CN114701504A - 一种驾驶员疲劳驾驶检测装置及方法 - Google Patents

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CN114701504A CN202210319139.7A CN202210319139A CN114701504A CN 114701504 A CN114701504 A CN 114701504A CN 202210319139 A CN202210319139 A CN 202210319139A CN 114701504 A CN114701504 A CN 114701504A
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Abstract

本发明公开了驾驶员疲劳驾驶检测装置及方法，包括设置在车辆上的单片机，供电的电源模块，座垫压力、椅背压力传感器均与单片机连接；设置座椅位置传感器和方向盘位置传感器，均与单片机连接；车辆的GPS模块与单片机连接，获取的车辆的GPS信号；单片机与车载控制器连接或者与报警器连接。本发明的检测装置，通过单片机对座椅的压力传感器信号，以及座椅和方向盘位置传感器信号进行计算处理，以确认前后驾驶是否是同一人；再结合GPS模块实时更新的驾驶时间、速度和里程来判断驾驶员所驾驶汽车的行驶信息，就可以在确认同一驾驶员的前提下，根据其驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中。

Description

一种驾驶员疲劳驾驶检测装置及方法
技术领域
本发明属于汽车驾驶技术领域，具体公开了一种驾驶员疲劳驾驶检测装置及方法，对驾驶员是否疲劳驾驶进行检测识别和管控的方法。
背景技术
疲劳驾驶是导致交通事故的一个重要因素，驾驶员长时间长距离连续驾驶时其坐姿和动作长时间固定重复，思维模式会渐渐固定，这会导致其注意力分散、神经迟钝，进一步会出现打瞌睡、视野变短变窄和反应判断迟钝，以至于出现操作迟钝或错误操作而引起严重的交通事故。疲劳驾驶检测和管控是减少交通事故的有效手段之一，目前的疲劳驾驶检测方法有很多，但是大都基于驾驶员的身体状态特征进行检测，例如眼睛特征、瞳孔直径变化、嘴部状态等。这类检测方式的阈值难以达成标准，同时系统内的传感器较多且布局复杂，直接导致了成本高昂或者检测效果不理想。
现有技术中，如CN105096528B公开的一种疲劳驾驶检测方法及系统，其检测方法包括以下步骤：驾驶员身份认证、驾驶时间累计、表情状态提取、肢体状态提取、路况信息收集、车辆操控状态提取和疲劳驾驶检测步骤。本发明提供的疲劳驾驶检测方法和系统，通过人脸识别，跟踪驾驶员面部表情和肢体动作随时间推移，呈现出从正常状态到疲劳状态变化，譬如闭眼时间变长，低头频次增加等；跟踪驾驶员车辆操控状态是否随时间下降，譬如方向盘转动方差变大等，以此检测驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。本发明提供的疲劳驾驶检测方法和系统避免了预先设定一个界定阈值，其准确度不受驾驶员个体差异的影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种驾驶员疲劳驾驶检测装置及方法，根据驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中，及时发出报警，提高行车安全性。
一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，包含三个关键参数：T1为连续行驶时间，T2为连续停车时间，S为连续行驶里程，其特征在于包括如下步骤：
1）长时间驻车后首次开动汽车，归零T1，T2和S；在汽车速度为0时，持续时间大于驻车时长设定值为长时间驻车；
2）在汽车正常行驶过程中，单片机1根据GPS模块7的车辆信息，累计T1和S，直至T1大于等于第一时间设定值，或者S大于等于第一距离设定值，单片机1判断驾驶员进入疲劳驾驶状态，从而向车载控制器8或报警器发出信号，向外输出报警信号；
3）在T1和S累计到阈值之前，如果中途汽车停止，速度降为0的状态，在停车时刻就开始T2计时；
4）继续行驶前，如果T2大于等于第二时间设定值则认为驾驶员得到了充分休息，可以继续行驶；
5）若T2小于第二时间设定值，单片机1则会根据方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6输入的位置和压力信息，由单片机1来判断前后两个驾驶员是否为同一人；
5.1如果判断为同一人，则认为驾驶员休息不够，车辆如果继续行驶，则单片机1会在前面中途汽车停止时的T1和S值基础上，继续T1和S值累计，直到触发疲劳驾驶报警或者中途停车换人；
5.2如果判断驾驶员不是同一人，则清零T1、S、T2，进入新一轮的疲劳驾驶检测。
这样，本发明通过座椅的压力传感器确认驾驶员体型，座椅和方向盘位置传感器确认驾驶员的驾驶姿势，结合这两组信息来确认驾驶员的身份，确认前后驾驶是否是同一人；本发明再结合GPS模块实时更新的驾驶时间、速度和里程来判断驾驶员所驾驶汽车的行驶信息，就可以在确认同一驾驶员的前提下，根据其驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中。
进一步的：所述的第一时间设定值为2小时—3小时 。
进一步的：所述第一距离设定值为200千米至250千米。
进一步的：所述第二时间设定值为20分钟至30分钟。
进一步的：其流程为如下步骤：
1）驾驶员上车开始驾驶时，汽车通电，电源模块2从汽车电源取电，并输出指示信号激活单片机1；
2）单片机1通过接口从车辆的GPS模块7读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
3）判断V是否等于0，若为0则说明车辆还未动，继续从GPS模块7获取V、T、S数值；
4）若V不为0，则说明车开动了，此时使T1=T，T2=0，S1=S；
5）单片机1通过信号线从方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6，读取压力和位置信息并记录为数据包D0；
6）单片机1通过接口从车辆的GPS模块7读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
7）单片机1计算比较从汽车开动到当前的总时间是否大于第一时间设定值，计算并比较汽车从开动到当前的总里程是否大于第一距离设定值；
8）若步骤6中实时时间T、实时里程S，有任意一个条件满足步骤7，则单片机1判定为疲劳驾驶，触发了疲劳驾驶判定结果，程序结束；
9）若步骤6中实时时间T、实时里程S，两个条件都不满足步骤7，则进一步判断V是否为0；
10）若V不为0，说明汽车任然在正常行驶，则继续步骤5-8；
11）若V为0，说明汽车停了，使T2=T；
12）单片机1通过接口从GPS模块7读取速度V，实时时间T，实时里程S数值；
13）单片机1计算并比较T-T2是否大于等于第二设定时间；
14）若T-T2大于等于第二设定时间，说明这个驾驶员已经驻车休息够了，再进一步检测汽车配置的电源是否还正常；
15）若汽车配置的电源仍然正常，则重复步骤2；
16）若汽车配置的电源不正常，说明当前使用的是备份电源，则程序结束，等待汽车重新通电；
17）若步骤13中，若T-T2小于第二设定时间，则判断V是否为0，若仍为0则重复步骤12；
18）若V不为0，证明汽车重新开动，单片机1通过信号线从方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6，读取压力和位置信息并记录为数据包D1；
19）单片机1比对D0和D1的各项数据是否超过误差阈值；
20）若D0和D1的各项数据超过误差阈值，则证明驾驶人员已经换人，前后两个驾驶员不是同一个人，则重复步骤4；
21）若D0和D1的各项数据在误差范围内，则证明前后两个驾驶员是同一个人，其尚未休息够，重复步骤5。
一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：包括设置在车辆上的单片机，电源模块向单片机供应电能，驾驶座椅内设置的座垫压力传感器和椅背压力传感器，通过信号线与单片机连接，将驾驶座椅的压力信号输入单片机内；还在驾驶座椅上设置座椅位置传感器，在车辆方向盘上设置方向盘位置传感器，均通过信号线与单片机连接，将位置信号输入单片机内；车辆的GPS模块通过接口与单片机连接，获取的车辆的GPS信号；单片机与车载控制器连接，或者单片机直接连接报警器。这样的检测装置，通过单片机对座椅的压力传感器信号，以及座椅和方向盘位置传感器信号进行计算处理，结合这两组信息来确认驾驶员的身份，确认前后驾驶是否是同一人。
进一步的：车载控制器连接报警器，通过声光发出报警信号。
进一步的：电源模块一端通过电源线与单片机连接，另一端与车辆配置的电源连接，在低电压时从车辆配置的电源获得电能补充。
进一步的：单片机通过CAN接口接入车载控制器。
进一步的：电源模块还向方向盘位置传感器、座椅位置传感器、座垫压力传感器和椅背压力传感器供应电能。
总之，本发明的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，具有如下有益效果：
1、本发明通过座椅的压力传感器确认驾驶员重量或体型，座椅和方向盘位置传感器确认驾驶员的驾驶姿势，结合这两组信息来确认驾驶员的身份，确认前后驾驶是否是同一人、是否更换了驾驶员。
2、本发明结合GPS模块实时更新的驾驶时间、速度和里程来判断驾驶员所驾驶汽车的行驶信息，就可以在确认同一驾驶员的前提下，根据其驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中。
3、本发明能够结合驾驶员本身信息之外的时间和空间维度来综合检测疲劳驾驶，能及时发出报警，提高行车安全性。
附图说明
图1为本发明的检测功能模块框图；
图2为本发明的疲劳驾驶检测方法逻辑框图；
图3为本发明的疲劳驾驶检测详细功能实现流程图。
图中，1—单片机、2—电源模块、3—方向盘传感器、4—座椅位置传感器、5—座垫压力传感器、6—椅背压力传感器、7—GPS模块、8—车载控制器。
具体实施方式
下面接合附图对本发明做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，包括设置在车辆上的单片机1，电源模块2向单片机1供应电能，电源模块2可以是车辆配置的电源，通过电源线与单片机1连接而供电，也可以是单独设置的供电电源，一端通过电源线与单片机1连接，另一端与车辆配置的电源连接，在低电压时从车辆配置的电源获得电能补充，延长其使用寿命和提高供电的可靠性。在车辆配置的电源停止向本发明所述电源模块2供电时，所述电源模块2通过充电所储备的能量能支持本发明中所有功能模块正常工作30分钟以上，并能向单片机1指示当前为备份电源。本发明设置检测座椅压力的传感器，包括驾驶座椅的座垫压力传感器5和椅背压力传感器6两部分，均与单片机1连接，如通过信号线（如LIN总线）与单片机1连接，将驾驶员做在座椅上的压力信号输入单片机1内；还在驾驶座椅上设置座椅位置传感器4，在车辆方向盘上设置方向盘位置传感器3，均与单片机1连接，如通过信号线（如LIN总线）与单片机1连接，将位置信号输入单片机1内。车辆的GPS模块7通过接口（如UART接口）与单片机1连接，获取的车辆的GPS信号。单片机1与车载控制器8连接，图中通过CAN接口接入车载控制器8，通过车载控制器8连接的报警器发出报警信号，或者单片机1直接连接报警器，在需要时发出信号，报警器报警，将检测到的疲劳驾驶检测结果通过声光等提示报警。
本发明通过座垫压力传感器5和椅背压力传感器6，这两个压力传感器的信号确认驾驶员重量或体型，方向盘位置传感器3和座椅位置传感器4确认驾驶员的驾驶姿势，结合这两组信息来确认驾驶员的身份，即驾驶途中是否更换了驾驶员、是否为同一人。再结合从GPS模块7实时得到的车辆的驾驶时间、速度和里程等信息，来判断驾驶员所驾驶汽车的行驶信息，就可以在确认同一驾驶员的前提下，根据其驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中，再通过报警器发出报警信号。
电源模块2还与方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6连接，向其供应电能，保证各个传感器正常、长期工作。
如图2所示，本发明的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，包含三个关键参数：T1（连续行驶时间），T2（连续停车时间），S（连续行驶里程），包括如下步骤：
1、长时间驻车后首次开动汽车，归零T1，T2和S；如在汽车速度为0时，持续时间大于驻车时长设定值（如30分钟）为长时间驻车，将T1，T2和S三个参数赋值为零；
2、在汽车正常行驶过程中，单片机1根据GPS模块7的车辆信息，累计T1和S，直至T1大于等于第一时间设定值（如2小时，或2小时至3小时等），或者S大于等于第一距离设定值（如200千米，或200千米至250千米等），即驾驶员连续驾驶汽车2小时（时间长于第一时间设定值）或者行进路程200千米（距离大于第一距离设定值）以上时，单片机1会判断驾驶员进入疲劳驾驶状态，从而向车载控制器8或报警器发出信号，向外输出报警信号；
3、在T1和S累计到阈值之前，如果中途汽车停止（速度降为0的状态），在停车时刻就开始T2计时；
4、继续行驶前，如果T2大于等于第二时间设定值（如20分钟，或20分钟至30分钟）则认为驾驶员得到了充分休息，可以继续行驶；
5、若T2小于第二时间设定值，单片机1则会根据方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6输入的位置和压力信息，由单片机1来判断前后两个驾驶员是否为同一人；
5.1如果判断为同一人，则认为驾驶员休息不够，未完全摆脱疲劳，车辆如果继续行驶，则单片机1会在中途汽车停止时的T1和S值基础上，继续T1和S值累计，直到触发疲劳驾驶报警或者中途停车换人；
5.2如果判断驾驶员不是同一个人，则清零T1、S、T2，进入新一轮的疲劳驾驶检测。
图3为本发明检测方法详细的功能流程图，以单片机1为计算核心，包含三个关键参数：T1（连续行驶时间），T2（连续停车时间），S（连续行驶里程），下面对本发明进一步描述如下：
1、驾驶员上车开始驾驶时，汽车通电，本发明电源模块2从汽车电源取电，并输出指示信号激活单片机1；
2、单片机1通过接口（UART接口）从车辆的GPS模块7读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
3、判断V是否等于0，若为0则证明车还未动，继续从GPS模块7获取V、T、S数值信息；
4、若V不为0，则证明车开动了，此时使T1=T，T2=0，S1=S；
5、单片机1通过信号线（LIN总线）从方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6，读取压力和位置信息并记录为数据包D0；
6、单片机1通过接口（UART接口）从车辆的GPS模块7读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
7、单片机1计算比较从汽车开动到当前的总时间（T-T1的行驶时间长度值）是否大于第一时间设定值（如2小时），计算并比较汽车从开动到当前的总里程（S-S1的行驶距离值）是否大于第一距离设定值（如200千米）；
8、若步骤6中实时时间T、实时里程S，有任意一个条件满足步骤7，则单片机1判定为疲劳驾驶，触发了疲劳驾驶判定结果，程序结束；
9、若步骤6中实时时间T、实时里程S，两个条件都不满足步骤7，则进一步判断V是否为0；
10、若V不为0，说明汽车任然在正常行驶，则继续步骤5-8；
11、若V为0，说明汽车停了，使T2=T；
12、单片机1通过接口从GPS模块7读取速度V，实时时间T，实时里程S数值；
13、单片机1计算并比较T-T2是否大于等于第二设定时间；
14、若T-T2大于等于第二设定时间（如20分钟），说明这个驾驶员已经驻车休息够了，再进一步检测汽车配置的电源是否还正常；
15、若汽车配置的电源仍然正常，则重复步骤2；
16若汽车配置的电源不正常，证明当前使用的是备份电源，则程序结束，等待汽车重新通电；
17、若步骤13中，若T-T2小于第二设定时间（如20分钟），则判断V是否为0，若仍为0则重复步骤12；
18、若V不为0，证明汽车重新开动，单片机1通过信号线（LIN总线）从方向盘位置传感器3、座椅位置传感器4、座垫压力传感器5和椅背压力传感器6，读取压力和位置信息并记录为数据包D1；
19、单片机1比对D0和D1的各项数据是否超过误差阈值；
20、若D0和D1的各项数据超过误差阈值，则证明驾驶人员已经换人，前后两个驾驶员不是同一个人，则重复步骤4；
21、若D0和D1的各项数据在误差范围内，则证明前后两个驾驶员是同一个人，其尚未休息够，重复步骤5。
本发明，通过两个压力传感器确认驾驶员重量或体型，座椅和方向盘位置确认驾驶员的驾驶姿势，结合这两组信息来确认驾驶员的身份，即前后驾驶员是否为同一个人。再结合GPS模块实时更新的驾驶时间、速度和里程来判断驾驶员所驾驶汽车的行驶信息，就可以在确认同一驾驶员的前提下，根据其驾驶时间、里程的长短和驾驶速度的变化来判断出驾驶员是否处于疲劳驾驶的状态中，在判断是疲劳驾驶时，能及时发出报警，提高行车安全性。
最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，包含三个关键参数：T1为连续行驶时间，T2为连续停车时间，S为连续行驶里程，其特征在于包括如下步骤：
1）长时间驻车后首次开动汽车，归零T1，T2和S；在汽车速度为0时，持续时间大于驻车时长设定值为长时间驻车；
2）在汽车正常行驶过程中，单片机根据GPS模块的车辆信息，累计T1和S，直至T1大于等于第一时间设定值，或者S大于等于第一距离设定值，单片机判断驾驶员进入疲劳驾驶状态，从而向车载控制器或报警器发出信号，向外输出报警信号；
3）在T1和S累计到阈值之前，如果中途汽车停止，速度降为0的状态，在停车时刻就开始T2计时；
4）继续行驶前，如果T2大于等于第二时间设定值则认为驾驶员得到了充分休息，可以继续行驶；
5）若T2小于第二时间设定值，单片机则根据方向盘位置传感器、座椅位置传感器、座垫压力传感器和椅背压力传感器输入的位置和压力信息，由单片机来判断前后两个驾驶员是否为同一人；
5.1如果判断为同一人，则认为驾驶员休息不够，车辆如果继续行驶，则单片机会在前面中途汽车停止时的T1和S值基础上，继续T1和S值累计，直到触发疲劳驾驶报警或者中途停车换人；
5.2如果判断驾驶员不是同一人，则清零T1、S、T2，进入新一轮的疲劳驾驶检测。
2.根据权利要求1所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，其特征在于：所述的第一时间设定值为2小时至3小时 。
3.根据权利要求1所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，其特征在于：所述第一距离设定值为200千米至250千米。
4.根据权利要求1—3任一所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，其特征在于：所述第二时间设定值为20分钟至30分钟。
5.根据权利要求1—3任一所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测方法，其特征在于：其流程为如下步骤：
1）驾驶员上车开始驾驶时，汽车通电，电源模块从汽车电源取电，并输出指示信号激活单片机；
2）单片机通过接口从车辆的GPS模块读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
3）判断V是否等于0，若为0则说明车辆还未动，继续从GPS模块获取V、T、S数值；
4）若V不为0，则说明车开动了，此时使T1=T，T2=0，S1=S；
5）单片机通过信号线从方向盘位置传感器、座椅位置传感器、座垫压力传感器和椅背压力传感器，读取压力和位置信息并记录为数据包D0；
6）单片机通过接口从车辆的GPS模块读取车辆速度V，实时时间T，实时里程S数值；
7）单片机计算比较从汽车开动到当前的总时间是否大于第一时间设定值，计算并比较汽车从开动到当前的总里程是否大于第一距离设定值；
8）若步骤6中实时时间T、实时里程S，有任意一个条件满足步骤7，则单片机判定为疲劳驾驶，触发了疲劳驾驶判定结果，程序结束；
9）若步骤6中实时时间T、实时里程S，两个条件都不满足步骤7，则进一步判断V是否为0；
10）若V不为0，说明汽车任然在正常行驶，则继续步骤5-8；
11）若V为0，说明汽车停了，使T2=T；
12）单片机通过接口从GPS模块读取速度V，实时时间T，实时里程S数值；
13）单片机计算并比较T-T2是否大于等于第二设定时间；
14）若T-T2大于等于第二设定时间，说明这个驾驶员已经驻车休息够了，再进一步检测汽车配置的电源是否还正常；
15）若汽车配置的电源仍然正常，则重复步骤2；
16）若汽车配置的电源不正常，说明当前使用的是备份电源，则程序结束，等待汽车重新通电；
17）若步骤13中，若T-T2小于第二设定时间，则判断V是否为0，若仍为0则重复步骤12；
18）若V不为0，证明汽车重新开动，单片机通过信号线从方向盘位置传感器、座椅位置传感器、座垫压力传感器和椅背压力传感器，读取压力和位置信息并记录为数据包D1；
19）单片机比对D0和D1的各项数据是否超过误差阈值；
20）若D0和D1的各项数据超过误差阈值，则证明驾驶人员已经换人，前后两个驾驶员不是同一个人，则重复步骤4；
21）若D0和D1的各项数据在误差范围内，则证明前后两个驾驶员是同一个人，其尚未休息够，重复步骤5。
6.一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：包括设置在车辆上的单片机（1），电源模块（2）向单片机（1）供应电能，驾驶座椅内设置的座垫压力传感器（5）和椅背压力传感器（6），均与单片机（1）连接，将驾驶座椅的压力信号输入单片机（1）内；还在驾驶座椅上设置座椅位置传感器（4），在车辆方向盘上设置方向盘位置传感器（3），均与单片机（1）连接，将位置信号输入单片机（1）内；车辆的GPS模块（7）通过接口与单片机（1）连接，获取车辆的GPS信号；单片机（1）与车载控制器（8）连接，或者单片机（1）直接连接报警器。
7.根据权利要求6所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：车载控制器（8）连接报警器，通过声光发出报警信号。
8.根据权利要求6或7所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：电源模块（2）一端通过电源线与单片机（1）连接，另一端与车辆配置的电源连接，在低电压时从车辆配置的电源获得电能补充。
9.根据权利要求6或7所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：单片机（1）通过CAN接口接入车载控制器（8）。
10.根据权利要求6或7所述的一种驾驶员疲劳驾驶检测装置，其特征在于：所述电源模块（2）还与方向盘位置传感器（3）、座椅位置传感器（4）、座垫压力传感器（5）和椅背压力传感器（6）连接，供应电能。
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