专利名称：一种绿色驾驶行为训练装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及驾驶行为训练装置，尤其涉及一种集合人、车、路信息并通过训练驾驶 行为达到节能之目的的绿色驾驶行为训练装置。
背景技术：
所谓绿色驾驶行为，是指最节省油耗的驾驶行为。众所周知，对于同一辆汽车，除 了道路状况不好、交通状况不佳如塞车等会造成不同的油耗，不同的驾驶行为会造成不同 的油耗，如急加速、急刹车、或过多并线等都会造成汽车油耗的增加。随着汽车数量的不断 增加，人们对汽车的油耗和排放对环境的影响问题越来越关注。相关调查表明除了工业废 气和人为的焚烧，汽车排放的尾气是造成空气污染的主要原因。近几年，国内成品油价格一 路攀升，不断上涨，驾驶员，特别是私家车主越来越来关心车辆的油耗问题。随着我国汽车 燃油税的即将开征，燃油价格将大幅提高，汽车油耗的高低在汽车使用成本中将有着举足 轻重的地步，如何开车才能更加省油是广大驾驶员普遍关心的问题。汽车燃油的经济性不 仅要依靠汽车厂商研发和调整发动机及变速箱等汽车硬件技术来实现，而且也要依靠司机 驾驶行为的改善。研究表明，改善不良驾驶行为可以节油20-30%。
发明内容
针对如何开车才能更加省油的问题，本发明旨在提供一种新的驾驶行为训练装 置，所述装置可以根据道路和汽车的状况来计算出最优的驾驶行为，并显示当前驾驶行为 和最优驾驶行为在油耗方面的区别，从而帮助驾驶员调整驾驶行为，达到最低油耗。本发明的技术解决方案是这样实现的一部为信息采集部，包括汽车状态信息采集部、驾驶行为信息采集部；所述汽车状态信息采集部，用于通过OBD连接线自车辆OBD接口中读取车辆状态 信息，包括行驶速度Speed、进气空气流速MAF和引擎转数；所述驾驶行为信息采集部，用于获取包括驾驶员头部及眼部运动的驾驶员驾驶行 为信息，；二部为数据输入部，用于输入燃油种类和等级、燃油价格、起点和终点，所述起点 包括起始位置和起始时间，所述终点包括终止位置和结束时间；三部为信息及数据处理部，用于结合汽车状态信息采集部采集的信息、数据输入 部输入的数据以及道路状况和车道线检测信息，计算油耗和燃油费用；通过图像处理，计算 驾驶员视线跟踪内容及视觉显著区域，以识别和标注注视内容；识别限速标志并与车速信 息相比较；识别车道线并检测车道线偏离；经信息整合比较，识别高油耗或危险驾驶行为； 并用于输入输出方式的设置和切换、工作模式设置、静音设置、清零及设备开关；所述道路 状况和车道线检测信息由与所述处理部相连接的道路状况信息采集装置获取。四部为输出部，用于显示包括涉及油耗或燃油费用的相关信息；并用于对识别为 危险或高油耗的驾驶行为自动报警，所述报警包括图文显示和/或声音报警。
进一步的，所述信息和数据处理部内安装有三维加速仪，用以自动识别汽车飘移及稳定情况，并结合道路状况信息采集部获取的车道线信息用以检测车道线偏离。所述道路状况信息采集装置包括集成OpenCV开源计算机视觉库，用以完成车道 线检测功能。更进一步的，所述信息采集部还包括集成GPS全球定位系统模块，和内置GIS地理 信息系统，用以获取车辆位置和道路等级信息，并为信息和数据处理部所识别整合。而且，所述信息及数据处理部计算的所述油耗和燃油费用包括最优油耗和燃油费 用预测值，及实时油耗和燃油费用；并依照输出方式的设置和切换，由所述输出部予以分别 显示或同时显示；所述最优油耗和燃油费用预测值根据所述道路状况信息及车辆在该道路状况下 的MAF的最小理论值计算出来；或根据历史记录中相同道路的实际油耗最低值计算得出；所述实时油耗和燃油费用是针对所述数据输入部输入的起点和终点所对应的两 点间的油耗及燃油费用。与现有技术相比，本发明具有下述显著的技术效果本发明安装简单，克服了一般的节油装置需要改装或在车上安装部分的问题其 与车辆的连接只需要一个OBD连接线和OBD接口连接至汽车的OBD设备上，安装于汽车的 仪表盘前或前面板上方，几秒钟就可以完成，无需安装或使用其它部件，包括电源等；亦无 需对车辆进行任何程度的改装；本发明将可以显著改善驾驶员的驾驶行为，降低油耗，减少污染本发明通过识别 不良驾驶行为，如打电话、低头、急加速、急减速等，根据输出设置进行报警或将不良驾驶行 为对油耗的影响显示出来；本发明根据车辆的状况和道路情况计算出该车的最优燃油值以 确定最优驾驶行为，并可将该值与当前实时油耗同时显示出来，方便驾驶员调整驾驶行为 降低油耗；本发明不仅可以显示实时油耗，也可以显示从某一时间或地点开始所花费的燃 油费用，以便驾驶员在有多条路径可以选择时，根据需要选择最合适的道路；本发明可安装三维加速仪，可以自动识别车辆的飘移及稳定情况，并可以根据道 路摄像机数据的处理得到汽车偏离车道的情况；本发明装置适用性好，可以应用任何具有ODB接口的车辆上，包括轿车、卡车、货 车及公共汽车等。
图1是实施例的硬件组成图；图2是实施例的工作原理图；图3是实施例中驾驶行为信息和道路状况信息处理流程图。
具体实施例方式现结合附图以本发明作进一步的具体描述一种绿色驾驶行为训练装置，如图1所示，训练装置的主体1集成了输入输出装置 和处理器，内部安装了三维加速仪4，其显示屏1. 1作为人机交互的界面，可为触摸屏，用以 显示输入输出内容，如显示包括涉及油耗或燃油费用，显示历史记录，及显示两者之间的区别等。显示屏侧可设置多个按钮1. 3，包括“设置”按钮，用以设置输入输出方式及内容，如输入燃油种类、单价，输出实时油耗或燃油费用等，或输出实时油耗与历史记录或最优燃 油值比较曲线等；包括“切换”按钮，用以切换输入输出内容；包括“模式”按钮，用以设置模 式、运行模式及OBD信息显示模式等选择；包括“静音”按钮，用以控制是否静音；还可包括 “清零”按钮，用以重新设置油耗的起算点(时间或地点)，计算从该开始的实时耗油量及费 用的总和；还可包括“开关”按钮，用以独立控制所述训练装置的启动和关闭。所述训练装置主体1 一侧还安装有固定焦距的红外光源摄像机1. 2，用于获取驾 驶员的头部和眼部动作信息。另外，主体1上还安装了扬声器1.4，兼作声音报警装置，用以对识别为危险或高 油耗的驾驶行自动报警；主体1另外接有用于获取道路场景信息和车道线检测信息的道路场景摄像装置， 用以提供道路状况信息和车道线检测信息，如车辆出现飘移情况，系统会自动报警，提示驾 驶员修正车辆位置，从而保证车辆在固定的车道内行驶，减少变换车道次数，达到降低油耗 之效果。车道检测功能通过OpenCV(OpenSource Computer Vision Library)，跨平台的开 源计算机视觉库予以完成。 本训练装置还可集成GPS全球定位系统模块，和内置GIS地理信息系统，用以获取 车辆位置和道路等级信息，并为处理器所识别整合。本发明的工作原理如图2所示，具体分析如下汽车状态信息采集自汽车自带的OBD设备美国从1996年以后生产的车辆都具有 OBDII接口，我国在实行欧III标准后，将要求汽车增加OBD装备，因此车辆配备OBD设备的 会越来越普及，从OBD中可以读出车辆行驶速度、进气空气流速、发动机转速和冷却液温度 等信息。本发明所述的绿色驾驶行为训练装置，安装于汽车的仪表盘前或前面板上方，通过 一个OBD连接线连接至汽车的OBD接口上，其启动和关闭均由汽车发动机的工作状态决定， 即当发动机启动或汽车供电时，本训练装置即行通电；当发动机关闭时，本训练装置即行断 电。本装置可藉此直接启动或关闭；亦可自行设置开关。汽车油耗的计算方法根据采集到的OBD信息中可以得到车辆行驶速度Speed (公 里/小时)和进气空气流速MAF (Mass Air Flow Rate,克/秒)。参加计算的参数还有发动机空燃比AFR(Air/Fuel Ratio，一般低排量的汽车，理想的比率是14. 7克空 气比1克汽油)；汽油的密度D (克/升)，汽油的密度根据燃油的等级和温度的不同而变化，平均 值为90#汽油的平均密度为0. 72g/ml ；93#汽油的密度为0. 725g/ml ；97#汽油的密度为 0. 737g/ml。在计算中，我们以93#汽油的密度0. 725g/ml为例。汽油的流速=MAF/AFR = MAF/14. 7 (克汽油/秒)以使用93#汽油的一般低排量汽车为例
<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 6</formula>
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<formula>formula see original document page 6</formula>继而，通过数据输入部，输入有关燃油的种类、等级及价格，将计算出的油耗转换 为费用，得到不同时间或里程的油耗及燃油费用。最优驾驶行为是指油耗达到最低的驾驶行为，而车辆的最优油耗有二种计算方 法，一种是理论计算的最优油耗，是根据道路的等级和限速情况，利用车辆在该路况条件下 的MAF最小值理论值计算出来的，计算公式如前所述。第二种是实际的最优油耗，是通过在 历史记录中查找相同道路的油耗最低值，相加后等到的。例如从家到单位的上班途中有市 内道路、高速公路和一级公路等，通过查找该车在相应路况的历史油耗记录的最小值，得到 在市内道路中的该车的曾经最低油耗、在高速公路油耗的最小油耗和一级公路的油耗最小 值，然后将从家到单位途中的不同等级道路里程数乘以相应的最小油耗值就得到了最优油 耗的预测值，该值即为调整驾驶行为可以达到的最低油耗值。则驾驶员在选择行车路线时，除可以行车距离及行车时间为参考，还可直接以油 耗或燃油费用作为参考。例如从家到办公室有三条路线可以到达，一条是高速路(路途 远，但速度快)，第二条是市内最短路径，但比较塞车，第三条是市内较顺畅的路径，路程居 中。选择路线时系统可以根据以往在这几条路线上的行车时间和燃油费用给出选择的条 件，如费用最低或时间最短等。系统可以存储和记录多条历史行车记录供用户参考，并可以 依据驾驶员以往在相同等级公路上的驾驶行为预计出最低油耗及费用，从而帮助驾驶员做 出行车路线的选择。在行车过程中驾驶员可以调整自己的驾驶行为，争取达到预测的最佳 油耗水平。根据输入输出方式的设置，本发明可以显示与油耗相关的不同信息，各种信息显 示方式之间可以通过按键自由切换。本发明装置上含有多个按钮，分别用以设置静音、显示 方式、工作模式、清零及开关等内容。其显示器亦可为触摸屏，从而获得更为便捷的人机交 互平台，可以选择和输入如下信息燃油种类和等级、燃油价格、起始和结束地点、查看历史 记录或预测最优油耗等。本发明的驾驶行为信息采集部可为具有红外光源的固定焦距相机，红外光源保证 了系统在夜间或光线较暗的情况下也可以正常使用。红外光线对驾驶员是不可见光，因此 不会影响驾驶。该摄像机记录的驾驶员的头部和眼睛的位置和动作，并计算驾驶员低头、瞌 睡闭眼或打电话等情况。现结合图3对所述驾驶行为信息处理过程及道路场景信息处理过程描述如下。上述驾驶行为信息处理过程是这样实现的驾驶行为摄像机可以检测驾驶员的驾驶信息，通过图像处理技术，不仅可以识别 驾驶员的头部和眼部运动，也可以计算出驾驶员的视线跟踪内容。计算过程如下具有红外光源的驾驶行为摄像机作为视线跟踪的红外相机，可以检测驾驶员的头部位置和瞳孔位 置，并它们进行跟踪。基于头部和瞳孔位置的变化可以计算出驾驶员的视线位置，即可以对 视线进行跟踪。该视线跟踪的内容为道路场景摄像机所记录的图像。为了对驾驶员的注视 内容进行准确的识别和标注，可以对道路场景图像进行视觉显著区域处理，找到驾驶员注 视的感兴趣区域。本发明的处理器外接的道路状况信息采集装置是道路场景摄像头，用以获取道 路状况信息和车道线检测信息，并传输给所述处理器。其中可集成openCV(0pen Source Computer Vision Library)，用以完成车道线检测功能。如果车辆出现飘移的情况，系统会 自动报警，提示驾驶员修正车辆位置，从而保证车辆在固定的车道内行驶，减少变换车道的 次数，达到进一步降低油耗的效果。
本发明的信息采集部还包括集成GPS全球定位系统模块，和内置GIS地理信息系 统(Geographic Information System)，用以获取车辆位置和道路等级信息，并为信息和数 据处理部所识别整合，从而用以判断汽车所在位置的道路等级。以一些等级的道路不进行 车道线检测，如城市内道路或小路；对高速公路等道路则进行车道线检测。道路场景信息处理过程是这样实现的本发明主要是对道路场景图像中的限速标志和车道线进行检测和跟踪，检测结果 和3D加速仪数据相结合判断车辆是否飘移及偏离车道线。利用OBD中的车速信息和3D加 速仪信息可以判断车辆的急加速和急减速情况。对以上信息进行综合处理，例如急加速、 急减速、车辆飘移及不正常转弯、驾驶员注意力不在道路图像中等注意力不集中情况，这些
情况可以判断为高油耗驾驶行为或危险驾驶行为，然后由系统进行图文显示和/或声音报
m 目。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种绿色驾驶行为训练装置，包括以下四个组成部分一部为信息采集部，包括汽车状态信息采集部、驾驶行为信息采集部；所述汽车状态信息采集部，用于通过OBD连接线自车辆OBD接口中读取车辆状态信息，包括行驶速度Speed、进气空气流速MAF和引擎转数；所述驾驶行为信息采集部，用于获取包括驾驶员头部及眼部运动的驾驶员驾驶行为信息；二部为数据输入部，用于输入燃油种类和等级、燃油价格、起点和终点，所述起点包括起始位置和起始时间，所述终点包括终止位置和结束时间；三部为信息及数据处理部，用于结合汽车状态信息采集部采集的信息、数据输入部输入的数据以及道路状况和车道线检测信息，计算油耗和燃油费用；通过图像处理，计算驾驶员视线跟踪内容及视觉显著区域，以识别和标注注视内容；识别限速标志并与车速信息相比较；识别车道线并检测车道线偏离；经信息整合比较，识别高油耗或危险驾驶行为；并用于输入输出方式的设置和切换、工作模式设置、静音设置、清零及设备开关；所述道路状况和车道线检测信息由与所述处理部相连接的道路状况信息采集装置获取；四部为输出部，用于显示包括涉及油耗或燃油费用的相关信息；并用于对识别为危险或高油耗的驾驶行为自动报警，所述报警包括图文显示和/或声音报警。
2.根据权利要求1所述的绿色驾驶行为训练装置，其特征在于所述信息和数据处理部内安装有三维加速仪，用以自动识别汽车飘移及稳定情况，并 结合所述道路状况和车道线检测信息检测车道线偏离。
3.根据权利要求1所述的绿色驾驶行为训练装置，其特征在于所述信息采集部还包括集成GPS全球定位系统模块，和内置GIS地理信息系统，用以获 取车辆位置和道路等级信息，并为信息和数据处理部所识别整合。
4.根据权利要求1 3任一所述的绿色驾驶行为训练装置，其特征在于所述信息及数据处理部计算的所述油耗和燃油费用包括最优油耗和燃油费用预测值， 及实时油耗和燃油费用；并依照输出方式的设置和切换，由所述输出部予以分别显示或同 时显示；所述最优油耗和燃油费用预测值根据所述道路状况信息及车辆在该道路状况下的MAF 的最小理论值计算出来；或根据历史记录中相同道路的实际油耗最低值计算得出；所述实时油耗和燃油费用是针对所述数据输入部输入的起点和终点所对应的两点间 的油耗及燃油费用。
全文摘要
本发明涉及一种绿色驾驶行为训练装置，是一种将人、车和道路信息相结合的不需要对汽车进行任何改装的通过训练驾驶行为达到车辆最低油耗而节能的训练装置，该装置帮助驾驶员在开车时通过调整自身驾驶行为达到最佳油耗。本发明的训练器装置连接汽车的OBD，不需要单独的电池或电源线，随着汽车的启动和熄火自动开启和关闭，通过计算不仅可以显示车辆从某一地点或时间开始的所消耗的燃油，也可以显示其费用。本发明可以帮助驾驶员正确驾驶车辆，使车辆的油耗达到最优效果。本训练装置具有红外光源的固定焦距的摄像机，可以检测驾驶员的头部和眼睛运动，对低头、闭眼和打电话等行为进行报警。
文档编号G09B9/04GK101826265SQ20101016106
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者付先平, 毕胜, 袁国良 申请人:大连海事大学