片机向语音模块（汽车音响系统）输出信号，提示驾驶员可能处于驾驶疲劳状态，并提示驾驶员进行反应时间测试；

步骤5.驾驶员按照提示按相应的按键，反应时间采集模块采集驾驶员按键的时间（反应时间），并将该时间信号发送到单片机，若单片机通过计算反应时间t≥T，则判定驾驶员处于驾驶疲劳状态，转到步骤6；反之若反应时间t＜T则判定驾驶员状态正常，转到步骤2。

步骤6.单片机控制语音模块向驾驶员发出声音警报，提醒驾驶员处于驾驶疲劳状态。

Claims (7)

1.一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特征是： 

步骤一、将单片机通过数据线与车载GPS、加速度传感器、方向盘转角传感器、汽车音响系统、检测装置连接； 

步骤二、车辆点火开始运行，单片机程序同时启动并进入监控状态； 

步骤三、车载GPS、加速度传感器和方向盘转角传感器通过数据线，将采集到的车辆运行时速度、加速度以及方向盘转角角度数据传输至单片机； 

步骤四、单片机根据步骤三传输过来的数据，计算出汽车单位时间内行驶速度、每5s平均加速度，车轮转角角度，车辆偏移车道距离； 

步骤五、根据监测到的四种情况判断驾驶员疲劳状态 

Ⅰ汽车紧急制动的频率，Ⅱ同一速度下驾驶员没有进行速度修正的时间，Ⅲ车道偏离的角度，Ⅳ在行驶过程中出现的单位时间内转向角度， 

判断驾驶员为准疲劳状态，单片机程序进入到步骤六， 

判断驾驶员为正常状态，单片机程序进入到步骤三， 

步骤六、判断驾驶员为准疲劳状态，单片机通过语音模块向汽车音响系统输出信号，提示驾驶员处于准驾驶疲劳状态，并提示驾驶员进行反应时间测试； 

步骤七、驾驶员按照提示通过疲劳检测装置判定驾驶员处于的驾驶状态，判断驾驶员为疲劳状态，单片机程序进入到步骤八，判断驾驶员为正常状态，单片机程序进入到步骤三； 

步骤八、单片机通过汽车音响系统向驾驶员发出声音警报，提醒驾驶员已经处于驾驶疲劳状态。 

2.根据权利要求1所述的一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特征是：步骤五中所述的Ⅰ汽车紧急制动的频率是通过如下方式进行的确定，设制动加速度为a，制动次数为n，取标准制动加速度a₀=-6m/s²，于1分钟内制动加速度为a与标准制动加速度a₀符合关系式a<a₀，制动次数n>3，且制动力达到80%以上即认为频繁紧急制动，判断驾驶员为准疲劳状态。 

3.根据权利要求1所述的一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特征是：步骤五中所述的Ⅱ同一速度下驾驶员没有进行速度修正的时间，该速度修正的时间范围为5分钟。 

4.根据权利要求1所述的一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特 征是：步骤五中所述的Ⅲ车道偏离的角度，其计算方法为，由方向盘转角传感器得出方向盘转角为δ°，则车轮转角为εδ°，其中，ε为方向盘转角与车轮转角比例系数；设S₀(m)为1.5倍道路宽度，S’(m)为车道偏离距离，由关系式S’=vt，其中，汽车行驶速度为v(m/s²)，汽车行驶时间为t(s)，当S’＜S₀，判断驾驶员为正常状态，当S’≥S₀，判断驾驶员为准疲劳状态。 

5.根据权利要求1所述的一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法，其特征是：步骤五中所述的Ⅳ在行驶过程中出现的单位时间内转向角度，设车轮转角为δ₀，在行驶过程中出现方向盘转角大于δ₀，即为急转向，判断驾驶员为准疲劳状态。 

6.一种基于反应时间的驾驶员疲劳检测装置，其特征是：包括按键甲（1）、按键乙（2）、反应时间采集模块（3）、数据线（4）、承装盒（5），所述的按键甲（1）和按键乙（2）并列布置，且位于承装盒（5）的上部；所述的反应时间采集模块（3）通过数据线（4）与单片机连接；所述的承装盒（5）安装于方向盘多功能区域内。 

7.根据权利要求1或6所述的一种基于反应时间的驾驶员疲劳预警方法及检测装置，其特征是：驾驶员按照提示揿动相应的按键，反应时间采集模块（3）采集驾驶员按键的时间即反应时间，并将该时间信号通过数据线（4）发送到单片机；设反应时间为t,反应时间的疲劳阈值为T，单片机通过计算作出如下判断 

当反应时间t高于疲劳阈值T时，即满足关系式t≥T,则判定驾驶员处于驾驶疲劳状态，单片机控制音响系统向驾驶员发出警报； 

当反应时间t低于疲劳阈值T时，即满足关系式t＜T，则判定驾驶员状态正常。