CN109044381A - 驾驶装置及疲劳驾驶检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种驾驶装置及疲劳驾驶检测系统，包括驾驶设备骨架和包裹在所述骨架上的导热材料，所述导热材料内部设有至少一个光纤光栅，所述光纤光栅贴住所述导热材料设置。根据本申请实施例提供的技术方案，首先通过在驾驶设备中设置光纤光栅传感器，通过光纤光栅传感器实时感受来自外界的横向挤压、轴向拉伸以及温度等变化，从而监控该驾驶设备的弹性形变的情况来检测作用于驾驶设备上的握力，以及监控温度的变化检测是否有手触摸在驾驶设备上等；进一步的将获取的温度以及轴线拉伸等力进行监控，对当前的驾驶状态进行判断，判断当前是否规范驾驶或者是否存在疲劳驾驶的情况，及时的进行报警提醒。
Description
技术领域
本发明一般涉及传感器检测领域，尤其涉及驾驶装置及疲劳驾驶检测系统。
背景技术
疲劳驾驶是指机动车驾驶员由于长时间连续驾驶机动车，造成驾驶员在心理上产生厌烦情绪和生理上产生疲倦，从而导致驾驶员对机动车的操作能力急剧下降的现象。为了避免此类事件的发生，需要对驾驶员进行有效的疲劳检测。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种驾驶装置以及疲劳驾驶检测系统。
第一方面，提供一种驾驶装置，包括驾驶设备骨架和包裹在所述骨架上的导热材料，所述导热材料内部设有至少一个光纤光栅，所述光纤光栅贴住所述导热材料设置。
第二方面，提供疲劳驾驶检测系统，包括上述的驾驶装置，用于实时检测不同驾驶设备当前位置的温度和应力值并将所述温度和应力值发送至解调系统；
解调系统，用于接收所述温度和应力值并根据所述温度和应力值的变化制定温度阈值和应力值阈值，将所述温度和应力值、温度阈值和应力值阈值发送至控制器；
控制器，用于将当前温度与温度阈值比较，应力值与应力值阈值比较，根据比较结果选择控制报警装置报警与否；
报警装置，用于根据控制器的比较结果进行报警。
根据本申请实施例提供的技术方案，首先通过在驾驶设备中设置光纤光栅传感器，通过光纤光栅传感器实时感受来自外界的横向挤压、轴向拉伸以及温度等变化，从而监控该驾驶设备的弹性形变的情况来检测作用于驾驶设备上的握力，以及监控温度的变化检测是否有手触摸在驾驶设备上等；进一步的将获取的温度以及轴线拉伸等力进行监控，对当前的驾驶状态进行判断，判断当前是否规范驾驶或者是否存在疲劳驾驶的情况，及时的进行报警提醒。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中驾驶装置结构示意图；
图2为本发明实施例中驾驶员手放在光纤光栅处时传感示意图；
图3为本发明实施例中疲劳驾驶检测系统结构示意图；
图4为本发明实施例中光纤光栅温度传感原理图；
图5为本发明实施例中光纤光栅应力传感原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本实施例提供一种驾驶装置，包括驾驶设备骨架3和包裹在所述骨架3上的导热材料1，所述导热材料1内部设有至少一个光纤光栅2，所述光纤光栅2贴住所述导热材料1设置。
本实施例中在驾驶设备中设置光纤光栅传感器，且在驾驶设备外部包裹导热材料，通过光纤光栅传感器实时感受来自外界的压力以及温度变化，从而监控该驾驶设备的弹性形变进一步监控作用于该驾驶设备上的握力以及是否有手触摸在驾驶设备上等。
如图4所示为光线光栅温度传感的原理图，在所有引起光纤光栅波长移位的外界因素中，将导致光栅周期Λ和光纤的有效折射率neff随外部因素发生变化，这两个非常重要的参数将最终导致光栅波长的移动；中心波长的公式：λB＝2neff*A，其中，λB是反射回来的入射光在自由空间的中心波长，neff是线芯的有效折射率，Λ是光栅周期；对上述公式等号两边求微分再求导可得：其中，ζ为光纤材料的热光系数，α为光纤的线性热膨胀系数；图4原理图中所示的为当光纤光栅处在温度场中，光纤光栅会吸收热能进而引起自身发生变化，致使反射谱产生变化；
图5为光纤光栅应力传感原理图，应变传感公式为：ΔλB＝(1-Pe)ε*λB，其中，Pe为光纤光栅的有效弹光系数，ε为介电常数；图5中所示的轴向应变传感模型指当光纤光栅受到挤压或者拉伸直接导致光栅周期变小或者增大，同时也会引起光纤材料的弹光效应改变纤芯有效折射率。
进一步的，所述光纤光栅2为双波长光纤光栅。本实施例在实现过程中需要同步测量温度及应力大小，于是就存在交叉敏感问题；可以通过双波长光纤光栅法解决；在光纤光栅处同一位置上，重叠地将反射中心波长不同的光栅分别写入；当此光栅受到来自温度与应力场同时作用时，不同的光栅具有不同的反射中心波长，他们的偏移量也不同，其主要利用的原理是不同中心波长的光纤光栅在测量温度和应力时其灵敏度不同的特性。使得该光纤光栅传感器分别对温度和应力进行检测，并且不会出现交叉敏感产生的检测不准确的问题。
进一步的，所述光纤光栅2与所述骨架3之间还设有有机聚合物衬底4，所述有机聚合物衬底4为块状结构。本实施例中采用导热材料包裹骨架，一般使用导热ABS塑胶，其热传导率较好，为一般塑料的50-100倍，光纤光栅放置在导热材料内侧，紧密贴合该导热材料设置，同时在光纤光栅与骨架之间放置有机聚合物衬底，该结构具有高膨胀系数，依靠该有机聚合物衬底的带动作用，使得光纤光栅产生更大的轴向应变，从而起到增敏的效果。进一步的将该有机聚合物衬底制作成块状结构，使得放置在前面的光纤光栅灵敏度更高，且块状结构更容易放置，设备制备更加简单。
进一步的，所述驾驶设备至少包括方向盘。本实施例中在驾驶设备上增设光纤光栅且包裹导热材料，通过光纤光栅对驾驶设备上是否有人手触摸以及人手触摸的力度进行检测，其中优选的在方向盘上设置光纤光栅，在驾驶过程中驾驶员必须要触摸方向盘，将上述传感器设置在方向盘上能够随时检测该驾驶员是否两只手均触摸在方向盘上，若在驾驶过程中两只手没有都触摸在方向盘上，根据情况进行提醒报警；并且根据该驾驶员的驾驶习惯以及常用的触摸握力判断该驾驶员当前是否正常驾驶，如果发生握力较小的情况，则推测该驾驶员当前的驾驶状态，在异常的情况下进行报警，提醒驾驶员注意。
进一步的，多个所述光纤光栅2均匀设置在所述导热材料1内部，相邻所述光纤光栅2之间的光纤固定在所述导热材料上。本实施例中在方向盘上设置光纤光栅进行温度和应力的检测，为了保证检测的准确性和灵敏度，将多个光纤光栅均匀设置在方向盘的内部，实际可根据具体情况设置个数，相邻的光纤光栅之间的光纤固定起来，如图1中5的位置，防止相互之间产生影响。
进一步的，所述驾驶设备还包括喇叭或者档把或者轮胎。本实施例中还可以在喇叭或者档把处设置该光纤光栅，和方向盘上的结构一起进行驾驶员驾驶动作的检测，以便于在驾驶员正常驾驶过程中出现换挡或者按喇叭等正常的行为出现误判，造成错误报警的情况。
如图2所示，本实施例中驾驶员手放在光纤光栅处时传感示意图，以方向盘为例，温度场传感示意：手握方向盘时温度场会通过导热ABS塑胶传导至光纤光栅处，导致中心波长λB发生变化，一般精度在1.5℃左右，长时间测量稳定后温度场完全可辨认出光纤光栅处是否存在手握方向盘的行为，通过整个圆形方向盘的监控，即可鉴定驾驶员是否双手都握住方向盘，存在违规操作；此外，可以在喇叭和/或者档把处安放此类传感器，同步检测；应力场传感示意：由于ABS塑胶具有强伸缩性和延展性，手握方向盘的握力通过传导到光纤光栅衬底上分解为上下两个方向上的轴向拉力，导致中心波长λB发生变化，灵敏度较温度传感更高，可以有效监控驾驶员握力大小，并与标准握力值相对比，推测驾驶员目前驾驶状态，异常情况下报警处理。
如图3所示，本实施例还提供一种疲劳驾驶检测系统，包括上述的驾驶装置，用于实时检测不同驾驶设备当前位置的温度和应力值并将所述温度和应力值发送至解调系统；
解调系统，用于接收所述温度和应力值并根据所述温度和应力值的变化制定温度阈值和应力值阈值，将所述温度和应力值、温度阈值和应力值阈值发送至控制器；
控制器，用于将当前温度与温度阈值比较，应力值与应力值阈值比较，根据比较结果选择控制报警装置报警与否；
报警装置，用于根据控制器的比较结果进行报警。
本实施例中的驾驶装置对驾驶设备当前的温度以及应力值进行检测，并将当前的温度和应力值发送至解调系统，解调系统进行温度阈值和应力阈值的设定，在初次使用的时候解调系统首先对温度和应力值进行收集和保存；控制器将每次检测到的温度和应力值与设定的阈值进行比较，根据比较的结果进行报警。
进一步的，还包括车辆状态检测单元，用于对车辆当前状态进行检测，确定车辆处于驾驶状态还是非驾驶解锁状态；
所述控制器还用于在非驾驶解锁状态时将当前温度与应力值进行保存，在驾驶状态时将当前温度与温度阈值比较、当前应力值与应力值阈值比较。
本实施例中光纤光栅在进行温度和应力值检测的时候需要进行车辆状态的区分，当车辆处于驾驶状态和非驾驶解锁状态时需要进行不同的操作，驾驶状态时根据检测的温度和应力值进行驾驶员状态的确定，温度和应力值与设定阈值进行比较，及时的发现驾驶员的驾驶状态是否存在异常；当车辆处于非驾驶状态时，此时会有两种情况，车辆未解锁即车辆未使用，此时没有必要进行数据的检测，或者车辆处于解锁状态，此时车辆处可能是处于刚启动或者暂时停止等红绿灯的状态等等，此时对当前的温度和应力值进行检测以及保存，向整个疲劳驾驶检测系统补充温度值和应力值，使得该系统获取的数据越来越多，设置的温度阈值和应力值阈值的范围更加合适，该系统对驾驶员的驾驶状态监控更加的准确。
进一步的，所述“根据比较结果选择控制报警装置报警与否”具体为：若当前温度低于温度阈值且多个当前温度接近，则控制报警装置进行一级报警；
若同一驾驶设备上其中一处当前温度位于所述温度阈值内，则控制报警装置进行二级报警。
本实施例中限定了报警的具体情况，若检测的多个温度信息接近且都低于温度阈值，则此时可判断方向盘等驾驶设备无手握的情况，则进行一级报警，可以限定该一级报警的方式；若同一驾驶设备上的当前温度为正常值，则可以说明当前只有一只手作用于该驾驶设备，本实施例中的驾驶设备必然包括方向盘，即方向盘上检测到一处温度正常时，此时方向盘上只有一只手进行驾驶，此时可以判定为单手驾驶的状态，此时判断驾驶员对方向盘的控制程度减弱，存在驾驶风险，进行二级报警，可以限定二级报警弱于一级报警的程度，对驾驶员进行提醒。本实施例中进行温度检测和比较的驾驶设备至少为方向盘，通过对方向盘上作用手的检测对驾驶员的驾驶状态进行判断，及时的进行提醒；进一步的，若驾驶设备还包括了其他装置，例如喇叭或者档把等，此时需要综合考虑不同驾驶设备上的温度信息进行驾驶状态的监控，例如当检测到方向盘上只有一处温度位于温度阈值内时，对喇叭或者档把处的温度同时进行检测，若此时喇叭或者档把处的温度也位于温度阈值内，则说明驾驶员在驾驶过程中进行正常的按喇叭或者换挡的动作，则根据情况无需进行报警。
进一步的，还包括：若当前应力值低于设定阈值且不为零，则控制报警装置进行三级报警。本实施例中除了根据驾驶设备上的温度值确定作用在驾驶设备上手的数量，进一步确定是否在正常驾驶；此外，还实时的对驾驶设备上的应力值进行检测，根据驾驶员正常驾驶时的握力数据得到应力值阈值，当前的应力值若不为零，则说明驾驶员对该驾驶设备有控制，同时该应力值低于设定阈值，可以判断当前驾驶员对驾驶设备的控制程度减弱，存在驾驶风险或者疲劳驾驶的情况，此时进行三级报警，与其他情况区分开，提醒驾驶员注意当前的状态。
本实施例中将获取的温度以及轴线拉伸等力进行监控，对当前的驾驶状态进行判断，判断当前是否规范驾驶或者是否存在疲劳驾驶的情况，及时的进行报警提醒。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种驾驶装置，其特征在于，包括驾驶设备骨架和包裹在所述骨架上的导热材料，所述导热材料内部设有至少一个光纤光栅，所述光纤光栅贴住所述导热材料设置。
2.根据权利要求1所述的驾驶装置，其特征在于，所述光纤光栅为双波长光纤光栅。
3.根据权利要2所述的驾驶装置，其特征在于，所述光纤光栅与所述骨架支架之间还设有有机聚合物衬底，所述有机聚合物衬底为块状结构。
4.根据权利要求1-3任一所述的驾驶装置，其特征在于，所述驾驶设备至少包括方向盘。
5.根据权利要求4所述的驾驶装置，其特征在于，多个所述光纤光栅均匀设置在所述导热材料内部，相邻所述光纤光栅之间的光纤固定在所述导热材料上。
6.根据权利要求4所述的驾驶装置，其特征在于，所述驾驶设备还包括喇叭或者档把或者轮胎。
7.一种疲劳驾驶检测系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的驾驶装置，用于实时检测不同驾驶设备当前位置的温度和应力值并将所述温度和应力值发送至解调系统；
解调系统，用于接收所述温度和应力值并根据所述温度和应力值的变化制定温度阈值和应力值阈值，将所述温度和应力值、温度阈值和应力值阈值发送至控制器；
控制器，用于将当前温度与温度阈值比较，应力值与应力值阈值比较，根据比较结果选择控制报警装置报警与否；
报警装置，用于根据控制器的比较结果进行报警。
8.根据权利要求7所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，还包括车辆状态检测单元，用于对车辆当前状态进行检测，确定车辆处于驾驶状态还是非驾驶解锁状态；
所述控制器还用于在非驾驶解锁状态时将当前温度与应力值进行保存，在驾驶状态时将当前温度与温度阈值比较、当前应力值与应力值阈值比较。
9.根据权利要求7所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，所述“根据比较结果选择控制报警装置报警与否”具体为：若当前温度低于温度阈值且多个当前温度接近，则控制报警装置进行一级报警；
若同一驾驶设备上其中一处当前温度位于所述温度阈值内，则控制报警装置进行二级报警。
10.根据权利要求9所述的疲劳驾驶检测系统，其特征在于，进一步的，还包括：若当前应力值低于设定应力值阈值且不为零，则控制报警装置进行三级报警。
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