检测瞌睡驾驶的系统和方法
【专利摘要】一种检测瞌睡驾驶的系统和方法，包括控制器，该控制器配置为每第一时间基于转向扭矩信息和横向位移信息计算基本特性并基于第二时间内的基本特性计算基本阈值。此外，控制器每第三时间基于转向扭矩信息和横向位移信息计算当前特性并基于第四时间内的当前特性计算当前阈值。然后控制器比较当前阈值和当前特性从而确定是否发生瞌睡驾驶。
【专利说明】检测瞌睡驾驶的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种检测瞌睡驾驶的系统和方法，更具体地，涉及一种基于多个行驶方式(driving pattern)中的转向扭矩的检测瞌睡驾驶的系统和方法。
【背景技术】
[0002]高速公路交通事故中十分之四是由于瞌睡驾驶导致的，因此，需要一种能够防止由于瞌睡驾驶造成的交通事故的系统。
[0003]最近开发出一种用于监控驾驶者状态的系统，该系统通常通过分析行驶方式，驾驶者的图像，和生物信号(bio-signal)来评估驾驶者的状态。此外，一种基于行驶方式检测目盍睡驾驶的系统可以仅通过使用控制区域网络(CAN:Control Area Network)数据，而不用成像设备(例如，摄像机)或额外的传感器就可以方便地实现。
[0004]一种基于行驶方式检测瞌睡驾驶的技术使用多种信号评估驾驶者的状态，这些信号在车辆中获得，这些信号例如为转向角、横向位移、车速等，而且可以通过结合上述信号检测出驾驶特性(driving characteristic),可基于该驾驶特性,推断出驾驶者状态。
[0005]现有技术中最常使用的特性是转向角死区(dead-band)。转向角死区是指转向角在大约O度维持预定时间段后快速变化的转向方式。当驾驶者开车打瞌睡时，驾驶者维持大约O度的转向角预定时间段后，清醒过来同时会突然操纵(steer)车辆(使车辆转向)，因此转向角死区被用作瞌睡驾驶的一个特征。
[0006]但是，当基于转向角死区确定瞌睡驾驶时，由于在作为大部分瞌睡驾驶的检测逻辑的运行条件的单调的高速行驶期间，在正常行驶过程中(例如，当没有经历突然的转向运动时)转向角的变化也实质上很小，因此即使没有经历转向角的变化，也无法估计驾驶者何时打瞌睡。
[0007]此外，由于快速变化的转向方式是在危险的瞌睡驾驶后经历的，因此快速变化的转向方式用于瞌睡驾驶的检测逻辑的预警告的目的是不够的。而且，在许多情况下，当驾驶者醒来时，如果状况不危险，就不会有快速变化的转向，因此，不会产生转向角死区。
[0008]因此，现有的转向角死区特性有一种缺陷，即在已经发生危险状况之后，才会检测到瞌睡驾驶，而且可能很难区分一般的瞌睡驾驶和正常驾驶。
[0009]在本部分公开的上述信息仅用于增强对本发明的【背景技术】的理解，因此其可能包含不构成本国本领域技术人员所已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种检测瞌睡驾驶的系统和方法，该系统和方法基于转向扭矩检测瞌睡驾驶是否发生。
[0011]本发明的一个示例性实施例提供一种检测瞌睡驾驶的方法，包括:每第一时间基于转向扭矩信息和横向位移信息计算基本特性并基于第二时间内的基本特性计算基本阈值的学习步骤；和每第三时间基于转向扭矩信息和横向位移信息计算当前特性，基于第四时间内的当前特性计算当前阈值，并且比较当前阈值和当前特性从而确定是否发生瞌睡驾驶的评估步骤。
[0012]第一时间可以实质上与第三时间相同。基本特性和当前特性可以是上述信息的最大值和最小值的范围限制，倾斜度评估(evaluation of inclination、斜率评估)，和频率分析中的任一个。阈值可以满足下面的公式。
[001 3] Thtorque f current (Xtorque) "^~￡l5^Ctorque
[0014]Thoffset = fcurrent (Xoffset) + β *c0ffset
[0015]其中，xtOTque可定义为转向扭矩的当前特性，Xoffset可定义为横向位移离散(variance)的当前特性，
fcurrent (Xtorque )是XtOTqlM的平均值， fcurrent (Xoffset) ^offset
的平均
值，a和β是常数值，Ctorque和Ctxffsrt可定义为标准差。
[0016]当前阈值的Th_ue和Thtjffset可以定义为基本阈值。第二时间可以为大约20分钟，第四时间可以为大约2分钟。
[0017]上述评估步骤可包括计算第四时间内的当前特性值大于当前阈值的事件数(发生次数)。此外，上述评 估步骤可包括当大于当前阈值的当前特性值等于或大于5时，确定为发生瞌睡驾驶。
[0018]根据示例性实施例，可通过利用瞌睡驾驶期间的转向扭矩和横向位移信号的变化来确定瞌睡驾驶，因此，与现有技术的基于转向角确定瞌睡驾驶的方法相比，在高速驾驶期间，能够提高瞌睡驾驶检测的精度。
[0019]而且，由于现有技术的基于转向角死区的瞌睡驾驶检测系统仅在发生转向的实质性变化时才会检测瞌睡驾驶，因此仅在危险的瞌睡驾驶状态发生后，瞌睡驾驶检测系统才会提示警告，因此系统的有效性变差。而另一方面，根据本发明，能够基于转向扭矩死区，检测由于瞌睡导致的握力的减少而致使转向扭矩的变化降低的现象，而不需要检测转向的变化，从而能快速提示警告并且提高事故预防中的有效性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是示出本发明的示例性实施例的检测瞌睡驾驶的方法的示例性流程图。
[0021]图2A和图2B是示出本发明的示例性实施例的图1的转向扭矩的变化的示例性曲线图。
[0022]图3是示出本发明的示例性实施例的图1的设置初始阈值的步骤的示例性流程图。
[0023]图4是示出本发明的示例性实施例的图1的周期性地计算和评估阈值的步骤的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0024]应理解，本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车、燃料电池车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。[0025]此外，应该理解术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器配置为存储上述模块，而处理器具体配置为执行上述模块，以便执行下面进一步描述的一个或多个进程。
[0026]此外，本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只读光盘)，磁带、软盘、闪盘(flashdrive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(networkcoupled)的计算机系统中，以便例如通过远程服务器或控制器区域网络(CAN ControllerArea Network)以分布形式存储和执行计算机可读介质。
[0027]本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the) ”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising) ”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
[0028]如本文所使用的，除非特别声明或从上下文中明显看出，术语“大约(about)”应理解为处于本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可理解为在标注值(stated value)的10%，9%，8%，7%，6%，5%，4%，3%，2%，1%，0.5%，0.1%，
0.05%，或0.01 %内。除非从上下文中另外明确地看出，否则本文所提供的所有数值被术语“大约”修饰(限制)。
[0029]在下文中，结合附图，详细描述本发明的示例性实施例。
[0030]在下面的详细描述中，本发明的示例性实施例简单地以例证的方式示出和描述。作为本领域技术人员可以理解，所描述的实施例可以以多种不同的方式修改，而均不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和描述实际上应释为例证的目的而不是限制。整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。整个说明书中，除非特别相反地描述，术语“包括”及变形例如“包含”和“含有”，可理解为意在包括所述元件但不排除任何其他元件。
[0031]图1是示出本发明的示例性实施例的检测瞌睡驾驶的方法的示例性流程图。图2是示出图1的转向扭矩的变化的示例性曲线图。图3是示出图1的设置初始阈值的步骤的示例性流程图。图4是示出图1的周期性地计算和评估阈值的步骤的示例性流程图。
[0032]在作为大多数瞌睡驾驶检测逻辑的运行条件的单调的高速驾驶期间，转向轮角度可能实质上很小(例如，维持在大约0° )，因此在瞌睡驾驶和正常驾驶中，转向角的变化同样都很小。而且，当转向角处于中心区(on-center section)(例如,大约-6°至6° )时,实质上很小的转向扭矩信号不会影响转向角，因此正常驾驶与瞌睡驾驶之间的差异不明显。
[0033]而另一方面，中心区处的变化可以基于扭矩检测，因此，正常驾驶和瞌睡驾驶可以基于扭矩更精确地区分。根据本发明的示例性实施例，瞌睡驾驶可基于低转向力，即实质上很小的转向扭矩，和由于小的转向意图引起的横向位移离散的增加来确定。
[0034]转向扭矩可以用电动机驱动的动力转向系统(MDPS:Motor Driven PowerSteering System)的转向柱(steering column)扭矩信号确定,横向位移离散的增加可以用车道偏离预警系统(LDWS:Lane Departure Warning System)的垂直偏移信号(verticaloffset signal)石角定。
[0035]以下，将参考图1至图4描述本发明。
[0036]首先，控制器可配置为接收关于转向扭矩、横向位移和车速的信息。参考图2A和图2B，图2A示出表示正常驾驶期间的转向扭矩和横向位移的数据，图2B示出表示瞌睡驾驶期间的转向扭矩和横向位移的数据。
[0037]图2A和图2B示出在正常驾驶期间，转向扭矩可快速变化且产生最小的横向位移离散。此外，图2A和图2B示出在瞌睡驾驶期间，转向扭矩可慢慢地变化且产生横向位移离散的增加。可对转向扭矩或横向位移进行过滤(filtering、滤波)以减少噪声。
[0038]控制器首先可配置为执行接收上述信息并基于接收到的信息计算每个阈值的学习步骤(S300)。
[0039]参考图3，当驾驶者在驾驶期间执行用于检测瞌睡驾驶的方法的逻辑时，控制器可配置为每第一时间，例如每15秒，接收关于转向扭矩、横向位移和车速的信息(S310)。上述15秒的时间可由本领域技术人员任意地设置。
[0040]接下来，控制器可配置为确定上述信息中是否包含例外条件(S320)。例外条件可以为:车道改变的情况、0.5秒以上未检测到横向位移的情况、在等于或小于60km/h的速度下维持0.5秒以上的情况、驾驶者的手离开方向盘(转向轮)0.5秒以上的情况等。例外条件可以任意地设置。当确定例外条件出现时，控制器可配置为确定有效数据未被输入，并配置为不执行计算直到接收到下一个信息。换句话说，当与瞌睡驾驶无关地，频繁发生转向扭矩的缓慢变化时或当与瞌睡驾驶无关地，横向位移离散增加时，可能存在例外条件。
[0041]此外，当控制器确定上述信息有效时，控制器可配置为计算特性(S330)。具体而言，控制器可配置为提取转向扭矩死区和横向位移离散Xtjffsrt作为特性。用于检测在瞌睡驾驶期间缓慢移动的转向扭矩的转向扭矩死区Xtmiue，可与图2A和图2B所示的正常驾驶时的转向扭矩死区不同，其可通过限制信号的最大值和最小值范围、通过评估倾斜度、或通过分析频率来实现。
[0042]具有图2A和图2B所示的差异的行驶方式可通过使用转向扭矩死区Xtmiue和横向位移离散Xtjffset的特性来检测。在上述学习步骤中，控制器可配置为每15秒存储转向扭矩死区xtOTque和横向位移离散Xtrffset的特性(S340)。
[0043]当驾驶者执行上述逻辑后经过预定时间(例如，第二时间)后(S350)，控制器可配置为计算所存储的多个转向扭矩死区和横向位移离散Xtjffsrt的特性的阈值Thtmilffi和Thoffset (S360)。上 述预定时间(例如，第二时间)可设定为20分钟。阈值Thtmiue和Thtjffset可通过下面的公式计算。
[0044]公式I
[0045]Thtorque fcurrent (Xtorque) "^~￡l5^Ctorque
[0046]Thoffset = fcurrent (Xoffset) + β *Coffset
[0047]其中，Xtorque定义为转向扭矩的当前特性，Xoffset定义为横向位移离散的当前特性，
fcurrent (Xtorque )是Xtorque的平均值，f current (Xoffset) Xoffset
的平均值，a和β是常数值，CtOT_和Ctjffsrt定义为标准差。当前阈值的ThtOT_和Thtjffsrt可定义为基本阈值。
[0048]如上所述，当在上述学习步骤计算出阈值Thtmiue和Thtjffset中的每个阈值时，学习步骤得以完成，流程切换到评估步骤(S400)。[0049]当评估步骤开始时，控制器可配置为每第三时间，例如每15秒，接收关于转向扭矩、横向位移和车速的信息(S410)。上述15秒的时间可由本领域技术人员任意设置。
[0050]接下来，控制器可配置为确定在上述信息中是否包含例外条件(S420)。当车道改变时、0.5秒以上未检测到横向位移时、在等于或小于60km/h的速度下维持0.5秒以上时、驾驶者的手离开方向盘0.5秒以上时等，可能出现例外条件。
[0051]此外，当控制器确定上述信息有效时，控制器可配置为计算上述特性(S430)。具体而言，控制器可配置为提取转向扭矩死区和横向位移离散Xtjffsrt作为特性。具有图2A和图2B所示的差异的行驶方式可通过使用转向扭矩死区和横向位移离散Xtjffsrt的特性来检测。
[0052]在上述评估步骤中，控制器可配置为每15秒存储转向扭矩死区Xtmiue和横向位移离散Xrffset的特性(S440)。
[0053]当驾驶者执行评估步骤后经过预定时间(例如，第四时间)后(S450)，控制器可配置为计算所存储的多个转向扭矩死区和横向位移离散Xtjffsrt的特性的阈值Thtmilffi和Thtjffsrt(S460)。预定时间(例如，第四时间)可设定为2分钟。
[0054]阈值Thtoque和Thtjffset可通过下面的公式计算。
[0055]公式I
[0056]Thtorque fcurrent (Xtorque) "^~￡l5^Ctorque
[0057]Thoffset — fcurrent (x0ffset) + β *Coffset
[0058]其中，Xtorque定义为转向扭矩的当前特性，Xoffset定义为横向位移离散的当前特性，
fcurrent (Xtorque )是Xtorque的平均值，f current (Xoffset) Xoffset
的平均值，a和β是常数值，CtOT_和Ctjffsrt定义为标准差。当前阈值的ThtOT_和Thtjffsrt可定义为基本阈值。
[0059]此外，控制器可配置为比较计算得到的阈值Thtmiue和Thtjffset (S470)。换句话说，控制器可配置为通过分别比较最近2分钟的8次特性值和对于该特性值的阈值Thtmiue和IXffset，确定上述特性值等于或大于阈值Thtmiue和Thtjffset的事件的数量(发生的次数)。具体而言，当计数得到的值等于或小于2时，上述事件可定义为级别0，当计数得到的值为3和4时，上述事件可定义为级别1，并且当计数得到的值为5或更大时，上述事件可定义为级别2，这些也可以任意设置(S480)。
[0060]此时，级别O确定为正常驾驶，级别I确定为疲劳驾驶，级别2确定为瞌睡驾驶。当如上所述确定为瞌睡驾驶时，控制器可配置为通过警报等通知驾驶者在瞌睡驾驶，从而允许驾驶者立即对瞌睡驾驶做出响应。[0061]虽然本发明已结合目前被认为是示例性实施例的实施例进行了描述，但可以理解的是，本发明不限于上述公开的实施例，而相反，其可以覆盖被包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改或等同配置。
【权利要求】
1.一种检测瞌睡驾驶的方法，其特征在于，包括: 由控制器，每第一时间基于转向扭矩信息和横向位移信息，计算基本特性； 由所述控制器，基于第二时间内的所述基本特性，计算基本阈值； 由所述控制器，每第三时间基于所述转向扭矩信息和所述横向位移信息，计算当前特性； 由所述控制器，基于第四时间内的所述当前特性，计算当前阈值；和 由所述控制器，比较所述当前阈值和所述当前特性，从而确定是否发生瞌睡驾驶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述第一时间与所述第三时间相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述基本特性和所述当前特性为所述信息的最大值和最小值的范围限制、倾斜度评估、和频率分析中的任一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述阈值利用如下公式计算:
Thtorque fcurrent (Xtorque) +a*Ctorque
Thoffset fcurrent (Xoffset) + β*Coffset 其中，为所述转向扭矩的当前特性，Xtjffsrt为所述横向位移离散的当前特性，fcurrent (Xtorque)为 Xtorque 的平均值， fcurrent (Xoffset) Xoffset的平均值，a和β为常数值，Ctorque和Coffset为标准差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: 所述当前阈值的Thtorque和Thoffset为基本阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述第二时间是20分钟。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于: 所述第四时间是2分钟。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 由所述控制器，确定所述第四时间内的所述当前特性值大于所述当前阈值的情况发生的次数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 由所述控制器，当所述当前特性值大于所述当前阈值的情况发生的次数等于或大于5时，确定为瞌睡驾驶。
10.一种检测瞌睡驾驶的系统，其特征在于，包括: 控制器，配置为: 每第一时间基于转向扭矩信息和横向位移信息，计算基本特性； 基于第二时间内的所述基本特性，计算基本阈值； 每第三时间基于所述转向扭矩信息和所述横向位移信息，计算当前特性； 基于第四时间内的所述当前特性，计算当前阈值；和 比较所述当前阈值和所述当前特性，从而确定是否发生瞌睡驾驶。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于:所述第一时间与所述第三时间相同。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于: 所述基本特性和所述当前特性为所述信息的最大值和最小值的范围限制、倾斜度评估、和频率分析中的任一个。
13.根据权 利要求10所述的系统，其特征在于: 所述阈值利用如下公式计算:
Thtorque fcurrent (Xtorque) +a*Ctorque
Th0ffset fcurrent (Xoffset) + ^ ^^offset 其中，为所述转向扭矩的当前特性，Xtjffsrt为所述横向位移离散的当前特性，-^-"current (Xtorque)为 Xtorque
的平均值， fcurrent (Xoffset) Xoffset的平均值，a和β为常数值，CtOT_和Qjffset为标准差。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于: 所述当前阈值的ThtOT_和Thtjffsrt为基本阈值。
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置为: 确定所述第四时问内的所述当前特性值大于所述当前阈值的情况发生的次数。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置为: 当所述当前特性值大于所述当前阈值的情况发生的次数等于或大于5时，确定为瞌睡驾驶。
17.—种由控制器执行的包含程序指令的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质的特征在于，包括: 每第一时间基于转向扭矩信息和横向位移信息，计算基本特性的程序指令； 基于第二时间内的所述基本特性，计算基本阈值的程序指令； 每第三时间基于所述转向扭矩信息和所述横向位移信息，计算当前特性的程序指令； 基于第四时间内的所述当前特性，计算当前阈值的程序指令；和 比较所述当前阈值和所述当前特性，从而确定是否发生瞌睡驾驶的程序指令。
18.根据权利要求17所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于: 所述第一时间与所述第三时间相同。
19.根据权利要求17所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于: 所述基本特性和所述当前特性为所述信息的最大值和最小值的范围限制、倾斜度评估、和频率分析中的任一个。
20.根据权利要求17所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于: 所述阈值利用如下公式计算:
Thtorque fcurrent (Xtorque) +a*Ctorque
Th0ffset fcurrent (Xoffset) + ^ ^^offset 其中，为所述转向扭矩的当前特性，Xtjffsrt为所述横向位移离散的当前特性，-^-"current (Xtorque)为 Xtorque
的平均值， fcurrent (Xoffset) Xoffset的平均值，a和β为常数值，CtOT_和Qjffset为标准差。
【文档编号】B60W50/14GK103895652SQ201310757046
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】金镇权, 李秉俊, 郑镐铁, 金三龙 申请人:现代自动车株式会社