CN103223901A - 一种营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆安全行驶技术，公开了一种营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法。该营运车辆异常运行状态辨识装置包括包括单片机，液晶显示屏，与自身车辆总线连接的数据采集器，用于测量自身车辆与前方车辆相对距离的微波雷达，用于测量自身车辆轮胎与车道线距离的视觉传感器；所述单片机的对应I/O输入端分别连接所述微波雷达、视觉传感器和数据采集器的输出端，所述单片机的I/O输出端连接所述液晶显示屏，本发明能够自动采集驾驶员操作行为偏差和车辆运行状态偏差，在车辆处于异常行驶状态时进行及时的提示，避免车辆进入危险行驶状态，从而保证车辆的行驶安全。

Description

一种营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法

技术领域

本发明涉及车辆安全行驶技术，特别涉及一种营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法。

背景技术

每一年都会发生许多交通事故导致人员伤亡和大量的财产损失，尤其是长途营运客车，在高速上行驶距离长，有的达到1000公里甚至2000公里以上，长时间的连续行驶和疲劳行驶会导致驾驶员的注意力集中状态恶化，驾驶员对道路交通环境的感知能力和对车辆的操作能力也将出现一定程度上的下降，从而使得营运客车的运行安全性无法得到最大程度的保障。针对营运客车的运行特点，部分技术人员提出了各种营运客车安全监控***，例如驾驶员长途驾驶时的疲劳监测***、营运客车追尾碰撞预警***、营运客车典型危险运行状态综合预警***等。

车辆的行驶状态分为正常行驶状态、异常行驶状态和危险行驶状态，上述这类***的应用范围为营运车辆已经处于危险行驶状态，在此时对驾驶人进行预警可以提示驾驶员采取措施避免危险的进一步恶化，从而避免事故的发生。从实际应用而言，危险状态的出现已经意味着存在较大的事故风险，尽管这类安全预警***能够避免一部分的事故，但不能完全避免营运客车危险行驶状态的出现。本发明在营运客车由正常行驶状态演化为异常行驶状态，驾驶员就采取改善措施，杜绝使异常行驶状态将转变为危险行驶状态，从而避免引发较大的车辆事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法，自动采集驾驶员操作行为偏差和车辆运行状态偏差，在车辆处于异常行驶状态时进行及时的提示，避免车辆进入危险行驶状态，从而保证车辆的行驶安全。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

（一）一种营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，包括单片机，液晶显示屏，与自身车辆总线连接的数据采集器，用于测量自身车辆与前方车辆相对距离的微波雷达，用于测量自身车辆轮胎与车道线距离的视觉传感器；所述单片机的对应I/O输入端分别连接所述微波雷达、视觉传感器和数据采集器的输出端，所述单片机的I/O输出端连接所述液晶显示屏。本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述单片机为MC9S12XS256型单片机。

所述视觉传感器设于车辆的前挡风玻璃上。

所述数据采集器为CAN2.0A协议的采集器。

所述液晶显示屏为12864液晶显示屏。

（二）一种营运车辆异常运行状态辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）车辆运行速度分析：将数据采集器采集到的自身车速输入单片机，单片机将车速分为多个速度区间进行统计，将车速与其所属速度区间内的车速平均值进行比较，车速与该速度区间内的车速平均值差值的绝对值大于速度设定值时，认定此时的自身车速为异常，否则认定为正常；

（2）自身车辆与车道线距离分析：将视觉传感器采集到自身车辆的左右轮胎与左右车道线的图像输入到单片机，单片机将轮胎与车道线间的距离分为多个距离区间进行统计，将轮胎与车道线间的距离与其所属距离区间内的平均值进行比较，轮胎与车道线间的距离与该距离区间内的平均值差值的绝对值大于距离设定值时，认定自身车辆与车道线间的距离为异常，否则认定为正常；

（3）车辆跟驰行为分析：将微波雷达测试到的自身车辆与前车间的距离和数据采集器采集到的车速输入单片机，单片机计算出车辆的车头时距并分为多个时距区间进行统计，将车头时距与其所属时距区间内的平均值进行比较，车头时距与该时距区间内的平均值差值的绝对值大于时距设定值时，认定车辆跟驰行为异常，否则认定为正常；

（4）驾驶员对加速踏板操作行为分析：将数据采集器采集到的自身车辆的加速踏板开度参数输入单片机，单片机计算出加速踏板的开度变化率并分为多个变化率区间进行统计，将加速踏板的开度变化率与其所属的变化率区间内的平均值进行比较，加速踏板的开度变化率与该变化率区间内的平均值差值的绝对值大于变化率设定值时，认定驾驶员对加速踏板的操作行为异常，否则认定为正常；

（5）车辆方向盘转动分析：将数据采集器采集到的自身车辆的方向盘转动角速度输入到单片机，单片机将方向盘转动角速度分为多个角速度区间进行统计，将方向盘转动角速度与其所属角速度区间内的平均角速度进行比较，方向盘转动角速度与该区间内的平均角速度差值的绝对值大于角速度设定值时，认定车辆方向盘转动速度异常，否则认定为正常；

（6）车辆车身横摆分析：将数据采集器采集到的自身车辆的车身横摆角速度和当前自身车速输入单片机，单片机计数出自身车辆的横摆速率并分为多个横摆速率区间进行统计，将横摆速率与所述横摆速率区间内的平均值进行比较，横摆速率与该横摆速率区间内的平均值差值的绝对值大于横摆速率设定值时，认定车身横摆异常，否则认定为正常；

（7）车辆车身横向加速度分析：将数据采集器采集到的自身横向加速度输入到单片机，单片机将横向加速度分为多个横向加速度区间进行统计，将横向加速度与其所属的横向加速度区间内的平均值进行比较，横向加速度与该横向加速度区间内的平均值差值的绝对值大于横向加速度设定值时，认定车身横向加速度异常，否则认定为正常；

（8）车辆异常运行状态辨识：上述步骤（1）－步骤（3）中有一个或者一个以上的结果为异常，且步骤（4）－步骤（7）中有一个或者一个以上的结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常；上述步骤（1）－步骤（7）中有三个或者三个以上结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常。其余状态下，认定车辆运行状态辨识结果为正常；

（9）车辆异常运行提示：车辆运行状态辨识结果为异常时，单片机控制液晶显示屏进行异常状况显示。

本发明的营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法，在车辆进入危险状态之前能够提前辨识到车辆是否处于异常状态，当车辆处于异常状态时通过液晶显示屏对驾驶员进行提示，从而将发生交通事故风险抑制在萌芽状态，提高车辆行驶的安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以进一步详细说明。

图1为本发明的营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法的框架示意图。

具体实施方式

参照图1，图1为本发明的营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法的框架示意图。本发明包括单片机，液晶显示屏，与自身车辆总线连接的数据采集器，用于测量自身车辆与前方车辆相对距离的微波雷达，用于测量自身车辆轮胎与车道线距离的视觉传感器；单片机的对应I/O输入端分别连接微波雷达、视觉传感器和数据采集器的输出端，单片机的I/O输出端连接液晶显示屏。

单片机采用MC9S12XS256型单片机，单片机安装于自身车辆仪表租下方内部；视觉传感器设于车辆的前挡风玻璃上，用于测量自身车辆左轮胎与左侧车道线的距离和右轮胎与右侧车道线的距离；数据采集器为CAN2.0A协议的采集器，安装于车辆仪表盘下方内部，实时采集自身车辆运行过程中的车速信号、方向盘转角信号、方向盘转动角速度信号、加速踏板开度信号、车身横摆角速度信号、车身横向加速度信号等；液晶显示屏为12864液晶显示屏，该小型LCD液晶显示器安装于自身车辆的仪表盘附件，用于对驾驶员进行提示。

本发明的营运车辆异常运行状态的辨识方法，包括以下步骤：

（1）车辆运行速度分析：将数据采集器采集到的自身车速输入单片机，单片机将车速以10km/h分为多个速度区间进行统计，将车速与其所属速度区间内的车速平均值进行比较，车速与该速度区间内的车速平均值差值的绝对值大于4km/h时，认定此时的车速为异常，很有可能是驾驶员的注意力分散或者疲劳驾驶等原因引起的，否则认定为正常。

（2）车辆与车道线距离分析：将视觉传感器采集到自身车辆的左右轮胎与左右车道线的图像输入到单片机，单片机将轮胎与车道线间的距离以10cm分为多个距离区间进行统计，将轮胎与车道线间的距离与其所属距离区间内的平均值进行比较，轮胎与车道线间的距离与该距离区间内的平均值差值的绝对值大于5cm时，认定自身车辆与车道线间的距离为异常，很有可能是驾驶员对车辆与车道线的距离感出现了失误，否则认定为正常。对于车辆左轮胎与左侧车道线的距离以及车辆右轮胎与右侧车道线的距离，只要其中一个辨识到的结果为异常，则认定为自身车辆与车道线间的距离为异常。

（3）车辆跟驰行为分析：将微波雷达测试到的自身车辆与前车间的距离和数据采集器采集到的自身车辆的车速输入单片机，单片机计算出车辆的车头时距并以0.5秒分为多个时距区间进行统计，将车头时距与其所属时距区间内的平均值进行比较，车头时距与该时距区间内的平均值差值的绝对值大于0.2秒时，认定车辆跟驰行为异常，可能是由于驾驶员受到其他因素干扰而出现注意力分散情况，否则认定为正常。

（4）驾驶员对加速踏板操作行为分析：将数据采集器采集到的加速踏板开度参数输入单片机，单片机计算出加速踏板的开度变化率并以5%分为多个变化率区间进行统计，加速踏板的开度变化率＝（本次加速踏板开度值－上次加速踏板开度值）/上次加速踏板开度值，将加速踏板的开度变化率与其所属变化率区间内的平均值进行比较，加速踏板的开度变化率与该变化率区间内的平均值差值的绝对值大于3%时，认定驾驶员对加速踏板的操作行为异常，表明此时驾驶员对加速踏板的操作行为与驾驶员的正常驾驶行为出现了一定偏差，否则认定为正常。

（5）车辆方向盘转动分析：将数据采集器采集到的方向盘转动角速度输入到单片机，单片机将方向盘转动角速度以10°/s分为多个角速度区间进行统计，并将方向盘转动角速度与其所属角速度区间内的平均角速度进行比较，方向盘转动角速度与该角速度区间内的平均角速度差值的绝对值大于5°/s时，认定车辆方向盘转动角速度异常，表示此时驾驶员对方向盘的操作行为与正常的操作行为存在一定偏差，否则认定为正常。

（6）车辆车身横摆分析：将数据采集器采集到的自身车身横摆角速度和当前自身车速输入单片机，单片机计数出车辆的横摆速率并以15(°·km)/(s·h)分为多个横摆速率区间进行统计，车辆的横摆速率＝车身横摆角速度*车速，将横摆速率与其所属的横摆速率区间内的平均值进行比较，横摆速率与该横摆速率区间内的平均值差值的绝对值大于9(°·km)/(s·h)时，认定车身横摆异常，表明此时车辆的横摆特性与正常行驶过程中的横摆特性存在一定差异，否则认定为正常。

（7）车辆车身横向加速度分析：将数据采集器采集到的自身横向加速度输入到单片机，单片机将横向加速度以1m/s²分为多个横向加速度区间进行统计，将横向加速度与其所属横向加速度区间内的平均值进行比较，横向加速度与该横向加速度区间内的平均值差值的绝对值大于0.4m/s²时，认定车身横向加速度异常，表明此时车辆的横向加速度与正常行驶过程中的横向加速度数据存在一定差异，否则认定为正常。

（8）车辆异常运行状态辨识：上述步骤（1）－步骤（3）中有一个或者一个以上的结果为异常，且步骤（4）－步骤（7）中有一个或者一个以上的结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常；上述步骤（1）－步骤（7）中有三个或者三个以上结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常。其余状态下，认定车辆运行状态辨识结果为正常。

（9）车辆异常运行提示：车辆运行状态辨识结果为异常时，单片机控制液晶显示屏进行异常状况显示，提示驾驶员专心驾驶或者停车休息。

本发明的营运车辆异常运行状态辨识装置及其辨识方法，在车辆进入危险状态之前能够提前辨识到车辆是否处于异常状态，引发车辆处于异常状态的原因包括多种，例如疲劳驾驶、冒险驾驶、注意力分散等；当车辆处于异常状态时通过液晶显示屏显示“请专心驾驶或停车休息”对驾驶员进行提示，并具体显示异常结果项，提醒驾驶员采取一定的措施使车辆处于正常行驶状态，从而将发生交通事故风险抑制在萌芽状态，以避免车辆进入危险状态，甚至出现车道偏离、追尾碰撞、侧翻等情况，提高车辆行驶的安全性，尤其适用于营运客车。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (6)

1.一种营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，包括单片机，液晶显示屏，与自身车辆总线连接的数据采集器，用于测量自身车辆与前方车辆相对距离的微波雷达，用于测量自身车辆轮胎与车道线距离的视觉传感器；所述单片机的对应I/O输入端分别连接所述微波雷达、视觉传感器和数据采集器的输出端，所述单片机的I/O输出端连接所述液晶显示屏。

2.根据权利要求1所述的营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，所述单片机为MC9S12XS256型单片机。

3.根据权利要求1所述的营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，所述视觉传感器设于车辆的前挡风玻璃上。

4.根据权利要求1所述的营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，所述数据采集器为CAN2.0A协议的采集器。

5.根据权利要求1所述的营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，所述液晶显示屏为12864液晶显示屏。

6.一种营运车辆异常运行状态辨识方法，基于权利要求1所述的营运车辆异常运行状态辨识装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）车辆运行速度分析：将数据采集器采集到的自身车速输入单片机，单片机将车速分为多个速度区间进行统计，将车速与其所属速度区间内的车速平均值进行比较，车速与该速度区间内的车速平均值差值的绝对值大于速度设定值时，认定此时的自身车速为异常，否则认定为正常；

（2）自身车辆与车道线距离分析：将视觉传感器采集到自身车辆的左右轮胎与左右车道线的图像输入到单片机，单片机将轮胎与车道线间的距离分为多个距离区间进行统计，将轮胎与车道线间的距离与其所属距离区间内的平均值进行比较，轮胎与车道线间的距离与该距离区间内的平均值差值的绝对值大于距离设定值时，认定自身车辆与车道线间的距离为异常，否则认定为正常；

（3）车辆跟驰行为分析：将微波雷达测试到的自身车辆与前车间的距离和数据采集器采集到的车速输入单片机，单片机计算出车辆的车头时距并分为多个时距区间进行统计，将车头时距与其所属时距区间内的平均值进行比较，车头时距与该时距区间内的平均值差值的绝对值大于时距设定值时，认定车辆跟驰行为异常，否则认定为正常；

（4）驾驶员对加速踏板操作行为分析：将数据采集器采集到的自身车辆的加速踏板开度参数输入单片机，单片机计算出加速踏板的开度变化率并分为多个变化率区间进行统计，将加速踏板的开度变化率与其所属的变化率区间内的平均值进行比较，加速踏板的开度变化率与该变化率区间内的平均值差值的绝对值大于变化率设定值时，认定驾驶员对加速踏板的操作行为异常，否则认定为正常；

（5）车辆方向盘转动分析：将数据采集器采集到的自身车辆的方向盘转动角速度输入到单片机，单片机将方向盘转动角速度分为多个角速度区间进行统计，将方向盘转动角速度与其所属角速度区间内的平均角速度进行比较，方向盘转动角速度与该区间内的平均角速度差值的绝对值大于角速度设定值时，认定车辆方向盘转动速度异常，否则认定为正常；

（6）车辆车身横摆分析：将数据采集器采集到的自身车辆的车身横摆角速度和当前自身车速输入单片机，单片机计数出自身车辆的横摆速率并分为多个横摆速率区间进行统计，将横摆速率与所述横摆速率区间内的平均值进行比较，横摆速率与该横摆速率区间内的平均值差值的绝对值大于横摆速率设定值时，认定车身横摆异常，否则认定为正常；

（7）车辆车身横向加速度分析：将数据采集器采集到的自身横向加速度输入到单片机，单片机将横向加速度分为多个横向加速度区间进行统计，将横向加速度与其所属的横向加速度区间内的平均值进行比较，横向加速度与该横向加速度区间内的平均值差值的绝对值大于横向加速度设定值时，认定车身横向加速度异常，否则认定为正常；

（8）车辆异常运行状态辨识：上述步骤（1）－步骤（3）中有一个或者一个以上的结果为异常，且步骤（4）－步骤（7）中有一个或者一个以上的结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常；上述步骤（1）－步骤（7）中有三个或者三个以上结果为异常，则认定车辆运行状态辨识结果为异常。其余状态下，认定车辆运行状态辨识结果为正常；

（9）车辆异常运行提示：车辆运行状态辨识结果为异常时，单片机控制液晶显示屏进行异常状况显示。