CN109733280A - 基于驾驶员面部特征的车辆安全装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于驾驶员面部特征的车辆安全装置及其控制方法，包括ECU、车门关闭传感器、坐垫压力传感器、红外夜视摄像机、蜂鸣器、制动器、雷达、车速传感器、安全气囊；各部分协同作用，一方面当驾驶员面部矢状面实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间1s～3s时，警告驾驶员尽快目视前方，当面部矢状面实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间3s以上时，警告驾驶员需尽快目视前方，并对车辆进行制动；另一方面在车辆发生正面碰撞时，基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框尺寸以及驾驶员面部矢状面实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，控制安全气囊点火等级、充气量等，最大程度减轻或避免驾驶员伤害。
Description
技术领域
本发明属于汽车安全领域，尤其涉及一种基于驾驶员面部特征的车辆安全装置及其控制方法。
背景技术
在驾驶员驾驶车辆过程中，80％以上的前方道路信息由视觉获得。据调查，在导致车辆发生正面碰撞的原因中，绝大多数是由于驾驶员的双眼未目视前方，从而对前方道路观察疏忽所致。
当前，传统安全气囊的设计目标是用于保护未佩戴眼镜的驾驶员。然而，越来越多的驾驶员佩戴眼镜，在车辆发生正面碰撞时，传统安全气囊“无差别”起爆会瞬间、剧烈挤压眼镜，进一步导致眼镜挤压驾驶员面部，如此不仅不能保护驾驶员，并且会对驾驶员产生额外伤害。
发明内容
针对上述情况，本发明提供一种基于驾驶员面部特征的车辆安全装置及其控制方法，在车辆行驶中，提醒驾驶员双眼目视前方，尽可能避免车辆发生碰撞；在车辆发生正面碰撞时，控制安全气囊的起爆参数，最大程度地减轻或避免驾驶员伤害。
本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。
本发明所述的车辆安全装置包括车门关闭传感器、坐垫压力传感器、红外夜视摄像机、蜂鸣器、制动器、雷达、车速传感器、安全气囊、控制器(简称“ECU”)、总开关。
所述车门关闭传感器安装于驾驶员侧车门的门锁处，用于探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态。所述坐垫压力传感器安装于驾驶员座椅的坐垫中，用于探测驾驶员对坐垫的压力。所述红外夜视摄像机安装于驾驶室的顶部前端，用于实时拍摄驾驶员的面部特征。红外夜视摄像机与水平面的夹角、红外夜视摄像机的左右位置可调，因此其适用于拍摄处于不同乘坐位置的驾驶员面部。所述蜂鸣器安装于驾驶室内，可发出蜂鸣声。所述制动器的位置与功用与普通车辆上的制动器相同。所述雷达安装于车辆前端，用于实时探测本车与前方物体(例如前方车辆等)的距离。所述车速传感器安装于车轮轴上，用于实时探测车辆的行驶速度。所述安全气囊安装于车辆的转向盘内，在车辆正面碰撞时，安全气囊起爆，以保护驾驶员安全。
车门关闭传感器、坐垫压力传感器、红外夜视摄像机、蜂鸣器、制动器、雷达、车速传感器、安全气囊、总开关都分别与ECU相连。ECU接收车门关闭传感器、坐垫压力传感器、红外夜视摄像机、雷达、车速传感器所获取的探测信息，并对蜂鸣器、制动器、安全气囊起控制作用。
优选地，在白天和夜晚，所述红外夜视摄像机都能够清晰拍摄驾驶员的面部特征。
基于驾驶员面部特征的车辆安全装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)当驾驶员按下总开关后，ECU决定本发明所述的车辆安全装置开始工作；
(2)车门关闭传感器探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态，坐垫压力传感器探测驾驶员对坐垫的压力，两传感器将探测信息发送至ECU，当ECU确认车门已处于“关闭”状态，且根据压力信息，确认驾驶员为成人时，ECU启动红外夜视摄像机；
(3)驾驶员通过调节红外夜视摄像机与水平面的夹角以及红外夜视摄像机的左右位置，使红外夜视摄像机的摄像头对准驾驶员的面部，红外夜视摄像机拍摄驾驶员的面部，并将面部特征信息发送至ECU；
(4)当ECU根据面部特征信息，确认驾驶员双眼目视前方后，才允许车辆启动(驾驶员双眼目视前方时的面部特征信息称为初始面部特征信息)；
(5)ECU根据初始面部特征信息，根据图像处理技术判断驾驶员是否佩戴眼镜，若佩戴眼镜，则测量镜框的尺寸；并确定驾驶员面部矢状面的初始位置；
(6)在车辆行驶过程中，红外夜视摄像机实时拍摄驾驶员的面部，并将实时面部特征信息发送至ECU，ECU根据实时面部特征信息，确定驾驶员面部矢状面的实时位置，并计算驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度；
(7)若实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为1s至3s时，ECU控制蜂鸣器发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方；若实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为3s以上时，ECU控制蜂鸣器发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方，同时ECU控制制动器对车辆进行制动，从而尽可能避免车辆发生碰撞；
(8)当ECU根据雷达与车速传感器获得探测信息，判定车辆将不可避免发生正面碰撞时，基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，ECU起爆安全气囊，并控制安全气囊的点火等级、充气量等参数，从而最大程度地减轻或避免驾驶员伤害；
(9)当车辆行驶结束后，驾驶员关闭总开关，ECU终止车辆安全装置工作。
优选地，所述步骤(7)中，驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置5度以上，即说明此时驾驶员的双眼未目视前方，易发生碰撞事故；所述步骤(8)中，根据雷达实时探测的本车与前方物体的距离信息，以及车速传感器实时探测的车辆行驶速度信息，ECU可判断车辆是否将要发生正面碰撞；所述步骤(8)中，安全气囊的点火等级、充气量等参数根据驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度综合确定，具体对应关系根据试验或仿真结果测得；所述步骤(9)中，车辆安全装置终止工作时，红外夜视摄像机自动关闭。
本发明的有益效果：
本发明所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，能够提醒驾驶员目视前方、制动车辆，从而有效避免车辆发生碰撞；在正面碰撞不可避免时，能够根据驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，控制安全气囊的点火等级、充气量等参数，从而最大程度地减轻或避免驾驶员伤害。
附图说明
图1为本发明所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置的结构示意图；
图中标号名称为：1、车门关闭传感器；2、坐垫压力传感器；3、红外夜视摄像机；4、蜂鸣器；5、制动器；6、雷达；7、车速传感器；8、安全气囊；9、ECU；10、总开关。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，由车门关闭传感器1、坐垫压力传感器2、红外夜视摄像机3、蜂鸣器4、制动器5、雷达6、车速传感器7、安全气囊8、ECU9、总开关10组成。
ECU9以不同端口分别连接车门关闭传感器1、坐垫压力传感器2、红外夜视摄像机3、蜂鸣器4、制动器5、雷达6、车速传感器7、安全气囊8、总开关10。
车门关闭传感器1安装于驾驶员侧车门的门锁处，用于探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态。坐垫压力传感器2安装于驾驶员座椅的坐垫中，用于探测驾驶员对坐垫的压力。红外夜视摄像机3安装于驾驶室的顶部(Roof)前端，用于实时拍摄驾驶员的面部特征。红外夜视摄像机与水平面的夹角、红外夜视摄像机的左右位置可调，因此其适用于拍摄处于不同乘坐位置的驾驶员面部。蜂鸣器4安装于驾驶室内，可发出蜂鸣声。制动器5的位置与功用与普通车辆上的制动器相同。雷达6安装于车辆前端，用于实时探测本车与前方物体(例如前方车辆等)的距离。车速传感器7安装于车轮轴上，用于实时探测车辆的行驶速度。安全气囊8安装于车辆的转向盘(SW)内，在车辆正面碰撞时，安全气囊起爆，以保护驾驶员安全。
车门关闭传感器1、坐垫压力传感器2、红外夜视摄像机3、蜂鸣器4、制动器5、雷达6、车速传感器7、安全气囊8、总开关10都分别与ECU9相连，车门关闭传感器1、坐垫压力传感器2、红外夜视摄像机3、雷达6、车速传感器7将各自获取的探测信息发送至ECU9，ECU9对蜂鸣器4、制动器5、安全气囊8起控制作用。
具体的，在白天和夜晚，红外夜视摄像机3都能够清晰拍摄驾驶员的面部特征。
为了达到本发明的保护效果，通过以下控制方法实现：
(1)当驾驶员按下总开关10后，ECU9决定本发明所述的车辆安全装置开始工作；
(2)车门关闭传感器1探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态，坐垫压力传感器2探测驾驶员对坐垫的压力，车门关闭传感器1与坐垫压力传感器2将探测信息发送至ECU9，当ECU9确认车门已处于“关闭”状态，且根据压力信息，确认驾驶员为成人时，ECU9启动红外夜视摄像机3；
(3)驾驶员通过调节红外夜视摄像机3与水平面的夹角以及红外夜视摄像机3的左右位置，使红外夜视摄像机3的摄像头对准驾驶员的面部(DF)，红外夜视摄像机3拍摄驾驶员的面部(DF)，并将面部特征信息发送至ECU9；
(4)当ECU9根据面部特征信息，确认驾驶员双眼目视前方后，才允许车辆启动(驾驶员双眼目视前方时的面部特征信息称为初始面部特征信息)；
(5)ECU9根据初始面部特征信息，判断驾驶员是否佩戴眼镜，若佩戴眼镜，则测量镜框的尺寸；并确定驾驶员面部矢状面的初始位置；
(6)在车辆行驶过程中，红外夜视摄像机3实时拍摄驾驶员的面部(DF)，并将实时面部特征信息发送至ECU9，ECU9根据实时面部特征信息，确定驾驶员面部矢状面的实时位置，并计算驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度；
(7)若面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为1s至3s时，ECU9控制蜂鸣器4发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方；若实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为3s以上时，ECU9控制蜂鸣器4发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方，同时ECU9控制制动器5对车辆进行制动，从而尽可能避免车辆发生碰撞；
(8)当ECU9根据雷达6探测的距离信息与车速传感器7探测的车速信息，判定车辆将不可避免发生正面碰撞时，基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，ECU9起爆安全气囊8，并控制安全气囊8的点火等级、充气量等参数，从而最大程度地减轻或避免驾驶员伤害；
(9)当车辆行驶结束后，驾驶员关闭总开关10，ECU9终止车辆安全装置工作。
其中，步骤(7)中，驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，即说明此时驾驶员的双眼未目视前方，易发生碰撞事故；步骤(8)中，根据雷达6实时探测的本车与前方物体的距离信息，以及车速传感器7实时探测的车辆行驶速度信息，当距离小于阈值、车辆行驶速度大于阈值时，ECU9可判定车辆将要发生正面碰撞；步骤(8)中，安全气囊8的点火等级、充气量等参数根据驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度综合确定，具体对应关系可以根据试验或仿真结果测得；步骤(9)中，车辆安全装置终止工作时，红外夜视摄像机3自动关闭。
综上，利用本发明所述的车辆安全装置的控制方法，通过ECU9、车门关闭传感器1、坐垫压力传感器2、红外夜视摄像机3、蜂鸣器4、制动器5、雷达6、车速传感器7、安全气囊8的协同作用，一方面在车辆行驶中，当驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为1s至3s时，警告驾驶员需尽快目视前方，当驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为3s以上时，警告驾驶员需尽快目视前方，并对车辆进行制动，从而尽可能避免车辆发生碰撞；另一方面在车辆发生正面碰撞时，基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，控制安全气囊8的点火等级、充气量等参数，从而最大程度地减轻或避免驾驶员伤害。
需要说明的是，本发明涉及的上、下、左、右、前、后等方位指示词与汽车常规使用时对应的上、下、左、右、前、后是一致的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。
Claims (8)
1.基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，包括：车门关闭传感器(1)、坐垫压力传感器(2)、红外夜视摄像机(3)、蜂鸣器(4)、制动器(5)、雷达(6)、车速传感器(7)、安全气囊(8)、ECU(9)；
所述车门关闭传感器(1)能够探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态；所述坐垫压力传感器(2)能够探测驾驶员对坐垫的压力；所述红外夜视摄像机(3)能够实时拍摄驾驶员的面部特征；所述雷达(6)能够探测本车与前方物体的距离；所述车速传感器(7)能够实时探测车辆的行驶速度；
所述控制器(9)根据所述车门关闭传感器(1)、坐垫压力传感器(2)、红外夜视摄像机(3)、雷达(6)、车速传感器(7)探测的信息，对蜂鸣器(4)、制动器(5)、安全气囊(8)起控制作用。
2.根据权利要求1所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，所述控制器(9)对蜂鸣器(4)、制动器(5)、安全气囊(8)的控制：
若驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为1s至3s时，ECU(9)控制蜂鸣器(4)发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方；
若驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为3s以上时，ECU(9)控制蜂鸣器(4)发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方，同时ECU(9)控制制动器(5)对车辆进行制动；
若在车辆将不可避免发生正面碰撞时，基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，ECU(9)起爆安全气囊，并控制安全气囊(8)的点火等级、充气量等参数。
3.根据权利要求1所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，所述车门关闭传感器(1)安装于驾驶员侧车门的门锁处；所述坐垫压力传感器(2)安装于驾驶员座椅的坐垫中；所述红外夜视摄像机(3)安装于驾驶室的顶部前端；所述蜂鸣器(4)安装于驾驶室内；所述雷达(6)安装于车辆前端；所述车速传感器(7)安装于车轮轴上；所述安全气囊(8)安装于车辆的转向盘内。
4.根据权利要求3所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，所述红外夜视摄像机(3)与水平面的夹角、红外夜视摄像机(3)的左右位置可调。
5.根据权利要求3所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，所述红外夜视摄像机(3)在白天和夜晚均能够采集驾驶员面部特征。
6.根据权利要求1-5所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置，其特征在于，还包括总开关(10)，所述总开关(10)能够启动所述基于驾驶员面部特征的车辆安全装置。
7.基于驾驶员面部特征的车辆安全装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)当驾驶员按下总开关(10)后，ECU(9)决定本发明所述的车辆安全装置开始工作；
(2)车门关闭传感器(1)探测驾驶员侧车门是否处于“关闭”状态，坐垫压力传感器(2)探测驾驶员对坐垫的压力，两传感器将探测信息发送至ECU(9)，当ECU(9)确认车门已处于“关闭”状态，且根据压力信息，确认驾驶员为成人时，ECU(9)启动红外夜视摄像机；
(3)驾驶员通过调节红外夜视摄像机(3)与水平面的夹角以及红外夜视摄像机(3)的左右位置，使红外夜视摄像机(3)的摄像头对准驾驶员的面部，红外夜视摄像机(3)拍摄驾驶员的面部，并将面部特征信息发送至ECU(9)；
(4)当ECU(9)根据面部特征信息，确认驾驶员双眼目视前方后，才允许车辆启动(驾驶员双眼目视前方时的面部特征信息称为初始面部特征信息)；
(5)ECU(9)根据初始面部特征信息，判断驾驶员是否佩戴眼镜，若佩戴眼镜，则测量镜框的尺寸；并确定驾驶员面部矢状面的初始位置；
(6)在车辆行驶过程中，红外夜视摄像机实时拍摄驾驶员的面部，并将实时面部特征信息发送至ECU(9)，ECU(9)根据实时面部特征信息，确定驾驶员面部矢状面的实时位置，并计算驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度；
(7)若实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为1s至3s时，ECU(9)控制蜂鸣器(4)发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方；
若实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度超过5度，且持续时间为3s以上时，ECU控制蜂鸣器(4)发出蜂鸣声，以警告驾驶员需尽快目视前方，同时ECU控制制动器(5)对车辆进行制动，从而尽可能避免车辆发生碰撞；
(8)当ECU根据雷达(6)与车速传感器(7)获得探测信息，判定车辆将不可避免发生正面碰撞时，ECU(9)基于驾驶员是否佩戴眼镜、镜框的尺寸以及驾驶员面部矢状面的实时位置水平向左或向右偏离初始位置的角度，ECU(9)起爆安全气囊(8)，并控制安全气囊的点火等级、充气量等参数，从而最大程度地减轻或避免驾驶员伤害；
(9)当车辆行驶结束后，驾驶员关闭总开关，ECU(9)终止车辆安全装置工作。
8.根据权利要求7所述的基于驾驶员面部特征的车辆安全装置的控制方法，其特征在于，步骤(8)中，ECU(9)根据雷达(6)与车速传感器(7)获得的探测信息，判定车辆将不可避免发生正面碰撞的方法为：当距离小于阈值、车辆行驶速度大于阈值时，判定为将要发生正面碰撞。
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