CN109398366A - 一种驾驶员时间压力状态的预警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶员时间压力状态的预警系统和方法，该系统在车上安装毫米波雷达、数据采集器和心率传感器等设备收集驾驶员的驾驶习惯参数，用于判断驾驶员是否处于时间压力状态，形成了驾驶员的时间压力状态预警系统；该方法包括：确定驾驶习惯参数；设定语音提示阈值和时间压力状态阈值；确定是否进行语音提示；确定驾驶员是否处于时间压力状态。本发明能够实时对驾驶员的驾驶状态进行监测和判断，并给于语音提示，避免驾驶员进入危险驾驶状态；对驾驶员是否处于时间压力状态作出判定，并对实时操作模式与正常操作模式比对，给予适当辅助，以达到安全驾驶的目的。

Description

一种驾驶员时间压力状态的预警系统和方法

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，尤其涉及一种驾驶员时间压力状态的预警系统和方法。

背景技术

时间压力已经成为危险驾驶行为的重要原因，特别是职业驾驶员需要在规定时间内到达目的地，这种情况增加了交通事故发生率。车辆运动参数和驾驶人生理指标能实时反映时间压力对驾驶行为的影响，可以作为驾驶员时间压力状态判断的依据。

当驾驶员处于时间压力时，驾驶人对环境的感知能力、对危险的判断能力和对车辆的操控能力都有不同程度的下降。相比于无时间压力状态，车辆行驶加速度和自车与前车间距离会出现显著变化，同时会出现驾驶员心跳及呼吸频率加快等症状。现有针对此方面的检测技术主要依据车辆运动参数，然而，在不同驾驶状态下，车辆运动参数会发生很大波动，如跟车过程中对车辆运动速度的影响不显著，而巡航过程中对前车时距影响不显著，这些都会影响检测准确性。因此，结合驾驶人生理指标，可以弥补这一缺陷，提高在不同驾驶模式中的检测准确性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种驾驶员时间压力状态的预警系统和方法，能够实时对驾驶员的驾驶状态进行监测和判断，并给于语音提示，避免驾驶员进入危险驾驶状态；对驾驶员是否处于时间压力状态作出判定，并对实时操作模式与正常操作模式比对，给予适当辅助，以达到安全驾驶的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

技术方案一：

一种驾驶员时间压力状态的预警系统，包括：毫米波雷达、多个心率传感器、数据采集器、单片机、语音提示器。

所述毫米波雷达的信号输出端与单片机的第一信号输入端电连接，多个所述心率传感器信号输出端分别与单片机的第二信号输入端电连接，所述数据采集器的信号输入端与自车的加速度传感器的信号输出端连接；所述数据采集器的信号输出端与单片机的第三信号输入端电连接，所述单片机的第一信号输出端与所述语音提示器电连接，所述单片机的第二信号输出端与自车的电机驱动电路模块电连接。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述单片机安装于自车车体内部；

所述毫米波雷达固定安装于自车车头最前部；

多个所述心率传感器探头均布于方向盘的圆周上；

所述数据采集器安装于自车的仪表盘内部；

所述语音提示器安装于自车内部。

(2)所述单片机上插有SD卡，用于扩充单片机的存储空间。

所述毫米波雷达，用于采集自车与前车之间的纵向距离，并将自车与前车之间的纵向距离发送给单片机；

所述心率传感器，用于采集驾驶员心率，并将驾驶员心率发送给单片机；

所述数据采集器，用于采集自车行驶的加速度，并将自车行驶的加速度发送给单片机；

所述单片机，用于根据自车与前车之间的纵向距离和自车行驶的加速度，确定语音提示阈值；

所述单片机，还用于根据驾驶员心率、自车与前车之间的纵向距离和自车行驶的加速度，确定驾驶员的时间压力状态阈值；

所述语音提示器，用于提醒驾驶员注意驾驶安全。

(3)还包括人脸识别器，所述人脸识别器的信号输出端与单片机的第四信号输入端电连接；

所述人脸识别器的感应部位对准驾驶员的面部；

所述人脸识别器用于采集驾驶员的面部信息，并将驾驶员的面部信息传输给单片机，用于识别驾驶员，进而确定该名驾驶员的驾驶习惯参数。

所述单片机，还用于根据驾驶员面部信息，将不同驾驶员的驾驶习惯参数进行存储；

所述单片机，还用于在驾驶员再次驾驶时，根据驾驶员面部信息，确定适用于该驾驶员的语音提示阈值和时间压力状态阈值。

技术方案二：

一种驾驶员时间压力状态的预警方法，包括以下步骤：

步骤1，确定预设驾驶里程内驾驶员的驾驶习惯参数；

其中，驾驶习惯参数为自车行驶的加速度最大值(a_ymax)₀、自车与前车之间的纵向距离最小值(d_ymin)₀以及驾驶员心率平均值包含以下子步骤：

子步骤1a，在预设驾驶里程内，设置以单位时间长度为间隔的多个采样时刻，连续获取各个采样时刻自车与前车之间的纵向距离、自车行驶的加速度和驾驶员心率；

子步骤1b，比较预设驾驶里程内，各个采样时刻的自车行驶的加速度和自车与前车之间的纵向距离，得到自车行驶的加速度最大值(a_ymax)₀和自车与前车之间的纵向距离最小值(d_ymin)₀，计算得到预设驾驶里程内驾驶员心率平均值r₀；

步骤2，根据驾驶员的驾驶习惯参数，设定语音提示阈值和时间压力状态阈值；

步骤3，根据语音提示阈值，确定是否进行语音提示；包含以下子步骤：

子步骤3a，连续获取驾驶员在行驶过程中的自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t；

子步骤3b，根据自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t是否在语音提示阈值内，确定是否进行语音提示；

步骤4，根据时间压力状态阈值，确定驾驶员是否处于时间压力状态；包含以下子步骤：

子步骤4a，设置采样周期；

子步骤4b，连续获取驾驶员在多个采样周期内各个时刻的自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t；

子步骤4c，根据驾驶员的时间压力状态阈值，确定驾驶员是否处于时间压力状态。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)步骤2包含以下子步骤：

子步骤2a，设定语音提示阈值为：且(a_y)_t≥(a_ymax)₀；

或且(d_y)_t≤(d_ymin)₀；

子步骤2b，设定驾驶员时间压力状态阈值为：

且(a_y)_t≥(a_ymax)₀，并在2个采样周期连续出现；

或且(d_y)_t≤(d_ymin)₀，并在2个采样周期连续出现；

其中，r_t表示采样周期内的t时刻驾驶员心率，(a_y)_t表示采样周期内t时刻自车行驶的加速度，(d_y)_t表示采样周期内的t时刻自车与前车之间的纵向距离；

(2)步骤3b中，当且(a_y)_t≥(a_ymax)₀时，语音提示：注意车速；当(d_y)_t≤(d_ymin)₀时，语音提示：注意车距；

其中，r_t表示采样周期内的某一时刻驾驶员的心率值，(a_y)_t表示采样周期内某一时刻自车行驶的加速度，(d_y)_t表示采样周期内的某一时刻自车与前车之间的相对距离。

(3)步骤4中，当确定驾驶员处于时间压力状态时，自车的电机驱动电路模块驱动控制电机的输出扭矩减少。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：将驾驶员的实时生理状态与自车实时运动参数相结合，通过将驾驶员心率指标与自车行驶的加速度和自车与前车的纵向距离相结合，建立其与驾驶员时间压力状态的函数，快速的对驾驶员是否处于时间压力状态进行判断，并警示驾驶员操作，辅助自车安全驾驶，有效避免由于驾驶员处于时间压力状态带来的危险驾驶，提高驾驶员时间压力状态下的驾驶安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的一种驾驶员时间压力状态的预警系统的电连接图。

图2是本发明的一种驾驶员时间压力状态的预警方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，以下实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图1，本发明实施例提供的一种驾驶员时间压力状态的预警系统，包括：用于采集驾驶员面部信息的人脸识别器，用于接收信号、处理信号和发出指令的单片机，用于测量自车与前车之间纵向距离的毫米波雷达，与自身车辆加速度传感器连接的数据采集器，以及进行语音提示的语音提示器。

单片机的对应I/O输入端分别连接人脸识别器的信号输出端、毫米波雷达的信号输出端、数据采集器的信号输出端和压电式心率传感器的输出端。

人脸识别器用于识别驾驶员，将信号传递给单片机，使单片机选择与该名驾驶员对应的驾驶习惯参数作为判断基准。

多个心率传感器分别为压电式心率传感器，并均布安装于方向盘圆周上，使驾驶员在驾驶过程中的实时心率能够通过手与压电式心率传感器探头的接触而被检测到。

所用毫米波雷达安装在运行车辆的最前端，用于采集车辆与前方车辆的纵向距离，以此识别驾驶员是否出现焦虑情绪。

所述毫米波雷达终端电连接于单片机，通过信号线将以上参数信号发送至单片机中。

单片机安装于运行车辆内部，用于处理人脸识别器、毫米波雷达、数据采集器及压电式心率传感器收集到的信息。单片机内插入SD卡，使单片机内能存储大量的驾驶员数据信息并依据存储数据对驾驶员的不同时期的驾驶习惯参数进行更新，以便于更准确的对驾驶员时间压力状态进行判断。

数据采集器安装于运行车辆仪表盘内部，实时采集自身车辆运行过程中的车辆加速度。

语音提示器用于提示驾驶员注意驾驶安全。

参考图2，本发明实施例还提供一种驾驶员时间压力状态的预警方法，基于自车监测到的数据总结出驾驶员的驾驶习惯参数，结合驾驶员的实时驾驶心率值，形成一套驾驶员时间压力状态预警模型，所述方法包括如下步骤：

(1)确定驾驶员的驾驶习惯参数；

系统启动后，人脸识别器采集驾驶员的面部信息，并将该信息传递并存储于单片机中，车载毫米波雷达不断监测自车与前车之间的纵向距离数据，压电式心率传感器不断监测驾驶员的心率数据，并结合自车的行驶加速度，计算出驾驶员的驾驶习惯参数。

确定驾驶员驾驶习惯参数的方法如下：

系统启动后，以预设驾驶里程1000km为例，以单位时间长度(可根据实际情况进行设置，示例性的，可设置单位长度为1秒)为间隔，对驾驶员的驾驶车辆参数(自车与前车之间的纵向距离和自车的行驶加速度)和驾驶员心率的数据进行分布统计，分别计算出预设驾驶里程内，驾驶员的自车行驶的加速度最大值、自车与前车之间的纵向距离最小值、驾驶员平均心率，作为驾驶员的驾驶习惯参数。

(2)确定是否进行语音提示

系统启动后，以单位时间为间隔(例如以1秒为单位时间)，连续获取该名驾驶员的自车与前车之间的纵向距离、自车的行驶加速度和驾驶员心率的数据，并与驾驶员的驾驶习惯参数中的对应数据进行比较；当某个时刻驾驶员的心率小于驾驶员的驾驶习惯参数中的平均心率的1.3倍，(紧张时心率增长率一般在24％-38％之间)，且该时刻的自车的行驶加速度大于等于该名驾驶员的驾驶习惯参数中的自车的行驶加速度最大值，则语音提示：注意车速；当某个时刻该名驾驶员的心率小于该名驾驶员的的驾驶习惯参数中的平均心率的1.3倍，且该时刻的自车与前车之间的纵向距离小于等于该名驾驶员的驾驶习惯参数中的自车与前车之间的纵向距离最小值，则语音提示：注意车距。

(3)确定驾驶员是否处于时间压力状态

当驾驶员处于时间压力状态时，驾驶员的驾驶状态会发生变化，表现为车辆行驶加速度和自车与前车之间的纵向距离会出现显著变化，同时会出现驾驶员心跳及呼吸频率加快等症状，据此为基础进行时间压力状态判断模型。

具体地，系统启动后，设定采样周期为15分钟，以单位时间为间隔(例如以1秒为单位时间)，连续获取该名驾驶员的自车与前车之间的纵向距离、自车的行驶加速度和驾驶员心率的数据，并与该名驾驶员的对应驾驶习惯参数进行比较后判断。

当某个时刻驾驶员的心率大于等于驾驶员的的驾驶习惯参数中的平均心率的1.3倍，且该时刻的自车的行驶加速度大于等于驾驶员的驾驶习惯参数中的自车的行驶加速度最大值，并且此情况在两个采样周期连续出现，即两个连续的15分钟内分别出现，则判断为驾驶员处于时间压力状态。

当某个时刻驾驶员的心率小于驾驶员的驾驶习惯参数中的平均心率的1.3倍，且该时刻的自车与前车之间的纵向距离小于等于驾驶员的驾驶习惯参数中的自车与前车之间的纵向距离最小值，并且该情况在两个采样周期连续出现，即两个连续的15分钟内分别出现，同样判定驾驶员处于时间压力状态。

(4)辅助安全驾驶

当系统判定驾驶员处于时间压力状态时，单片机就会控制自车的电机驱动电路模块驱动控制电机的输出扭矩减少，同时使节气门达到正常驾驶下的开度位置，进而起到辅助安全驾驶的作用。

在本发明的实施例中，人脸识别器用于将驾驶员的驾驶习惯参数与对应的驾驶员相匹配。当该名驾驶员再次驾驶车辆时，单片机内存储的该名驾驶员以往的驾驶习惯参数可以作为参考值，用于对该名驾驶员的驾驶行为进行预判。单片机中的该名驾驶员的驾驶习惯参数以车辆内最近期的预设驾驶里程(如1000km)内采集的数据为准，随着该名驾驶员驾驶里程的增加，该名驾驶员的驾驶习惯参数在不断的更新，使单片机内存储的该名驾驶员的驾驶习惯参数能更准确的反应该名驾驶员的最新驾驶习惯，进而使本系统的判断结果更准确。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种驾驶员时间压力状态的预警系统，包括：毫米波雷达、多个心率传感器、数据采集器、单片机、语音提示器；

所述毫米波雷达的信号输出端与单片机的第一信号输入端电连接，多个所述心率传感器信号输出端分别与单片机的第二信号输入端电连接，所述数据采集器的信号输入端与自车的加速度传感器的信号输出端连接；所述数据采集器的信号输出端与单片机的第三信号输入端电连接，所述单片机的第一信号输出端与所述语音提示器电连接，所述单片机的第二信号输出端与自车的电机驱动电路模块电连接。

2.根据权利要求1所述的驾驶员时间压力状态的预警系统，其特征在于，所述单片机安装于自车车体内部；

所述毫米波雷达固定安装于自车车头最前部；

多个所述心率传感器的探头均布于方向盘的圆周上；

所述数据采集器安装于自车的仪表盘内部；

所述语音提示器安装于自车内部。

3.根据权利要求1或2所述的驾驶员时间压力状态的预警系统，其特征在于，所述毫米波雷达，用于采集自车与前车之间的纵向距离，并将自车与前车之间的纵向距离发送给单片机；

所述心率传感器，用于采集驾驶员心率，并将驾驶员心率发送给单片机；

所述数据采集器，用于采集自车行驶的加速度，并将自车行驶的加速度发送给单片机；

所述单片机，用于根据自车与前车之间的纵向距离和自车行驶的加速度，确定语音提示阈值；

所述单片机，还用于根据驾驶员心率、自车与前车之间的纵向距离和自车行驶的加速度，确定驾驶员的时间压力状态阈值；

所述语音提示器，用于提醒驾驶员注意驾驶安全。

4.根据权利要求1所述的驾驶员时间压力状态的预警系统，其特征在于，还包括人脸识别器，所述人脸识别器的信号输出端与单片机的第四信号输入端电连接；

所述人脸识别器的感应部位对准驾驶员的面部；

所述人脸识别器用于采集驾驶员的面部信息，并将驾驶员的面部信息传输给单片机，用于识别驾驶员，进而确定该名驾驶员的驾驶习惯参数。

5.根据权利要求4所述的驾驶员时间压力状态的预警系统，其特征在于，所述单片机，还用于根据驾驶员面部信息，将不同驾驶员的驾驶习惯参数进行存储；

所述单片机，还用于在驾驶员再次驾驶时，根据驾驶员面部信息，确定适用于该名驾驶员的语音提示阈值和时间压力状态阈值。

6.一种驾驶员时间压力状态的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定预设驾驶里程内驾驶员的驾驶习惯参数；

其中，驾驶习惯参数为自车行驶的加速度最大值(a_ymax)₀、自车与前车之间的纵向距离最小值(d_ymin)₀以及驾驶员心率平均值包含以下子步骤：

子步骤1a，在预设驾驶里程内，设置以单位时间长度为间隔的多个采样时刻，连续获取各个采样时刻自车与前车之间的纵向距离、自车行驶的加速度和驾驶员心率；

子步骤1b，比较预设驾驶里程内，各个采样时刻的自车行驶的加速度和自车与前车之间的纵向距离，得到自车行驶的加速度最大值(a_ymax)₀和自车与前车之间的纵向距离最小值(d_ymin)₀，计算得到预设驾驶里程内驾驶员心率平均值r₀；

步骤2，根据驾驶员的驾驶习惯参数，设定语音提示阈值和时间压力状态阈值；

步骤3，根据语音提示阈值，确定是否进行语音提示；包含以下子步骤：

子步骤3a，连续获取驾驶员在行驶过程中的自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t；

子步骤3b，根据自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t是否在语音提示阈值内，确定是否进行语音提示；

步骤4，根据时间压力状态阈值，确定驾驶员是否处于时间压力状态；包含以下子步骤：

子步骤4a，设置采样周期；

子步骤4b，连续获取驾驶员在多个采样周期内各个时刻的自车行驶的加速度(a_y)_t、自车与前车之间的纵向距离(d_y)_t和驾驶员心率r_t；

子步骤4c，根据驾驶员的时间压力状态阈值，确定驾驶员是否处于时间压力状态。

7.根据权利要求6所述的驾驶员时间压力状态的预警方法，其特征在于，步骤2包含以下子步骤：

子步骤2a，设定语音提示阈值为：且(a_y)_t≥(a_ymax)₀；

或且(d_y)_t≤(d_ymin)₀；

子步骤2b，设定驾驶员时间压力状态阈值为：

且(a_y)_t≥(a_ymax)₀，并在2个采样周期连续出现；

或且(d_y)_t≤(d_ymin)₀，并在2个采样周期连续出现；

其中，r_t表示采样周期内的t时刻驾驶员心率，(a_y)_t表示采样周期内t时刻自车行驶的加速度，(d_y)_t表示采样周期内的t时刻自车与前车之间的纵向距离。

8.根据权利要求6所述的驾驶员时间压力状态的预警方法，其特征在于，在步骤3b中，当且(a_y)_t≥(a_ymax)₀时，语音提示：注意车速；当(d_y)_t≤(d_ymin)₀时，语音提示：注意车距。

9.根据权利要求6所述的驾驶员时间压力状态的预警方法，其特征在于，在步骤4中，当确定驾驶员处于时间压力状态时，自车的电机驱动电路模块控制电机的输出扭矩减少。