CN100489908C - 主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置以及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其包括：一个用于采集方向盘转动状态的第一信号采集装置；一个用于采集车速里程脉冲信号的第二信号采集装置；一个报警控制装置，用于预置一定路程和一定路程内行驶所需的理论脉冲数作为报警时间基准，接收第一、二信号采集装置采集的信号，通过第二信号采集装置上的脉冲信号和预置的一定路程的理论脉冲选择报警时间，并根据第一信号采集装置得到的方向盘转动信号进行判断报警和输出报警信号；一个输出报警装置，根据报警控制装置的报警信号进行报警。其解决了现有的预警装置工作可靠性差、采用单一额定的预警时间对于高速行驶时预警时间太长，不能起到预警作用等问题。

Description

主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置以及预警方法

技术领域

本发明涉及一种安全报警装置，具体涉及一种汽车行驶安全的报警装置，即是一种针对汽车司机疲劳驾驶的预警装置。

背景技术

当前，随着我国经济建设的发展、各行各业经济的增长以及人们生活水平的不断提高，购买和使用道路交通工具的单位和个人越来越多，道路交通事故也呈逐年递增事态。根据国家交通***门提供的报导，2005年我国发生道路交通事故死亡十万人，其中半数以上是由汽车超载超速和疲劳驾驶引起，给我国国民经济和人民生命财产安全造成极大损失。及早发现、提醒和阻止汽车司机疲劳驾驶，避免由此而引起的交通事故的发生，是摆在政府、户主及司乘人员面前引为重视和解决的问题。

为此人们想了很多办法，也发明了一些报警装置：一种是倾斜报警器，利用司机瞌睡时头部或身体发生倾斜来产生报警，例如CN95223333.9、名称为“头戴式瞌睡警示装置”，由于这种报警器内传感器的固有特性，一般在倾斜30度左右时才发生报警，很多司机瞌睡时往往头部不太倾斜，这时就会产生漏报；有时在正常操作中，头部也会倾斜，产生误报，所以起不到很好的报警效果。

另一种是国外报道的装在眼镜框上的红外探测装置，利用司机瞌睡时眼部活动的异常来判断和实现报警。由于不管春夏秋冬还是白天黑夜，不管是近视还是老花，不管习惯还是不习惯，喜欢还是不喜欢，都要戴在头上，这样会给人们带来很多不便，如果司机嫌麻烦不戴，也起不到监视司机疲劳瞌睡的作用。另外该报警器制作复杂，成本较高，对推广和使用带来一定影响。

新近国外还有一种是利用道路边的白色标记线作参照来判别司机的瞌睡状态。该装置安装在前挡风玻璃上通过检测道路边沿白线报警进行，这同样有不可靠因素，比如在阴天、黑天、下雨、下雪、大雾致使看不清白线时，有的道路边沿白线磨损或没有白线标记时，都不会产生报警。另外，正常的转动方向行驶也可能带来误报。以上给该产品的实用性和可靠性带来一定的影响。

上述报警装置在使用中除存在上述问题并带来一些不可靠因素和麻烦外，而且还有一个共同的问题，就是当报警器产生报警时，司机往往已经很疲惫或者进入浅睡眠状态，大脑反应已经很迟钝了，这时如果遇到突发事件，往往已经措手不及了。

能否提前发现驾驶员的疲劳状态，及早预报，使事故消失在萌发状态，这就是本发明需要解决的问题。

根据统计，因疲劳驾驶产生的事故大多是发生在一般障碍物较少的高速公路和笔直的路面上。长时间的驾驶和良好的路况，以及均匀的马达声和窗外一闪即失的重复景况对眼睛的麻醉，容易使驾驶员四肢发懒、大脑昏昏，产生放松、麻痹、懒惰和困倦的情绪，这是最容易发生事故的前兆，如果不及时提醒和采取措施，车体就会因车速的不同、左右轮胎气压或磨损情况的不同、路面拱形坡度的不同、机械传动部分配合的不同以及转向盘微小角度的变化等，在很短的时间内发生跑偏。即使跑偏不多，如果前面遇到紧急情况，这也是十分危险的。

中国专利CN94212141.4，名称为“汽车驾驶员防瞌睡装置”，该装置将由多块磁铁拼装成的磁钢圆盘的讯号发射器固定在汽车方向盘上，霍尔传感器固定在与讯号发射器对应的车体上，霍尔传感器与报警器相联。其主要是通过监测方向盘的动作情况来判断驾驶员的注意力是否松弛。虽然其在一定程度是能够起到预防报警的作用，但其存在的问题是：其对于检测范围没有清楚的界定和说明，也就是当霍尔传感器检测的位置正好位于两个不同极性的相邻磁铁的位置时，方向盘略微转动既可以显示未发生瞌睡状态，如果此时司机已经处于瞌睡状态，则仍不会发出报警。另外，由于只设定一个报警时限，不能对应不同的车速状况，既当车速快时，可能会因发生报警的时间太迟而发现不了事故苗头，当车速慢时，又使无效报警增多，从而增大驾驶员工作强度，由此可见，该种报警的工作可靠性也不是太理想。

中国发明专利申请公开号为CN 1586398A，名称为“一种电子防瞌睡装置”，该装置是在方向盘下部安装一运动传感器，该运动传感器随方向盘的转动来通断电路实现报警。该装置存在的问题是：1、对其检测状态没有清楚的界定和说明，如在其权利要求中说：“自然状态下，运动传感器位于方向盘的下部”，对自然状态没有明确的界定，有些与方向盘几何形状成对正安装的汽车其实是跑偏的。2、运动传感器需要报警时的倾斜角度和转向器需要报警时的转动范围没有界定，即对准确报警和漏报、误报没有一个合适的界定。3、有的路面拱形较大，或汽车左右轮胎的气压及磨损情况不同、或装载货物左右轮胎受力不同，都会改变或附加运动传感器的倾斜度，给判断报警带来附加误差。4、安装在方向盘下部的运动传感器，如果凸出来，给驾驶员操纵方向盘带来不利，如果嵌在方向盘内，这又须从制造厂做起，而且还有导线的走线需要铺设在方向盘轮圈上或埋在轮圈内，不是很方便。5、这种运动传感器一般采用水平放置的水银开关，当车体有较强振动时，可能水银会晃动误接通，这可能会产生疲劳事故的漏报。另外，该装置只有一种定时装置，也不能适应不同车速下及时报警的需要。由此可见，该报警器也存在一些不便之处。

因此一种能够克服上述技术问题、及早发现司机疲劳状态，根据行车状况确定报警时间，提高预警精度、减少误报率、提高工作可靠性的汽车司机疲劳驾驶预警器成为专业人士需要解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中根据方向盘转动情况判定司机的疲劳状态没有确切、合理的报警范围、由此而产生误报和漏报等工作可靠性差的问题，同时解决按固定时间报警的弊端，本发明能更早地发现司机疲劳症状，及时防止由此引起的交通事故。

为了清楚说明本发明，本发明对“汽车转向***允许自由量”的概念加以说明：按国家和国际有关规定，对不同车型，方向盘最大有15度以下不等的允许自由度间隙，以增加驾驶员的路感和可控性，该允许的自由度间隙即本发明所称的汽车转向允许自由量。

为了解决上述现有的技术问题，本发明提供一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其包括：一个用于采集方向盘转动状态的第一信号采集装置，该采集装置以设定汽车在直线行驶状态下转向***的允许自由量内的一个区间或接近允许自由量作为疲劳预警的监测区域；一个用于采集车速里程脉冲信号的第二信号采集装置；一个报警控制装置，用于接收第一信号采集装置的信号和第二信号采集装置采集的汽车速度里程传感器上的脉冲信号；用于预置一定路程和一定路程内行驶所需的车速里程理论脉冲数作为基准，从而确定不同距离、不同车速的不同报警时间，并通过第二信号采集装置上的脉冲信号和预置的一定路程的车速里程理论脉冲选择报警时间，根据第一信号采集装置得到的方向盘转动信号进行判断报警和输出报警信号；一个输出报警装置，根据报警控制装置的报警信号进行报警。

最好，所述疲劳预警的监测区域是以汽车在直线行驶状态下的转向***允许自由量的中心呈左右基本对称布置。即：所述第一信号采集装置的信号发射、反射、接收元件或采集接收元件分别沿汽车在直线行驶下的转向***允许自由量中心左右基本对称布置。

其中，本发明所述的第一信号采集装置包括至少一个红外发射探测装置和至少一个红外反射元件；所述红外反射元件设在方向盘上，用于确定疲劳预警的监测区域，红外发射探测装置设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上；或者，所述红外发射探测装置设在所述方向盘上，红外反射元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上，用于确定疲劳预警的监测区域。

或者，所述的第一信号采集装置包括一个磁敏接收元件和两个磁性元件，所述二个磁性元件设在方向盘上，二个磁性元件间距的中心位于所述在直线行驶下方向盘允许自由量的中部，从而确定疲劳预警的监测区域，所述磁敏接收元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上；或者：所述的第一信号采集装置包括两个磁敏接收元件和一个磁性元件，所述磁性元件设在方向盘上，其磁性元件的中心位于直线行驶下所述方向盘允许自由量的中部，二个磁敏接收元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上，从而确定疲劳预警的监测区域。

或者，所述磁敏接收元件设在所述方向盘上，所述磁性元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上。

其中，磁敏接收元件可为霍尔传感器或干簧管。

或者，所述的第一信号采集装置包括两个相互绝缘的导电元件和一个短路环，所述导电元件和短路环分别固定安装到转向器和转向管柱的结合处、且分别对应于直线行驶状态下转向允许自由度中心对称布置，所述短路环的两外端延伸超过所述两个导电元件的范围作为疲劳预警的监测区域。

或者，所述的第一信号采集装置也可采用电感式接近开关进行采样。

其中，所述的报警控制装置包括一定距脉冲预置装置、一个逻辑运算电路，一个用于提供最低时限的秒信号基准和提供超速行车时所需的秒信号基准的时基电路，一个用于***清零复位的复位装置，逻辑运算电路与第一、第二信号采集装置相连，定距脉冲预置装置、时基电路、复位装置分别与逻辑运算电路相连。

或者，所述报警控制装置为一单片机控制***或一数字电路集成***。

所述报警控制装置进一步包括一限速报警预置部分，用于设定需要报警的最高时速，作为实际行车超速报警的基准。

其中，输出报警装置可以是语音报警，也可以是振动报警。

其中，本发明的报警装置可以进一步包括控制汽车故障警示灯和蜂鸣器。当产生报警时，启动汽车外部的故障警示灯或蜂鸣器，以提醒路人和车辆引起注意和防范。

本发明还提供一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警方法：

以行使预定的行车距离所需要的时间作为预警时间，该预警时间是通过采集行车速度信号与所预定的行车距离运算比对得到；

对方向盘的转动状态进行监测，设定汽车在直线行驶状态下转向***的允许自由量内的一个区间或接近允许自由量作为疲劳预警的监测区域；

通过监测方向盘转动状态，进行判断预警：当汽车行驶至预定的行车距离，方向盘滞留在所述疲劳预警区域，输出报警信号；反之，当方向盘越出所述疲劳预警区域，***清零复位，并开始新的预警周期；

当报警发生后，通过清零复位消除报警并开始新的预警周期。

本发明的预警装置的工作原理是：通过第一信号采集装置对方向盘的转动状态进行监测，以汽车转向***沿直线行驶下允许自由量内的一个区间或允许自由量附近作为疲劳预警的监测区域，以方向盘滞留在疲劳预警监测区域内与否进行判断报警；且，本发明是以行驶某一段设定的行车距离所到达的时刻作为预警的起始时间，该预警时间是通过第二信号采集装置采集的速度里程脉冲信号与所述的设定的行车距离进行运算得到的。即当方向盘在额定行驶距离内停留在疲劳预警的监测区域，即会输出报警信号进行预警。当正常行驶时，由于驾驶员时常转动方向盘，所以这时的采样计数是不断被清零的。当司机疲劳时，大脑反应就会迟钝，手部动作的迟缓反应比眼部的瞌睡反应状态来的更早，手对转向盘的控制作用就会滞后和放松，这时，司机转动方向盘的频率就会减慢，或相对静止。当相对静止时间长于在设定距离内不同速度下的阈值时限时，落在检测区间的采样信号就会将转向盘相对不动的信息发送至预警装置，预警器就会发出报警或控制信号，从而起到为安全驾驶保驾护航的作用。

由于本发明是采用汽车转向***的允许自由量内的一个区间或允许自由量附近作为疲劳预警的监测区域，即根据方向盘是否越界来判定驾驶员疲劳与否，其预警范围更为精确，克服了现有技术中报警检测范围不明确，导致误报警、漏报警等可靠性差的问题，因此本发明与现有的报警装置相比工作可靠性更高、误报率更少。同时，本发明是采用预定的行车距离作为确定报警时间的依据，摒弃了现有技术中一般是采用额定的时间作为报警检测时间，从而较好的实现了疲劳预警的动态跟踪，方便了驾驶员操作，克服了现有技术中用单一时间作为预警监测时间的弊端。

这是因为由于司机瞌睡引起的汽车跑偏还与行车速度有关，参见图1，展示的不同车速和不同车轮偏转角度与额定时间车轮跑偏距离的对应关***计，可以看出，在同等条件下，速度越快，跑偏同样距离的时间就越短，在同等车轮偏转角度和相等时段内，车速越快，横向跑偏距离就越大。参见图2，不同车速和不同车轮偏转角度与跑偏距离所需时间的对应关***计，可以看出：在一定车速一定车轮偏转角度下横向跑偏不同距离和所对应的时间是呈正比关系。所以本发明是利用汽车速度里程传感信号作为疲劳报警起始时间和中止时间的动态参照。即采用按照预定的行车距离作为报警时间的依据，也就是说，本发明的第二路采样信号取自车速里程传感器的脉冲信号，此信号频率正比于车速，根据设定距离内所需的脉冲数来实现预警装置的阈值报警时限，使其在不同行驶速度下的报警起始时间也不同，速度越快则报警起始时间就越早，反之越晚。当车速慢到下限预置报警时限以下时，以下限预置报警时限为准。当车速为零时，由于没有脉冲转速信号，此时的阈值报警时限为无限长，故不产生报警。

本发明把报警器的第一信号采集装置放在与手部运动相关的部位，同时摒弃传统被动式报警方式，改为主动式预警方式，就是在一定距离内的不同速度下，动态产生不同的报警预置时间，把发生疲劳事故的报警期提前，使其处理在萌发状态。

本发明最好以汽车直线行驶状态下转向***允许自由量内的中点为疲劳预警监测区间的中点，即将第一信号采集装置置于汽车转向***允许自由量内的中点位置，以使左右监测量大致相等，利于判断准确，减少误报率。

预警时，本发明可以选用复位装置进行复位，即进行报警时间计数的清零，也可以采用转向器允许自由度内疲劳预警的监测区域外的富余自由空间，通过转动转向***消除疲劳报警提示，进行复位。对于方向盘一般直径较大的大客车和载重汽车，其允许自由量也较大，因此富余自由空间也越大，更为适宜采用转动方向盘越出预警范围，从而实现复位的目的。

本发明还可以预置最高速度脉冲信号，以实现超速报警。

由于在产生司机疲劳预警信号时只是在车内报警，外界车辆和路人并不知情，对外界起不到警示和防范的作用，因此本发明的预警装置进一步连接汽车故障报警灯和蜂鸣器的输出控制电路，以提醒外界路人和车辆注意，更好的起到防范作用。

综上所述本发明的主要优点在于：本发明的预警装置监测的可靠性与准确度较高，能够及时发现驾驶员的疲劳状态，根据不同的速度报警时间不同，不受道路、气候和周边环境变化的影响，促使驾驶员在掌握方向盘中不断集中注意力，弱化瞌睡念头，方便实用，只要方向盘处在汽车直行基本不动的位置，在对应时段后，报警装置都会及时提醒，起到主动预防的有险报险，无险防险的有备无患效果。而且其成本低，实用性强，易于推广和被广大用户接受。

本发明的优点还在于，本发明的预警装置固定安装在汽车上不用拆卸，其监测范围和参数根据车型提前调整好，是相对固定的，这样对任何驾驶员都可实行疲劳监测，从而避免有的报警器在人为使用中产生的不可靠现象，如戴在人体上的疲劳报警装置与被监测点发生过度移位、驾驶人员图侥幸或方便有意不戴报警器等。

附图说明

图1是不同车速和不同车轮偏转角度与额定时间车轮跑偏距离的对应关***计图；

图2是不同车速和不同车轮偏转角度与跑偏距离所需时间的对应关***计图；

图3是本发明的第一信号采集装置的实施例一的示意图；

图4是本发明的第一信号采集装置的实施例二的示意图；

图5是本发明的第一信号采集装置的实施例三的示意图；

图6是本发明的第一信号采集装置的实施例四的示意图；

图7是本发明的第一信号采集装置的实施例五的示意图；

图8是本发明的第一信号采集装置的实施例六的示意图；

图9是本发明的第一信号采集装置的实施例七的示意图；

图10是本发明的预警装置的实施例一、二的示意图；

图11是本发明的预警装置的实施例三、四的示意图；

图12是本发明的预警装置的实施例五、六、七的示意图；

图13是本发明的实施例一、二的第一信号采集装置的安装示意图；

图14是本发明的实施例三、四的第一信号采集装置的安装示意图；

图15是本发明的实施例五、六、七的第一信号采集装置的安装示意图；

图16是直径为38厘米的方向盘轮圈的允许自由量以及疲劳预警的监测区域的示意图；

图17a、17b是半径分不同的方向盘的轮毂上的采样点在允许自由量的示意图；

图18是本发明的预警装置的实施例八的示意图。

具体实施方式

实施例一，参见图10，图中展示了本发明所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其包括：一个用于采集方向盘转动状态的第一信号采集装置10、第二信号采集装置20、一定距脉冲预置装置30、一个逻辑运算电路40、一个输出报警装置50、一时基电路60、复位装置70和限速脉冲预置装置80，其中：定距脉冲预置装置30、逻辑运算电路40、时基电路60、复位装置70和限速脉冲预置装置80构成了报警控制装置90。

第一信号采集装置10以设定在汽车转向***的允许自由量的范围内一个区间作为疲劳预警的监测区域，本实施例以直径为38厘米的方向盘，其允许自由量为10度，本发明采取为10度的2/3区间作为疲劳预警监测范围，而且疲劳预警监测范围位于汽车在直线行驶状态下的转向***允许自由量的中心呈左右基本对称布置。如图16所示，方向盘轮圈的允许自由量A为33.12mm，本实施例的疲劳预警监测范围B为22mm。参见图3，图中为第一信号采集装置10，其包括：一个红外发射接收元件11和两个红外反射元件12，图中H线的上下两侧分别是用于安装信号采集装置的转动的方向盘(转向器)和静止的转向管柱罩壳，该红外发射接收元件11和红外反射元件12分别安装在转动的在转向器100和与转向器100相连的固定的转向管柱罩壳200上，其安装的具***置参见图13，其中，两个红外反射元件12的内边缘调整在占转向器自由间隙2/3的疲劳预警监测区域B的两端，且红外发射接收元件11和两个红外反射元件12均以汽车在直线行驶状态下的转向***允许自由量A的中心0呈左右基本对称布置。红外发射接收元件11的探测方向为：在汽车直线行驶时基本处于转向器自由间隙的中心O位置，这时，红外发射没有被阻挡反射，所以没有被接收，此时是一种状态。当转动方向盘100使其超出疲劳预警监测区域B时，红外发射接收元件11收到反射信号，发出一个脉冲或电平发生翻转给逻辑运算电路40，由此产生复零信号。

第二信号采集装置20，是车速里程传感器脉冲信号采集装置，采集到的车速里程脉冲信号作为在设定里程内需要报警的实际量值，经过缓冲整形，送入逻辑运算电路40，与定距脉冲和限速脉冲设定的理论脉冲数相比较运算。例如，以高速公路限制车距为100米为理论报警距离，某车行驶一公里所需速度里程传感器脉冲信号为5000，则100米所需500个脉冲信号。车速不同，完成500个脉冲数所需的时间也不同，累计完成500个脉冲信号后的时刻就是动态报警的起始时间。当车速慢时，动态报警的起始时间晚；当车速快时，动态报警的起始时间早。例如当车速低于36公里时每百米报警时间为10秒后。当车速为72公里时，每百米报警时间变为5秒后。而当车速为100公里时，每百米报警时间变为3.6秒后。这对监视驾驶员在高速行车下的瞬间倦怠是十分有帮助的。当在到达该速度下的预警时间时，汽车还处于直线行驶状态，红外发射没有被阻挡反射，所以没有被接收，此时逻辑运算电路40将发出报警信号给报警装置50。

定距脉冲预置装置30，用于预置一定路程内不同车型速度里程传感器所需的理论脉冲数，从而确定不同车速的不同报警时间；定距脉冲预置装置30将设定速度里程传感器在一定路程内所需的理论脉冲数作为实际行车脉冲数量需要达到的基准，从而动态反映不同车速下的不同报警起始时间。例如，某车型行驶一公里所需里程传感器脉冲信号为5000，则100米所需500个脉冲信号。设定监测路程为100米，则此时需要设定预置的理论脉冲数为500。当实际行车脉冲数达到500，启动报警起始时间。

逻辑运算电路40，用于接收第一信号采集装置10的信号和第二信号采集装置20采集的汽车速度里程传感器上的脉冲信号；逻辑运算电路40通过汽车速度里程传感器上的脉冲信号选择报警时刻，并根据第一信号采集装置10得到的方向盘转动信号进行判别和输出报警信号；逻辑运算电路40可以采用硬件电路(例如采用时钟器、分频器、门电路、锁存器、编码器、译码器等CMOS4000系列或TTL74系列数字集成电路等组成逻辑运算电路)，用于设定预置参数，接收第一、第二信号采集装置的信号，将接收的第一、第二信号采集装置的信号与定距脉冲预置装置30预置的参数进行比较、判断和计算以及输出报警信号。其也可以采用以单片机为运算控制核心的电路，例如采用89、87、51等系列单片机控制电路。

输出报警装置50，根据逻辑运算电路40的报警信号进行报警。当发生报警时，其报警装置50可以为声光报警方式，提醒驾驶员和乘客，也可以是振动报警方式，提醒驾驶员。输出报警装置50可以进一步包括一汽车故障频闪灯和蜂鸣器控制电路，此电路可以驱动一继电器，利用继电器的输出触点并联在汽车故障频闪灯和蜂鸣器的开关电路上，当输出报警时，警示外界车辆和路人，双向防备。上述声光报警、振动报警、汽车故障频闪灯和蜂鸣器均采用现有技术中的报警装置。

时基电路60，用于提供低速行车时最低时限的秒信号基准和提供超速行车时所需的秒信号基准。该部分可以用时钟电路硬件完成，如CMOS或TTL数字电路系列中的时钟分频器，也可由软件编程完成。

复位装置70，用于报警后清零复位。复位装置70可以包括一手动复位按钮安装在方向盘轮辐上一个合适位置，根据实际情况，可以做成有线复位按钮，也可以做成无线复位按钮，方便驾驶员操作。在正常行驶下，只要方向盘转向越过疲劳预警监测区域的边界，***就自动复零。如果在正常行驶下方向盘处在被监测区域内发生报警，则利用复位装置70消除报警，也可转动方向盘来消除报警。当设定被检测区域在方向盘自由度边界附近时，则不能用方向盘来实现复位，只有当同时也需要调整行车方向时，才可并用。

为了避免超速行驶，本发明的预警装置可以进一步包括一限速脉冲预置装置80，用于设定最高速度标准，即可以设定速度里程传感器在一定时间内所需的理论脉冲数作为实际行车超速报警所需脉冲数的基准，当在此时间内的实际脉冲数超过此基准时，既产生报警。例如，某车型限速100公里/小时，则每秒速度为27.8米，若行驶一公里所需里程传感器脉冲数为5000，则当每秒行驶超过139个脉冲时就产生报警。

其中所述的定距脉冲预置30和限速脉冲预置装置80可以是由硬件设定(例如8421码开关)，也可以是由软件设定(如在单片机电路中)。

应说明的是：疲劳预警监测范围的选择以汽车在直线行进中既不因方向盘晃动而改变车轮方向又不因方向盘转动量太小而湮没报警信号为准。对有的允许自由量较小的车，该临界被检测点可设定在转向盘允许自由转动量边界附近，这时就不便利用方向盘的自由间隙进行复位，此时最好采用复位装置进行复位。在同等转向允许自由度内，方向盘轮圈直径越大，其轮圈边沿的自由度弧度也越大，驾驶员操纵方向盘的幅度也越大，越容易准确的判断和监测驾驶员疲劳的真实性。一般大客车和载重汽车的方向盘轮圈较大，更适合上述情况。图17为一个半径分别为10厘米和5厘米的方向盘轮毂上的采样点在允许自由量内转动5度和10度对应的位移示意图，可以看出，采样点离转向盘轴心线越远，其允许自由度对应的弧度越大，采样监测的活动空间也就越大，分辨率也越高，所以，在实际运用中，适当增大采样点离轴心线的安装距离对提高监测精度和方便操作是有益处的。

实施例二，本实施例的预警装置与上一实施例中唯一不同之处在于：第一信号采集装置10(参见图4)由一个红外发射接收元件11和一个可调宽度的红外反射元件12组成。该红外发射接收元件11和红外反射元件12分别安装在转向器100和与转向器相连的转向管柱罩壳200的合适位置上。其中红外反射元件12的外边缘调整在转向器允许自由间隙A的1/2的区间作为预警监测区间B，而且红外反射元件12的中心位于允许自由间隙A的中心0的位置；红外发射接收元件11的探测方向在汽车直线行驶时处于转向器自由间隙的中心0位置，当汽车直线行驶时，红外发射被阻挡反射，此时是一种状态。当转动方向盘使其允许自由度中心超出预警监测区域B时，采样器接收不到反射信号，发出一个脉冲或电平发生翻转，由此产生复零信号。

实施例三，参见图11，为本发明的一种预警装置的示意图；与上一实施例不同之处在于：其中第一信号采集装置10为磁性元件和磁性传感器组成。参见图5，第一信号采集装置10由一个霍尔传感器13和两个磁性元件14组成，该霍尔传感器13和磁性元件14分别安装在转向器和与转向器相连的转向管柱罩壳的合适位置上(参见图14)。其中两个磁性元件14调整在汽车直线行驶时转向器自由间隙A的中心0处左右基本对称的合适位置，从而确定预警监测区域B，霍尔传感器13处于对应的自由间隙的中心0位置。当汽车沿直线行驶时，霍尔传感器13没有磁反应，此时是一种状态。当转动方向盘使磁性元件14的磁力经过霍尔传感器13时，发出一个脉冲或采样电平发生翻转，由此产生复零信号。

参见图6，实施例四，与上一实施例不同之处在于：其第一信号采集装置10由二个干簧管13’和一个磁性元件14组成。其中两个干簧管13’在汽车直线行驶时转向器自由间隙A中心的左右对称的位置，从而确定预警监测区域B，磁性元件14处于对应自由间隙A中心0的位置。当汽车沿直线行驶时，干簧管13’没有反应，此时是一种状态。当转动方向盘使磁性元件14的磁力经过干簧管13’时，干簧管13’触点闭合或闭合一次，发出一个脉冲或采样电平发生翻转，由此产生复零信号。

实施例五，参见图12，是本发明的一种预警装置的示意图；与实施例一不同之处在于：第一信号采集装置10包括两个相互绝缘的导电元件15和一个短路环16(参见图7)，其中两个导电元件为导电触点，其中导电触点15A、15B和短路环16固定在各自的绝缘体上并分别安装到转向器100和转向管柱200的结合处(参见图15)，其短路环16的检测中心对应于直线行驶状态下转向允许自由度中心，导电触点15A和15B分别调整在沿这个中心左右基本对称的合适位置上，作为方向检测的临界标志。当汽车沿直线行驶时，二个导电触点15A和15B通过短路环16短路，与导电触点15A、15B相连的电路接通，此时是一种状态。当转动方向盘使短路环16的一端与其中一个导电触点断开时，发出一个脉冲或采样电平发生翻转，由此产生复零信号。

实施例六，参见图8，与上一实施例不同之处在于：第一信号采集装置10的两个导电元件为二个导电片15A’，导电环为一个可调节短路环16，其中第一导电片15A’、第二导电片15B’和短路环16固定在各自的绝缘体上并分别安装到转向器和转向管柱的结合处，其短路环的检测中心对应于直线行驶状态下转向允许自由度中心，第一导电片15A’、第二导电片15B’沿这个中心左右基本对称，短路环16的两端分别调整在第一导电片15A’、第二导电片15B’基本对称的合适位置上，作为方向检测的临界标志。当汽车沿直线行驶时，第一导电片15A’和第二导电片15B’通过短路环16短路，与第一导电片15A’、第二导电片15B’相连的电路接通，此时是一种状态。当转动方向盘使短路环的一端与其中一个导电片断开时，发出一个脉冲或采样电平发生翻转，由此产生复零信号。

实施例七，参见图9，与实施例五不同之处为：短路环16为连接两导电触点的短弧上的短路片。当汽车沿直线行驶时，二个导电触点15A和15B通过短路片短路，与导电触点15A、15B相连的电路接通，此时是一种电平状态。当转动方向盘使短路片的一端与其中一个导电触点断开时，发出一个脉冲或采样电平发生翻转，由此产生复零信号。

实施例八，参见图18，图中展示了本发明的另一种预警装置，其中报警控制装置90采用以单片机MCU为核心的控制电路，例如89、87或51系列单片机。定距设定、里程脉冲信号的预置、最高限速脉冲信号的预置以及对第一信号采集装置采集的方向盘转动状态的信号、第二信号采集装置的速度里程信号的采集的接收、处理比对，判断报警等，均通过单片机和单片机的设定程序完成，其可以进一步包括一显示装置91。

本发明的上述实施例的预警控制方法为：

首先向单片机预置参数，预置里程脉冲参数(或者定距参数)：确定额定的行车距离作为预警时间的依据，设置最高速度参数：用于确定超速预警；设置低速运行时的最低报警时限参数：用于低速运转时，由于速度过低，导致报警时间过长，从而确定最低预警时间，达到此时间，即使未达到额定行车距离也进行预警；预置超速行车时所需时间信号等。

启动检测装置：通过第一信号采集装置监测方向盘的转动状态；

通过第二信号采集装置采集速度里程传感器脉冲信号，与预置定距脉冲信号相比，确定报警时间。以实施例一的报警参数为例：以高速公路限制车距为100米为理论报警距离，100米所需500个脉冲信号。车速不同，完成500个脉冲数所需的时间也不同，累计完成500个脉冲信号后的时刻就是动态报警的起始时间。当车速低于36公里时每百米报警时间为10秒。当车速为72公里时，每百米报警时间变为5秒。而当车速为100公里时，每百米报警时间变为3.6秒。

根据采集的第一信号显示：在额定的行车距离内(即：行驶该距离所用的时间段)方向盘一直滞留在疲劳预警的监测区域内，则输出报警信号；未达到额定的行车距离方向盘超出疲劳预警的监测区域，清零，重新开始检测速度里程传感器信号、方向盘转动状态信号。

当行车速度过低，为了防止过长时间不能报警，因此达到预置的最低报警时限时，即进行报警；

当车速为零，这时由于速度里程传感器的信号为0，此时停止计数和报警。

当超速行驶，超过预置的限速脉冲信号时，发出超速报警信号。

综上所述，本发明为疲劳驾驶预警提供了一种独特的预警装置和预警方法，其主旨首先是通过监测方向盘转动状态，以汽车在直线行驶下转向***允许自由量的范围内(或包括边界附近)的一个区间作为疲劳预警的监测区域，同时预警时间是根据汽车在不同速度下行驶额定的行程所需的时间后为预警的起始时刻，即速度越快报警时间越早。在不偏离本发明所限定的装置的基本要素的前提下，所描述的预警装置可以修改和改变，以适合于特定的应用及所使用的装置，应均在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其包括：

一个用于采集方向盘转动状态的第一信号采集装置，该采集装置以设定汽车在直线行驶状态下转向***的允许自由量内的一个区间或接近允许自由量作为疲劳预警的监测区域；

一个用于采集车速里程脉冲信号的第二信号采集装置；

一个报警控制装置，用于接收第一信号采集装置的信号和第二信号采集装置采集的汽车速度里程传感器上的脉冲信号；用于预置一定路程和一定路程内行驶所需的理论脉冲数作为基准，从而确定不同距离、不同车速的不同报警时间，并通过第二信号采集装置上的脉冲信号和预置的一定路程的理论脉冲选择报警时间，根据第一信号采集装置得到的方向盘转动信号进行判断报警和输出报警信号；

一个输出报警装置，根据报警控制装置的报警信号进行报警。

2.根据权利要求1所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：该监测区域是以汽车在直线行驶状态下的转向***允许自由量的中心呈左右基本对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述的第一信号采集装置包括至少一个红外发射探测装置和至少一个红外反射元件；所述红外反射元件设在方向盘上，用于确定疲劳预警的监测区域，红外发射探测装置设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上；或者，所述红外发射探测装置设在所述方向盘上，红外反射元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上，用于确定疲劳预警的监测区域。

4.根据权利要求1或2所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述的第一信号采集装置包括一个磁敏接收元件和两个磁性元件，所述两个磁性元件设在方向盘上，确定疲劳预警的监测区域，磁敏接收元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上；或者：

所述的第一信号采集装置包括两个磁敏接收元件和一个磁性元件，所述一个磁性元件设在方向盘上，两个磁敏接收元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上，从而确定疲劳预警的监测区域；

或者，所述磁敏接收元件设在所述方向盘上，磁性元件设在与转向盘相接的转向管柱上或转向管柱***的罩壳上。

5.根据权利要求1或2所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述的第一信号采集装置包括两个相互绝缘的导电元件和一个短路环，所述导电元件和短路环分别固定安装到转向器和转向管柱的结合处、且分别对应于直线行驶状态下转向允许自由度中心对称布置，所述短路环的两外端延伸超过所述两个导电元件的范围作为疲劳预警的监测区域。

6.根据权利要求1或2所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述的报警控制装置包括一定距脉冲预置装置、一个逻辑运算电路，一个用于提供最低时限的秒信号基准和提供超速行车时所需的秒信号基准的时基电路，一个用于***清零复位的复位装置，逻辑运算电路与第一、第二信号采集装置相连，定距脉冲预置装置、时基电路、复位装置分别与逻辑运算电路相连。

7.根据权利要求1或2所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于，所述报警控制装置为一单片机控制***或一数字电路集成***。

8.根据权利要求6所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述复位装置，包括方向盘和安装在方向盘上的有线或无线手动复位按钮。

9.根据权利要求6所述的主动式汽车司机疲劳驾驶预警装置，其特征在于：所述报警控制装置进一步包括一限速报警预置部分，与逻辑运算电路相连，用于设定需要报警的最高时速信号。

10.一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

以行使预定的行车距离所需要的时间作为预警时间，该预警时间是通过采集行车速度信号与所预定的行车距离运算比对得到；

对方向盘的转动状态进行监测，设定汽车在直线行驶状态下转向***的允许自由量内的一个区间或接近允许自由量作为疲劳预警的监测区域；

通过监测方向盘转动状态，进行判断预警：当汽车行驶至预定的行车距离，方向盘滞留在所述疲劳预警区域，输出报警信号；反之，当方向盘越出所述疲劳预警区域，***清零复位，并开始新的预警周期；

当报警发生后，通过清零复位消除报警并开始新的预警周期。

11.根据权利要求10所述的一种主动式汽车司机疲劳驾驶预警方法，其特征在于：所述疲劳预警的监测区域是以汽车在直线行驶状态下的转向***允许自由量的中心呈左右基本对称布置。

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