基于動(dòng)態(tài)時(shí)間閾值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)

楊澤　李進(jìn)　劉洋洋

【摘 要】疲勞駕駛是引發(fā)交通事故的一個(gè)重要因素。因此，眾多的研究人員致力于疲勞駕駛的研究。在不增加額外傳感器的情況下，利用車載傳感器檢測(cè)駕駛員相關(guān)的操作動(dòng)作，并提出一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)間閾值的駕駛員疲勞狀態(tài)檢測(cè)方法。

【關(guān)鍵詞】疲勞駕駛；傳感器；動(dòng)態(tài)疲勞時(shí)間閾值

0 引言

每年，全世界死于交通事故的人數(shù)約為60萬，直接經(jīng)濟(jì)損失125億美元。這些災(zāi)難性事故中約57%與駕駛員疲勞駕駛有關(guān)根據(jù)文獻(xiàn)[1]。我國每年因道路交通傷亡的總?cè)藬?shù)居世界首位，而且以每年10%的速度遞增，疲勞駕駛所導(dǎo)致的交通事故也以相當(dāng)快的速度遞增。疲勞駕駛研究初期，研究的主要內(nèi)容是分析駕駛疲勞產(chǎn)生的機(jī)理并采取措施防止其產(chǎn)生。隨著信息時(shí)代的來臨，傳感器技術(shù)的應(yīng)用深入到了科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。

本文在不增加傳感器及外部設(shè)施的前提下通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、制動(dòng)燈。共同對(duì)駕駛員在駕駛車輛行駛于不同路況時(shí)反饋到傳感器上的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)綜合處理來判斷出駕駛員是否處于疲勞駕駛。

1 概述

1.1 疲勞駕駛產(chǎn)生的原因 [2]

駕駛疲勞產(chǎn)生原因主要如下：1）睡眠不足或睡眠時(shí)間不恰當(dāng)；2）駕駛時(shí)間過長；3）道路條件不好；4）其他原因（如不合理汽車設(shè)計(jì)、不舒適的溫度、光線和聲音的干擾等）。

1.2 疲勞駕駛的特征[3]

1.2.1 怠倦，無力

對(duì)駕駛員來說，開始是肩部和腿部感到不適，接著就會(huì)蔓延到腰部乃至全身，致使全身乏力。感覺主動(dòng)性減弱，駕駛能力下降，對(duì)操作缺乏信心，最后自己無法按照規(guī)程繼續(xù)駕駛。

1.2.2 注意功能失調(diào)

隨著疲勞的發(fā)展，注意力渙散，注意范圍縮小，注意的分配和轉(zhuǎn)移發(fā)生困難，經(jīng)常丟失重要的交通信息。疲勞駕駛會(huì)引起注意穩(wěn)定性下降，注意力分散，接收外界信息怠慢遲緩，視野逐漸變窄，漏看，錯(cuò)看信息的情況增多。

1.2.3 駕駛動(dòng)作失調(diào)

換擋不靈活，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，油門操作不平穩(wěn)。因此疲勞之后，動(dòng)作準(zhǔn)確性下降，有時(shí)發(fā)生反常反應(yīng)。動(dòng)作協(xié)調(diào)性也要受到破壞，動(dòng)作節(jié)律失調(diào)，動(dòng)作的自動(dòng)化程度下降以致操作遲緩、生硬、不合時(shí)機(jī)，這在制動(dòng)、轉(zhuǎn)向方面表現(xiàn)最為明顯。

1.2.4 反應(yīng)時(shí)間顯著增加

據(jù)國外研究，工作一天后，不同年齡的駕駛員對(duì)紅色信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間都增長了，同時(shí)，對(duì)復(fù)雜刺激的選擇反應(yīng)時(shí)間也增長，有時(shí)甚至增長2倍以上。疲勞狀態(tài)是一種不定量的狀態(tài)，在不同時(shí)間、不同個(gè)體、不同情景下，疲勞產(chǎn)生的程度也不同。疲勞狀態(tài)產(chǎn)生以后，駕駛員疲勞的心里表現(xiàn)形式，可以通過駕駛員的自我感覺或主觀體驗(yàn)來反映，頭腦不清晰，對(duì)外界事物思維判斷力下降。

2 基于傳感器的動(dòng)態(tài)閾值疲勞檢測(cè)

2.1 駕駛員動(dòng)作定義

2.1.1 節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)

駕駛員踩動(dòng)油門踏板時(shí)節(jié)氣門位置會(huì)發(fā)生變化。傳感器檢測(cè)到變化后產(chǎn)生信號(hào)。

2.1.2 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)

駕駛員在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。

2.1.3 制動(dòng)燈信號(hào)

駕駛員踩動(dòng)制動(dòng)踏板時(shí)汽車尾部的制動(dòng)燈就會(huì)變亮，由制動(dòng)燈開關(guān)輸出高低電平信號(hào)。

2.2 傳感器信號(hào)及說明

需要的車載傳感器信號(hào)除了上面定義的三種駕駛員動(dòng)作外，還有車速信號(hào)。即：①節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)用于反映節(jié)氣門的開度；②車速傳感器信號(hào)用于反映車速的大??；③方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)用于表現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的幅度；④制動(dòng)燈信號(hào)用于判別駕駛員是否有剎車動(dòng)車。

2.3 基本原理

從上一個(gè)駕駛員動(dòng)作（如上面定義）結(jié)束開始檢測(cè)下一個(gè)駕駛員動(dòng)作出現(xiàn)的時(shí)間，如果在設(shè)定的疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值內(nèi)檢測(cè)到任何一種駕駛員動(dòng)作，則為正常駕駛；并從該駕駛員動(dòng)作出現(xiàn)的時(shí)刻開始重新進(jìn)行下一個(gè)駕駛員動(dòng)作的檢測(cè)。如果任何一種動(dòng)作都沒有檢測(cè)到，則判定為疲勞駕駛。

對(duì)于轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角動(dòng)作，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值為動(dòng)態(tài)的，具體確定方法如下：對(duì)于其他動(dòng)作，其疲勞檢測(cè)時(shí)間閾值為固定值，這里根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取4s。例如，在某一車輛運(yùn)行狀況下，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的動(dòng)態(tài)閾值為4.5s，其他動(dòng)作的時(shí)間閾值為4s，則如果在4.5s內(nèi)檢測(cè)到駕駛員轉(zhuǎn)向動(dòng)作，或者在4s內(nèi)檢測(cè)到除轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角外的其他駕駛員動(dòng)作，則判定為正常駕駛；如果在4.5s內(nèi)未檢測(cè)到駕駛員轉(zhuǎn)向動(dòng)作，同時(shí)在4s內(nèi)未檢測(cè)到除轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角外的其他任何一種駕駛員動(dòng)作，則判定為疲勞駕駛。

3 轉(zhuǎn)向動(dòng)作的動(dòng)態(tài)閾值確定

3.1 直線行駛的時(shí)間閾值確定

汽車在不發(fā)生跑偏的情況下，方向盤的轉(zhuǎn)角不超過其自由行程時(shí)汽車保持直線行駛。通常，駕駛員在行車過程中，需要不斷對(duì)方向作出調(diào)整，即使在筆直的道路上行駛，也總是需要對(duì)方向盤做一些輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)文獻(xiàn)[4]。而根據(jù)駕駛疲勞的定義及其從生理表現(xiàn)上考慮，當(dāng)駕駛員處于駕駛疲勞狀態(tài)時(shí)會(huì)出現(xiàn)注意力不集中，操縱停頓等現(xiàn)象。因此通過監(jiān)測(cè)方向盤的動(dòng)作狀態(tài)可以間接反映駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。如果在經(jīng)歷一定時(shí)間內(nèi)方向盤沒有任何動(dòng)作，就可以判斷為動(dòng)作疲勞，其時(shí)間閾值隨汽車速度等級(jí)大小的變化而改變。車速等級(jí)分類及相應(yīng)時(shí)間閾值如表1所示。

表1 車速等級(jí)分類及直線行駛下相應(yīng)時(shí)間閾值

3.2 轉(zhuǎn)向行駛的時(shí)間閾值確定

轉(zhuǎn)向的時(shí)間閾值是指駕駛員在轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向動(dòng)作維持不變的時(shí)間。汽車在彎道行駛時(shí)會(huì)方向盤會(huì)轉(zhuǎn)到一個(gè)角度來維持汽車轉(zhuǎn)向的動(dòng)作，但是駕駛員在轉(zhuǎn)向時(shí)也會(huì)不斷調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)角維持汽車正常轉(zhuǎn)彎和回正。轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)下時(shí)間閾值根據(jù)車速等級(jí)（表1）和轉(zhuǎn)角等級(jí)（表2）動(dòng)態(tài)確定。其中，時(shí)間閾值等級(jí)分類如表3所示，時(shí)間閾值按表4確定。

4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。通過傳感器將汽車各部位的物理變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。單片機(jī)通過對(duì)傳感器電信號(hào)的采集，經(jīng)過前述方法進(jìn)行處理，判斷出駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)。當(dāng)判定為疲勞駕駛時(shí)，將控制信號(hào)傳輸?shù)綀?zhí)行裝置即轉(zhuǎn)向盤震動(dòng)器和蜂鳴器。

5 總結(jié)

利用汽車本身已有的傳感器，提出一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)間閾值的駕駛員疲勞檢測(cè)方法。其原理是根據(jù)一定時(shí)間長度內(nèi)是否出現(xiàn)駕駛員動(dòng)作判定駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)，且該時(shí)間長度根據(jù)汽車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)確定。該方法具有不增加額外傳感器設(shè)備，且疲勞檢測(cè)的關(guān)鍵閾值參數(shù)為動(dòng)態(tài)變化的，故能夠較好地適應(yīng)車輛運(yùn)行環(huán)境的變化。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]馬艷麗，裴玉龍.連續(xù)駕駛時(shí)間對(duì)駕駛特性測(cè)評(píng)指標(biāo)的影響[J].中國公路學(xué)報(bào)，2009，1（22）：84-85.

[4]沈永增，胡立方，馮繼秒.多源信息融合在駕駛疲勞檢測(cè)中的應(yīng)用[Z].2012.

[責(zé)任編輯：王偉平]