CN107458224A - 一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，包括电子油门控制系统、肌电信息采集模块、误操作判断模块、语音提示模块；肌电信息采集模块用于实时采集驾驶员右腿踩踏踏板时主要发力肌肉的表面肌电信号；误操作判断模块根据肌电信息采集模块采集的驾驶员肌肉表面肌电信号及踏板位移传感器发送的踏板位置变化信息，判断驾驶员是否存在误踩踏板操作，并根据判断结果向语音提示模块和ECU发送控制信号；语音提示模块接受误操作判断模块控制发出语音提醒；ECU接收误操作判断模块控制信号，决定是否响应踏板动作。本发明通过测量右腿肌肉的肌电信号来更精确辨别驾驶员是否误踩踏板，发出语音提醒并进行延时响应以避免交通事故的发生。

Description

一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置

技术领域

本发明涉及一种汽车辅助设备，具体涉及一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置。

背景技术

随着经济的发展与社会的进步，我国汽车保有量逐年增加，一些问题也随之而来。我国大部分驾驶员依然是驾龄小于三年的新司机，有很多事故是由于新手司机在驾驶汽车过程中，自身注意力不集中或驾驶技能不达标，因刹车踏板与油门踏板的布置位置接近，且同由右脚操控，在某些情况下误将油门当刹车，以至酿成交通事故。因此设计防止踏板误操作的装置是很有必要的，而目前已有的专利一般都是仅仅靠测量踩踏板的力或加速度的大小来判别是否误踩，并直接进行制动。这类的判别准确度低，当驾驶员进行正常操作时可能被判断为误踩油门而导致汽车在超车、变道过程中被强行制动，这样存在很大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是弥补当前识别踏板误操作装置所存在的不足，提供一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，通过测量右腿四块主要肌肉的肌电信号来更精确辨别驾驶员是否误踩油门踏板，发出语音提醒并进行延时响应以避免交通事故的发生。

人体的肌肉是存在肌肉记忆的，当驾驶员的操作意图为制动或减速时，右腿肌肉会进行相应的收缩，相对应的各块肌肉的激活程度处于一定的范围内，而踩刹车与踩油门时右腿的动作轨迹、发力过程均有差别，所以两者的肌肉记忆模式不同，因此两个动作的肌肉激活程度变化也是不同的。而当驾驶员误踩油门时，其驾驶意图为制动或减速，因此其右腿肌肉的激活程度更接近于踩制动踏板时肌肉的激活程度。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，包括电子油门控制系统，所述电子油门控制系统包括踏板位移传感器、ECU、受ECU控制的伺服电动机、受伺服电动机驱动的节气门执行机构，还包括肌电信息采集模块、误操作判断模块、语音提示模块；所述误操作判断模块分别与肌电信息采集模块、语音提示模块、电子油门控制系统的ECU及踏板位移传感器通讯连接；所述肌电信息采集模块用于实时采集驾驶员右腿踩踏踏板时主要发力肌肉的表面肌电信号并向误操作判断模块实时传输；误操作判断模块根据肌电信息采集模块采集的驾驶员肌肉表面肌电信号及踏板位移传感器发送的踏板位置变化信息，判断驾驶员是否存在误踩踏板操作，并根据判断结果向语音提示模块和ECU发送控制信号；语音提示模块接受误操作判断模块控制发出语音提醒；ECU接收误操作判断模块控制信号，决定是否相应踏板动作。

所述的一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，其中，肌电信息采集模块主体为便携式表面肌电信号采集装置，其通过与驾驶员腿部接触的电极片实时采集驾驶员右腿胫骨前肌、腓肠肌、股直肌及腘绳肌的表面肌电信号。

所述的一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，其中，误操作判断模块的工作过程为：

1)误操作判断模块根据肌电信息采集模块实时采集的驾驶员右腿肌肉表面肌电信号计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度；

2)误操作判断模块将计算出的驾驶员右腿肌肉实时激活程度与预先设定的四类情况下驾驶员右腿肌肉激活程度相对比，所述四类情况分别为正常踩踏油门、正常踩踏制动、急踩油门、紧急制动的肌肉激活程度变化趋势范围；若驾驶员右腿肌肉实时激活程度变化趋势与预先设定的驾驶员正常踩踏制动或紧急制动情况的变化趋势范围吻合时，误操作判断模块继续读取油门踏板位移传感器传来的油门踏板位置变化信息；若油门踏板位置无变化，则继续采集并计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度；若油门踏板位置发生变化，则进入步骤3)；

3)当误操作模块从踏板位移传感器读取到踏板位置变化信息时，误操作模块将驾驶员此次踩踏踏板操作判定为驾驶员误踩踏板操作，同时误操作模块与电子油门控制系统的ECU通信，使ECU在随后的3秒内不发出据此次踏板位移变化计算出的电子油门控制信号，汽车不响应踏板操作；与此同时误操作模块向语音提醒模块发出信号，语音提醒模块播放提示语音，以提醒驾驶员可能误踩踏板；若踏板位移传感器检测到踏板的位置变化3秒后仍不消失，表明误操作模块出现了误判现象，进入步骤4)；

4)当踏板位移传感器检测到踏板的位置变化已持续3秒而不消失时，表明此时驾驶员操作与其操作意图相符，误操作模块出现了误判，ECU即刻发出与踏板位移量相对应的电子油门控制信号，使伺服电机正常控制节气门的开度变化，汽车正常响应踏板操作。

所述的一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，其中，步骤1)误操作判断模块计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度，其肌肉激活程度的计算过程如下：

在驾驶员首次使用肌电信息采集模块时，进行标定大腿肌肉最大自主收缩状态的测试，记录下最大自主收缩状态下的肌肉电信号数值，则为肌肉的最大自主收缩电信号；驾驶员正常驾驶过程中实时采集的肌肉电信号强度值A_n与最大自主收缩电信号强度的比值A_n/A_mvc即为该时刻肌肉的激活程度，记为A_％

本发明的有益效果是：通过实时采集右腿肌肉的表面肌电信号，得出当前时刻胫骨前肌、右腓肠肌、右股直肌、右腘绳肌四块肌肉的激活程度。并与踩制动踏板时四块肌肉对应的激活程度变化趋势的范围对比，提高了判别准确性，并且语音提醒及油门踏板的延迟响应，在有效提醒驾驶员的同时，减低了因误踩而导致交通事故的可能性。由于驾驶员之间存在个体差异，因此误判的行为是无法完全避免的，但本发明在判定为驾驶员误踩油门后并不直接进行强制制动，而是油门踏板位移信号持续输入3秒以上后开始正常响应加速，从而有效避免了当系统误判时在行车过程可能产生的安全隐患。

附图说明

图1为本发明的原理框图

图2为本发明的工作流程图

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明进行更加具体的解释说明。

人体的肌肉是存在肌肉记忆的，当驾驶员的操作意图为制动或减速时，右腿肌肉会进行相应的收缩，相对应的各块肌肉的激活程度处于一定的范围内，而踩刹车与踩油门时右腿的动作轨迹、发力过程均有差别，所以两者的肌肉记忆模式不同，因此两个动作的肌肉激活程度变化也是不同的。而当驾驶员误踩油门时，其驾驶意图为制动或减速，因此其右腿肌肉的激活程度更接近于踩制动踏板时肌肉的激活程度。

参照图1，一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，主要包括：肌电信息采集模块、电子油门控制系统、误操作判断模块、语音提示模块。所述肌电信息采集模块1主体为便携式表面肌电信号(SEMG)采集装置，供电方式为内部电池供电，通过与驾驶员腿部接触的电极片实时采集驾驶员右腿踩踏踏板时主要发力肌肉即胫骨前肌、腓肠肌、股直肌与腘绳肌四块肌肉的表面肌电信号，肌电信息采集模块1与误操作判断模块2连接并向后者实时传输所采集的肌电信号。语音提示模块3与误操作判断模块2相连，接受其控制发出语音提醒，该实例中语音提示为连续的两声“加速”，语音提示模块3直接连接车载USB接口以供电。此外误操作判断模块2还分别与电子油门控制系统的ECU5以及踏板位移传感器4连接，该电子油门控制系统为原车所安装的电子油门系统。在本发明中主要用到电子油门系统中的踏板位移传感器4、电子油门控制系统ECU5、受ECU控制的伺服电动机6及受伺服电动机6驱动的节气门执行机构7。踏板位移传感器4用来检测油门踏板位移变化量，伺服电动机6用来驱动节气门执行机构7控制节气门开度变化。以上均为现有技术，不进行赘述。

结合图2，对本发明一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置的工作原理包括的步骤进行详细说明：

1)将可佩带式的肌电信号电极片佩戴至驾驶员的右腿上，用来实时采集驾驶员右腿胫骨前肌、右腓肠肌、右股直肌、右腘绳肌的这四块踩踏踏板主要发力肌肉的电信号强度，并将该信息传输给与之连接的误操作判断模块，并由误操作判断模块计算得出此时各块肌肉的激活程度。

其中，肌肉激活程度的计算过程如下，在驾驶员首次使用该装置时，进行大腿肌肉的MVC测试，即标定肌肉最大自主收缩状态的测试，保持测试标准动作并缓慢发力，3到5秒后达最大值，并维持该状态3秒，并记录下最大自主收缩状态下的肌肉电信号数值，再重复此动作两次，分别得出三次的数值A₁、A₂、A₃并取A_mvc＝(A₁+A₂+A₃)/3，为该块肌肉的最大自主收缩电信号，每块肌肉需分别测量。误操作模块记录右腿胫骨前肌、右腓肠肌、右股直肌、右腘绳肌在最大自主收缩状态下的数值，并分别记为A_mvc、B_mvc、C_mvc和D_mvc。以胫骨前肌为例，驾驶员正常驾驶过程中实时采集的该块肌肉电信号强度值A_n与最大自主收缩电信号强度的比值A_n/A_mvc即为该时刻此肌肉的激活程度，记为A_％。

2)将实时得到的右腿胫骨前肌、腓肠肌、股直肌和腘绳肌的激活程度分别记作A_％、B_％、C_％和D_％，误操作判断模块将此时的激活程度与之前大量实验所采集的四类情况下驾驶员右腿此四块肌肉的激活程度相对比，实验中测定四类动作，即正常踩踏油门、正常踩踏制动、急踩油门、紧急制动的肌肉激活程度变化趋势范围。若此四块肌肉的实时激活程度变化趋势与预先设定的驾驶员正常减速或紧急制动情况变化趋势范围吻合时，误操作判断模块读取油门踏板位移传感器传来的油门踏板位置变化信息，若油门踏板位置无变化，则系统返回上一状态继续采集并计算肌肉激活程度；若油门踏板位置发生变化，则进入步骤3)。

本例中作为判断依据的驾驶员正常减速和紧急制动范围分别通过大量实验测量驾驶员得出激活程度的上下限，实验仪器为美国BIOPAC多导生理记录仪，将与生理记录仪相连的电极片贴在被测者的右腿的胫骨前肌、腓肠肌、股直肌和腘绳肌，其中四类工况指让被测者控制车辆正常加速、正常减速，急加速和突然进行本能的紧急制动，并采集得出此四类过程的肌肉激活程度的变化趋势。

3)当误操作模块2读取到位移传感器4发来的位置变化信息(即位移存在变化)时，误操作模块据此将此次加速行为判定为驾驶员误踩踏板，同时误操作模块与电子油门控制系统的ECU5通信，使ECU在随后的3秒内不发出据此位移变化计算出的电子油门控制信号，因此汽车并不马上响应加速操作。与此同时误操作模块2向语音提醒模块3发出信号，语音提醒模块通过内置的扬声器播放提示语音即两声“加速”，以提醒驾驶员可能误踩油门踏板，此时驾驶员听到语音提醒，意识到自己误踩油门，并放松油门踏板，在整个过程中由于ECU始终未发出控制信号，因此汽车不响应加速，防止踏板误操作装置系统功能到此完成。若位移传感器检测到油门踏板的位置变化3秒后仍不消失，即3秒后油门踏板位移传感器依然能检测到位移变化，表明驾驶员仍未松开油门踏板，则可能出现了误判现象，进入步骤4。

4)当位移传感器检测到油门踏板的位置变化已持续3秒而不消失时，表明此时驾驶员意图即为加速，但此驾驶员肌肉激活程度可能与误判断模块2内所设置的实验得出肌肉激活程度存在个体差异，因此可能被检测为误踩加速。ECU随后开始发出与油门踏板位移量相对应的电子油门控制信号，使伺服电机正常控制节气门的开度变化，汽车正常加速。

上述的描述仅为本发明的具体实施方法，而本领域的技术人员在无需进行创造性劳动所得出的各种形式变动或修改仍属于本专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，包括电子油门控制系统，所述电子油门控制系统包括踏板位移传感器、ECU、受ECU控制的伺服电动机、受伺服电动机驱动的节气门执行机构，其特征在于，还包括肌电信息采集模块、误操作判断模块、语音提示模块；所述误操作判断模块分别与肌电信息采集模块、语音提示模块、电子油门控制系统的ECU及踏板位移传感器通讯连接；所述肌电信息采集模块用于实时采集驾驶员右腿踩踏踏板时主要发力肌肉的表面肌电信号并向误操作判断模块实时传输；误操作判断模块根据肌电信息采集模块采集的驾驶员肌肉表面肌电信号及踏板位移传感器发送的踏板位置变化信息，判断驾驶员是否存在误踩踏板操作，并根据判断结果向语音提示模块和ECU发送控制信号；语音提示模块接受误操作判断模块控制发出语音提醒；ECU接收误操作判断模块控制信号，决定是否响应踏板动作。

2.如权利要求1所述的一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，其特征在于，所述肌电信息采集模块主体为便携式表面肌电信号采集装置，其通过与驾驶员腿部接触的电极片实时采集驾驶员右腿胫骨前肌、腓肠肌、股直肌及腘绳肌的表面肌电信号。

3.如权利要求1踏板误操作的提醒装置，其特征在于，所述误操作判断模块的工作过程为：

1)误操作判断模块根据肌电信息采集模块实时采集的驾驶员右腿肌肉表面肌电信号计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度；

2)误操作判断模块将计算出的驾驶员右腿肌肉实时激活程度与预先设定的四类情况下驾驶员右腿肌肉激活程度相对比，所述四类情况分别为正常踩踏油门、正常踩踏制动、急踩油门、紧急制动的肌肉激活程度变化趋势范围；若驾驶员右腿肌肉实时激活程度变化趋势与预先设定的驾驶员正常踩踏制动或紧急制动情况的变化趋势范围吻合时，误操作判断模块继续读取油门踏板位移传感器传来的油门踏板位置变化信息；若油门踏板位置无变化，则继续采集并计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度；若油门踏板位置发生变化，则进入步骤3)；

3)当误操作模块从踏板位移传感器读取到踏板位置变化信息时，误操作模块将驾驶员此次踩踏踏板操作判定为驾驶员误踩踏板操作，同时误操作模块与电子油门控制系统的ECU通信，使ECU在随后的3秒内不发出据此次踏板位移变化计算出的电子油门控制信号，汽车不响应踏板操作；与此同时误操作模块向语音提醒模块发出信号，语音提醒模块播放提示语音，以提醒驾驶员可能误踩踏板；若踏板位移传感器检测到踏板的位置变化3秒后仍不消失，表明误操作模块出现了误判现象，进入步骤4)；

4)当踏板位移传感器检测到踏板的位置变化已持续3秒而不消失时，表明此时驾驶员操作与其操作意图相符，误操作模块出现了误判，ECU即刻发出与踏板位移量相对应的电子油门控制信号，使伺服电机正常控制节气门的开度变化，汽车正常响应踏板操作。

4.如权利要求3所述的一种防止驾驶员踏板误操作的提醒装置，其特征在于，所述步骤1)误操作判断模块计算驾驶员右腿肌肉实时激活程度，其肌肉激活程度的计算过程如下：

在驾驶员首次使用肌电信息采集模块时，进行标定大腿肌肉最大自主收缩状态的测试，记录下最大自主收缩状态下的肌肉电信号数值，则为肌肉的最大自主收缩电信号；驾驶员正常驾驶过程中实时采集的肌肉电信号强度值A_n与最大自主收缩电信号强度的比值A_n/A_mvc即为该时刻肌肉的激活程度，记为A_％。