CN106864364A - 基于噪声的车辆安全预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于行车安全领域，具体提供一种基于噪声的车辆安全预警方法和系统。本发明旨在解决因驾驶员注意力不集中遇到突发情况来不及反应而导致交通事故发生和现有汽车防碰撞系统对汽车紧急制动时给驾乘人员造成身体不适的问题。本发明的方法包括以下步骤：采集车辆前方的噪声信号；获取所述噪声信号的频谱特征向量和音量；以及根据所述频谱特征向量和音量判断前方是否有车辆急刹车。通过本发明的方法能够在前方有车辆急刹车时对驾驶员进行早期预警，尤其是在驾驶员疲劳驾驶和开车分神时，提醒驾驶员及时刹车减速或制动停车，有效地避免了因驾驶员反应不及时而导致交通事故发生的危险。

Description

基于噪声的车辆安全预警方法和系统

技术领域

本发明属于行车安全领域，具体提供一种基于噪声的车辆安全预警方法和系统。

背景技术

随着汽车数量的不断增多，随之而来的交通事故也越来越多。据统计已发生的交通事故大多数都可以通过正确的处理方式避免。但是，在行车过程中由于驾驶员的专注力并非始终集中于前方路面，一旦前方发生紧急情况(如正前方车辆急刹车)尤其是在汽车高速行驶时，驾驶员往往来不及反应就已经和前方车辆发生碰撞。因此，早期预警对于交通事故的避免至关重要。

为了避免交通事故的发生，目前通常采用的措施是在汽车上设置防碰撞系统，当距离传感器感应到即将与前方车辆发生碰撞时，防碰撞系统会控制制动器对汽车进行紧急刹车。但是，这种方式尤其是在汽车高速行驶时通常会给汽车驾乘人员带来较大的伤害，使驾乘人员极度不适。

相应地，本领域需要一种行车安全早期预警方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决因驾驶员注意力不集中遇到突发情况来不及反应而导致交通事故发生和现有汽车防碰撞系统对汽车紧急制动时给驾乘人员造成身体不适的问题，本发明提供了一种基于噪声的车辆安全预警方法，该方法包括以下步骤：采集车辆前方的噪声信号；获取所述噪声信号的信号特征；以及根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

在上述方法的优选技术方案中，所述“采集车辆前方的噪声信号”的步骤进一步包括：通过传声器采集车辆正前方的噪声信号。

在上述方法的优选技术方案中，所述传声器是指向性传声器或指向性传声器阵列。

在上述方法的优选技术方案中，所述指向性传声器或指向性传声器阵列设置在所述车辆的头部。

在上述方法的优选技术方案中，所述信号特征包括频谱特征向量和音量，所述“获取所述噪声信号的信号特征”的步骤进一步包括：获取所述噪声信号的频谱特征向量和获取所述噪声信号的音量。

在上述方法的优选技术方案中，所述“获取所述噪声信号的频谱特征向量”的步骤进一步包括：对所述噪声信号执行梅尔倒谱系数计算和归一化计算；以及根据计算结果获取所述噪声信号的频谱特征向量。

在上述方法的优选技术方案中，所述车辆安全预警方法还包括：在根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车之前，获取车辆急刹车的频谱特征向量经验值和音量阈值。

在上述方法的优选技术方案中，所述“根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车”的步骤进一步包括：

当所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值相匹配并且所述噪声信号的音量达到或超过所述音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。

在上述方法的优选技术方案中，所述车辆安全预警方法还包括：当判定前方有车辆急刹车时，向驾驶员发出预警，并且/或者生成使车辆制动的制动信号。

在另一方面，本发明提供了一种基于噪声的车辆安全预警系统，该车辆安全预警系统包括：噪声采集单元，其用于采集车辆前方的噪声信号；和控制单元，其能够提取所述噪声采集单元采集到的噪声信号的信号特征并根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

在上述方法的优选技术方案中，所述噪声采集单元包括指向性传声器或指向性传声器阵列。

在上述方法的优选技术方案中，所述指向性传声器或指向性传声器阵列设置在所述车辆的头部。

在上述方法的优选技术方案中，所述信号特征包括频谱特征向量和音量，所述控制单元能够获取所述噪声信号的频谱特征向量和音量。

在上述方法的优选技术方案中，所述控制单元能够对所述噪声信号执行梅尔倒谱系数计算和归一化计算，并且能够根据计算结果获取所述噪声信号的频谱特征向量。

在上述方法的优选技术方案中，所述车辆安全预警系统还包括存储单元，所述存储单元中存储有频谱特征向量经验值和音量阈值。

在上述方法的优选技术方案中，所述控制单元能够将所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值进行比较以及将所述噪声信号的音量与所述音量阈值进行比较，并且能够在所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值相匹配并且所述噪声信号的音量达到或超过所述音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。

在上述方法的优选技术方案中，所述车辆安全预警系统还包括预警单元，当所述控制单元判定前方有车辆急刹车时，所述预警单元向驾驶员发出预警，并且/或者所述控制单元控制车辆采取制动措施。

在本发明的优选技术方案中，通过安装在车辆头部的指向性传声器或指向性传声器阵列来采集车辆前方的噪声信号，通过梅尔倒谱系数计算和归一化计算获得该噪声的频谱特征向量，同时计算出该噪声的音量，根据该噪声的频谱特征向量判断该声源是否为刹车声信号，在该声源是刹车声信号的情况下，进一步判断音量是否达到或超过音量阈值，进而判断前方是否有车辆急刹车，根据判断结果确定是否向驾驶员发出预警。具体地，当前方有车辆急刹车时，通过车内警示灯、车内语音或者扬声器播放急刹车声音等方式提醒驾驶员。本领域技术人员能够理解的是，本发明的方法能够在前方发生状况的第一时间向驾驶员发出预警，从而避免因驾驶员注意力不集中而导致发生交通事故，同时也不会产生现有防碰撞系统因紧急制动给驾乘人员带来的冲击。换句话说，通过本发明的方法能够在前方有车辆刹车时及时提醒驾驶员，尤其是在驾驶员疲劳驾驶和开车分神时，使驾驶员执行刹车减速或制动停车的操作，有效地避免了因驾驶员反应不及时而导致发生交通事故的危险。

方案1、一种基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

采集车辆前方的噪声信号；

获取所述噪声信号的信号特征；以及

根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

方案2、根据方案1所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“采集车辆前方的噪声信号”的步骤进一步包括：

通过传声器采集车辆正前方的噪声信号。

方案3、根据方案2所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述传声器是指向性传声器或指向性传声器阵列。

方案4、根据方案3所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述指向性传声器或指向性传声器阵列设置在所述车辆的头部。

方案5、根据方案1所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述信号特征包括频谱特征向量和音量，

所述“获取所述噪声信号的信号特征”的步骤进一步包括：获取所述噪声信号的频谱特征向量和获取所述噪声信号的音量。

方案6、根据方案5所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“获取所述噪声信号的频谱特征向量”的步骤进一步包括：

对所述噪声信号执行梅尔倒谱系数计算和归一化计算；以及

根据计算结果获取所述噪声信号的频谱特征向量。

方案7、根据方案6所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述车辆安全预警方法还包括：在根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车之前，获取车辆急刹车的频谱特征向量经验值和音量阈值。

方案8、根据方案7所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车”的步骤进一步包括：

当所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值相匹配并且所述噪声信号的音量达到或超过所述音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。

方案9、根据方案1至8中任一项所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述车辆安全预警方法还包括：

当判定前方有车辆急刹车时，向驾驶员发出预警，并且/或者生成使车辆制动的制动信号。

方案10、一种基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述车辆安全预警系统包括：

噪声采集单元，其用于采集车辆前方的噪声信号；和

控制单元，其能够提取所述噪声采集单元采集到的噪声信号的信号特征并根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

方案11、根据方案10所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述噪声采集单元包括指向性传声器或指向性传声器阵列。

方案12、根据方案11所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述指向性传声器或指向性传声器阵列设置在所述车辆的头部。

方案13、根据方案10所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述信号特征包括频谱特征向量和音量，所述控制单元能够获取所述噪声信号的频谱特征向量和音量。

方案14、根据方案13所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述控制单元能够对所述噪声信号执行梅尔倒谱系数计算和归一化计算，并且能够根据计算结果获取所述噪声信号的频谱特征向量。

方案15、根据方案14所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述车辆安全预警系统还包括存储单元，所述存储单元中存储有频谱特征向量经验值和音量阈值。

方案16、根据方案15所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述控制单元能够将所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值进行比较以及将所述噪声信号的音量与所述音量阈值进行比较，并且能够在所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值相匹配并且所述噪声信号的音量达到或超过所述音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。

方案17、根据方案10至16中任一项所述的基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述车辆安全预警系统还包括预警单元，当所述控制单元判定前方有车辆急刹车时，所述预警单元向驾驶员发出预警，并且/或者所述控制单元控制车辆采取制动措施。

附图说明

图1是本发明的基于噪声的车辆安全预警方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。需要说明的是，在本发明的实施方案中，所述车辆可以是任何类型的车辆，包括但不限于传统燃油汽车和新能源电动汽车。

本发明的基于噪声的车辆安全预警系统包括依次连接的噪声采集单元、控制单元和预警单元，本发明的基于噪声的车辆安全预警系统还包括与控制单元相连接的存储单元，其中，噪声采集单元用于采集车辆前方的噪声信号，预警单元用于向驾驶员发出预警，存储单元用于存储频谱特征向量经验值和音量阈值；控制单元用于将噪声采集单元采集的噪声信号与存储单元存储的频谱特征向量经验值和音量阈值进行匹配，并且用于控制预警单元向驾驶员发出预警。进一步，本发明的基于噪声的车辆安全预警系统(尤其是控制单元和存储单元)优选地通过汽车head unit(汽车中控装置)来实现，或者本领域技术人员还可以根据需要通过任何合适的车载模块来实现该系统。并且，该控制单元和存储单元可以采用任何合适的物理形式，在这方面作出的改变都不偏离本发明的基本原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明的基于噪声的车辆安全预警方法主要包括：步骤S100，采集车辆前方的噪声信号；步骤S200，获取所述噪声信号的信号特征；可选的步骤S300，通过反复试验来获取车辆急刹车的频谱特征向量经验值和音量阈值；步骤S400，根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

具体地，在步骤S100中，可以通过设置在车辆头部的噪声采集单元(例如指向性传声器或传声器阵列)持续地采集车辆正前方的噪声信号。需要说明的是，此处可以采用能够采集车辆前方噪声信号的任何类型的声音传感器来执行噪声信号采集工作，而不是仅仅局限于传声器，并且该指向性传声器具体是指能够接受车辆正前方的噪声信号并能够尽量排除车辆其他方位上噪声信号干扰的传声器，例如强指向传声器。总而言之，本发明的保护范围不局限于噪声信号采集装置的具体类型，只要能够采集车辆正前方的噪声信号，该采集装置可以采用任何适当的形式，并且可以安装在车辆上任何适当的位置。

进一步，在满足噪声信号能够被准确采集的情况下，设置在车辆头部的指向性传声器可以是一个，也可以是成一定规则布置的多个(即指向性传声器阵列)，以便通过该指向性传声器阵列能够提高采集到的噪声信号的准确度和完整度，为后续噪声处理的工作提供可靠的依据。本领域技术人员能够理解的是，尽管本发明是以指向性传声器为例对车辆前方的噪声信号进行采集的，但是很明显，除了指向性传声器外，还可以通过无指向传声器来采集噪声信号，然后根据采集到的噪声的频率、长短、振幅等特征来筛选出来自车辆正前方的噪声信号。

具体地，在步骤S200中，将步骤S100中指向性传声器采集到的噪声信号通过梅尔倒谱系数计算和归一化计算来获得频谱特征向量，同时计算出该噪声信号的音量。需要说明的是，通过频率倒谱能够获得噪声的频率；而梅尔频率倒谱相对于普通的对数倒谱中的线性间隔的频带更能近似人类的听觉系统，因此这种频率弯曲可以更好地表示声音；进一步，梅尔倒谱系数则为组成梅尔频率倒谱的系数。还需要说明的是，归一化计算用于将梅尔倒谱计算中用到的一系列滤波器进行归一化处理。梅尔倒谱系数计算和归一化计算本身是本领域技术人员常用且能够理解的手段，所以在此不作详细说明。除此之外还需要说明的是，这里的音量是指采集到的噪声的能量，具体公式可以表现为：

其中，x_i为采集的音频PCM数据，E为音量结果，N为一帧音频数据的采样个数。

进一步，上述运算可以在控制单元内完成，或者本领域技术人员可根据需要设置与控制单元相连接的处理单元，用于处理上述运算。当所述运算在控制单元内完成时，控制单元可以包括相应的处理模块。

具体地，在可选的步骤S300中，可以选取目前市场上所有常用的汽车刹车装置进行急刹车试验，然后对每个汽车刹车装置分别进行急刹车试验。更具体地，分别对每个汽车刹车装置进行急刹车的刹车音测试，并按依次远离的顺序分别对每个汽车刹车装置的刹车音进行数据采集，记录测试结果，对该测试结果通过梅尔倒谱系数的方法进行计算分析，然后根据计算分析结果设定急刹车的频谱特征向量经验值和音量阈值。此外，本领域技术人员也可以根据需要通过其他任何形式获得急刹车音的频谱特征向量经验值和音量阈值，只要该频谱特征向量经验值和音量阈值能够尽可能准确地区分普通力度的刹车和急刹车即可。

具体地，在步骤S400中，当由步骤S200获得的噪声信号的频谱特征向量与由步骤S300获得的频谱特征向量经验值相匹配(即，相似度满足设定值，例如相似度为85％)时，且由步骤S200获得的噪声信号的音量达到或超过由步骤S300获得的音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。本领域技术人员能够理解是，保证频谱特征向量与频谱特征向量经验值满足设定的相似度的同时，保证音量也达到或超过音量阈值时才能判定前方有车辆急刹车，能够有效地提高判定结果的准确性。本领域技术人员能够的是，采集的频谱特征向量与频谱特征向量经验值相似度的设定值不仅限于85％，根据应用环境不同，该设定值的大小还可以采用其它值，例如80％，只要能够准确地区分刹车噪声与其他噪声即可。

最后，在一个可选的步骤中，根据步骤S400中对前方是否有车辆急刹车的判定结果，通过预警单元(例如车内警示灯和/或车内扬声器)提醒驾驶员做出相应的动作，并且/或者同时通过控制单元命令车辆制动器进行制动。具体地，当前方有车辆进行急刹车时，可通过但不限于点亮车内警示灯、车内语音播放警示音或车内扬声器播放急刹车声音的方式来提醒驾驶员，以便驾驶员能够反应过来并操纵汽车，例如减速刹车、靠边停车。当前方没有车辆急刹车时，不对驾驶员作任何提醒。本领域技术人员能够理解的是，当前方有车辆进行急刹车时提醒驾驶员的目的在于，使驾驶员将注意力集中到或重新回到车辆行驶的前方路面上，防止驾驶员因疲劳驾驶或开车分神来不及反应而引发交通事故。进一步，除了上述提醒驾驶员的方式外，还可以通过其他装置或其他方式来提醒驾驶员，例如，正常行车时驾驶员能够始终触碰到的座椅振动器、能够吹拂驾驶员的喷气装置等。

本领域技术人员容易理解的是，基于噪声的车辆安全预警系统优选地在车辆启动时自动开启，或者本领域技术人员也可以根据需要将其设置成由人工手动开启。此外，可以在该提醒系统中设置相应的程序，使得当驾驶员主动对车辆进行紧急刹车时，该提醒系统不会发出提醒。

综上所述，在本发明的优选实施方案中，通过安装在车辆头部的指向性传声器或指向性传声器阵列来采集车辆前方的噪声信号，并通过梅尔倒谱系数计算和归一化计算获得该噪声的频谱特征向量，同时计算噪声信号的音量，根据该噪声的频谱特征向量是否与频谱特征向量经验值相匹配，以及该噪声的音量是否达到或超过音量阈值，进而判断前方是否有车辆急刹车，根据判断结果确定是否向驾驶员发出预警。通过本发明的方法能够在前方有车辆刹车时及时提醒驾驶员，尤其是在驾驶员疲劳驾驶和开车分神时，使驾驶员执行刹车减速或制动停车的操作，有效地避免了因驾驶员反应不及时而导致发生交通事故的危险。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

采集车辆前方的噪声信号；

获取所述噪声信号的信号特征；以及

根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。

2.根据权利要求1所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“采集车辆前方的噪声信号”的步骤进一步包括：

通过传声器采集车辆正前方的噪声信号。

3.根据权利要求2所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述传声器是指向性传声器或指向性传声器阵列。

4.根据权利要求3所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述指向性传声器或指向性传声器阵列设置在所述车辆的头部。

5.根据权利要求1所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述信号特征包括频谱特征向量和音量，

所述“获取所述噪声信号的信号特征”的步骤进一步包括：获取所述噪声信号的频谱特征向量和获取所述噪声信号的音量。

6.根据权利要求5所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“获取所述噪声信号的频谱特征向量”的步骤进一步包括：

对所述噪声信号执行梅尔倒谱系数计算和归一化计算；以及

根据计算结果获取所述噪声信号的频谱特征向量。

7.根据权利要求6所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述车辆安全预警方法还包括：在根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车之前，获取车辆急刹车的频谱特征向量经验值和音量阈值。

8.根据权利要求7所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述“根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车”的步骤进一步包括：

当所述噪声信号的频谱特征向量与所述频谱特征向量经验值相匹配并且所述噪声信号的音量达到或超过所述音量阈值时，判定前方有车辆急刹车。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于噪声的车辆安全预警方法，其特征在于，所述车辆安全预警方法还包括：

当判定前方有车辆急刹车时，向驾驶员发出预警，并且/或者生成使车辆制动的制动信号。

10.一种基于噪声的车辆安全预警系统，其特征在于，所述车辆安全预警系统包括：

噪声采集单元，其用于采集车辆前方的噪声信号；和

控制单元，其能够提取所述噪声采集单元采集到的噪声信号的信号特征并根据所述信号特征判断前方是否有车辆急刹车。