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一种基于生理信息的安全驾驶系统
| 专利名称： | 一种基于生理信息的安全驾驶系统 |
| 摘要： | 本发明公开了一种基于生理信息的安全驾驶系统，属于汽车安全控制领域；系统包含信息采集模块、语音模块、驾驶员信息管理模块、疲劳警示模块、分心警示模块、不良习惯监督模块、油门防呆模块、虹膜报警模块、和雨刮器自启模块；本发明旨在通过分析驾驶员的生理信息，包括驾驶员的心率、皮电、脑电波、虹膜、眼球位置，来判断驾驶员的状态，如疲劳、分心，针对驾驶员的状态来制定相关决策，以提高汽车行驶安全性，在关键时候保障车内人员行驶安全。 |
| 专利类型： | 发明专利 |
| 国家地区组织代码： | 吉林;22 |
| 申请人： | 吉林大学 |
| 发明人： | 郑宏宇;蒙万佳;武建君;张鹏程 |
| 专利状态： | 有效 |
| 申请日期： | 2019-04-03T00:00:00+0800 |
| 发布日期： | 2019-05-31T00:00:00+0800 |
| 申请号： | CN201910266953.5 |
| 公开号： | CN109823345A |
| 代理机构： | 长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙) |
| 代理人： | 李荣武 |
| 分类号： | B60W40/08(2012.01);B;B60;B60W;B60W40 |
| 申请人地址： | 130012 吉林省长春市前进大街2699号 |
| 主权项： | 1.一种基于生理信息的安全驾驶系统，其特征在于： 所述系统包含信息采集模块、语音模块、驾驶员信息管理模块、疲劳警示模块、分心警示模块、不良习惯监督模块、油门防呆模块、虹膜报警模块和雨刮器自启模块； 所述信息采集模块用于采集驾驶员的心率、皮电、脑电波、虹膜和转向盘握力信息； 所述信息采集模块还用于采集汽车转向盘转角、汽车周围车辆信息、前方影像信息、驾驶舱内影像信息； 所述语音模块在收到指令后播报相应语音信息； 所述驾驶员信息管理模块作用是记录不同驾驶员的基准生理信息，并随温度、时间的变化调整驾驶员的基准生理信息；所述驾驶员信息管理模块提供数据访问接口让其他模块访问； 所述疲劳警示模块基于驾驶员的生理信息去判断驾驶员是否疲劳，并命令所述语音模块播报相应语音信息； 所述分心警示模块基于驾驶员的生理信息去判断驾驶员是否开车分心，并命令所述语音模块播报相应语音信息； 所述不良习惯监督模块在监督模式开启后，可以记录所述驾驶员的不良驾驶信息，并且把不良驾驶信息分类，记录次数，然后生成报表；所述不良习惯监督模块还可以指定电话号码，并且把所述不良习惯按照指定日期发送给所述指定表报；所述不良习惯监督模块内设有一种评分奖励制度； 所述油门防呆模块基于驾驶员的生理信息来防止油门踏板误踩； 所述虹膜报警模块基于所述驾驶员信息管理模块中虹膜信息，制定了一种基于生理信息的协议来触发报警； 所述雨刮器自启模块基于所述驾驶员的生理信息去自动控制雨刮器的启停。 2.如权利要求1所述的一种基于生理信息的安全驾驶系统其特征在于： 所述信息采集模块包含皮电传感器模块、心率传感器模块、雷达模块、高清摄像头模块1、高清摄像头模块2、眼球追踪模块、虹膜识别模块，压力传感器模块1、压力传感器模块2和脑电波传感器模块； 所述皮电传感器模块、心率传感器模块和压力传感器模块安装在一个中心线为六分之一转向盘圆的管状套的表面，所述管状套的截面为三分之二圆环，圆环内径与转向盘截面外径相等，厚度为5毫米；所述皮电传感器模块、心率传感器模块和压力传感器模块宽度为5毫米，长度比所述管状套中心线短六分之一，厚为1毫米；所述皮电传感器模块和心率传感器模块分别安装在所述管状套的正上方和正下方；所述压力传感器2安装在所述管状套的外侧；所述皮电传感器模块、心率传感器模块和压力传感器模块和所述管状套组成转向盘传感器套；所述转向盘传感器套共有两个，分别为转向盘传感器套1和转向盘传感器套2；所述驾驶员可以依据驾驶习惯调整所述转向盘传感器套1和转向盘传感器套2的位置；所述脑电波模块安装在脑电帽中，所述驾驶员驾驶时选择是否佩戴；所述雷达模块安装在车顶，汽车纵向对称面，且离汽车前缘距离为D，其中： D＝(HR+HC-HP)/tan(0.5γ) HR为激光雷达光源到底座的距离，单位为米,HC为汽车高度，单位为米，HP为汽车前缘到地面的高度，单位为米，γ为雷达可视角； 所述高清摄像头模块1安装在汽车纵向对称面上，车厢顶部且离前挡风窗上缘距离D1处，摄像头朝正前方，其中： H1为所述高清摄像头模块1的摄像头到安装座底的高度，单位为毫米，为摄像头能见角，单位为弧度； 高清摄像头模块2安装位置与所述高清摄像头模块1处于同一个水平面，且位于纵向对称面左偏D2，摄像头对准驾驶员，其中： B汽车宽度，单位为米，Ds为驾驶员座椅对称面到车门的距离； 所述眼球追踪模块安装位置为使其摄像头中心位于纵向对称面左偏D3，离车厢顶部Ht，离前挡风窗上缘距离Dv Ht为所述摄像头中心到所述眼球追踪模块安装座底部距离，单位为米，Ls为驾驶员座椅靠背最外缘离前挡风窗上缘的距离，单位为米，Hx为车厢内高度，ε为所述眼球追踪模块的摄像头的可视角，摄像头朝驾驶舱内；所述虹膜识别传感器模块安装在所述眼球追踪模块的摄像头中心的正下方Hm处，Hm为所述眼球追踪模块的摄像头中心离所述眼球追踪模块上表面的距离，单位为米。 3.如权利要求1所述的一种基于生理信息的安全驾驶系统，其特征在于： 当驾驶员启动汽车后，所述驾驶员信息管理模块所首先向所述虹膜识别模块请求识别结果，如果所述驾驶员的虹膜信息在所述驾驶员信息管理模块的数据库内，则启动所述基于生理信息的安全驾驶系统；否则所述驾驶员信息管理模块立即为所述驾驶员建立新的档案，录入驾驶员虹膜，并且启动基准数据采集程序； 所述基准数据采集程序的采集项目为： a)向高清摄像头模块2请求所述驾驶员脸部图像，并根据图像计算出所述驾驶员的眼睛部分的面积，嘴巴部分的面积、瞳孔面积； b)所述语音模块向所述驾驶员提问：“系统向您收集性别和年龄信息，请用普通话说出您的性别和年龄，回答句式为：‘我是男的，18岁’，或者您可以回答‘我拒绝回答’”； c)若所述驾驶员回答了性别和年龄信息，则所述基准数据采集程序记录下所述驾驶员的性别和年龄信息；若所述驾驶员拒绝回答，则所述基准数据采集程序将所述驾驶员的性别和年龄信息记为空； d)接收并储存皮电传感器模块、心率传感器模块、压力传感器模块2的广播信息，采样周期为Δt秒； e)如果所述驾驶员佩戴了所述脑电帽，则采集所述驾驶员脑电波信息，否则不采集； f)所述基准数据采集程序采集时间为Tsamp分钟： Tsamp单位为分钟，Year为年龄，单位为岁，Cye为采集时间性别系数，若性别和年龄信息为空，Tsamp取20分钟；如果没有满Tsamp分钟，则记录当前采集时间，待到所述驾驶员信息管理模块检测到该驾驶员再次驾驶时继续采集，直到满Tsamp分钟为止； g)在所述基准数据采集程序采集时间不足Tsamp分钟时，所述基于生理信息的安全驾驶系统不开启； 完成基准数据采集后，所述驾驶员信息管理模块开始处理所述采集的基准数据，计算出所述驾驶员的心率基准值Hb、皮电基准值Sb、手持转向盘压力基准值Pb，其中： xi是心率采样值，yi是皮电采样值，pLi是左手压力采样值，pRi是右手压力采样值，Ki是权重，δh是转向盘转动角度,Δt是采样时间； 如果所述驾驶员没有佩戴脑电帽，则令脑电波基准值Ib＝0，否则计算脑电波基准值Ib： 其中βi是β波采样值，αi是α波采样值，θi是θ波采样值； 所述驾驶员信息管理模块处理完所述采集的基准数据后，把包含下述的计算结果存储到所述驾驶员的档案中：所述驾驶员的平均眼睛面积Aeyeb、闭合时的嘴巴面积Amob、瞳孔面积AE、性别、年龄、心率基准值Hb、皮电基准值Sb、手持转向盘压力基准值Pb、脑电波基准值Ib和测量环境平均温度teb； 所述驾驶员信息管理模块完成上述步骤后，启动所述基于生理信息的安全驾驶系统。 4.如权利要求3所述的一种基于生理信息的安全驾驶系统，其特征在于： 所述驾驶员信息管理模块依据月份、温度、所述驾驶员的性别和年龄去调整所述心率基准值Hb、皮电基准值Sb； 定义一天内的最高温度值为日温度峰值；定义月温度峰值差为当月最高日温度峰值减去最低日温度峰值；定义所述驾驶员所在地区过去5年中，第j(j＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12)个月份的平均月温度峰值差大于等于10°的月份为换季月，小于10°的月份为普通月；对于普通月，定义所述驾驶员所在地区过去5年的第j个月份的平均温度为该月份的特征温度tesj；对于换季月，定义所述驾驶员所在地区过去5年的第j个月份的前十天平均温度为该月份的特征温度tesj1，第十一到第二十天的平均温度为该月份的特征温度tesj2，第二十到月底的平均温度为该月份的特征温度tesj3； 所述驾驶员信息管理模块在调整基准信息前，首先判断当前时间是否为普通月；若当前时间第j月是普通月，则当前月特征温度tes＝tesj；若当前时间是换季月，tes＝tesjk，其中 Day表示当前时间为一个月的第Day天；则该月份所述基准值所如下调整： a)调整心率基准值为：Hbt＝Hb+KHKHyKHs(0.6tes+0.4te-teb)，其中te为实时温度，KH为心率基准值随温度变化的变化率,KHy为心率年龄系数，KHs为心率性别系数，当驾驶员性别和年龄信息为空时，KHy＝KHyav，KHs＝KHsav,其中，KHyav为平均心率年龄系数，KHsav为平均心率性别系数； b)调整皮电基准值为：Sbt＝Sb+KSKSyKSs(0.5tes+0.5te-teb)，其中Ks为皮电基准值随温度变化的变化率，KSy为皮电年龄系数，KSs为皮电性别系数，当驾驶员性别和年龄信息为空时，KSy＝KSyav，KSs＝KSsav，其中，Ksyav为平均皮电年龄系数，KSsav为平均皮电性别系数； 若脑电波基准值Ib≠0，所述驾驶员在第i个月的脑电波基准值做如下调整： Ibt＝Ib+KIKIyKIs(0.3tes+0.7te-teb) 其中KI为脑电波基准值随温度变化的变化率，KIy为脑电波年龄系数，KIs为脑电波性别系数，当驾驶员性别和年龄信息为空时，KIy＝KIyav，KIs＝KIsav，其中，KIyav为平均脑电波年龄系数，KIsav为平均脑电波性别系数；若脑电波基准值Ib＝0，则Ib不做调整。 5.如权利要求1所述的一种基于生理信息的安全驾驶系统，其特征在于： 所述疲劳警示模块根据所述皮电传感器模块、高清摄像头模块2、脑电波传感器模块和压力传感器模块2的实时输入来决策所述驾驶员是否进入疲劳状态，其决策方法为： a)以10秒为一个计算周期，计算所述驾驶员的平均皮电值St、压力传感器模块2的平均压力值Pt，所述驾驶员的眼睛平均面积Aeyet； b)计算10秒内脑电波的I的平均值It， 其中，β为所述驾驶员的β波值，α为所述驾驶员的α波值，θ为所述驾驶员的θ波值，N为10秒内的采样次数； c)计算决策判断值De： 当所述驾驶员佩戴了脑电帽时， 当所述驾驶员没有佩戴脑电帽时， 其中ξ为疲劳系数，t为持续驾驶时间，单位为秒； d)当0 |
| 所属类别： | 发明专利 |
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