CN105599773A - 一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法 - Google Patents

一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法，属于汽车主动安全技术领域，包括外壳、吸附式底座、车辆姿态传感器、单片机控制系统、电池及充电系统、扬声器和指示灯，其中车辆姿态传感器与单片机控制系统输入端连接，扬声器和指示灯连接单片机控制系统输出端。车辆姿态传感器将获取的车辆加速度和角速度数据传输至单片机控制系统，单片机控制系统对数据进行分析计算来推算驾驶员的状态，将分析数据与预设的阈值比较，获取驾驶员的危险操作状态以及危险状态，通过扬声器和指示灯实时的提示驾驶员注意驾驶操纵行为，提高驾驶员的安全意识，避免发生交通事故。本发明装置结构简单，实用性强且价格低廉，易于推广。

Description

一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法
技术领域
本发明专利涉及一种汽车主动安全技术领域，特别涉及一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法。
背景技术
随着汽车保有量的持续增长，道路交通事故频繁发生。人－车－环境构成的道路交通系统中，由驾驶员引起的交通事故占事故的一半以上，多数是由于驾驶员疲劳、分心和激进等不当驾驶状态所造成的。目前，已有的一些驾车安全提示装置有的是分析驾驶员的在预设时间内的驾驶状态，如分析提示疲劳状态、激进状态、松弛状态等，有的是分析驾驶员的实时状态，如超速状态等；不能同时既分析驾驶员的实时状态，如转向、制动过急等，又分析驾驶员在预设时间内的驾驶状态，如松弛状态、激进状态等。另外，一些驾车安全提示装置的结构复杂且成本较高。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置及其方法。该装置没有复杂的结构设备，结构简单，既能实时的判断驾驶员的实时操纵状态，也能判断在预设时间内的驾驶状态，又可同时实现视觉与听觉的实时提醒，提高驾驶员的安全意识，避免交通事故的发生，实用性强，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明专利提供一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置，由外壳、吸附式底座、电池及充电系统、车辆姿态传感器、单片机控制系统、扬声器和指示灯组成。所述车辆姿态传感器连接单片机控制系统的输入端，所述扬声器和指示灯连接单片机控制系统的输出端。
为了实现上述目的，本发明专利提供一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，程序包括以下三个主要功能模块：
信息采集模块：采集驾驶员所操纵车辆的加速度和角速度信息；
分析计算模块：分析车辆的加速度和角速度及其变化情况，获取当前驾驶员驾驶车辆的行为状态；
提示模块：通过扬声器和指示灯，以听觉和视觉的方式实时提示驾驶员。
具体地，采集车辆的加速度和角速度信息包括：垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度、横摆角速度、横向加速度和纵向加速度。
进一步地，分析车辆的加速度和角速度及其变化情况，并同已设定的阈值比较，判断当前驾驶员驾驶车辆的行为状态，其已设定的阈值为：
根据车辆的颠簸程度，如果在一般道路行驶，以垂向加速度为主要指标设定颠簸（舒适性）阈值，如果在一些特殊路面行驶，如崎岖山路，可增加侧倾角速度以及俯仰角速度进行加权综合评测；
根据离心力或甩尾感，如果在一般道路行驶，以横摆角速度为主要指标设定转向过急阈值，如果在一些特殊路面上，如冰雪路面，可增加横向加速度进行加权综合评测；
根据加速和制动的快速程度，以纵向加速度（正值）最大值设定加速过急阈值，并根据纵向加速度最小值（负值，实际是绝对值最大）设定制动过急阈值；
在预先设定的时间内，根据纵向加速度的变化率和横摆角速度的变化率来设定激进阈值和松弛阈值。
其中，把当前驾驶员驾驶车辆的行为状态分为：
在一般道路行驶中的车辆垂向加速度，或者在特殊路面行驶中的车辆垂向加速度与侧倾角速度、俯仰角速度的加权综合评测结果，如果超过颠簸阈值，则判断为颠簸状态；
在一般道路行驶中的车辆横摆角速度，或者在特殊路面行驶中的车辆横摆角速度与横向加速度的加权综合评测结果，如果超过转向过急阈值，则判断为转向过急状态；
车辆行驶的纵向加速度的最大值如果超过加速过急阈值，则判断为加速过急状态，如果纵向加速度的负值小于制动过急阈值，则判断为制动过急状态；
在预先设定的时间内：车辆行驶的纵向加速度变化率或横摆角速度变化率大于激进阈值，则判断为激进状态；车辆行驶的纵向加速度变化率和横摆角速度变化率在激进阈值与松弛阈值之间，则判断为正常状态；车辆行驶的纵向加速度变化率和横摆角速度变化率小于松弛阈值，则判断为迟钝状态。
其中，根据驾驶员的日常驾驶习惯记录辅助确定所述当前驾驶员的状态。
具体地，扬声器车载提示语包括：
当判断为颠簸状态时，提示：颠簸严重，请减速行驶；
当判断为转向过急状态时，提示：转向过急，请稳定行驶；
当判断为加速过急状态时，提示：加速过急，请减速行驶；
当判断为制动过急状态时，提示：制动过急，请谨慎行驶；
当判断为激进状态时，提示：稍安勿躁，请谨慎驾驶；
当判断为迟钝状态时，提示：集中精力，请安全驾驶。
其中，激进和迟钝状态的提示根据预定的时间设定提醒的间隔时间，避免提醒频繁对驾驶员造成一定的干扰。
具体地，指示灯的车载提示包括：
当判断车辆为颠簸、转向过急、加速过急、制动过急状态中的任一状态时，指示灯闪烁；
当判断驾驶员为激进状态时，指示灯显示红色；
当判断驾驶员为迟钝状态时，指示灯显示黄色；
当判断驾驶员为正常状态时，指示灯显示蓝色。
上述的单片机控制系统用来处理车辆姿态传感器所检测到的车辆加速度以及角速度及其变化信息，然后将分析处理结果以信号的形式传递给扬声器和指示灯，并且可存储和导出内部数据，把驾驶员的日常驾驶习惯记录下来，存储到数据库中，驾驶员可根据自己的驾驶特性对相应的阈值进行修正从而更合理的发挥本装置的作用。
与现有技术相比，本驾驶员状态提示装置能够利用车辆的运动姿态变化来反推驾驶员的操纵状态，实时提示驾驶员注意自己的驾驶状态，提高驾驶员的驾车安全意识，避免交通事故的发生。
下面通过附图和具体实施例，对本发明专利装置及其方法做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明专利的装置结构示意图。
图2是本发明专利装置采集的车辆运动状态参数示意图。
图3是本发明专利装置的工作步骤流程图。
附图标记说明：
1-外壳；2-吸附式底座；3-电池及充电系统；4-车辆姿态传感器；5-单片机控制系统；6-扬声器；7-指示灯。
C1-垂向加速度；C2-侧倾角速度；C3-俯仰角速度；C4-横摆角速度；C5-横向加速度；C6-纵向加速度。
图中S1-S4代表该装置工作流程图的步骤。
具体实施方式
如图1所示，本发明专利装置包括外壳（1）、吸附式底座（2）、电池及充电系统（3）、车辆姿态传感器（4）、单片机控制系统（5）、扬声器（6）和指示灯（7）。
在车辆行驶过程中，驾驶员通过油门、制动、转向等操作控制车辆的运动姿态，因此由车辆姿态传感器（4）测得的车辆运动姿态变化信息可反映驾驶员的操纵状态。其中，车辆姿态传感器（4）在车辆运动过程中测量车辆的加速度信号和角速度的信号，以此获取车辆运动姿态的基本数据。
如图2所示，本发明专利装置的车辆姿态传感器（4）采集的车辆加速度和角速度运动数据包括：垂向加速度（C1）、侧倾角速度（C2）、俯仰角速度（C3）、横摆角速度（C4）、横向加速度（C5）和纵向加速度（C6），且车辆姿态传感器（4）将获取的车辆加速度和角速度数据以信号的形式，实时的传输至单片机控制系统（5）。
上述的单片机控制系统（5）用来处理车辆姿态传感器（4）所检测到的车辆运动变化信息，然后将分析处理结果以信号的形式传递给扬声器（6）和指示灯（7），并且可存储和导出内部数据，把驾驶员日常的驾驶习惯记录下来，存储到数据库中，驾驶员可根据自己的驾驶特性对相应的阈值进行修正从而更合理的发挥本装置的作用。
请参阅图3，其为本发明专利装置的工作步骤流程图，由此可知本发明专利装置的具体工作流程包括：
步骤S1：把基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置固定在仪表盘中间，打开本装置电源，启动时本装置驾驶员状态自动设置为正常状态，也即指示灯（7）颜色为蓝色，然后启动车辆运行；
步骤S2：车辆姿态传感器（4）采集车辆的垂向加速度（C1）、侧倾角速度（C2）、俯仰角速度（C3）、横摆角速度（C4）、横向加速度（C5）和纵向加速度信息（C6）；
步骤S3：车辆姿态传感器（4）将获取的车辆加速度和角速度数据传输至单片机控制系统（5），单片机控制系统（5）分析车辆的加速度和角速度及其变化情况，并与阈值比较，反推驾驶员的操纵状态，包括：
在一般道路行驶中的车辆垂向加速度（C1），或者在特殊路面行驶中的车辆垂向加速度（C1）与侧倾角速度（C2）、俯仰角速度（C3）的加权综合评测结果，如果超过颠簸阈值，则判断为颠簸状态；
在一般道路行驶中的车辆横摆角速度（C4），或者在特殊路面行驶中的车辆横摆角速度（C4）与横向加速度（C5）的加权综合评测结果，如果超过转向过急阈值，则判断为转向过急状态；
车辆行驶的纵向加速度（C6）的最大值如果超过加速过急阈值，则判断为加速过急状态，如果纵向加速度（C6）的负值小于制动过急阈值，则判断为制动过急状态；
在预先设定的时间内：车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率或横摆角速度（C4）变化率大于激进阈值，则判断为激进状态；车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率和横摆角速度（C4）变化率在激进阈值与松弛阈值之间，则判断为正常状态；车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率和横摆角速度（C4）变化率小于松弛阈值，则判断为迟钝状态。
其中，根据驾驶员的日常驾驶习惯记录辅助确定所述当前驾驶员的状态。
其中，迟钝状态代表驾驶员在预设时间内油门、制动、转向的操纵变化很少，几乎没有操纵变化，表示驾驶员可能处于疲劳驾驶、酒驾或者瞌睡等状态，如若不及时提醒修正，如果遇到前车突然改变行车路线、路人横穿马路、道路遇转弯等状况，易造成交通事故。
其中，激进状态代表驾驶员操纵在预设时间内变化太快，如频繁向左或向右交替旋转方向盘、猛踩油门与猛踩刹车交替频繁等状况，表示驾驶员可能处于情绪激动、暴怒等状态，如若不及时提醒修正，易造成交通事故。
步骤S4：单片机控制系统（5）将判断得到的驾驶员驾驶车辆的行为状态信息，以信号的形式传至末端相连的扬声器（6），以听觉的形式实时提示驾驶员：
当判断为颠簸状态时，提示：颠簸严重，请减速行驶；
当判断为转向过急状态时，提示：转向过急，请稳定行驶；
当判断为加速过急状态时，提示：加速过急，请减速行驶；
当判断为制动过急状态时，提示：制动过急，请谨慎行驶；
当判断为激进状态时，提示：稍安勿躁，请谨慎驾驶；
当判断为迟钝状态时，提示：集中精力，请安全驾驶。
其中，激进和迟钝状态的提示根据预定的时间设定提醒的间隔时间，避免提醒频繁对驾驶员造成一定的干扰。
与此同时，单片机控制系统（5）将判断得到的驾驶员驾驶车辆的行为状态信息，以信号的形式传至末端相连的指示灯（7），以视觉形式实时提示驾驶员：
当判断车辆为颠簸、转向过急、加速过急、制动过急状态中的任一状态时，指示灯（7）闪烁；
当判断驾驶员为激进状态时，指示灯（7）显示红色；
当判断驾驶员为迟钝状态时，指示灯（7）显示黄色；
当判断驾驶员为正常状态时，指示灯（7）显示蓝色。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利做任何限制，凡是根据本发明专利技术实质对以上实施例做任何简单修改、变更以及等效结构变化，仍属于本发明专利装置的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示装置，包括外壳（1）、吸附式底座（2）、电池及充电系统（3）、车辆姿态传感器（4）、单片机控制系统（5）、扬声器（6）和指示灯（7），其特征在于，所述车辆姿态传感器（4）连接单片机控制系统（5）的输入端，所述扬声器（6）和指示灯（7）连接单片机控制系统（5）的输出端。
2.一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，程序包括以下三个主要功能模块：
信息采集模块：采集驾驶员所操纵车辆的加速度和角速度信息；
分析计算模块：分析车辆的加速度和角速度及其变化情况，获取当前驾驶员驾驶车辆的行为状态；
提示模块：通过扬声器（6）和指示灯（7），以听觉和视觉的方式实时提示驾驶员。
3.根据权利要求2所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，采集的车辆加速度和角速度信息包括：垂向加速度（C1）、侧倾角速度（C2）、俯仰角速度（C3）、横摆角速度（C4）、横向加速度（C5）和纵向加速度（C6）。
4.根据权利要求2、3所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，分析车辆的加速度和角速度及其在预先设定时间内的变化情况，并同已设定的阈值比较，判断当前驾驶员驾驶车辆的行为状态。
5.根据权利要求4所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，其已设定的阈值为：
根据车辆的颠簸程度，如果在一般道路行驶，以垂向加速度（C1）为主要指标设定颠簸（舒适性）阈值，如果在一些特殊路面行驶，如崎岖山路，可增加侧倾角速度（C2）以及俯仰角速度（C3）进行加权综合评测；
根据离心力或甩尾感，如果在一般道路行驶，以横摆角速度（C4）为主要指标设定转向过急阈值，如果在一些特殊路面上，如冰雪路面，可增加横向加速度（C5）进行加权综合评测；
根据加速和制动的快速程度，以纵向加速度（C6）（正值）最大值设定加速过急阈值，并根据纵向加速度（C6）最小值（负值，实际是绝对值最大）设定制动过急阈值；
在预先设定的时间内，根据纵向加速度（C6）的变化率和横摆角速度（C4）的变化率来设定激进阈值和松弛阈值。
6.根据权利要求4、5所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，所述当前驾驶员驾驶车辆的行为状态分为：
在一般道路行驶中的车辆垂向加速度（C1），或者在特殊路面行驶中的车辆垂向加速度（C1）与侧倾角速度（C2）、俯仰角速度（C3）的加权综合评测结果，如果超过颠簸阈值，则判断为颠簸状态；
在一般道路行驶中的车辆横摆角速度（C4），或者在特殊路面行驶中的车辆横摆角速度（C4）与横向加速度（C5）的加权综合评测结果，如果超过转向过急阈值，则判断为转向过急状态；
车辆行驶的纵向加速度（C6）的最大值如果超过加速过急阈值，则判断为加速过急状态，如果纵向加速度（C6）的负值小于制动过急阈值，则判断为制动过急状态；
在预先设定的时间内：车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率或横摆角速度（C4）变化率大于激进阈值，则判断为激进状态；车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率和横摆角速度（C4）变化率在激进阈值与松弛阈值之间，则判断为正常状态；车辆行驶的纵向加速度（C6）变化率和横摆角速度（C4）变化率小于松弛阈值，则判断为迟钝状态；
其中，根据驾驶员的日常驾驶习惯记录辅助确定所述当前驾驶员的状态。
7.根据权利要求2所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，所述扬声器（6）的车载提示语包括：
当判断为颠簸状态时，提示：颠簸严重，请减速行驶；
当判断为转向过急状态时，提示：转向过急，请稳定行驶；
当判断为加速过急状态时，提示：加速过急，请减速行驶；
当判断为制动过急状态时，提示：制动过急，请谨慎行驶；
当判断为激进状态时，提示：稍安勿躁，请谨慎驾驶；
当判断为迟钝状态时，提示：集中精力，请安全驾驶；
其中，激进和迟钝状态的提示根据预定的时间设定提醒的间隔时间，避免提醒频繁对驾驶员造成一定的干扰。
8.根据权利要求2所述的一种基于车辆运动姿态的驾驶员状态提示方法，其特征在于，所述指示灯（7）的车载提示包括：
当判断车辆为颠簸、转向过急、加速过急、制动过急状态中的任一状态时，指示灯（7）闪烁；
当判断驾驶员为激进状态时，指示灯（7）显示红色；
当判断驾驶员为迟钝状态时，指示灯（7）显示黄色；
当判断驾驶员为正常状态时，指示灯（7）显示蓝色。
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