CN111696313A - 一种驾驶员注意力提醒系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全辅助驾驶和智能控制领域，公开了一种驾驶员注意力提醒系统及设计方法，首先综合考虑了报警抑制工况，设计了驾驶员注意力提醒系统的进入退出机制；然后根据驾驶员的驾驶行为以及车辆的行驶状态，计算驾驶员的疲劳指数；进而设置疲劳阈值，通过疲劳指数规划疲劳等级；最后综合驾驶时间和疲劳指数，判断驾驶员的疲劳状态，并在不同疲劳等级时分级警示。在多种驾驶工况下，有效区分疲劳机制和清醒机制，同时设置将疲劳指数和驾驶时间清零的机制，更精准地优化了驾驶员疲劳指数的计算公式；另外优化了传统报警策略，设置了驾驶员疲劳等级，能实时显示驾驶员当前的疲劳状态，且在不同疲劳等级时分级警示。

Description

一种驾驶员注意力提醒系统及设计方法

技术领域：

本发明属于安全辅助驾驶和智能控制领域，涉及到驾驶员疲劳监测的方法，特别涉及到一种驾驶员注意力提醒系统及设计方法。

背景技术：

驾驶员注意力提醒是目前车辆安全辅助驾驶领域比较常见的一种智能驾驶技术，其技术特点是通过基于生物特征的头部姿态估计方法，直接监测驾驶员的精神状况；或者根据驾驶员的驾驶行为以及车辆的行驶状态，间接判断驾驶员的疲劳状态，从而在驾驶员疲劳驾驶时发出警示，提醒驾驶员注意。

但上述间接的驾驶员注意力提醒大都存在以下缺陷：没有对驾驶员的疲劳指数进行分级，仅在驾驶员疲劳极限的情况下发出警示。

发明内容：

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式是本发明一部分，而不是全部。下面列举的实施例仅为对本发明技术方案的进一步理解和实施，并不构成对本发明权利要求的进一步限定，因此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明针对现有技术中没有对驾驶员的疲劳指数进行分级，仅在驾驶员疲劳极限的情况下发出警示的缺陷，本发明的目的是提供了一种驾驶员注意力提醒系统及设计方法。

一种驾驶员注意力提醒的系统，包括：状态跳转模块、驾驶员疲劳指数的计算模块、驾驶员疲劳等级的设置模块和驾驶员的分级报警模块；

所述状态跳转模块考虑了报警抑制工况，实现不同情况下驾驶员注意力提醒系统的状态跳转；

所述驾驶员疲劳指数的计算模块综合考虑驾驶工况，区分疲劳机制和清醒机制，实现在驾驶员疲劳指数计算公式中设置疲劳机制和清醒机制的权重分配，设置疲劳指数和驾驶时间清零机制及各机制触发的抑制时间；

所述驾驶员疲劳等级的设置模块，设置疲劳阈值，规划疲劳等级，实现在驾驶员达到疲劳极限前，按需实时显示驾驶员的当前疲劳等级的目的；

所述驾驶员的分级报警模块考虑疲劳指数和驾驶时间，实现分级报警。

本发明提供的一种驾驶员注意力提醒系统的设计方法，包括：状态跳转机制、驾驶员疲劳指数的计算公式、驾驶员疲劳等级的设置原则和驾驶员的分级报警策略；

所述状态跳转机制综合考虑了报警抑制工况，设计了驾驶员注意力提醒系统的状态跳转机制，包括系统在关闭、开启、待机、激活和故障等工作状态的流转策略；

所述驾驶员疲劳指数的计算公式综合考虑驾驶工况，区分疲劳机制和清醒机制，在驾驶员疲劳指数计算公式中设置疲劳机制和清醒机制的权重，设置疲劳指数和驾驶时间清零机制及各机制触发的抑制时间；

所述驾驶员疲劳等级的设置原则，设置疲劳阈值，规划疲劳等级，在驾驶员达到疲劳极限前，按需实时显示驾驶员的当前疲劳等级；

所述驾驶员的分级报警策略综合考虑疲劳指数和驾驶时间，设置分级报警策略。

优选地，所述驾驶员注意力提醒系统的状态跳转机制工作状态的流转策略如下：

条件①：

在系统关闭状态下，若同时满足下列条件，则系统进入待机状态：

1)供电模式为Ignition On/Running/Pause Running/Restarting；

2)系统开启信号有效；

其中，Ignition On为准备开始一个驾驶循环，动力系统“起动”之前的状态；Running为一个驾驶循环中动力系统“运行”时的状态，对于混合动力，表示发动机运转时的状态；Pause Running为一个驾驶循环中动力系统“运行”，但发动机停机时的状态，仅适用于混合动力；Restarting为一个驾驶循环中动力系统“运行”，发动机由停机到运转的过程状态，仅适用于混合动力。

条件②：

在系统待机或激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入关闭状态：

1)供电模式为非Ignition On/Running/Pause Running/Restarting；

2)系统关闭信号有效；

条件③：

在系统待机状态下，若同时满足下列条件，则系统进入激活状态：

本车车速在系统使能车速范围；

条件④：

在系统激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入待机状态：

本车车速不在系统使能车速范围；

条件⑤：

在系统激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入无警示状态：

驾驶员疲劳指数K＜疲劳阈值K_V；

满足下列任一报警抑制条件

1)驾驶时长小于系统首次报警时间t₁；

2)系统处于报警阻断时效t₂内；

其中：K为驾驶员疲劳指数；K_V为驾驶员疲劳指数设定阈值；t₁为首次报警时间，即系统首次发出报警时，驾驶时长不得小于该值，当驾驶时长低于该值时，系统抑制报警；t₂为阻断时间，即相邻两次报警的最小报警时间间隔。

条件⑥：

在系统激活状态下，若满足下列任一条件，则系统进入警示状态：

1)驾驶员疲劳指数K≥疲劳阈值K_V；

2)驾驶员连续驾驶时间≥t₃；

其中：K为驾驶员疲劳指数；K_V为驾驶员疲劳阈值；t₃为最长连续驾驶时间，即当连续驾驶时长达到该值时，系统发出报警。

条件⑦：

满足下列任一条件，系统进入故障状态：

当系统处于开启状态时，系统监测到故障；

条件⑧：

满足下列任一条件，系统由故障状态进入待机状态：

当系统处于开启状态时，可恢复故障清除，则系统进入待机状态。

条件⑨：

满足下列任一条件，系统由关闭状态进入故障状态：

系统上电后，当系统处于关闭状态时，监测到故障。

条件⑩：

满足下列任一条件，系统由故障状态进入OFF状态：

系统上电后，当系统处于关闭状态时，可恢复故障消除。

其中：

系统关闭状态为系统未被供电，或系统已供电，但系统开启信号无效；

系统待机状态为系统处于开启状态，但未激活驾驶员注意力检测功能；

系统激活状态为系统处于开启状态，驾驶员注意力检测功能激活，并可对驾驶员进行警示；

系统激活/无警示状态为系统激活，但不满足警示条件；

系统激活/警示状态为系统激活，并已检测到驾驶员疲劳，发出报警；

系统故障状态为在系统开启状态下，检测到系统故障。

优选地，所述驾驶员疲劳指数K的计算公式：K＝A+B+C–D-E–F

其中：

a)车辆在本车道内“S”型行驶，此时权重记为A，抑制时间记为T_A；

b)驾驶员长时间t_b不操作方向盘后，突然打方向盘，方向盘转角速率大于ω₁，此时权重记为B，抑制时间记为T_B；

c)LDW报警后，驾驶员在时间t_c内突然打方向盘，方向盘转角速率大于ω₂，此时权重记为C，抑制时间记为T_C；

当满足a)、b)、c)任一疲劳机制时，系统将疲劳指数按照相应权重增加。

d)驾驶员打转向灯，此时权重记为D，抑制时间记为T_D；

e)车辆纵向加速度变化较大，纵向加速度变化率为

此时权重记为E，抑制时间记为T_E；

f)驾驶员踩制动踏板，此时权重记为F，抑制时间记为T_F；

当满足e)、d)、f)任一清醒机制时，系统将疲劳指数按照相应权重减小。

编号	判断机制	权重	抑制时间
				a)	“S”型行驶	A	T<sub>A</sub>
b)	突然打方向	B	T<sub>B</sub>
				c)	LDW报警突然打方向	C	T<sub>C</sub>
d)	转向灯操作	D	T<sub>D</sub>
				e)	主动加减速	E	T<sub>E</sub>
f)	刹车操作	F	T<sub>F</sub>

使用条件：在系统使能车速范围内，才会统计疲劳指数K的值；在系统待机状态时，驾驶时长就开始计时。抑制时间为某条判断机制触发一次之后，抑制时间内不会再次触发该机制，但不影响其他机制的触发。

下列情况，驾驶员注意力提醒系统将会重置系统的监测状态，将驾驶员疲劳指数和驾驶时间清零：

①车辆处于静止状态，驾驶员安全带打开并且驾驶员侧车门被打开；

②车辆连续处于静止状态超过T，T为车辆连续处于静止的时间。

优选地，所述驾驶员疲劳等级的设置方法，驾驶员疲劳阈值设为K_V，疲劳指数在0与K_V之间规划N个疲劳等级，0—K₁为疲劳等级1，K₁—K₂为疲劳等级2，K₂—K₃为疲劳等级3，K₃—K₄为疲劳等级4，以此类推K_N-1—K_V为疲劳等级N。

其中：N为正整数；K₁，K₂，K₃……K_N-1为各疲劳等级的临界值，为避免驾驶员疲劳状态在两个相邻疲劳等级间频繁切换，需要将每个临界值的回滞区间设置为[-k_i，k_i]，i＝1，2，3……N；当驾驶员疲劳等级1，2，3，4……N时，疲劳程度依次递增。

优选地，所述驾驶员的分级报警策略，当驾驶时间＜t₁时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

1)当t₁≤驾驶时间＜t₃，且驾驶员疲劳指数K＜K_V时，驾驶员未达到疲劳阈值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

2)当t₁≤驾驶时间＜t₃，且驾驶员疲劳指数K≥K_V时，系统一级报警，若驾驶员不采取任何措施，在报警阻断时间t₂后，系统二级报警；

3)当驾驶时间＝t₃时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统一级报警；若此时驾驶员不采取任何措施，当驾驶时间＝t₃+t₂时，系统二级报警。

本发明的有益效果是：

在多种驾驶工况下，有效区分疲劳机制和清醒机制，同时设置将疲劳指数和驾驶时间清零的机制，更精准地优化了驾驶员疲劳指数的计算公式；另外优化了传统报警策略，设置了驾驶员疲劳等级，能实时显示驾驶员当前的疲劳状态，且在不同疲劳等级时分级警示。

附图说明：

图1.一种驾驶员注意力提醒的系统设计方法的流程示意图

图2.系统工作状态转换示意图。

具体实施方案

为了使发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，进一步说明本发明的技术方案及优点，下面结合附图及实施例进行详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明系统设计方法作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明的一种驾驶员注意力提醒的系统设计方法包括如图四步：系统状态跳转机制、驾驶员疲劳指数的计算公式、驾驶员疲劳等级的设置原则和驾驶员的分级报警策略。

第一步如图2所示驾驶员注意力提醒系统的状态跳转机制工作状态的流转策略如下：

条件①：

在系统关闭状态下，若同时满足下列条件，则系统进入待机状态：

■供电模式为Ignition On/Running/Pause Running/Restarting；

■系统开启信号有效；

其中，Ignition On为准备开始一个驾驶循环，动力系统“起动”之前的状态；Running为一个驾驶循环中动力系统“运行”时的状态，对于混合动力，表示发动机运转时的状态；Pause Running为一个驾驶循环中动力系统“运行”，但发动机停机时的状态，仅适用于混合动力；Restarting为一个驾驶循环中动力系统“运行”，发动机由停机到运转的过程状态，仅适用于混合动力。

条件②：

在系统待机或激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入关闭状态：

■供电模式为非Ignition On/Running/Pause Running/Restarting；

■系统关闭信号有效；

条件③：

在系统待机状态下，若同时满足下列条件，则系统进入激活状态：

■本车车速为60-150km/h；

条件④：

在系统激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入待机状态：

■本车车速＜55km/或＞155km/h；

条件⑤：

在系统激活状态下，若满足任一下列条件，则系统进入无警示状态：

■驾驶员疲劳指数＜35；

■满足下列任一报警抑制条件

1)驾驶时长＜1h；

2)系统处于报警阻断时效30min内；

条件⑥：

在系统激活状态下，若满足下列任一条件，则系统进入警示状态：

■驾驶员疲劳指数≥35；

■驾驶员连续驾驶时间≥4h；

条件⑦：

满足下列任一条件，系统进入故障状态：

■当系统处于开启状态时，系统监测到故障；

条件⑧：

满足下列任一条件，系统由故障状态进入待机状态：

■当系统处于开启状态时，可恢复故障清除，则系统进入待机状态。

条件⑨：

满足下列任一条件，系统由关闭状态进入故障状态：

■系统上电后，当系统处于关闭状态时，监测到故障。

条件⑩：

满足下列任一条件，系统由故障状态进入OFF状态：

■系统上电后，当系统处于关闭状态时，可恢复故障消除。

其中：

系统关闭状态为系统未被供电，或系统已供电，但系统开启信号无效；

系统待机状态为系统处于开启状态，但未激活驾驶员注意力检测功能；

系统激活状态为系统处于开启状态，驾驶员注意力检测功能激活，并可对驾驶员进行警示；

系统激活/无警示状态为系统激活，但不满足警示条件；

系统激活/警示状态为系统激活，并已检测到驾驶员疲劳，发出报警；

系统故障状态为在系统开启状态下，检测到系统故障。

第二步驾驶员疲劳指数K的计算公式计算方法如下：K＝A+B+C–D-E–F；

备注：①在60-150km/h车速范围内，才会统计疲劳指数K的值；

②在系统待机状态时，驾驶时长就开始计时。

其中：

a)车辆在本车道内“S”型行驶，此时权重记为2，抑制时间记为10s；

b)驾驶员5s内不操作方向盘后，突然打方向盘，方向盘转角速率＞60°/s，此时权重记为3，抑制时间记为3s；

c)LDW报警后，驾驶员在时间3s内突然打方向盘，方向盘转角速率＞60°/s，此时权重记为5，抑制时间记为3s；

当满足a)、b)、c)任一疲劳机制时，系统将疲劳指数按照相应权重增加。

d)驾驶员打转向灯，此时权重记为1，抑制时间记为3s；

e)车辆纵向加速度变化较大，即纵向加速度变化率为3s内＞1.925m/s²,此时权重记为2，抑制时间记为3s；

f)驾驶员踩制动踏板，此时权重记为1，抑制时间记为3s；

当满足e)、d)、f)任一清醒机制时，系统将疲劳指数按照相应权重减小。

其中：抑制时间为某条判断机制触发一次之后，抑制时间内不会再次触发该机制，但不影响其他机制的触发。

编号	判断机制	权重	抑制时间
				a)	“S”型行驶	2	10s
b)	突然打方向	3	3s
				c)	LDW报警后突然打方向	5	3s
d)	转向灯操作	1	3s
				e)	主动加减速	2	3s
f)	刹车操作	1	3s

下列情况，驾驶员注意力提醒系统将会重置系统的监测状态，将驾驶员疲劳指数和驾驶时间清零：

①车辆处于静止状态，驾驶员安全带打开并且驾驶员侧车门被打开；

②车辆连续处于静止状态超过15min。

第三步驾驶员疲劳等级的设置，驾驶员疲劳阈值设为35，疲劳指数在0与35之间规划5个疲劳等级，0—8为疲劳等级1，8-15为疲劳等级2，16-23疲劳等级3，24-30为疲劳等级4，31-25为疲劳等级5。

其中：为避免驾驶员疲劳状态在两个相邻疲劳等级间频繁切换，需要将每个临界值的回滞区间设置为[-1，1]；驾驶员疲劳等级为1，2，3，4，5时，疲劳程度依次递增。

第四步驾驶员的分级报警策略设置，当驾驶时间＜1h时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

1)当1h≤驾驶时间＜4h，且驾驶员疲劳指数K＜35时，驾驶员未达到疲劳阈值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

2)当1h≤驾驶时间＜4h，且驾驶员疲劳指数K≥35时，系统一级报警，即仅视觉提示；若驾驶员不采取任何措施，在报警阻断时间30min后，系统二级报警，即视觉+听觉提示；

3)当驾驶时间＝4h时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统一级报警，即仅视觉提示；若此时驾驶员不采取任何措施，当驾驶时间＝4h+30min时，系统二级报警，即视觉+听觉提示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种驾驶员注意力提醒的系统，其特征在于，包括：状态跳转模块、驾驶员疲劳指数的计算模块、驾驶员疲劳等级的设置模块和驾驶员的分级报警模块；

所述状态跳转模块考虑了报警抑制工况，实现不同情况下驾驶员注意力提醒系统的状态跳转；

所述驾驶员疲劳指数的计算模块综合考虑驾驶工况，区分疲劳机制和清醒机制，实现在驾驶员疲劳指数计算公式中设置疲劳机制和清醒机制的权重分配，设置疲劳指数和驾驶时间清零机制及各机制触发的抑制时间；

所述驾驶员疲劳等级的设置模块，设置疲劳阈值，规划疲劳等级，实现在驾驶员达到疲劳极限前，按需实时显示驾驶员的当前疲劳等级的目的；

所述驾驶员的分级报警模块考虑疲劳指数和驾驶时间，实现分级报警。

2.如权利要求1所述的一种驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，包括：状态跳转机制、驾驶员疲劳指数的计算公式、驾驶员疲劳等级的设置原则和驾驶员的分级报警策略；

所述状态跳转机制考虑了报警抑制工况，设计了驾驶员注意力提醒系统的状态跳转机制；

所述驾驶员疲劳指数的计算公式综合考虑驾驶工况，区分疲劳机制和清醒机制，在驾驶员疲劳指数计算公式中设置疲劳机制和清醒机制的权重，设置疲劳指数和驾驶时间清零机制及各机制触发的抑制时间；

所述驾驶员疲劳等级的设置原则，设置疲劳阈值，规划疲劳等级，在驾驶员达到疲劳极限前，按需实时显示驾驶员的当前疲劳等级；

所述驾驶员的分级报警策略考虑疲劳指数和驾驶时间，设置分级报警策略。

3.如权利要求2所述的一种驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，所述状态跳转机制，包括：系统在关闭、开启、待机、激活和故障等工作状态的流转策略。

4.如权利要求2所述的驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，所述驾驶员疲劳指数K的计算公式：

K＝A+B+C–D-E–F

其中：

a)车辆在本车道内“S”型行驶，此时权重记为A，抑制时间记为T_A；

b)驾驶员长时间t_b不操作方向盘后，突然打方向盘，方向盘转角速率为ω₁，此时权重记为B，抑制时间记为T_B；

c)LDW报警后，驾驶员在时间t_c内突然打方向盘，方向盘转角速率为ω₂，此时权重记为C，抑制时间记为T_C；

当满足a)、b)、c)任一疲劳机制时，系统将疲劳指数按照相应权重增加；

d)驾驶员打转向灯，此时权重记为D，抑制时间记为T_D；

e)车辆纵向加速度变化较大，纵向加速度变化率为

此时权重记为E，抑制时间记为T_E；

f)驾驶员踩制动踏板，此时权重记为F，抑制时间记为T_F；

当满足e)、d)、f)任一清醒机制时，系统将疲劳指数按照相应权重减小；

使用条件：在系统使能车速范围内，才会统计疲劳指数K的值；在系统待机状态时，驾驶时长就开始计时，抑制时间为某条判断机制触发一次之后，抑制时间内不会再次触发该机制，但不影响其他机制的触发。

5.如权利要求2所述的驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，所述驾驶员疲劳指数K的计算公式在下列情况中，驾驶员注意力提醒系统将会重置系统的监测状态，将驾驶员疲劳指数和驾驶时间清零：

①车辆处于静止状态，驾驶员安全带打开并且驾驶员侧车门被打开；

②车辆连续处于静止状态超过T小时，T为车辆连续处于静止的时间。

6.如权利要求1所述的驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，所述驾驶员疲劳等级的设置方法，驾驶员疲劳阈值设为K_V，疲劳指数在0与K_V之间规划N个疲劳等级，0—K₁为疲劳等级1，K₁—K₂为疲劳等级2，K₂—K₃为疲劳等级3，K₃—K₄为疲劳等级4，依次类推K_N-1—K_V为疲劳等级N；

其中：N为正整数；K₁，K₂，K₃……K_N-1为各疲劳等级的临界值，为避免驾驶员疲劳状态在两个相邻疲劳等级间频繁切换，需要将每个临界值的回滞区间设置为[-k_i，k_i]，i＝1，2，3……N；当驾驶员疲劳等级1，2，3，4……N时，疲劳程度依次递增。

7.如权利要求2所述的驾驶员注意力提醒系统设计方法，其特征在于，所述驾驶员的分级报警策略，当驾驶时间＜t₁时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

1)当t₁≤驾驶时间＜t₃，且驾驶员疲劳指数K＜K_V时，驾驶员未达到疲劳阈值，系统不报警，此时可选择实时显示驾驶员的当前疲劳等级，给驾驶员以提示；

2)当t₁≤驾驶时间＜t₃，且驾驶员疲劳指数K≥K_V时，系统一级报警，若驾驶员不采取任何措施，在报警阻断时间t₂后，系统二级报警；

当驾驶时间＝t₃时，驾驶员疲劳指数K＝任意值，系统一级报警；若此时驾驶员不采取任何措施，当驾驶时间＝t₃+t₂时，系统二级报警。

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