CN111493897A - 一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，包括设置在汽车座椅上的智能坐垫，该系统包括车载电脑、心率信号提取模块、车载摄像头、人脸识别模块、瞳孔监测模块和语音提示模块。本发明通过在汽车智能坐垫内部安装压电传感器、温度传感器、安全的脉冲磁刺激发生器等，实时采集驾驶员心率、呼吸率、姿态压力分布、人体温度等信息，并通过分析心率变异性HRV的时域特性、频域特性及非线性特性，结合面部影响特征提取，实现对驾驶疲劳进行实时监测、局部温控、安全磁理疗、自适应压力分布调节等功能。

Description

一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统

技术领域

本发明涉及一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统。

背景技术

随着汽车保有量和使用率的不断提高，越来越多的驾驶员出于多种需求在用更长的时间在驾驶各类车辆，随之而来的问题也层出不穷：1.驾驶员疲劳监测和预警不足导致交通事故增加；2.驾驶员生理健康状态监测缺乏导致职业病高发（肥胖、心肺功能下降、腰肌劳损、生育能力下降、前列腺肥大等等）；3.过度强调汽车本身性能而忽视对驾驶员健康维持和促进的人机功效设计导致，利用物理因子主动改善驾驶员健康状况的手段较少，目前仅有座椅电加热、通风和按摩。现有疲劳驾驶检测技术及产品，多数基于图像特征识别提取技术，简言之，输入参数变量有限，单纯靠图像处理手段单一，需要引入驾驶员生理体征参数等更多变量作为判别参考以提升判别准确率。

疲劳是由于人们长时间工作而导致工作能力暂时下降的规律性生理现象，在疲劳产生的初期，由于意志的力量，人还能够强迫自己仍按原有意图进行操作，但工作状态会受到很大的影响，特别是在道路交通状态发生突然变化等情况下，处于疲劳状态下的驾驶员，容易发生交通事故。

尽管国内外学者对疲劳的研究己有100多年的历史，但至今未对疲劳形成明确的定义。我国对疲劳驾驶的实验性研究起步较晚，研究的主要方法包括主观检测和客观检测，具体如图1所示。

主观检测法：主观检测法是驾驶人对自身的疲劳状态进行自我评定的方法，通过驾驶人在驾车过程中回答实验人员的一些问题而获得驾驶人的疲劳状态。最常用的评价标准为KSS(Karolinska Sleepiness Scale)，该标准将驾驶人的疲劳状态从十分清醒到十分疲劳分为9个等级。疲劳驾驶相关研究中，主观检测法具有操作简捷、成本低廉、对驾驶员干扰小且易被接受等优点，但其评价标准易受到年龄、性别等多种因素的影响，对驾驶员在实验过程中故意隐瞒真实感受导致的实验结果偏差问题无法有效解决，因此主观检测法的使用较为有限。

生理检测：随着医学水平的发展，目前己有越来越多的医疗设备可检测出驾驶员的生理信号。在驾驶过程中，驾驶员的生理机能受到驾驶时长的影响将产生较为明显的变化。同时，随着疲劳程度的增加，驾驶员的生理信号也会发生较为显著的变化。当前，疲劳驾驶分析主要采集的生理信号包括呼吸频率、肌电、血压、脑电、心电。人们在运用肌电检测进行疲劳驾驶的相关研究中，发现心电信号与脑电信号对疲劳驾驶诊断有良好的指示性。但是，脑电信号虽然能准确检测驾驶员疲劳驾驶，但其检测设备成本高昂，而且所佩戴的检测设备对驾驶员存在较大干扰，所以不采用脑电信号对驾驶员进行疲劳诊断。在心电信号检测的研究中，测试结果表明，平均识别准确率为75%。但是，因为受制于检测条件等诸多因素，基于生理参数的疲劳检测目前还集中于理论算法研究和实验室阶段的研究，目前还没有量产的产品问世。

驾驶员行为检测：现阶段国内外众多研究均表明:疲劳驾驶与瞳孔大小、眼睛闭合程度、头部位置等行为密切相关。在此基础上，通过分析连续两帧图像在不同频率红外光下的眨眼频率、脑袋位置等数据，并运用动态贝叶斯网络开展了疲劳驾驶的判断研究。驾驶员行为检测中，一般根据眼睛闭合程度来判断驾驶员是否处于疲劳状态，但是每位驾驶员的疲劳状态个体表现不一，不能通过同一标准对所有驾驶员进行疲劳诊断。

车辆行为检测：人们通过驾驶模拟实验，采集车辆横向位置、车速、碰撞等数据，分析结果表明驾驶员在疲劳驾驶情况下，驾驶能力与简单反应时长具有较强相关性，驾驶行为能力特征可作为疲劳驾驶的检测指标。但是，车辆行为受到驾驶员，车型及路况的影响，所考虑的因素众多，造成的疲劳驾驶诊断存在一定的误差。

综上所述，目前国内外对疲劳驾驶检测分析仍存在如下不足:

1)利用心电、脑电等数据检测疲劳驾驶准确性高，但检测设备成本高昂，对驾驶员存在一定的干扰。

2)现有的疲劳驾驶分析主要基于短时驾驶实验采集的数据，对长时间监测 驾驶员疲劳状态的研究相对较少。

3)现有的疲劳驾驶分析较少考虑对缺失数据进行补充诊断。

4)驾驶疲劳不仅仅只有疲劳与清醒状态，从清醒到疲劳是渐变过程，现有研究往往忽略这方面。

发明内容

本发明针对国内外对疲劳驾驶检测分析的不足，设计了一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，包括设置在汽车座椅上的智能坐垫，其特征在于：该系统包括

车载电脑，用于接收驾驶员的心率信号并分析得到心率数据、心率变异率性、呼吸数据和呼吸变异性，监测驾驶人员的生命特征，分析驾驶人员健康状态及健康状态趋势；也用于接收驾驶员头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据，当驾驶员的心率数据、头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据综合数值超过标定值时，判断驾驶员处于疲劳状态，向语音提示模块发送语音提示信号；

心率信号提取模块，包括信号采集模块和特征提取模块，包括设置在所述智能坐垫内的压电传感器，用于对驾驶员心冲击BCG信号的采集以及对该信号特征进行提取，然后将提取的心率信号发送至车载电脑；

车载摄像头，用于拍摄驾驶员脸部画面，并发送至车载电脑；

人脸识别模块，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员头部位置变化、眨眼频率的数据，并发送至车载电脑；

瞳孔监测模块，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员瞳孔大小变化的数据，并发送至车载电脑；

语音提示模块，用于在接收到车载电脑发送的语音提示信号后，对驾驶员发出语音警告。

优选的技术方案为：还包括设置在车载电脑内部的电荷积分放大器、二阶高通滤波器、四阶低通滤波器和电压放大器；压电传感器采集的心冲击BCG信号经过所述电荷积分放大器、二阶高通滤波器、四阶低通滤波器以及电压放大器，再经过微处理器DSP中的心率、呼吸率提取算法，获得心率信号和呼吸信号。

优选的技术方案为：还包括设置在车载电脑内部的带通滤波器；在心率信号提取前，利用带通滤波器进行信号的基线校准。

优选的技术方案为：所述智能坐垫内还设置有脉冲磁场发生器；当车载电脑判断驾驶员处于疲劳状态时，向所述脉冲磁场发生器发送人体刺激信号，所述脉冲磁场发生器用于在接收到车载电脑发送的人体刺激信号后产生感应电流，对驾驶员进行无创刺激来提高其驾驶时的警觉度；车载电脑，用于向脉冲磁场发生器发送信号，脉冲磁刺激发送脉冲波。

优选的技术方案为：所述智能坐垫内还设置有温度传感器和热电制冷器，温度传感器用于测量驾驶员与坐垫接触区域的温度并发送信号至车载电脑， 热电制冷器用于接收车载电脑发出的温度调节信号后对智能坐垫进行温度调节；所述车载电脑，还用于接收坐垫温度信号，判断是否需要对坐垫进行温度调节。由于长时间的驾驶，臀部与智能坐垫接触区域、背部与智能坐垫靠背接触区域，这两个区域的温度会逐渐上升，会引起驾驶员不适，导致情绪烦躁，甚至引发疾病；比如男性精子质量下降、前列腺受压、女性妇科炎症等。在智能坐垫上设置温度传感器，可以监测接触区域的温度，并通过智能坐垫内部的热电制冷器TEC调节坐垫温度，从而使得驾驶员处于一个舒适的驾驶环境。

优选的技术方案为：所述智能坐垫内还设置有压力传感器，所述压力传感器由电阻式织布传感单元阵列组成，用于配合车载电脑控制汽车座椅调整到最佳舒适度；所述车载电脑，还用于接收坐垫矩阵式压力传感器信号，判断汽车坐垫是否需要调节。汽车座椅是固定的，不能根据人员的身高、体重、性别等调整，使得驾驶人员不能在一个舒适的坐姿下，从而带来腰酸背疼或慢性的肌肉发炎，也使得驾驶人员更容易疲劳。在智能坐垫内设置压力传感器矩阵，控制座椅前后移动来适应乘坐人四肢的位置，可以通过乘坐人的压力分布，控制汽车座椅软垫，软垫则会帖服大腿、腰部和背部，并将脊椎调整到最佳舒适度，这种依照脊椎神经科学的设计能帮助驾驶者减轻疲劳。

优选的技术方案为：所述压电传感器为PVDF压电薄膜传感器。

优选的技术方案为：所述压电传感器为EMFi压电薄膜传感器。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：

本发明通过在汽车智能坐垫内部安装压电传感器、实时采集驾驶员及乘坐人员的心率、呼吸率，心率变异性，呼吸变异性，呼吸暂停时间等生命体征参数，可长期记录监测驾驶人员健康状态和健康状态变化趋势；并通过分析心率变异性HRV的时域特性、频域特性及非线性特性，结合面部影响特征提取人脸运动，实现对驾驶疲劳进行实时监测，当监测到疲劳驾驶时语音系统可以提醒驾驶员，集成在坐垫内部的脉冲磁刺激模块可以发出安全无创的脉冲磁刺激波，能够使得驾驶员兴奋，减缓驾驶员的疲劳程度，提高驾驶员的警觉度。集成在坐垫内部的温度传感器可以测量人体和坐垫接触区域的温度，通过坐垫内部的帕尔贴热电制冷迅速调节坐垫温度，提高坐垫舒适性。集成在坐垫内部的矩阵式压力传感器可以测量人体臀部和肩部分别与坐垫接触区域的压力分布，可人工控制座椅前后移动来适应乘坐人四肢的位置,自动控制汽车座椅软垫,软垫则会帖服大腿、腰部和背部,并将脊椎调整到最佳舒适度,这种依照脊椎神经科学的设计能提高驾驶舒适性，减轻疲劳。

附图说明

图1为我们目前对疲劳驾驶的检测方法示意图。

图2为典型BCG信号示意图。

图3为心率提取算法流程图。

图4为一个完整呼吸波形图。

图5为人体在靠背上最适宜的体压分布图。

图6为人体在座椅上最适宜的体压分布图。

图7为该系统的连接原理图。

以上附图中，车载电脑1，心率信号提取模块2，车载摄像头3，人脸识别模块4，瞳孔监测模块5，语音提示模块6，电荷积分放大器7，二阶高通滤波器8，四阶低通滤波器9，电压放大器10，带通滤波器11，脉冲磁场发生器12，温度传感器13，热电制冷器14，压力传感器15，压电传感器16。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1~图7。须知，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：如图7所示，一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，包括设置在汽车座椅上的智能坐垫，该系统包括

车载电脑1，用于接收驾驶员的心率信号并分析得到心率数据、心率变异率性、呼吸数据和呼吸变异性，监测驾驶人员的生命特征，分析驾驶人员健康状态及健康状态趋势；也用于接收驾驶员头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据，当驾驶员的心率数据、头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据综合数值超过标定值时，判断驾驶员处于疲劳状态，向语音提示模块6发送语音提示信号；

心率信号提取模块2，包括信号采集模块和特征提取模块，包括设置在所述智能坐垫内的压电传感器16，用于对驾驶员心冲击BCG信号（BCG，ballistocardiogram，是由心脏搏动和大动脉血液循环引起的人体对外压力的变化）的采集以及对该信号特征进行提取，然后将提取的心率信号发送至车载电脑1；

车载摄像头3，用于拍摄驾驶员脸部画面，并发送至车载电脑1；

人脸识别模块4，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员头部位置变化、眨眼频率的数据，并发送至车载电脑1；

瞳孔监测模块5，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员瞳孔大小变化的数据，并发送至车载电脑1；

语音提示模块6，用于在接收到车载电脑1发送的语音提示信号后，对驾驶员发出语音警告。

该系统还包括设置在车载电脑1内部的电荷积分放大器7、二阶高通滤波器8、四阶低通滤波器9和电压放大器10；压电传感器16采集的心冲击BCG信号经过电荷积分放大器7、二阶高通滤波器8、四阶低通滤波器9以及电压放大器10，再经过微处理器DSP中的心率、呼吸率提取算法，获得心率信号和呼吸信号。

该系统还包括设置在车载电脑1内部的带通滤波器11；在心率信号提取前，利用带通滤波器11进行信号的基线校准。

本实施例中，采用压电传感器16可以无干扰、非接触的方式采集人体生理特征心冲击BCG信号，心冲击BCG信号包含心搏、呼吸等生理活动的各种振动信号，而且幅度较小，心冲击BCG信号通常把H、I、J、K、L作为一个I-J波群，表示一次心脏搏动；如图2所示为一个典型的心冲击BCG信号。

本实施例中，采用压电薄膜传感器采集人体生理特征信号（BCG信号），压电薄膜传感器将微弱的机械振动转化成一种电信号。传感器采集的电信号，经过电荷积分放大器7、二阶高通滤波器8、四阶低通滤波器9以及电压放大器10，经过DSP中的心率、呼吸率提取算法得到心率信号和呼吸信号。

心率的提取：由于BCG信号在采集过程中受到各种环境噪声信号的影响从而产生基线漂移，所以在进行心率信号的提取之前，首先利用带通滤波器11(截止频率 0.5-30Hz)进行信号的基线校准。对于体动产生的影响可以先进行判断，如果判定当前的状态并非明显体动，则视为静坐状态，可以对心率进行计算。基于峰值提取、自适应阈值筛选以及模式识别的算法，可以将 I-J 波从原始信号中提取出来。如图3所示。

心率的提取还可以使用经验模态分解算法。由于心脏搏动的频率要高于呼吸的频率，心率一般在1Hz-2Hz之间，呼吸的频率大概限定在 0.2Hz-0.8 Hz之间，可以使用经验模态分解算法提取心率信号。经验模态分解算法依据数据自身的时间尺度特征来进行信号分解，无须预先设定任何基函数，在处理非平稳及非线性数据上，具有非常明显的优势，适合于分析非线性、非平稳信号序列，具有很高的信噪比。提取压电睡眠信号中心跳成分后的信号虽然对非心率信号得到有效抑制，但是信号的平滑度还不够，仍然不能准确提取心率信号周期，为此需要对信号提取包络，从重构后的心率信号中提取心率可以使用希尔伯特变换提取包络。

呼吸率的提取：静坐在座椅上的信号主要成分为呼吸信号和心率信号，并且压电信号中幅度较大的完整波形与呼吸有关，呼吸信号相比心率信号频率较低、信号幅度较大，相对应频谱能量较大，波形相对容易区分。因此，呼吸信号提取采用自回归模型功率谱估计计算呼吸周期。自回归模型功率谱估计相比其他现代功率谱估计方法具有实现简单、曲线平滑、主频明确、频谱分辨率较高的特点，可以较好地应用于轻微体动的睡眠信号分析中。当监测对象有微弱的体动时采集的压电信号通过放大电路将会出现较大波动，这会导致自回归模型功率谱估计出现偏差，此时，需要使用短时平均幅度差函数对呼吸率进行补偿。

呼吸、心率信号提取：呼吸过程包括吸气和呼气两个过程。吸气过程中，随着气体进入肺部，胸腔的体积变大，对压电薄膜的压力也逐渐增大，产生的电荷量变多，电荷经过电荷放大器转换为电压，即为压电信号。因此压电信号呈现出由A点到C点的上升过程。呼气过程与吸气的过程相反，呈现出了从C 点到B 点的下降的过程。如果把压电信号看作围绕基线( 图4中虚线) 上下振荡的周期波形，其与基线围成的面积之和可以看作吸气产生的电荷量和呼气产生的电荷量变化之和。这是因为实际上吸气的过程是电荷放大器电容器充电的过程，呼吸的过程是电荷放大器电容器放电的过程。因此可以用压电信号与基线围成的面积来表示呼吸的强弱。由压电信号的纵坐标和横坐标的单位可以将压电信号表示的呼吸强度A 的单位定义为V·s，即A = S1 + S2 + S3 。（图4中横向表示时间，纵向表示呼吸信号的振幅。）

心率变异性：本实施例选取心率变异性作为驾驶员疲劳程度的生理指标，通过与人脸识别以及瞳孔监测技术进行信息融合，对驾驶疲劳进行监测，以期避免因疲劳驾驶而酿成车祸。

本实施例是在汽车座椅上增加智能坐垫，智能坐垫的内部安装压电传感器16，能在用户驾驶时实时采集人体心冲击BCG信号，将采集到的信号特征进行提取，分析得到心率、呼吸率、体动状态等信息，并通过分析心率变异性HRV的时域特性、频域特性及非线性特性，可以评价驾驶疲劳的程度，通过与人脸识别以及瞳孔监测技术结合，对驾驶疲劳进行实时监测，避免因疲劳驾驶而酿成车祸。驾驶员相关的健康参数可以进行网络化存储和管理，便于驾驶员健康状态的量化客观跟踪、改善和提高。

优选实施方式一：智能坐垫内还设置有脉冲磁场发生器12；当车载电脑1判断驾驶员处于疲劳状态时，向脉冲磁场发生器12发送人体刺激信号，脉冲磁场发生器12用于在接收到车载电脑1发送的人体刺激信号后产生感应电流，对驾驶员进行无创刺激来提高其驾驶时的警觉度。此实施例中，系统包含了一个脉冲磁刺激模块,用于在接收到车载电脑发送的人体刺激信号后，发出安全无创的脉冲磁刺激。

驾驶员在驾驶汽车时，需要保持较高程度的警觉度，否则极有可能引发事故，导致经济损失或者人员伤亡等严重后果。警觉度是指持续性的注意力或者长期的警惕性，即在较长时间的工作任务中持续保持一定水平注意力的能力。值得注意的是，在警觉度研究领域，研究人员常常聚焦于警觉度下降，它是指警觉度任务中工作绩效随时间而下降的现象。这种现象在警觉度任务中普遍存在，尤其是长时间驾驶时，驾驶人员的疲劳程度加大，警觉度越来越低，容易发生交通事故，提高驾驶员大脑警觉度技术成为了非常必要的。

因此，在本实施方式中，当监测到驾驶员在疲劳驾驶时，除了语音提示外，还需对驾驶员进行一定的刺激，以提高驾驶员的警觉度。智能坐垫内通过时变脉冲磁场，可无创的刺激人体、兴奋细胞，通过产生的感应电流刺激可兴奋细胞，电流达到一定的阈值时便可对神经系统产生影响，从而提高驾驶员警觉度。因其具有安全、非侵入式、无痛、无创等优点而在临床上得到大量应用。还可通过控制智能坐垫内的热电制冷器14TEC，将坐垫降低一定的温度，对驾驶员进行一段时间的冷刺激，从而提高驾驶员的警觉度。

磁疗原理：脉冲磁场常被用于电磁场和生物系统之间相互作用的研究，特别是极低频脉冲磁场，因其具有安全、非侵入式、无痛、无创等优点而在临床上得到大量应用，例如，非联合性骨折、皮肤溃疡、偏头痛中枢神经传导、疲劳恢复以及神经退行性疾病（阿尔茨海默病等）等疾病都可运用极低频脉冲磁场进行不同形式的治疗。

优选实施方式二：智能坐垫内还设置有温度传感器13和热电制冷器14，温度传感器13用于测量驾驶员与坐垫接触区域的温度并发送信号至车载电脑1，热电制冷器14用于接收车载电脑1发出的温度调节信号后对智能坐垫进行温度调节。此实施例中，系统包含了一个坐垫温控模块，内含温度传感器13，用于测量与坐垫接触区域的温度，并发送至车载电脑1；也用于在接收到车载电脑1发送的温度调节信号后，内含热电制冷器14对坐垫进行制冷或则加热。热电制冷器14是由许多微小而有效的热泵组成的半导体器件，通过施加一个低压直流电源，热量将从TEM的一面转移到另一面，从而产生TEM一面变热另一面变冷的现象，特别的是，该现象完全可逆，所以，当直流电源极性改变时，会使热量向相反的方向转移。

随着夏天天气逐渐炎热，驾驶人员和乘坐人员都将面临高温的天气导致汽车坐垫温度过高，影响乘坐的舒适感，特别是长时间开车，臀部与汽车坐垫，背部和坐垫靠背长时间接触，温度会逐渐升高，即使车内打开空调，也不能解决接触区域温度过高的问题，对于长期开车的司机，甚至会引发一些疾病。

因此，在本实施方式中，将热电制冷器14应用于智能坐垫，可以采用NTC温度传感器13测量接触区域的温度，从而调节智能坐垫的温度。热电制冷的机理完全不同于蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷。它是以温差电现象为基础的制冷方法。用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差--接触电动势，同时闭合电路中就有电流通过。电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量(即表现为制冷)。

热电制冷器14即为半导体制冷器，半导体制冷在工作时不需要任何制冷剂，也没有任何污染源，可以满足日益严格的环保要求，可连续工作，没有旋转部件，也不会在工作时产生震动和噪音。半导体制冷片具有两种功能，既能制冷又能加热，因此，使用一片就可以代替分离的加热系统和制冷系统。由输入的电流来控制，可实现较高精度的温度控制，便于组成计算机自动控制系统。制冷片的热惯性非常小，在热端散热冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差，而且制冷片的体积小、重量轻、温差范围大，可应用在一些空间受到限制、可靠性要求高的场合。

优选实施方式三：智能坐垫内还设置有压力传感器15，压力传感器15由电阻式织布传感单元阵列组成，用于配合车载电脑1控制汽车座椅调整到最佳舒适度。此实施例中，系统包含了一个坐垫调节模块，用于测量与坐垫接触区域的压力分布，并发送至车载电脑1；也用于在接收到车载电脑1发送的座椅调节信号后，对坐垫的软垫部分进行控制,软垫会帖服大腿、腰部和背部,并将脊椎调整到最佳舒适度,这种依照脊椎神经科学的设计能提高驾驶舒适性，减轻疲劳。

人在坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由节椎骨以及块骸骨已连成一体和块尾骨己连成一体连结组成，其中椎骨自上而下又分为颈椎共节、胸椎共节、腰椎共节三部分，每两节椎骨之间由软骨组织和韧带相联系，使人体得以进行屈伸、侧曲和扭转动作等有限度的活动。颈椎支撑头部，肋椎与肋骨构成胸腔，腰椎、骸骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。人在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为坐态体压分布，它与坐姿及座椅的结构密切相关，对于体压的研究是目前人们对座椅进行研究的主要方法和参数。体压分布的测量一般采用等高线的形式反映压力分布状况，如图5和图6所示。就座者的骨盆可以比喻为倒立的锥体，与椅面接触的主要是臀部两块薄肌肉层下的坐骨。人体大约的重量需由骨盆下两块面积为左右的坐骨支点薄肌肉层支承承受。由坐骨向外，压力逐渐减少。为了减少臀部下部的压力，座面一般应设计成软垫，其柔软程度以使坐骨出支承人体的左右的重量为宜，采用软性坐垫，增大臀部与座面的接触面积，就改善了这种压力集中的现象，使整个臀部均承担体重的压力，减缓坐骨下支点处的疲劳，从而可以延长就座时间。

因此，在本实施例中，在智能坐垫内设置压力传感器15矩阵，并与汽车座椅相结合，控制座椅前后移动来适应乘坐人四肢的位置，可以通过乘坐人的压力分布，控制汽车座椅软垫，软垫则会贴服大腿、腰部和背部，并将脊椎调整到最佳舒适度，这种依照脊椎神经科学的设计能帮助驾驶者减轻疲劳。压力传感器15由电阻式织布传感单元阵列组成，压力传感器15厚度在0.7mm左右，能承受长期、反复、高强度的冲击荷载作用而不失效。当传感单元受到压力作用时，自动接通电子回路，设备通过计算电阻阻值的变化而得出每个传感单元的压力值，采用数学算法，智能地将信号与噪声分开，最大程度上避免传感器受噪声、温度和湿度的干扰。

优选实施方式四：压电传感器16为PVDF压电薄膜传感器。PVDF压电薄膜具有高耐冲击、耐疲劳能力，质地柔软、重量轻，应用灵敏度高； 具有良好的工艺性，适合制作大面积的敏感元件。

优选实施方式五：压电传感器16为EMFi压电薄膜传感器。EMFi压电薄膜传感器利用有机材料孔洞型结构特点，形成空间电荷以呈现出压电效应，具有高灵敏度和轻质超薄的特性，厚度约为0.42mm，能承受长期、反复、高强度的冲击荷载作用而不失效。

本发明设计的汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，既可以作为独立的汽车坐垫，也可以集成在汽车座椅内，通过压电传感器采集人体心冲击波信号，提取人体生理特征参数呼吸信号和心率信号，可检测驾驶人员的健康状态和健康状态变化趋势；并与人脸面部识别和眼球运动提取模块相结合监测疲劳驾驶，并通过语音信号和脉冲磁刺激作为干预收到，减缓驾驶人员疲劳程度，提高驾驶人员的警觉度；通过温控模块检测人体与坐垫接触区域的温度，并对坐垫进行局部温控，提高坐垫舒适性；通过坐垫调节模块检测人体与坐垫接触区域的压力分布，对坐垫的软垫进行调节，将脊椎调整到最佳舒适度，提高驾驶的舒适性和缓解驾驶疲劳。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，包括设置在汽车座椅上的智能坐垫，其特征在于：该系统包括

车载电脑，用于接收驾驶员的心率信号并分析得到心率数据、心率变异率性、呼吸数据和呼吸变异性，监测驾驶人员的生命特征，分析驾驶人员健康状态及健康状态趋势；也用于接收驾驶员头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据，当驾驶员的心率数据、头部位置变化数据、眨眼频率数据、瞳孔大小变化数据综合数值超过标定值时，判断驾驶员处于疲劳状态，向语音提示模块发送语音提示信号；

心率信号提取模块，包括信号采集模块和特征提取模块，包括设置在所述智能坐垫内的压电传感器，用于对驾驶员心冲击BCG信号的采集以及对该信号特征进行提取，然后将提取的心率信号发送至车载电脑；

车载摄像头，用于拍摄驾驶员脸部画面，并发送至车载电脑；

人脸识别模块，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员头部位置变化、眨眼频率的数据，并发送至车载电脑；

瞳孔监测模块，通过分析处理驾驶员脸部画面，对其识别后获取驾驶员瞳孔大小变化的数据，并发送至车载电脑；

语音提示模块，用于在接收到车载电脑发送的语音提示信号后，对驾驶员发出语音警告。

2.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：还包括设置在车载电脑内部的电荷积分放大器、二阶高通滤波器、四阶低通滤波器和电压放大器；压电传感器采集的心冲击BCG信号经过所述电荷积分放大器、二阶高通滤波器、四阶低通滤波器以及电压放大器，再经过微处理器DSP中的心率、呼吸率提取算法，获得心率信号和呼吸信号。

3.根据权利要求2所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：还包括设置在车载电脑内部的带通滤波器；在心率信号提取前，利用带通滤波器进行信号的基线校准。

4.根据权利要求3所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：所述智能坐垫内还设置有脉冲磁场发生器；当车载电脑判断驾驶员处于疲劳状态时，向所述脉冲磁场发生器发送人体刺激信号，所述脉冲磁场发生器用于在接收到车载电脑发送的人体刺激信号后产生感应电流，对驾驶员进行无创刺激来提高其驾驶时的警觉度；所述车载电脑，还用于向脉冲磁场发生器发送信号，脉冲磁刺激发送脉冲波。

5.根据权利要求4所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：所述智能坐垫内还设置有温度传感器和热电制冷器，温度传感器用于测量驾驶员与坐垫接触区域的温度并发送信号至车载电脑， 热电制冷器用于接收车载电脑发出的温度调节信号后对智能坐垫进行温度调节；所述车载电脑，还用于接收坐垫温度信号，判断是否需要对坐垫进行温度调节。

6.根据权利要求5所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：所述智能坐垫内还设置有压力传感器，所述压力传感器由电阻式织布传感单元阵列组成，用于配合车载电脑控制汽车座椅调整到最佳舒适度；所述车载电脑，还用于接收坐垫矩阵式压力传感器信号，判断汽车坐垫是否需要调节。

7.根据权利要求6所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：所述压电传感器为PVDF压电薄膜传感器。

8.根据权利要求7所述的一种汽车驾驶员智能健康监测及促进系统，其特征在于：所述压电传感器为EMFi压电薄膜传感器。

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