CN117622190B - 基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及疲劳驾驶监测技术领域，且公开了基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，包括：获取模块和时间测定模块，获取模块包括角位移传感器，角位移传感器用于监测汽车方向盘的旋转角度；时间测定模块内部设有时间测定单元，时间测定单元用于测定汽车方向从一个角度旋转至设定角度所需时间；该基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，通过采集设定模块与获取模块中的角位移传感器、压力传感器和时间测定模块的组合设计，可以采集驾驶员直行驾驶车辆时汽车方向盘的操作状态以及驾驶员对汽车方向盘的握力变化，并设定汽车方向盘的操作变化参数和驾驶员对汽车方向盘的握力变化量参数，判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。
Description
技术领域
本发明涉及疲劳驾驶监测技术领域，具体为基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统。
背景技术
疲劳驾驶是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理、心理机能失调而出现驾驶技能下降的现象，疲劳驾驶会对驾驶人的注意、思维、判断等方面产生影响，极易引起交通事故。
汽车智能座舱会安装疲劳驾驶监测系统，现有的汽车智能座舱疲劳驾驶监测系统均为图像监控系统，通过采集驾驶员的驾驶状态，识别判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，但是驾驶员最容易出现疲劳驾驶是在夜晚长距离直行时，同时驾驶员在夜晚驾驶时，汽车座舱内部一般时处于黑暗的状态，在该上述情况下，图像监控系统很难识别驾驶员的面部状态和身体状态，会影响对驾驶员疲劳驾驶的判断。
发明内容
为解决以上现有的汽车智能座舱疲劳驾驶监测系统在驾驶员最容易出现疲劳驾驶的夜晚长距离直行时，很难识别驾驶员的面部状态和身体状态，会影响对驾驶员疲劳驾驶的判断的问题，本发明通过以下技术方案予以实现：基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，包括：
获取模块，所述获取模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于监测汽车方向盘的旋转角度；
时间测定模块，所述时间测定模块内部设有时间测定单元，所述时间测定单元用于测定汽车方向从一个角度旋转至设定角度所需的时间；
采集设定模块，用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，以及汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间s，根据采集的所述旋转角度范围0-a和所需的时间s设定驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b和所需的时间S；
预警模块，驾驶员直行驾驶时，当汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间大于所述所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示。
进一步的，所述0角度为汽车直行时汽车方向盘的正向角度，此时的汽车方向盘既不向左偏转也不向右偏转；
所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b的设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a的最大阈值，分别为a1、a2、…an，当最大阈值为异常数据时，重新采集一次最大阈值，最大阈值的异常数据是指该阈值明显远大于或远小于其他最大阈值，例如，该阈值是其他阈值的1.5倍或0.5倍，取n次旋转角度范围0-a的最大阈值的平均值：；
则所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b中的最大阈值b为：；
其中，k为比例系数，k的取值范围为1-1.15；
所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间S设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间，分别为s1、s2、…sn，取n次旋转角度变化的平均角速度w：；
因此，；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度时的角速度W小于平均角速度w时，即从0角度旋转至b角度所需时间大于所述所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示。
进一步的，取a1、a2、…an中的最大值a0，当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态；
当汽车智能座舱的转向灯开启时，所述驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
进一步的，将所述n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度的最大阈值中大于所述最大阈值的平均值的旋转角度记录为A1、A2、…Am；
所述采集设定模块还用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值A1、A2、…Am分别回转到所述最大阈值的平均值所需的时间S1、S2、…Sm，其中m表示有m个旋转角度的最大阈值大于所述最大阈值的平均值；
计算所述驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值回转到所述最大阈值的平均值的平均时间：；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在经过S0的时间长度后，汽车方向盘的旋转角度仍未回转到0-b的旋转角度范围时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态。
进一步的，所述获取模块还包括压力传感器，所述压力传感器用于监测驾驶员对汽车方向盘的握力；
所述时间测定单元还用于测定驾驶员对汽车方向盘的握力在设定范围内变化所需的时间；
所述采集设定模块还用于采集处于疲劳状态的驾驶员手握汽车方向盘时的握力随时间变化的关系，获取握力的单位时间变化量，根据取握力的单位时间变化量，设定判断驾驶员疲劳驾驶时的驾驶员手握方向盘的握力单位时间变化量范围为d1-d2，驾驶员在疲劳驾驶时，其对汽车方向盘的握力会逐渐减小，此时握力的变化情况与驾驶员正常驾驶时手握方向盘的握力变化情况不同；
驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示。
进一步的，所述握力单位时间变化量范围d1-d2的设定包括：
采集n次驾驶员处于疲劳状态时手握汽车方向盘时握力的变化量，分别为Δf1、Δf2、…Δfn，可以通过汽车模拟驾驶的方式采集驾驶员处于疲劳状态时手握汽车方向盘时握力的变化量，同时采集n次握力变化所需的时间Δs1、Δs2、…Δsn，n次握力的单位时间变化量的平均值为：；
所述握力单位时间变化量范围：；
其中，K1、K2均为比例系数，K1的取值范围为0.9-1，K2的取值范围为1-1.1。
进一步的，驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，同时所述驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在所述S0的时间段内，汽车方向盘的旋转角度回转到0-b的旋转角度范围时，重新判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
进一步的，所述采集设定模块采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a以确定旋转角度范围0-b时，以周或月或者驾驶员的直行驾驶次数为周期，更新采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，从而重新设定旋转角度范围0-b，例如每周、每两周、每个月或者每直行驾驶50次为周期，更新设定旋转角度范围0-b。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，通过采集设定模块与获取模块中的角位移传感器、压力传感器和时间测定模块的组合设计，可以采集驾驶员直行驾驶车辆时汽车方向盘的操作状态以及驾驶员对汽车方向盘的握力变化，并设定汽车方向盘的操作变化参数和驾驶员对汽车方向盘的握力变化量参数，通过实时监测汽车方向盘操作状态和驾驶员对汽车方向盘的握力的变化情况，判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，该疲劳驾驶监测预警系统不受汽车座舱内部光线环境的影响，可全天候对驾驶员的驾驶状态进行监测，驾驶员疲劳驾驶监测效果好。
附图说明
图1为本发明疲劳驾驶监测预警系统结构流程图；
图2为本发明疲劳驾驶监测预警系统系统运行流程图一；
图3为本发明疲劳驾驶监测预警系统系统运行流程图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
该基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统的实施例如下：
实施例一：
请参阅图1-图2，基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，包括：
获取模块，获取模块包括角位移传感器，角位移传感器用于监测汽车方向盘的旋转角度。
时间测定模块，时间测定模块内部设有时间测定单元，时间测定单元用于测定汽车方向从一个角度旋转至设定角度所需的时间。
采集设定模块，用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，以及汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间s，0角度为汽车直行时汽车方向盘的正向角度，此时的汽车方向盘既不向左偏转也不向右偏转，根据采集的旋转角度范围0-a和所需的时间s设定驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b和所需的时间S。
预警模块，驾驶员直行驾驶时，当汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间大于所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时预警模块发出疲劳预警提示。
驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b的设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a的最大阈值，分别为a1、a2、…an，当最大阈值为异常数据时，重新采集一次最大阈值，最大阈值的异常数据是指该阈值明显远大于或远小于其他最大阈值，例如，该阈值是其他阈值的1.5倍或0.5倍，取n次旋转角度范围0-a的最大阈值的平均值：；
则驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b中的最大阈值b为：；
其中，k为比例系数，k的取值范围为1-1.15；
驾驶员安全驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间S设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间，分别为s1、s2、…sn，取n次旋转角度变化的平均角速度w：；
因此，；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度时的角速度W小于平均角速度w时，即从0角度旋转至b角度所需时间大于所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时预警模块发出疲劳预警提示。
采集设定模块采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a以确定旋转角度范围0-b时，以周或月或者驾驶员的直行驾驶次数为周期，更新采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，从而重新设定旋转角度范围0-b，例如每周、每两周、每个月或者每直行驾驶50次为周期，更新设定旋转角度范围0-b。
取a1、a2、…an中的最大值a0，当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态；当汽车智能座舱的转向灯开启时，驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
获取模块还包括压力传感器，压力传感器用于监测驾驶员对汽车方向盘的握力，时间测定单元还用于测定驾驶员对汽车方向盘的握力在设定范围内变化所需的时间。
采集设定模块还用于采集处于疲劳状态的驾驶员手握汽车方向盘时的握力随时间变化的关系，获取握力的单位时间变化量，根据取握力的单位时间变化量，设定判断驾驶员疲劳驾驶时的驾驶员手握方向盘的握力单位时间变化量范围为d1-d2，驾驶员在疲劳驾驶时，其对汽车方向盘的握力会逐渐减小，此时握力的变化情况与驾驶员正常驾驶时手握方向盘的握力变化情况不同。
驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时预警模块发出疲劳预警提示。
握力单位时间变化量范围d1-d2的设定包括：
采集n次驾驶员处于疲劳状态时手握汽车方向盘时握力的变化量，分别为Δf1、Δf2、…Δfn，可以通过汽车模拟驾驶的方式采集驾驶员处于疲劳状态时手握汽车方向盘时握力的变化量，同时采集n次握力变化所需的时间Δs1、Δs2、…Δsn，n次握力的单位时间变化量的平均值为：；
握力单位时间变化量范围：；
其中，K1、K2均为比例系数，K1的取值范围为0.9-1，K2的取值范围为1-1.1。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于：
参考图3，不采用驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度与a0的对比作为判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态的依据，而是采用一下方式对驾驶员是否处于疲劳驾驶状态进行判定：
将n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度的最大阈值中大于最大阈值的平均值的旋转角度记录为A1、A2、…Am；
采集设定模块还用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值A1、A2、…Am分别回转到最大阈值的平均值所需的时间S1、S2、…Sm，其中m表示有m个旋转角度的最大阈值大于最大阈值的平均值；
计算驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值回转到最大阈值的平均值的平均时间：；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在经过S0的时间长度后，汽车方向盘的旋转角度仍未回转到0-b的旋转角度范围时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态。
驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，同时驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在S0的时间段内，汽车方向盘的旋转角度回转到0-b的旋转角度范围时，重新判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
疲劳驾驶监测预警系统运行原理：
首先通过获取模块中的角位移传感器和时间测定模块，利用采集设定模块采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，以及汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间s，根据采集的旋转角度范围0-a和所需的时间s设定驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b和所需的时间S。
驾驶员直行驾驶时，当汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间大于所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时预警模块发出疲劳预警提示。
同时，当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态；当汽车智能座舱的转向灯开启时，驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态，或者当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在经过S0的时间长度后，汽车方向盘的旋转角度仍未回转到0-b的旋转角度范围时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态。
还可以同步通过获取模块中的压力传感器和时间测定模块，利用采集设定模块采集处于疲劳状态的驾驶员手握汽车方向盘时的握力随时间变化的关系，获取握力的单位时间变化量，根据取握力的单位时间变化量，设定判断驾驶员疲劳驾驶时的驾驶员手握方向盘的握力单位时间变化量范围为d1-d2。
驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时预警模块发出疲劳预警提示，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，同时驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在S0的时间段内，汽车方向盘的旋转角度回转到0-b的旋转角度范围时，重新判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块包括角位移传感器，所述角位移传感器用于监测汽车方向盘的旋转角度；
时间测定模块，所述时间测定模块内部设有时间测定单元，所述时间测定单元用于测定汽车方向从一个角度旋转至设定角度所需的时间；
采集设定模块，用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，以及汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间s，根据采集的所述旋转角度范围0-a和所需的时间s设定驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b和所需的时间S；
预警模块，驾驶员直行驾驶时，当汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间大于所述所需的时间S时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示；
所述0角度为汽车直行时汽车方向盘的正向角度；
所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b的设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a的最大阈值，分别a1、a2、…an，取n次旋转角度范围0-a的最大阈值的平均值：；
则所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘的旋转角度变化范围0-b中的最大阈值b为：；
其中，k为比例系数，k的取值范围为1-1.15；
所述驾驶员安全驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度所需的时间S设定包括：
采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至a角度所需的时间，分别为s1、s2、…sn，取n次旋转角度变化的平均角速度w：；
因此，；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘从0角度旋转至b角度时的角速度W小于平均角速度w时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示；
所述获取模块还包括压力传感器，所述压力传感器用于监测驾驶员对汽车方向盘的握力；
所述时间测定单元还用于测定驾驶员对汽车方向盘的握力在设定范围内变化所需的时间；
所述采集设定模块还用于采集处于疲劳状态的驾驶员手握汽车方向盘时的握力随时间变化的关系，获取握力的单位时间变化量，根据取握力的单位时间变化量，设定判断驾驶员疲劳驾驶时的驾驶员手握方向盘的握力单位时间变化量范围为d1-d2；
驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态，此时所述预警模块发出疲劳预警提示。
2.根据权利要求1所述的基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于：取a1、a2、…an中的最大值a0，当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态；
当汽车智能座舱的转向灯开启时，所述驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度大于a0时，判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
3.根据权利要求1所述的基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于：将所述n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度的最大阈值中大于所述最大阈值的平均值的旋转角度记录为A1、A2、…Am；
所述采集设定模块还用于采集驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值A1、A2、…Am分别回转到所述最大阈值的平均值所需的时间S1、S2、…Sm；
计算所述驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘从旋转角度的最大阈值回转到所述最大阈值的平均值的平均时间：；
当驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在经过S0的时间长度后，汽车方向盘的旋转角度仍未回转到0-b的旋转角度范围时，判定驾驶员处于疲劳驾驶状态。
4.根据权利要求3所述的基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于：所述握力单位时间变化量范围d1-d2的设定包括：
采集n次驾驶员处于疲劳状态时手握汽车方向盘时握力的变化量，分别为Δf1、Δf2、…Δfn，同时采集n次握力变化所需的时间Δs1、Δs2、…Δsn，n次握力的单位时间变化量的平均值为：；
所述握力单位时间变化量范围：；
其中，K1、K2均为比例系数，K1的取值范围为0.9-1，K2的取值范围为1-1.1。
5.根据权利要求4所述的基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于：驾驶员直行驾驶时，当驾驶员手握汽车方向盘的握力的单位时间变化量在d1-d2的范围内时，同时所述驾驶员实际直行驾驶时汽车方向盘旋转至b角度后，在所述S0的时间段内，汽车方向盘的旋转角度回转到0-b的旋转角度范围时，重新判定驾驶员处于非疲劳驾驶状态。
6.根据权利要求1所述的基于汽车智能座舱的疲劳驾驶监测预警系统，其特征在于：所述采集设定模块采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a以确定旋转角度范围0-b时，以周或月或者驾驶员的直行驾驶次数为周期，更新采集n次驾驶员正常直行驾驶时汽车方向盘的旋转角度范围0-a，从而重新设定旋转角度范围0-b。
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