基于人机交互的智能物联式车载控制系统及方法与流程

本发明涉及车载设备领域，具体为基于人机交互的智能物联式车载控制系统及方法。

背景技术：

1、随着近年来家用汽车的普及，汽车内的各类智能设备也逐步发展起来，车载导航、车载空调、车载雷达等车载设备为人们带来了便利舒适的驾驶体验。车载饮水工具也是其中之一，主流的车载饮水系统由饮料箱、水龙头和陶瓷面板组成，用户选择饮品后，打开水龙头，饮水系统就能够从饮料箱抽取饮料，供用户饮用。

2、然而，传统的饮品系统只能靠用户手动选择饮品，但驾驶员专心于驾驶时，很难空出精力去完成选择饮品种类，调整饮品温度并打开水龙头等一系列操作。在不同行车地点、不同天气和不同驾驶时长等情况下，用户的饮品需求往往会发生改变，整个驾驶过程中只提供一类饮料也很难满足用户的需求。

3、此外，现实中的路况是复杂的，传统车载饮品系统中的水龙头在出水时，若汽车发生急刹或突然加速，水龙头的水就容易洒出杯外，污染车内环境，甚至烫伤车内人员。传统系统中饮料箱的存储空间也很有限，用户需要频繁向饮料箱中投放各类饮品，也容易造成用户的不便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于人机交互的智能物联式车载控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于人机交互的智能物联式车载控制系统，包括：物联网模块、饮品分析模块、智能交互模块、饮品制作模块和水流控制模块；

3、物联网模块用于获取车载设备的数据，并对用户进行定位；

4、饮品分析模块用于对行车过程中获取的数据进行分析，得到驾驶过程中外界环境的信息，并评估用户的疲劳程度，结合历史数据，分析用户当前的饮用偏好；

5、智能交互模块用于检测用户放置水杯的行为，计算水杯容积，并自动调节水龙头的高度；

6、饮品制作模块用于对水箱进行调温，根据饮品信息调整冲泡流程，检测到用户放置水杯后，从水龙头输出用户需要的饮品；

7、水流控制模块用于分析道路情况，评估车辆加速度，调整水龙头出水时的流量，检测到车辆变速时，调节水龙头的出水位置；

8、进一步的，物联网模块包括：设备读取单元和定位单元；

9、设备读取单元用于获取车载设备的数据，所述车载设备包括车载导航、车载雷达、行车记录仪和智能座椅；

10、定位单元用于根据车载导航与车载雷达提供的信息对车辆进行定位。

11、进一步的，饮品分析模块包括：环境分析单元、疲劳分析单元和饮品选择单元；

12、环境分析单元用于根据车辆的定位信息获取车辆行驶的路况、所在地点的天气和所在地点的温度，并测量车内温度；

13、疲劳分析单元用于根据用户座椅的倾斜度、踩下踏板的力度、连续驾驶时长和当前时间，分析出用户的疲劳程度；

14、饮品选择单元用于根据历史数据、环境信息和疲劳程度，拟合出用户当前的饮用偏好，所述饮用偏好包括：饮品的种类、温度和浓度。

15、进一步的，智能交互模块包括：光学测量单元和命令发布单元；

16、光学测量单元用于检测用户是否在陶瓷板上放置水杯，测量水杯的底面直径与杯子的高度，计算水杯容积，并根据杯高调节水龙头出水口的高度；

17、命令发布单元用于根据水杯容积和饮品的浓度计算出用水量和粉料量，向饮品制作模块发出制作饮品的命令。

18、进一步的，饮品制作模块包括：水箱单元、粉料箱单元和水龙头单元；

19、水箱单元由两级水箱构成，一级水箱用于存储饮用纯净水，所述一级水箱内部连接有电热丝，可以对水箱中的水进行加热，水箱外部连接有压缩机，能够对水箱中的水进行降温，二级水箱用于存储并冲泡饮品；

20、粉料箱单元由水箱上部的粉料箱构成，用于存储各类饮料的粉料，所述粉料箱内部装有控制阀，能够控制粉料的输出种类和输出量，接收到命令后，向所述二级水箱中输出粉料；

21、水龙头单元由可伸缩水龙头构成，用于从二级水箱中抽取冲泡后的饮品，并输出到水杯中，所述可伸缩水龙头可以对出水口进行上下和前后的调节。

22、进一步的，水流控制模块包括：路况分析单元、流量控制单元和位置调节单元；

23、路况分析单元用于根据车载导航的数据分析行驶路线上的通行情况，所述通行情况包括：与交通节点的距离、交通节点处车流的平均速度和车辆的当前速度；

24、流量控制单元用于分析车辆的加速度，调整水龙头的出水流量；

25、位置调节单元用于检测车辆的加速度方向与大小，根据车辆加速度和水杯的位置调节水龙头的出水口位置。

26、基于人机交互的智能物联式车载控制方法，包括以下步骤：

27、s100.用户启动汽车后，根据车载设备中的数据，获取车辆定位与用户特征；

28、s200.根据步骤s100中的车辆定位，得到车辆所处的环境信息，并根据用户特征，计算出用户的疲劳程度；根据环境信息与用户疲劳程度，分析出用户当前需要的饮品信息；

29、s300.检测到用户将水杯放置在面板后，测量水杯的高度与底面直径，计算出水杯的容积，并根据杯高调节水龙头出水口的高度，准备制作饮品，转到步骤s400；

30、s400.根据步骤s200中的饮品信息，对饮水设备进行调控，提前对饮水设备中的饮品进行冲泡；

31、s500.出水过程中，根据车载设备中的数据，分析汽车降速的加速度，调整水龙头出水口的水流大小，并在检测到汽车存在加速度时，根据加速度的大小和方向，调节水龙头的水平伸缩长度与旋转角度，进而调整出水口的位置，使出水口流出的水流能够恰好落入杯中。

32、进一步的，步骤s100包括：

33、步骤s101.获取车载设备的数据，所述车载设备包括车载导航、车载雷达、行车记录仪和智能座椅，获取的数据包括：车载导航上的行车路线、车载雷达上的行车速度、行车记录仪上的驾驶视频以及智能座椅的倾斜角度；

34、步骤s102.根据车载设备上传来的数据，获取用户特征，所述用户特征包括：座椅的倾斜角度、驾驶视频中司机的人脸识别信号、连续驾驶时长和当前系统时间。

35、进一步的，步骤s200包括：

36、步骤s201.根据车载导航与车载雷达提供的信息对车辆进行定位，根据车辆的定位信息获取车辆所处的环境信息，所述环境信息包括：所在地点的天气、所在地点的温度和车内空调温度；

37、步骤s202.使用face_recognition人脸识别技术，从行车记录仪上的驾驶视频中获取视频中驾驶员的眨眼频率；

38、步骤s203.根据用户特征计算用户的疲劳程度，疲劳程度p的计算公式为：

39、p＝(a+e)·m+f

40、其中，a代表座椅倾斜角度对应的疲劳速度，e代表当前时间点用户的疲劳速度，m代表用户连续驾驶时长，座椅倾斜角度和时间点与疲劳速度的对应关系预置于数据库中；

41、f代表驾驶视频中驾驶员的眨眼频率反映的疲劳程度，眨眼频率与疲劳程度的对应关系预置于数据库中，a、f、m和e均为常数，且f、e、m和a均大于0；

42、步骤s204.调取所有在相同天气与环境温度下，用户饮用饮料的历史数据，选择其中疲劳程度与当前最接近的数据作为目标数据，数据中用户所饮用的饮品种类记为目标饮品，饮品浓度为目标浓度；

43、步骤s205.根据环境温度、车内空调温度、目标饮品平均饮用温度与用户上车时间，按以下公式计算饮品温度：

44、

45、其中，t0为目标饮品平均饮用温度，c为当地环境温度，r为车内空调温度，s为用户上车时间，b为温度调整系数，由所在地点的天气决定，s为正整数，且s>1，b>0。

46、进一步的，步骤s300包括：

47、步骤s301.用户在面板上放置水杯，在检测到水杯的重量后，激活饮水系统，通过置于陶瓷面板上的激光测量水杯的底面积与高度；

48、步骤s302.计算水杯容积，根据杯高调节水龙头出水口的高度，并使出水口位于水杯中心位置；

49、步骤s303.根据水杯容积和饮品的浓度计算出用水量和粉料量，发出制作饮品的命令。

50、进一步的，步骤s400包括：

51、步骤s401.按照步骤s200计算出的饮品温度，对一级水箱进行调温，按照饮品类型与浓度，从粉料箱中向二级水箱推入相应饮品的固体饮料粉末；

52、步骤s402.一级水箱调温完毕后，按步骤s303中得到的用水量，将水注入二级水箱，进行饮品冲泡；

53、步骤s403.可伸缩水龙头从二级水箱中抽取冲泡后的饮品，并输出到水杯中，所述可伸缩水龙头可以对出水口进行调节。

54、进一步的，步骤s500包括：

55、步骤s501.根据车载导航和车载雷达的数据获取行驶路线上的通行情况，所述通行情况包括：与交通节点的距离、交通节点处车流的平均速度和车辆的当前速度；

56、步骤s502.按以下公式计算车辆最小加速度n：

57、

58、其中，v为车辆当前速度，v0为交通节点处车流的平均速度，l为车辆与交通节点间的距离，v、v0和l均大于0；

59、步骤s503.分析用户行车习惯，从历史数据中拟合出用户在相同速度下每次刹车平均所用的时间t；根据用户习惯、道路前方车辆的数量和车辆的最小加速度计算风险系数q：

60、q＝d·n·t

61、其中，d为道路前方车辆的数量，n为车辆最小加速度，t为用户在相同速度下每次刹车平均所用的时间；

62、步骤s504.根据风险系数调节水流的流量h：

63、

64、其中，h0为水龙头最大流量，r为流量调节系数，h0和r均大于0；

65、步骤s505.检测到车辆速度变化时，根据加速度方向与大小，使水龙头进行水平伸缩与旋转，以调节水龙头的出水口位置，使出水口流出的水流能够恰好落入杯中；

66、出水口的调整方向与车辆加速度的方向相反，调整距离则按以下公式计算：

67、

68、其中，p为出水口调整后与初始位置间的距离，a为车辆的加速度，g为重力加速度，d为出水口与水杯口在垂直方向上的距离。

69、由于在汽车加速度过大的情况下，调整距离很容易超过水杯半径，因此，需要对行车风险进行预测，减小水流洒出造成的影响。

70、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

71、1.本发明能够分析其他车载设备的数据，从多维度判断用户需要的饮品信息，用户只需要将水杯放在陶瓷面板上，系统就能根据饮品信息生成用户当前需要的饮品，并对饮品进行调温与自动冲泡，免去了用户手动选择饮品的流程，也使得制作出的饮品能够更加贴合用户的饮用习惯。

72、2.本发明使用水箱与粉料箱代替原有的饮料箱，对各类饮品现场冲泡，能够大大降低用户向饮水系统中投放物料的频率，也减少了饮料箱的占地面积。此外，由于水箱中存放的只有纯净水，方便了系统对水箱进行加热，也方便了用户对饮水系统的清洗工作。

73、3.本发明适配多种不同水杯，能够自动判断用户水杯的高度和容量，使饮品输出量与水杯容量相匹配，并调节水龙头高度，无需使用传统饮水系统的专用水杯，提高了饮水系统的灵活度。

74、4.本发明能够预测车辆的行驶情况，对车辆急刹的加速度进行评估，根据加速度程度动态调整水龙头的出水流量；即使发生急刹或突然加速，也能够调节水龙头的出水位置，使水龙头的水流能够刚好落在水杯的范围内，避免了因水龙头出水时水流洒出水杯外而污染车内环境甚至烫伤乘客的情况出现，确保了车载饮水系统的安全性。