一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统的制作方法

1.本发明涉及驾驶安全领域，具体是指一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统。


背景技术：

2.车辆行驶过程中，司机方向盘被抢夺可能引发一系列严重的交通事故。当方向盘突然被抢夺时，司机不能准确控制车辆行进方向，且干扰可能造成司机不能及时制动。车头方向如果因方向盘被抢夺发生大幅改变，车身极有可能在几秒钟之内偏离行驶道路，进而撞击行人、车辆或其他道路旁的物体，甚至可能出现翻车、跌落等事故，严重威胁车内外人员的生命财产安全。虽然法律上已将在公共交通抢夺方向盘的行为列为违法行为，但在现有技术中，缺少通过技术手段全面预防或减少由抢夺方向盘行为导致的严重交通事故以及车辆财产和人身安全的损失。


技术实现要素：

3.本发明要解决上述技术问题，提供一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
5.一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统，包括感知模块、情况辨识模块和实验仿真模块，所述的感知模块包括方向盘抢夺识别系统，所述的方向盘抢夺识别系统基于simulink对方向盘输入信号的判定算法和carsim对车道偏离的识别，所述的simulink对方向盘输入信号的判定算法通过压力传感器和方向盘转角传感器提供数据，所述的压力传感器提供握力大小和握力面积的数据，所述的方向盘转角传感器提供直行与转角变化的数据，所述的情况辨识模块包括握力数据进行算法设计分析、转角变化数据进行算法设计分析和行驶状态数据分析且综合数据建立并优化算法，所述的实验仿真模块包括应急措施制动功能，所述的应急措施制动功能针对车道偏离情况修正转角参数并收集车道数据与修正数据和进行实验仿真，所述的应急措施制动功能的应急情况处理步骤如下：
6.①
、情况识别：当准确识别并判断方向盘被异常操控后，启动应急措施制动功能；
7.②
、发出警报：用于引起乘客及外部交通参与者的注意，做好应对危险的准备；
8.③
、制动措施：将抢方向盘的公共危害降到最小，采取将车辆方向盘动力切断，同时制动介入，对车辆行驶进行干预，动力系统切断，避免车辆失控。
9.采用以上结构后，本发明具有如下优点：
10.本发明通过感知模块、情况辨识模块和实验仿真模块，可以准确识别并判断方向盘被异常操控后，启动应急措施制动功能，发出报警提醒车辆上的乘车人员，同时将车辆方向盘动力切断，制动介入，对车辆行驶进行干预，动力系统切断，避免车辆失控，减少车辆财产和人身安全的损失。
11.作为改进，所述的压力传感器为握力数据进行算法设计分析提供数据支撑，所述
的方向盘转角传感器为转角变化数据进行算法设计分析提供数据支撑。
12.作为改进，所述的carsim对车道偏离提供理想状态车辆行驶状态，所述的理想状态车辆行驶状态为行驶状态数据分析提供数据支撑。
13.作为改进，所述的实验仿真的数据传输至应急措施制动功能完善数据。
附图说明
14.图1是本发明一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统的主视图。
15.图2是本发明一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统方向盘的操作示意图。
具体实施方式
16.下面结合全文对本发明做进一步的详细说明。
17.结合附图1-2，一种基于握力分布监控的方向盘操作异常感知系统，其特征在于，包括感知模块、情况辨识模块和实验仿真模块，所述的感知模块包括方向盘抢夺识别系统，所述的方向盘抢夺识别系统基于simulink对方向盘输入信号的判定算法和carsim对车道偏离的识别，所述的simulink对方向盘输入信号的判定算法通过压力传感器和方向盘转角传感器提供数据，所述的压力传感器提供握力大小和握力面积的数据，所述的方向盘转角传感器提供直行与转角变化的数据，所述的情况辨识模块包括握力数据进行算法设计分析、转角变化数据进行算法设计分析和行驶状态数据分析且综合数据建立并优化算法，所述的实验仿真模块包括应急措施制动功能，所述的应急措施制动功能针对车道偏离情况修正转角参数并收集车道数据与修正数据和进行实验仿真，所述的应急措施制动功能的应急情况处理步骤如下：
18.①
、情况识别：当准确识别并判断方向盘被异常操控后，启动应急措施制动功能；
19.②
、发出警报：用于引起乘客及外部交通参与者的注意，做好应对危险的准备；
20.③
、制动措施：将抢方向盘的公共危害降到最小，采取将车辆方向盘动力切断，同时制动介入，对车辆行驶进行干预，动力系统切断，避免车辆失控。
21.所述的压力传感器为握力数据进行算法设计分析提供数据支撑，所述的方向盘转角传感器为转角变化数据进行算法设计分析提供数据支撑。
22.所述的carsim对车道偏离提供理想状态车辆行驶状态，所述的理想状态车辆行驶状态为行驶状态数据分析提供数据支撑。
23.所述的实验仿真的数据传输至应急措施制动功能完善数据。
24.硬件搭建：
25.感知模块包括方向盘抢夺识别系统依托于车辆的方向盘，在设计具有握力感知的方向盘之前，我们必须研究司机在驾驶过程中对方向盘的施力情况。对方向盘的不同握法必然导致施力大小和位置的不同，握法同时受司机性格和习惯的影响。正确的握法能使驾驶员更容易操控方向盘，从而在紧急状况下能及时准确作出反应。若将方向盘看成一个表盘(如图2)，表代表数字的位置，正确的握法是左手在9位置处，右手在3位置处。故在实验过程中，要求被试者在车辆直行时采取正常的左手握住9点和右手握住3点的位置。
26.在具体实施时，采用罗技g29型方向盘，安装上与实车同样大小的改装方向盘。通
过对类似因抢夺方向盘造成的事故车辆监控调查分析，发现在抢夺方向盘过程中，抢夺者主要是于12点位置发力。故初步计划在9点、3点和12点处及附近设置压力传感器用于检测方向盘握力分布。
27.数据采集：
28.数据采集上，主要采用转角和压力两条路径：
29.转角采集：g29方向盘安装驱动后连接simulink中joystick模块，实时获得方向盘转角信息；
30.压力采集：利用a/d集成采集卡构建rfp-602压力传感器与计算机间的桥梁，使得计算机可以实时接受来自各个压力传感器的状态。
31.数据处理与算法搭建
32.根据车辆行驶中获取的以下三方面实时数据：方向盘握力分布、方向盘转角变化和车道线偏离情况。综合抢夺的时数据的变化，可以初步总结出以下算法作为抢夺的判定依据。在这套算法的基础上，团队将综合三者的危险状况数据进一步筛选，最终进行危险状况的判断。算法判定的初步依据如下表：
[0033][0034][0035]
同时，我们分析了这套算法在执行中所可能遇到的干扰因素。首先车辆转弯的时由于驾驶员对方向盘的握姿改变较为复杂，极可能导致触点传来的数据异常导致系统错误判断。其次是在正常转向和异常偏移(方向盘被抢夺)时，由于方向盘转动与回正时转角变化频率高，数据量较大，分析较为复杂，所以处理辨识准确性可能受影响。在获取了足量测试数据后，我们将根据实际数据的情况进行算法的优化来尽可能减小干扰的影响，提高系统的判断准确性。
[0036]
仿真测试：
[0037]
运用carsim与simulink的联合仿真，检验算法的实际作用效果。首先搭建多种道路交通模型，包含车道线，直线路面，路口等作为理想的行驶环境。然后设置车辆参数，此处车辆应为有驾驶意图的车辆，输入参数应包含油门，刹车与转向的控制。再通过其中“send to simulink”功能对已有算法进行试验，在车辆行驶时，可通过车辆前置摄像头采集车道线的4-6个点位并且确定车辆的位置坐标，回送到系统之中，进行车道线判断。在控制端实验者1做出正常直行、转向的动作，实验者2做出突然抢夺实验者方向盘的行为，观察系统是否能对车辆的异常状况进行正确的预警。试验后对于误判场景进行分析总结，优化相关算
法来降低误判率。
[0038]
功能完善
[0039]
在完善算法使得系统可以准确识别并判断方向盘被异常操控后，我们将完善系统的应急处理措施以最大程度地减少对驾驶的影响。
[0040]
①
、情况识别：当准确识别并判断方向盘被异常操控后，启动应急措施制动功能；
[0041]
②
、发出警报：用于引起乘客及外部交通参与者的注意，做好应对危险的准备；
[0042]
③
、制动措施：将抢方向盘的公共危害降到最小，采取将车辆方向盘动力切断，同时制动介入，对车辆行驶进行干预，动力系统切断，避免车辆失控。
[0043]
通过实验仿真模块的收集车道数据与修正数据和应急处理措施数据完成识别系统的搭建。
[0044]
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，全文中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。