一种基于体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法

技术领域

本发明涉及车辆安全技术领域，尤其涉及一种基于体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法

背景技术

自汽车发明以来，方向盘是汽车的操纵行驶方向的轮状装置。汽车方向盘功能是将驾驶人作用到转向盘边缘上的力转变为转矩后传递给转向轴，从而完成汽车的转向。

调整方向盘是汽车驾驶人在汽车驾驶中时刻进行的操作，并且是驾驶人通过用手直接接触方向盘而实现的。在方向盘上加装体传感器，可方便的对驾驶人运动姿态行为信息进行实时监测记录。当发现驾驶人运动姿态行为异常时，方向盘内置芯片可预测出驾驶人可能出现的超速行驶、避撞行驶、疲劳行驶、醉驾行驶、毒驾行驶等危险状况，及时发出警报及车外故障灯闪烁，控制车辆主动减速。从而预防了因驾驶人操作不当或其他危险驾驶行为而导致交通事故。体测量芯片和体测量传感器全部安装在方向盘轮圈内，并不占用方向盘内部电子元件和安全气囊的空间。

发明内容

本发明提供一种可测量驾驶人行为信息的方向盘及主动预警的方法，主要解决的问题是：防止了因驾驶人突发紧急情况而无法正确操作方向盘造成交通事故，降低发生交通安全事故的可能性。本发明中体传感器的测量套件全部集成于方向盘轮圈之中，并不占用方向盘控制按钮与安全气囊位置，节省了方向盘的内部空间。

为了实现上述目的，本发明专利提供一种可测量驾驶人行为信息的方向盘,该方向盘包括：方向盘轮圈、方向盘轮辐、体传感器、体测量传感器芯片。

方向盘轮圈下半部分设计为两层机构卡合而成。下层轮圈内部设有体测量传感器腔室，上层为体测量传感器腔室盖板，二者通过卡连接扣合形成完整的方向盘轮圈。

体测量传感器对称设置于方向盘轮圈左右手握位置的表面，可在车辆行驶时采集驾驶者的行为信息。

体测量传感器芯片设置于所述方向盘轮圈下层的体测量传感器腔室内。

所述体测量传感器与所述体测量传感器芯片在方向盘轮圈内部进行连接。

为实现上述目的，本发明提供如下方案：

一种基于体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法，所述方法包括：

应用一种基于多刚体动力学MADYMO的多通道的交互范式，其中，包括多通道交互界面、多通道交互信息、多通道交互控制则指用户及车辆综合各方数据通道等信息输出信息控制量。

应用一种基于多刚体动力学MADYMO软件中体传感器模块分析，通过体传感器的信号获得驾驶人上重心的线性合成加速度，位置、线性速度、角速度及线性加速度的分量，其分量相对参考空间表示，并沿着传感方向。

根据对驾驶人状态信息捕捉的体传感器将其数据输入中央计算机，计算出在一定场景下车辆所存在风险的数据在备阶段。

根据输出所得的风险数据，可输入到PID控制器上产生一个风险输出信号，来产生控制载荷。

根据车载预警系统中的人机交互输出硬件同时向驾驶人的多种感官提供信号，刺激驾驶人的视觉、听觉、触觉。

基于多刚体动力学MADYMO中的体传感器测量模块，通过体传感器测量出的驾驶人行为信息与设定的阈值范围相比较，若驾驶人操作方向盘时超出阈值范围，就会反馈到车身控制模块，使汽车发出警报、车外故障灯闪烁。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明中所采用的是一种基于多刚体动力学MADYMO的多通道的交互范式，与传统WIMP交互范式相比，驾驶人是处在实体的三维空间，可更自然、舒适地达到人车有效交流的目的。本发明中基于MADYMO中的体传感器与“真实三项”PID控制与传统传感器和控制器相比，具有较强的的自学习能力、自适应能力、较强的环境适应能力，同时鲁棒性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法的流程图

图2为本发明所述一种可测量驾驶人行为信息方向盘结构示意图。

图3为本发明所述方向盘轮圈下层及体测量传感器腔室结构示意图。

图4为本发明所述体测量传感器腔室盖板结构示意图。

图5为物体绝对运动测量示意图

图6为物体相对运动测量示意图

图7为本发明提供的“真实三项”PID的流程图

附图标记说明：

1-方向盘轮辐；2-方向盘轮圈；

3-体测量传感器；4-体测量传感器腔室盖板；

5-方向盘轮圈下层；6-体测量传感器腔室；

7-体测量传感器芯片；8-线连接；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于体传感器智能可测的方向盘及主动预警的方法具体实施步骤：

第一实施例

S1，如图2所示，本发明提供一种可测量驾驶人行为信息的方向盘，其包括方向盘轮辐1、方向盘轮圈2、体测量传感器3、体测量传感器固定于方向盘左右两端，在方向盘轮圈内部与体测量传感器芯片相连接。方向盘轮圈下半部分为双层结构，上层为体测量传感器腔室盖板4。

S2，如图3所示，为本发明所述方向盘轮圈下层及体测量传感器腔室结构示意图。体测量传感器腔室盖板4去除后，所暴露部分为方向盘轮圈下层5。体测量传感器腔室6位于方向盘轮圈下层中间部分。体测量传感器芯片7设于体率测量传感器芯片腔室6中。体传感器3与体传感器芯片7之间的连接8在方向盘轮圈内完成。

S3，如图4所示，为本发明所述体测量传感器腔室盖板结构示意图。其与方向盘轮圈下层5通过卡连接，组成完整方向盘轮圈2。

第二实施例

本发明设计了一种基于体传感器智能可测的方向盘的人机交互的预警方法，通过该方向盘的体传感器感知驾驶人的行为信息，将驾驶人的行为信息传递到“真实三项”PID控制器的预警方法。

具体地，本发明中基于体传感器的主动预警的方法包括以下步骤：

S1，本发明所用的是一种基于多刚体动力学MADYMO的多通道的交互范式，通过人车交互，驾驶人是处在实体的三维空间，可更自然、舒适地达到人车有效交流的目的。本发明中车载预警系统在车内空间采取多通道的方式把风险信息传递给驾驶人。多通道交互方式将围绕人体生理各个通道，如视觉、听觉、触觉展开，由于身体的自然熟悉属性，通过多通道交互方式能自然和谐地让驾驶人所理解，并营造一种环境场景感知。

S2,本发明中车载预警系统人机交互的多通道交互主要分为三层：多通道交互界面、多通道交互信息、多通道交互控制。

其中，多通道交互界面，如力学震动设备、投射屏幕、数据眼镜、头盔等。

其中，多通道交互信息则包含图形、声音、触觉、环境等信息所构成的风险信息以及用户对这些信息所对应的图形、声音、触觉等信息的反馈。

其中，多通道交互控制则指驾驶人及车辆综合各方数据通道等信息输出信息的控制量。

S3,本发明中车载预警信号发生的内部预警逻辑是基于多刚体动力学MADYMO软件中体传感器模块分析，通过体传感器的信号获得驾驶人上重心的线性合成加速度，位置、线性速度、角速度及线性加速度的分量，其分量相对参考空间表示，并沿着传感方向。

S4,如图5所示，为当物体的参考坐标系或局部坐标系内的方向固定之后，即可确定物体在参考空间固定方向和物体局部坐标系下某一固定方向上的运动分量。

S5,如图6所示，为当驾驶人的重心相对于车辆参考坐标系运动时，相对运动被投影到连接两点的直线、相对位置表示两点间的距离、相对线性速度/加速度给出了两点间相对距离变化的速度加速度。

其中，位置、线性速度、角速度及线性加速度的分量，其分量均是相对参考空间表示的，并沿着传感方向。(单位矢量n)

根据对驾驶人状态信息捕捉的体传感器将其数据输入中央计算机，计算出在一定场景下车辆所存在风险的数据在备阶段。

S6,将输出所得的风险数据，可输入到PID控制器上产生一个风险输出信号，来产生控制载荷。

本发明是采用MADYMO中的“真实三项”PID控制模块，根据捕捉到的风险信号，把其输出与输入之比由控制器的传递函数H给定义，

PID控制器可视为PI和PD控制器的串联

H

真实三项控制器参数与串联符号之间的关系如下：

K

K

在MADYMO中“真实三项”符号，其中常数K

如果K

为了确定控制器的输出信号，需进行时间积分，同时也对运动方程进荷时间积分，将输出信号执行到车辆模块控制单元。

S7,如图7所示，为“真实三项”PID的流程图。其图中v(t)为PID控制器的输出值，其大小取决于系统给定值r(t)和系统输出值y(t)的偏差e(t)、偏差的积分、偏差的微分的线性加权组合，即

式中：K

根据PID控制器的输出值v(t)来操控被控对象，其系统输出值y(t)

S8,汽车外灯控制系统除完成车灯亮、暗的控制的同时，还需要完成车灯闪烁的相关控制。例如警告灯在条件满足时，完成一定周期的闪烁。

具体地，所述在Matlab编程中，只需要编写简单的循环语句就可以完成相关演示控制。

While Hazard WarningState

％当警告灯按钮按下时，运行以下程序

set(handles.textl，Visible"，on)；

pause(0.5)；set(handles.textl，Visible"，off)；

pause(0.5)；

End

第三实施例

本实施例提供一种基于多刚体动力学MADYMO中“真实三项”PID控制模块，对警报系统做出相应的决策，通过风险信号的输出将风险信息解构成视觉、听觉、触觉等通道信号，通过显示屏、方向盘、刺叭、投射图案、环境灯光、震动设备有效传递给驾驶人及参与交通的其他人员。

车载预警系统中的人机交互输出硬件的同时向驾驶人的多种感官提供信号，刺激驾驶人的视觉、听觉、触觉、味觉，主要刺激的是视听通道信息，通过一定设备发出电磁波等形式刺激驾驶人大脑皮层，在考虑预警系统等的人机交互中，设计、选择不同交互方案，要有效而合理利用各种乘载设备来输出不同的交互信号。车载预警系统人机输出设备有效的交互设备主要包括视觉通道设备、听觉通道设备、触觉/力学通道设备。

视觉图像通道设备。车载预警系统的视觉输出设备包括中控屏幕显示设备、辅肋环境显示设备、仪表盘显示设备、二维三维投射显示设备等。这些设备显示输出预警信号，以某一个或多个设备为主要视觉设备，其他设备显示为辅肋补充视觉设备，采用设备不同显示交互方式也就不同。视觉输出设备在输出信号时的属性包括视觉形式、分辨率、显示屏形态、视线角度、刷新频率、光线亮度和人机工效学等属性。预警系统的视觉显示屏设计一般根据用户眼睛的各种视觉特征去对显示设备进行组合，达到通过视觉通道传递信息的特点，一般驾驶人自身偏好视觉通道的警告信息，他们会认为这种信息更加符合自己习惯和安全。

听觉通道设备。声音输出装置通过产生在空间中的声音，使驾驶人可以利用听觉判断声音的来源和内容，声音输出设备属性包括声强、声波、频率、动态变化、回声以及双耳的时间差，根据不同人群听觉特征设计不同设备输出声音，声音可以将司机注意力集中在关键事件上，目前的声音输出设备主要通过扬声器以及震动某些硬件设备来实现立体、环绕式、3D音效。声音设备输出简单音素、规律性音素、自然及合成声音等几种类型。

触觉/力学通道设备。车载预警系统等触觉/力学设备主要是通过与司机接触部分的设备，通过触觉状态变化或马达设备的震动让用户通过接触、触摸的皮肤直觉、肌肉知觉和运动神经整体判断，而统计出预警信息。以车辆或者驾驶人身体作为参照系，通过电流直接刺激神经产生触觉/力学反馈输出，车内常用触觉/力学设备主要是通过座椅力学反馈、方向盘力学反馈、操作档把等，这些设备能让人车交互更加立体，在视听通道受到限制时可以有效增强交互性。车内环境下的力/触觉交互不仅存在于司机手指与屏幕之间，也存在于车内空间中各种类型设施设备上，在遇到各种需要对话的场景，通过相对应部分的力学反馈或机械运动、状态改变等，让驾驶人能相应感知到变化来源，并还原出系统所传递的信息，这种交互方式方向更准确、精度更强，在其他通道占用的时候，感知更明显。

最后需要说明的是，与现有技术相比，本发明有以下有益效果。基于MADYMO中的体传感器与“真实三项”PID控制比传统传感器和控制器，具有较强的的自学习能力、自适应能力，此控制具有简单的结构、较强的环境适应能力，同时鲁棒性较强。

以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。