疲劳驾驶安全带工作原理及设备设计思路.pdf
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1、科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald智 能 智 造 与 信 息 技 术疲劳驾驶安全带工作原理及设备设计思路王贺 王政伟 赵玉博 王金宝 温谦*刘玮(沈阳理工大学 辽宁沈阳 110158)摘要:随着现代的汽车行业发展日益加速,轿车的广泛应用给人们的日常生活提供了很大的便利,增进了人们相互之间的交流,给人们的日常出行也带来了方便。然而受疲劳驾车等影响,近年来车祸发生的概率却明显上升。因此,开发一个合理可行的疲劳驾车预防体系,以及
2、开发出能够提醒疲劳驾车的设备是当前驾驶人员与交通部门较为重视的。本文将对疲劳驾车预警机理以及疲劳驾车预防设备设计的方法展开研究。关键词:疲劳驾车 设备设计 预警机制 预防措施中图分类号:U491.61文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)10(c)-0129-05Working Principle and Equipment Design Idea of Fatigue Driving Safety BeltWANG He WANG Zhengwei ZHAO Yubo WANG Jinbao WEN Qian*LIU Wei(Shenyang Ligong Universit
3、y,Shenyang,Liaoning Province,110158 China)Abstract:With the increasingly rapid development of the modern automobile industry,the wide application of cars has facilitated peoples daily life,enhanced the communication between people and brought convenience to peoples daily life.However,affected by fat
4、igue driving,the probability of accidents has increased significantly in recent years.Therefore,to form a reasonable and feasible fatigue driving prevention system and develop equipment that can remind fatigue driving are more important for current drivers and traffic departments.This paper will stu
5、dy the mechanism of fatigue driving warning and the design method of fatigue driving prevention equipment.Key Words:Fatigue driving;Equipment design;Early warning mechanism;Precautions在汽车行业比较发达的时代,驾驶员在长途驾驶过程中往往会很难注意到自己的身体状况,有时会不经意间打瞌睡。当长时间驾驶车辆时,许多人为了赶速度往往忽视自身的休息时间导致疲劳驾驶,而司机疲劳驾驶后又往往会视力减退、注意力分散、反应迟钝、可
6、控制能力减退。与此同时,驾驶员也容易激动、心情急躁、心率失衡等。在面对以上这些状况时,驾驶员极易错误驾驶导致财产损失,甚至威胁到生命安全。因此,为了提醒驾驶员合理科学地安排驾驶时间及认知自身身体情况等题,本团队研究了一款疲劳驾驶安全带预警装置,能够合理地在关键时刻提醒驾驶员以避免出现交通事故。本文将对疲劳驾驶预警机理和设备设计等作出全方位的解析。1 国内外疲劳驾驶预警系统研究现状国外在疲劳驾驶防护设计研究领域发展较早,在20世纪80年代初就开始相关的研究工作了。美国首DOI:10.16660/ki.1674-098X.2204-5640-7531基金项目:2021年辽宁省大学生创新创业训练计划
7、项目(项目编号:202110144244)。作者简介:王贺(2001),男,本科在读,研究方向为能源与动力工程。王政伟(2000),男,本科在读,研究方向为能源与动力工程。通信作者简介:温谦(1972),男,本科,高级实验师,研究方向为车辆工程,E-mail:。129科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald智 能 智 造 与 信 息 技 术先研究了机动车与道路交通安全之间产生的联系,并建立了相应的交通安全应急规定。研究人员主要从
8、两方面进行了研究,一方面是研究导致司机疲劳驾驶的外部因素,以及通过及时处理这些外部因素来降低司机疲劳驾驶的频率;另一方面是研究在发现司机疲劳驾驶时,可以研发出一个报警装置,来适时高效地向司机进行警示。在持续地研发和实验之下,已经形成了各类的疲倦驾车测试与预防系统,如美国所研发的瞌睡侦探管理系统,包括方向盘检测单元;以及美国、日本研发出的一个测试脑电波的警告系统,能够利用设备的运算来测试驾驶者的疲倦程度,从而适时作出警告,并且还包括电子反应清醒带等装置;而在澳大利亚所开发出来的DAS预防疲劳管理系统,有些类似于在我国采用的脑电图检测方式。除此之外,也有手腕报警器、压力测量检查疲劳法等疲劳驾驶的提
9、醒体系,来对疲劳驾驶的行为作出更有效的提醒。国内的机动车疲劳行驶与预防体系研究开始的时间较晚,不过技术水平一直在不断进步,目前相对成熟的检测方法主要有对生物信号、外部行为、汽车行驶参数等方面的检测。而随着国内科学技术的迅速发展,国内研发人才也逐步地将新一代的人工智慧科技推向了汽车行业领域。例如,与百度公司和福特汽车中国有限公司的开展长期合作,利用汽车高清摄像机获取了车内驾驶者的行车图像,经过对一系列算法的计算,解析车人的生物特性,进而研制出了一种汽车疲劳驾驶预防系统,此管理系统能够基于疲劳驾驶人员驾驶汽车的所在位置,或者利用卫星定位系统,给位于危险区域内的联网汽车传递相应的避让信息,进而有效降
10、低了疲劳驾驶汽车和与其他机动车碰撞的概率。这方面的研究成果是相关专家的一次大胆尝试。现在国内的疲倦驾车测试体系检测的数据与技术指标都相对独立,而且每种测试方法都还有进一步研究的空间,但同时受到行驶车辆实际物理技术参数、行驶环境等多种外部因素的负面影响,会严重影响疲劳驾车预警系统的安全性技术参数。因此,建立并健全一个完善的疲劳驾驶预防制度,以及研究安全、高效的预防系统是未来国内有关科研技术人员科学研究工作的重要方面。2 司机疲劳驾驶预警系统设计通过范沁红1的研究了解了一些疲劳驾驶的测定方法,最后选择了通过心率测量司机疲劳程度的方法。本文研究的疲劳驾驶预警系统主要包含以下三部分,依次是疲劳驾驶管理
11、系统的基本构成、系统的内部电路设置、疲劳状态判定,包括硬件配备和计算处理,硬件配备中包含了检测心率的仪表、定时器及报警装置,将心率测定仪装于安全带上以检测司机心率,通过分析人在清醒时和入睡时心率的变化趋势确定司机是否处于疲劳驾车,并通过计算数据分析确定最终的疲劳状态判断。此套装内置精简方便,且并无令驾驶人员容易分心的操作问题,可确保对驾驶人员的现场监控。2.1 预警装置组成车内安全带预警装置安全卡口由两部分组成,其中一部分是测量心律的仪器,另一部分是安全带卡口时间计时器。(1)为了减小人体精神疲劳带来的危害,找到合适的疲劳检测方法已成为该领域研究的热门,基于人体生理参数的疲劳检测方法已被证明是
12、可行的,但由于脑电图、心电图等信号的采集装置复杂,难以进行实时监测,因此,选取另外一种方法进行疲劳检测是很有必要的2。脉冲型心律检查仪器使用的光电容积法脉搏检测是检测中最常用的方式之一,光电容积脉搏检测3(photoplethysmography,PPG)就是一种无创检测,通过检测不同的入射光经过人体组织后的透射光,这种透射光就蕴含了时不变的直流分量和时变的交流信号,通过PPG信号可以计算出人体的脉率、血氧浓度等生理参数,方便检测健康指数,它具备了携带便捷、使用简单、准确度较高等级优势。而光电容积分析法的基本原则就是运用人体细胞在心脏血管搏动中的通透率差别来实现脉搏检查的。它所用的传感器主要由
13、光照源和电光自动变换器二部分构成,通常使用绑带或装夹固定在驾驶员的手指尖或耳垂上。而光源则通常选择了对小动脉血中氧和血红蛋白具有选择性的特定波段(500700nm)的感光二极管。当光通过驾驶员的外周血管,因为血管搏动而充血体积改变使得每一束光的透光性改变,此时由光电自动变换器接受到经全身组织反映的光,转换成电信号并将之扩大并传递。因为脉搏是随着心跳的搏动而周期性改变的信息,小动脉血管体积也周期性改变,所以由光电自动变换器的信息改变周期是脉动率4。(2)评判设备是由计时器和报警装置组成的,计时器开始时当安全带插入时会有一个感应装置,计时开始当安全带插入的时间超过规定值时计时器会向报警装置传递信号
14、,但只有计时器传递的信号不可以引发报警装置,只有当驾驶人的心律达到困意时的心律,并130科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 智 能 智 造 与 信 息 技 术且报警器同时接受到两个信号才会引发报警装置,这样才能够更综合判断出驾驶人是否疲劳。报警装置和计时器所传递的信息到接收器(报警装置)连接方式为串联式,计时器所采用51单片机计时原理结构简单,当安全带插口插入到安全带入口处时计时器便开始计时,安全带解开时停止电源,再次插入时
15、便重新计时。计时器和心律测试仪电源都是来自一个微型电池,当电池电源不足时,车内电源会给其电池充电。微型电池的主要优点有:微核电池是指运用放射同位素物质衰变会释放出大量带电的化学原理,而生产的体积极小的产品电池。通过利用微型和纳米级系统研制出了一个超微电源装置,这个设备可以利用放射性材料的衰变,释放出大量带电粒子,进而获得最大持续电量,微型核电池的最小体积,供能时间长等特点。对于测量驾驶人的心律采用这两种上述方法可以准确地测量出驾驶人的驾驶状态并做出准确的反应,避免由于单方面的影响,例如,驾驶人由于其他因素影响而造成心律过高导致安全带做出反应影响驾驶人驾驶,或者避免由于忘记解安全带导致插入时间过
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