一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统技术方案

一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，包括驾驶员疲劳等级分析装置、声光报警装置和限速装置和车速传感器；驾驶员疲劳等级分析装置用于分析驾驶员疲劳等级，当驾驶员疲劳等级为轻度疲劳驾驶时，向声光报警装置发送声光报警信号；当驾驶员疲劳等级为深度疲劳驾驶时，向限速装置发送激活指令；限速装置用于通过激活指令激活自身，当自身处于激活状态时，实时拦截加速踏板位置传感器发送给车载电脑ECU的油门开度值信号，并通过车速传感器采集车辆实时速度；当车辆实时速度小于等于预设的限制速度时，向车载电脑ECU实时转发拦截到的油门开度值信号；当车辆实时速度大于预设的限制速度时，向车载电脑ECU发送限制速度对应的油门开度值信号给车载电脑ECU。

An active speed limit system based on driver fatigue

【技术实现步骤摘要】
一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统
本专利技术涉及紧急制动领域，具体涉及一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统。
技术介绍
国家统计局数据显示，我国近五年来每年交通事故发生次数均超过12万起，其中货车交通事故尤为严重，2016年全国共发生货车责任道路交通事故5.04万起，造成2.5万人死亡、4.68万人受伤，货车事故率高于普通机动车辆，且造成的损失也高于平均水平。其中，因为疲劳驾驶造成的交通运输事故每年给人民生命财产安全造成重大损失，各种研究表明，在所有道路事故中，约有20％与疲劳有关，在某些道路上高达50％。我国有关部门对货运车辆驾驶人抽样调查结果显示：84%货运车辆驾驶人日均驾驶时间超过8小时，其中40%超过12小时，64%货运车辆只配备了1名驾驶人。故，疲劳驾驶检测系统可帮助防止因驾驶员困倦而引起的事故。目前市面上单一的疲劳驾驶检测手段存在诸多弊端，比如利用驾驶行为特征分析时，总线数据种类多、数据量大，疲劳驾驶的特征行为极难识别和提取，而且每个司机驾驶习惯不一样，导致无法智能识别；利用面部状态识别的方法，能够有效识别驾驶员闭眼、打哈欠、打电话等动作，但是在舱内光线环境较差或摄像头被遮挡时无法正常工作。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，所述系统包括驾驶员疲劳等级分析装置、声光报警装置、限速装置和车速传感器，所述驾驶员疲劳等级分析装置分别与声光报警装置以及限速装置连接，所述限速装置分别与车速传感器以及车辆的加速踏板位置传感器连接；r>所述驾驶员疲劳等级分析装置用于分析驾驶员疲劳等级，所述疲劳等级包括非疲劳驾驶、轻度疲劳驾驶和深度疲劳驾驶，当驾驶员疲劳等级为轻度疲劳驾驶时，向声光报警装置发送声光报警信号；当驾驶员疲劳等级为深度疲劳驾驶时，向限速装置发送激活指令；所述声光报警装置用于在接收到声光报警信号后，输出声光报警，以提醒驾驶员正处于疲劳驾驶状态；所述限速装置用于通过所述激活指令激活自身，当自身处于激活状态时，实时拦截加速踏板位置传感器发送给车载电脑ECU的油门开度值信号，并通过车速传感器采集车辆实时速度；当车辆实时速度小于等于预设的限制速度时，向车载电脑ECU实时转发拦截到的油门开度值信号；当车辆实时速度大于预设的限制速度时，向车载电脑ECU发送所述限制速度对应的油门开度值信号给车载电脑ECU。进一步地，所述装置还包括常闭开关，加速踏板位置传感器通过常闭开关的常闭触点与车载电脑ECU连接；所述限速装置包括中央处理单元、信号采集单元、信号输出单元和开关控制单元，所述信号采集单元、信号输出单元、开关控制单元和驾驶员疲劳等级分析装置均与所述中央处理单元连接；所述中央处理单元通过信号采集单元分别与车速传感器以及车辆的加速踏板位置传感器连接，通过信号输出单元与常闭开关的常开触点连接，通过开关控制单元与常闭开关的继电器线圈连接；当所述限速装置接收到驾驶员疲劳等级分析装置发送的激活指令时，通过开关控制单元向常闭开关发送状态切换信号，使常闭开关的常闭触点断开，并使限速装置通过常闭开关的常开触点与车载电脑ECU连接，从而使车载电脑ECU不能直接接收加速踏板位置传感器的电信号。进一步地，所述驾驶员疲劳等级分析装置包括图像采集模块、面部行为识别模块和行驶记录仪主机，所述图像采集模块与行驶记录仪主机均与面部行为识别模块连接，所述行驶记录仪主机还与车辆的CAN总线连接；所述图像采集模块用于采集驾驶员的人脸动态图像；所述面部行为识别模块用于从采集的所述人脸动态图像中识别眼部闭合特征和嘴部张合特征；所述行驶记录仪主机用于从车辆CAN总线获取并解析车辆运行信息，通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征，并通过眼部闭合特征、嘴部张合特征以及驾驶行为特征融合分析驾驶员疲劳等级。进一步地，所述眼部闭合特征包括一个时间窗内的最长闭眼时间、一个时间窗内的眨眼频率和一个时间窗内的闭眼时间百分比，所述嘴部张合特征包括一个时间窗内的最长嘴部张开时间、一个时间窗内的打哈欠频率和一个时间窗内的嘴部张开时间百分比。进一步地，所述最长闭眼时间、所述闭眼时间百分比、所述最长嘴部张开时间和所述嘴部张开时间百分比对应的时间窗为10秒，所述眨眼频率和打哈欠频率对应的时间窗为60秒。进一步地，所述行驶记录仪主机包括车辆运行信息采集模块和驾驶行为特征计算模块，所述行驶记录仪主机用于从车辆CAN总线获取并解析车辆运行信息，所述驾驶行为特征计算模块用于通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征，其中，所述车辆运行信息包括方向盘转角SA和方向盘转角速度SAR，驾驶行为特征包括方向盘转角绝对均值SAMEAN、方向盘转角标准差SASTD、方向盘转角下四分位值均值SAQ1MEAN、方向盘转角上四分位值均值SAQ3MEAN、方向盘转角熵SE、方向盘转角速度绝对值均值SAVMEAN、方向盘转角速度标准差SAVSTD、零速百分比PNS累计行驶时长。进一步地，所述驾驶行为特征计算模块通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征具体为：方向盘转角绝对值均值SAMEAN是方向盘转角取绝对值后的平均值，其计算公式如公式一所示：公式一：；其中，N为方向盘转角样本采样个数，SAi为第i个方向盘转角样本；方向盘转角标准差SASTD计算公式如公式二所示：公式二：；其中，SAm计算公式如公式三所示：公式三：；将方向盘转角样本中N个数值由小到大排列，由小到大方向数，第四分之一处的数值即为方向盘转角下四分位值SAQ1，第四分之三处的数值即为方向盘转角上四分位值SAQ3，方向盘转角下四分位值均值SAQ1MEAN是指方向盘转角样本中所有小于下四分位值SAQ1的均值，方向盘转角上四分位值均值SAQ3MEAN是指方向盘转角样本中所有大于上四分位值SAQ3的均值；方向盘转角熵SE反映了驾驶人对方向盘操作的混乱程度和随机性，方向盘转角熵SE越大，表明驾驶人对方向盘操作随机性越大，驾驶人疲劳程度越高，方向盘转角熵SE按照方向盘转角的预测偏差出现的概率进行计算，首先按照公式四计算方向盘转角预测值θp(n)：公式四：；然后，根据方向盘转角实际值θ(n)与方向盘转角预测值θp(n)之差来计算方向盘转角预测偏差en，计算公式为如下公式五：公式五：；方向盘转角预测偏差en服从正态分布N(μ,σ2)，将方向盘转角预测偏差en分成9个区间，即（−∞，−5μ]，（−5μ，−2.5μ]，（−2.5μ，−μ]，（−μ，−0.5μ]，（−0.5μ，0.5μ），[0.5μ，μ），[μ，2.5μ），[2.5μ，5μ），[5μ，+∞)，然后计算各区间的概率值pi，最后根据公式六计算方向盘转角熵SE：公式六：；方向盘转角速度绝对值均值SAVMEAN和标准差SAVSTD反映车辆波动情况，用方向盘转角速度SAR替换公式一和公式二中的方向盘转角SA，从而计算方向盘转角速度绝对值均值SAVMEAN和标准差SAVSTD；零速百分比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述系统包括驾驶员疲劳等级分析装置、声光报警装置、限速装置和车速传感器，所述驾驶员疲劳等级分析装置分别与声光报警装置以及限速装置连接，所述限速装置分别与车速传感器以及车辆的加速踏板位置传感器连接；/n所述驾驶员疲劳等级分析装置用于分析驾驶员疲劳等级，所述疲劳等级包括非疲劳驾驶、轻度疲劳驾驶和深度疲劳驾驶，当驾驶员疲劳等级为轻度疲劳驾驶时，向声光报警装置发送声光报警信号；当驾驶员疲劳等级为深度疲劳驾驶时，向限速装置发送激活指令；/n所述声光报警装置用于在接收到声光报警信号后，输出声光报警，以提醒驾驶员正处于疲劳驾驶状态；/n所述限速装置用于通过所述激活指令激活自身，当自身处于激活状态时，实时拦截加速踏板位置传感器发送给车载电脑ECU的油门开度值信号，并通过车速传感器采集车辆实时速度；当车辆实时速度小于等于预设的限制速度时，向车载电脑ECU实时转发拦截到的油门开度值信号；当车辆实时速度大于预设的限制速度时，向车载电脑ECU发送所述限制速度对应的油门开度值信号给车载电脑ECU。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述系统包括驾驶员疲劳等级分析装置、声光报警装置、限速装置和车速传感器，所述驾驶员疲劳等级分析装置分别与声光报警装置以及限速装置连接，所述限速装置分别与车速传感器以及车辆的加速踏板位置传感器连接；
所述驾驶员疲劳等级分析装置用于分析驾驶员疲劳等级，所述疲劳等级包括非疲劳驾驶、轻度疲劳驾驶和深度疲劳驾驶，当驾驶员疲劳等级为轻度疲劳驾驶时，向声光报警装置发送声光报警信号；当驾驶员疲劳等级为深度疲劳驾驶时，向限速装置发送激活指令；
所述声光报警装置用于在接收到声光报警信号后，输出声光报警，以提醒驾驶员正处于疲劳驾驶状态；
所述限速装置用于通过所述激活指令激活自身，当自身处于激活状态时，实时拦截加速踏板位置传感器发送给车载电脑ECU的油门开度值信号，并通过车速传感器采集车辆实时速度；当车辆实时速度小于等于预设的限制速度时，向车载电脑ECU实时转发拦截到的油门开度值信号；当车辆实时速度大于预设的限制速度时，向车载电脑ECU发送所述限制速度对应的油门开度值信号给车载电脑ECU。


2.根据权利要求1所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述装置还包括常闭开关，加速踏板位置传感器通过常闭开关的常闭触点与车载电脑ECU连接；所述限速装置包括中央处理单元、信号采集单元、信号输出单元和开关控制单元，所述信号采集单元、信号输出单元、开关控制单元和驾驶员疲劳等级分析装置均与所述中央处理单元连接；
所述中央处理单元通过信号采集单元分别与车速传感器以及车辆的加速踏板位置传感器连接，通过信号输出单元与常闭开关的常开触点连接，通过开关控制单元与常闭开关的继电器线圈连接；当所述限速装置接收到驾驶员疲劳等级分析装置发送的激活指令时，通过开关控制单元向常闭开关发送状态切换信号，使常闭开关的常闭触点断开，并使限速装置通过常闭开关的常开触点与车载电脑ECU连接，从而使车载电脑ECU不能直接接收加速踏板位置传感器的电信号。


3.根据权利要求1所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述驾驶员疲劳等级分析装置包括图像采集模块、面部行为识别模块和行驶记录仪主机，所述图像采集模块与行驶记录仪主机均与面部行为识别模块连接，所述行驶记录仪主机还与车辆的CAN总线连接；
所述图像采集模块用于采集驾驶员的人脸动态图像；
所述面部行为识别模块用于从采集的所述人脸动态图像中识别眼部闭合特征和嘴部张合特征；
所述行驶记录仪主机用于从车辆CAN总线获取并解析车辆运行信息，通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征，并通过眼部闭合特征、嘴部张合特征以及驾驶行为特征融合分析驾驶员疲劳等级。


4.根据权利要求3所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述眼部闭合特征包括一个时间窗内的最长闭眼时间、一个时间窗内的眨眼频率和一个时间窗内的闭眼时间百分比，所述嘴部张合特征包括一个时间窗内的最长嘴部张开时间、一个时间窗内的打哈欠频率和一个时间窗内的嘴部张开时间百分比。


5.根据权利要求4所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述最长闭眼时间、所述闭眼时间百分比、所述最长嘴部张开时间和所述嘴部张开时间百分比对应的时间窗为10秒，所述眨眼频率和打哈欠频率对应的时间窗为60秒。


6.根据权利要求3所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述行驶记录仪主机包括车辆运行信息采集模块和驾驶行为特征计算模块，所述行驶记录仪主机用于从车辆CAN总线获取并解析车辆运行信息，所述驾驶行为特征计算模块用于通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征，其中，所述车辆运行信息包括方向盘转角SA和方向盘转角速度SAR，驾驶行为特征包括方向盘转角绝对均值SAMEAN、方向盘转角标准差SASTD、方向盘转角下四分位值均值SAQ1MEAN、方向盘转角上四分位值均值SAQ3MEAN、方向盘转角熵SE、方向盘转角速度绝对值均值SAVMEAN、方向盘转角速度标准差SAVSTD、零速百分比PNS和累计行驶时长。


7.根据权利要求6所述的基于驾驶员疲劳状态的主动限速系统，其特征在于，所述驾驶行为特征计算模块通过车辆运行信息计算出驾驶行为特征具体为：
方向盘转角绝对值均值SAMEAN是方向盘转角取绝对值后的平均值，其计算公式如公式一所示：
公式一：；
其中，N为方向盘转角样本采样个数，SAi为第i个方向盘转角样本；
方向盘转角标准差SASTD计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆林，冯鹏翔，李晓聪，张宇，
申请(专利权)人：南斗六星系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42