汽车疲劳驾驶安全防护系统及方法
【专利摘要】本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及汽车疲劳驾驶安全防护系统及方法，包括疲劳驾驶预警系统、系统开关输入单元、油门开度信号单元、发动机转速信号单元、车速信号单元、系统控制器、发动机控制器、油泵继电器单元和电子稳定控制系统；系统控制器根据输入的各种信号进行疲劳等级判断，并根据疲劳等级输出相应指令至发动机控制器、油泵继电器单元和电子稳定控制系统。根据识别出的驾驶员疲劳强度限制发动机油门开度、是否断油、是否刹车，使驾驶员既能在轻度疲劳时，在不断油并限制油门开度下安全车速进行驾驶，有效避免因误踩油门而引发交通事故；同时在疲劳强度过大时进行断油、以及紧急刹车，保证人身安全。
【专利说明】
汽车疲劳驾驶安全防护系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及汽车疲劳驾驶安全防护系统及方法。
【背景技术】
[0002] 机动车长时间行驶，司机很容易产生疲劳感，特别是现在工作压力大，疲劳驾驶时 驾驶员反应迟钝，当出现紧急状况时很难及时做出处理。此外，一些大型货车由于惯性较 大，其刹车距离太长，更容易出现交通事故。根据调查，我国道路交通事故一直呈上升趋势， 其中由于疲劳驾驶造成的交通事故占交通事故的比重很大。因此，发明一种方法以避免疲 劳驾驶导致的安全事故是必要的。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种有助于减少疲劳驾驶交通事故的汽车疲 劳驾驶安全防护系统及方法。
[0004] 对于本发明一种汽车疲劳驾驶安全防护系统，其技术方案为，包括:疲劳驾驶预警 系统、系统开关输入单元、油门开度信号单元、发动机转速信号单元、车速信号单元、系统控 制器、发动机控制器、油栗继电器单元和电子稳定控制系统；
[0005] 所述疲劳驾驶预警系统输出驾驶员疲劳强度S、系统开关输入单元输出使能信号、 油门开度信号单元输出油门开度P、发动机转速信号单元输出发动机转速η、车速信号单元 输出车速ν至系统控制器，所述系统控制器根据输入的各种信号进行疲劳等级判断，并根据 疲劳等级输出相应指令至发动机控制器、油栗继电器单元和电子稳定控制系统。
[0006] 进一步的，还包括影音娱乐系统主机和车身控制器，所述影音娱乐系统主机用于 接收系统控制器发送的车内语音提示信号，所述车身控制器用于接收系统控制器发送的车 身双闪报警信号。
[0007] 进一步的，所述系统控制器与疲劳驾驶预警系统、系统开关输入单元、油门开度信 号单元、发动机转速信号单元、车速信号单元、影音娱乐系统主机、车身控制器及电子稳定 控制系统之间通过CAN通信。
[0008] 对于本发明一种汽车疲劳驾驶安全防护方法，其技术方案为，接收驾驶员疲劳强 度信号，根据驾驶员疲劳强度判断疲劳等级，并根据疲劳等级输出相应动作：
[0009] 当判断为无疲劳驾驶时，将驾驶员请求油门开度P作为输出油门开度；
[0010] 当判断为轻度疲劳驾驶时，若驾驶员请求油门开度P不超过油门开度限值Plim，则 将驾驶员请求油门开度P作为输出油门开度;若驾驶员请求油门开度P超过油门开度限值 Plim，则将油门开度限值Plim作为输出油门开度；
[0011] 当判断为中度疲劳驾驶时，输出油门开度为0;
[0012] 当判断为重度疲劳驾驶时，输出油门开度为0,并进行断油及紧急刹车。
[0013] 进一步的，所述疲劳等级根据具体疲劳强度SN进行判断：
[0014] 当0<SN<a，为无疲劳驾驶；
[0015] ia<SKb，为轻度疲劳驾驶；
[0016] ib<SN<c，为中度疲劳驾驶；
[0017] ic<SN<l，为重度疲劳驾驶；
[0018]所述具体疲劳强度SN为驾驶员疲劳强度S归一化处理所得值，所述数值a、b、c分别 为轻度疲劳驾驶、中度疲劳驾驶、重度疲劳驾驶阈值。
[0019] 进一步的，轻度疲劳驾驶时，所述油门开度限值计算过程如下：
[0020] 采用标定查表的方法，根据具体疲劳强度SN的值得出对应的初始油门开度限值P (SN)lim;
[0021 ]计算发动机转速η的转速补偿因子心(1〇，所述
所述Pum(n)为不同 发动机转速下的安全油门开度限值，通过试验标定获取；
[0022] 计算车速v的车速补偿因子&⑷，所述
-，所述Pum(v)为不同车速下 的安全油门开度限值，通过试验标定获取；
[0023] 所述油门开度限值Plim = P(SN)limXfl(n) Xf2(V)。
[0024] 进一步的，当X1<Sn<X2时，所述初始油门开度限值P(SN)lim通过线性插补计算得 至|J，即
.所述f(xi)和f(x2)为具体疲劳强度S N分别取xjpx2 时所对应的初始油门开度限值。
[0025] 进一步的，所述轻度疲劳驾驶时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于轻度疲 劳驾驶状态。
[0026] 进一步的，所述中度疲劳驾驶时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于危险驶 状态。
[0027] 进一步的，所述重度疲劳驾驶时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于危险驶 状态、发送车身双闪报警信号，同时控制车辆断油，并进行紧急刹车。
[0028] 本发明的有益效果:根据识别出的驾驶员疲劳强度限制发动机油门开度、是否断 油、是否刹车，使驾驶员既能在轻度疲劳时，在不断油并限制油门开度下安全车速进行驾 驶，有效避免因误踩油门而引发交通事故；同时在疲劳强度过大时进行断油、以及紧急刹 车，保证人身安全。而由于在经过轻度疲劳和中度疲劳下限制油门开度，发动机系统会断 油，燃烧扭矩降低，发动机转速会恢复到怠速情况，车速也同样会降低到车辆稳定行驶的最 小车速，在重度疲劳下紧急刹车，不会导致车辆侧翻等危害人身安全。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明一种汽车疲劳驾驶安全防护系统的连接示意图；
[0030] 图2为本发明一种汽车疲劳驾驶安全防护方法的控制流程图；
[0031] 图3为本发明轻度疲劳驾驶时油门开度限值Plim的计算过程；
[0032] 图中：
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0034] 如图1所示，一种汽车疲劳驾驶安全防护系统，包括疲劳驾驶预警系统1、系统开关 输入单元2、油门开度信号单元3、发动机转速信号单元4、车速信号单元5、系统控制(ECU)6、 发动机控制器(EMS)7、影音娱乐系统主机8、车身控制器(BCM)9、油栗继电器单元10、刹车信 号、及电子稳定控制系统(ESC)ll。疲劳驾驶预警系统1、系统开关输入单元2、油门开度信号 单元3、发动机转速信号单元4和车速信号单元5通过CAN线与系统控制器6通信，系统控制6 通过CAN线与发动机控制器7通信，系统控制器6输出断油信号并通过硬线发送给油栗继电 器单元10,系统控制器6输出车内语音提示信号并通过CAN线与影音娱乐系统主机8通信，系 统控制器6输出车身双闪报警信号并通过CAN线与车身控制器9通信，系统控制器6输出刹车 信号通过CAN线与电子稳定控制系统11通信。
[0035] 如图2所示为一种汽车疲劳驾驶安全防护方法的控制流程图，具体结合以下实施 例进行说明：
[0036] 系统开关输入单元2控制该系统的启动和关闭，疲劳驾驶预警系统1输出驾驶员疲 劳强度S，并通过CAN线输出给系统控制6,其中，驶员疲劳强度S的计算方式为现有技术。
[0037] 在系统开关输入单元2控制该系统启动后，疲劳驾驶预警系统1输出驾驶员疲劳强 度S、发动机转速信号单元3输出发动机转速η以及车速信号单元4输出车速v给系统控制6。 系统控制6将接收到的驾驶员疲劳强度S进行归一化处理，得到S N，即0 < SN < 1。并将归一化 后的疲劳驾驶强度Sn根据驾驶强度限值判定四个等级:无疲劳驾驶、轻度疲劳驾驶、中度疲 劳驾驶和重度疲劳驾驶。判断依据为：当0 < SN < 0.05，为无疲劳驾驶；当0.05<Sn < 0.5，为 轻度疲劳驾驶；当〇.5<5〃^0.8，为中度疲劳驾驶；当0.8<5〃<1，为重度疲劳驾驶。其中， 0.05、0.5、0.8分别为轻度疲劳驾驶、中度疲劳驾驶、重度疲劳驾驶阈值，可以根据实际情况 进行标定。
[0038] (1)在判定为无疲劳驾驶时，该系统无任何操作，维持驾驶员意图，即油门开度限 值Pi im等于驾驶员请求油门开度P，Piim=P。
[0039] (2)在判定为轻度疲劳驾驶时，根据具体疲劳强度SN、发动机转速η和车速v来不同 程度限制油门开度Pi im。
[0040] 本发明提供的实施例中，首先根据疲劳强度SN计算出初始油门开度限值P(SN)lim。 当 SN=[0.05,0.1,0.15,0.2,0,25,0.3,0.35,0.4,0.45,0.5]时，初始油门开度限值 P(SN)iim = [60% ,56% ,52% ,46% ,40% ,30% ,18% ,8% ,6% ,5% ]，该值通过标定查表获得，即当 SN = 0.1时，P(SN)iim=56%;当SN = 0.15时，P(SN)iim=52%，以此类推。当X1<S N<x2时，初始 油门开度限值P(SN)lim通过线性插补计算得到，即
f(Xl)和 f(X2)为具体疲劳强度SN分别取xdPx2时所对应的初始油门开度限值。如0.1<Sn<0.15时， 有
，即 P(SN)iim=52% + (0.15-SN)X80%。以此类推，得到 其他区间段的初始油门开度限值P(SN)iim。系统控制器6根据发动机转速η和车速v对初始油 门开度限值进行补偿，得到最终的油门开度限值Pum，其计算公式为:Pu^PUdumXfKn) Xf2(v) 〇
[0041] 其中，fKn)为发动机转速η的转速补偿因子;f2(v)为车速ν的车速补偿因子。通过 测试采集在车速不变而发动机转速变化，在不同发动机转速下进行多组试验，测试标定出 不同转速下的安全油门开度限值Pu m(n)，最后得到转速补偿因子。即当发动机转速n = n〇 时，转速补偿因子fi(no)有：
[0042]
[0043] 通过该方法得到所有发动机转速下的转速补偿因子&(1〇。
[0044] 同理，测试采集在发动机转速不变而车速变化，在不同车速下进行多组试验，测试 标定出不同车速下的安全油门开度限值Piim(v)，最后得到转速补偿因子。即当车速v = V〇 时，转速补偿因子f 2 (vo)有：
[0045]
[0046] 通]Q：该力S侍到所令车速下的转速补偿因子f2(v)。
[0047] 如图3所示，为轻度疲劳驾驶时系统控制框图。
[0048]系统控制器ECU6将接收到的油门开度值P的油门指令通过CAN线发送给发动机控 制器7:若驾驶员请求油门开度值P小于Plim，则驶员请求油门开度值P通过CAN线发送给发动 机控制器7;若驾驶员请求油门开度值P大于或等于P lim，则将油门开度限值?^的油门指令 代替驾驶员请求油门开度值P通过CAN线发送给发动机控制器7。同时，系统控制器ECU6发送 车内语音提示信号，并通过CAN线发送给影音娱乐系统主机8,通过语音提醒驾驶员已处于 轻度疲劳驾驶状态。
[0049] (3)在判定为中度疲劳驾驶时，限值油门开度为0,即Plim = 0,此时油门踏板不起作 用，即系统控制器6将油门开度值0指令代替驾驶员请求油门开度值P通过CAN线发送给发动 机控制器9。同时，系统控制器6发送车内语音提示信号，并通过CAN线发送给影音娱乐系统 主机8，通过语音提醒驾驶员已处于危险驾驶状态。
[0050] (4)在判定为重度疲劳驾驶时，将系统控制器6将油门开度值0通过CAN线发送给发 动机控制器7,即P lim = 0,向油栗继电器单元10发送断油指令，系统断油；同时并通过CAN线 将刹车指令发动给电子稳定控制系统11，车辆紧急刹车；同时，系统控制器6发送车内语音 提示信号，并通过CAN线发送给影音娱乐系统主机8,通过语音提醒驾驶员已处于危险驾驶 状态。另外，系统控制器6发送车身双闪报警信号，并通过CAN线发送给车身控制器11，实现 车灯双闪报警。
[0051] 由于在经过轻度疲劳和中度疲劳下限制油门开度，发动机系统会断油，燃烧扭矩 降低，发动机转速会恢复到怠速情况，车速也同样会降低到车辆稳定行驶的最小车速，在 10km/h左右，在重度疲劳下紧急刹车，不会导致车辆侧翻等危害人身安全。
[0052] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在 本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种汽车疲劳驾驶安全防护系统，其特征在于:包括疲劳驾驶预警系统（1)、系统开 关输入单元(2)、油门开度信号单元(3)、发动机转速信号单元(4)、车速信号单元(5)、系统 控制器(6)、发动机控制器(7)、油栗继电器单元(10)和电子稳定控制系统（11); 所述疲劳驾驶预警系统（1)输出驾驶员疲劳强度S、系统开关输入单元(2)输出使能信 号、油门开度信号单元(3)输出油门开度P、发动机转速信号单元(4)输出发动机转速η、车速 信号单元(5)输出车速ν至系统控制器(6)，所述系统控制器(6)根据输入的各种信号进行疲 劳等级判断，并根据疲劳等级输出相应指令至发动机控制器(7)、油栗继电器单元(10)和电 子稳定控制系统（11)。2. 如权利要求1所述的汽车疲劳驾驶安全防护系统，其特征在于:还包括影音娱乐系统 主机(8)和车身控制器(9)，所述影音娱乐系统(8)主机用于接收系统控制器(6)发送的车内 语音提示信号，所述车身控制器(9)用于接收系统控制器(6)发送的车身双闪报警信号。3. 如权利要求2所述的汽车疲劳驾驶安全防护系统，其特征在于:所述系统控制器(6) 与疲劳驾驶预警系统（1)、系统开关输入单元(2)、油门开度信号单元(3)、发动机转速信号 单元(4)、车速信号单元(5)、影音娱乐系统主机(8)、车身控制器(9)及电子稳定控制系统 (11)之间通过CAN通信。4. 一种汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，接收驾驶员疲劳强度信号，根据驾驶 员疲劳强度判断疲劳等级，并根据疲劳等级输出相应动作： 当判断为无疲劳驾驶时，将驾驶员请求油门开度P作为输出油门开度； 当判断为轻度疲劳驾驶时，若驾驶员请求油门开度P不超过油门开度限值Pum，则将驾 驶员请求油门开度P作为输出油门开度;若驾驶员请求油门开度P超过油门开度限值 将油门开度限值Piim作为输出油门开度； 当判断为中度疲劳驾驶时，输出油门开度为〇; 当判断为重度疲劳驾驶时，输出油门开度为0,并进行断油及紧急刹车。5. 如权利要求4所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，所述疲劳等级根据具 体疲劳强度SN进行判断： 当O^Sha，为无疲劳驾驶； ia<SN<b，为轻度疲劳驾驶； ib<SN<c，为中度疲劳驾驶； ic<SN<l，为重度疲劳驾驶； 所述具体疲劳强度Sn为驾驶员疲劳强度S归一化处理所得值，所述数值a、b、c分别为轻 度疲劳驾驶、中度疲劳驾驶、重度疲劳驾驶阈值。6. 如权利要求5所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，轻度疲劳驾驶时，所 述油门开度限值Ph^计算过程如下： 采用标定查表的方法，根据具体疲劳强度SN的值得出对应的初始油门开度限值P(SN)lim; 计算发动机转速η的转速补偿因子以1〇,所述 ，所述Pum(n)为不同发动 机转速下的安全油门开度限值，通过试验标定获取； 计算车速V的车速补偿因子f2(v)，所述.所述Plim(v)为不同车速下的安 全油门开度限值，通过试验标定获取； 所述油门开度限值Plim = P(SN)limXfl(n) Xf2(V)。7. 如权利要求6所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，当X1<Sn<X2时，所述 初始油门开度限值P(SN)lim通过线性插补计算得到，即所 述f(X1)和f(X2)为具体疲劳强度SN分别取xjp x2时所对应的初始油门开度限值。8. 如权利要求4所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于：所述轻度疲劳驾驶 时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于轻度疲劳驾驶状态。9. 如权利要求4所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，所述中度疲劳驾驶 时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于危险驶状态。10. 如权利要求4所述的汽车疲劳驾驶安全防护方法，其特征在于，所述重度疲劳驾驶 时，发送车内语音提示信号提示驾驶员处于危险驶状态、发送车身双闪报警信号，同时控制 车辆断油，并进行紧急刹车。
【文档编号】B60T7/12GK105857075SQ201610310447
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】秦龙, 黄永逸
【申请人】东风汽车公司