基于mems傳感器的駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車駕駛行為檢測分析領域，具體為一種基于MEMS傳感器的駕駛姿 態(tài)檢測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 目前，很多駕駛行為檢測研宄是通過傳感器采集車輛的實時位置、操縱裝置狀態(tài) (如方向盤、踏板、操縱桿）和車輛狀態(tài)信息來監(jiān)測駕駛員的駕駛行為，同時通過固定的判 斷方法評判駕駛員駕駛姿態(tài)。傳感器信息獲取則比較簡單、自由且受外界影響較小，算法也 相對簡便，實時性好。但是此方法并沒有對駕駛員的駕駛姿態(tài)進行直接監(jiān)測研宄，而是通 過方向盤、踏板、操縱桿的狀態(tài)反向推導出駕駛員的駕駛姿態(tài)，從而導致檢測結果不夠直接 精確。申請?zhí)枮镃N201120567056的中國專利申請"一種疲勞駕駛預警裝置"以及申請?zhí)枮?CN201110029010的中國專利申請"不安全駕駛行為的識別與監(jiān)控系統(tǒng)及方法"都屬于上述 情況。而申請?zhí)枮镃N201110211193的中國專利"一種基于手部姿態(tài)跟蹤的違規(guī)駕駛行為檢 測方法"以及申請?zhí)枮镃N201010244609的中國專利"駕駛員踏板操作行為的測量裝置及其 監(jiān)測方法"是基于視頻圖像分析法對駕駛姿態(tài)進行檢測，雖然這類方法可以直觀檢測駕駛 員的駕駛姿態(tài)，但是易受環(huán)境、光線的影響，且視角單一，算法復雜，實時性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術中的不足之處，提出一種基于MEMS傳感器的駕駛姿態(tài)檢 測系統(tǒng)，以期能直接、穩(wěn)定地檢測駕駛員駕駛姿態(tài)并實時顯示駕駛員駕駛姿態(tài)，從而提高駕 駛員駕駛姿態(tài)檢測的抗干擾性和準確性。
[0004] 本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0005] 本發(fā)明一種基于MEMS傳感器的駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)的特點是包括：駕駛姿態(tài)信息 采集模塊、駕駛姿態(tài)信息處理模塊和駕駛姿態(tài)顯示模塊；
[0006] 所述駕駛姿態(tài)信息采集模塊包括η個MEMS傳感器，用于對駕駛員的駕駛姿態(tài)進 行實時采樣，獲得η個傳感器數(shù)據(jù)組，記為Data = Wata1, data2，…，(Iatai,…，dataj ; I i n ;data^ ^ M i ^ B Z Μ? Μ ? ^ data, ,d^; 1彡m i;m i表示第i個傳感器數(shù)據(jù)組共有m if傳感器數(shù)據(jù)；表示所述第i個傳感 器數(shù)據(jù)組Clatai中第j if傳感器數(shù)據(jù)；
[0007] 對所述第i個傳感器數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀格式進行封裝；獲得包含第i個幀頭和第 Ji個數(shù)據(jù)的第j i幀傳感器數(shù)據(jù)后發(fā)送給所述駕駛姿態(tài)信息處理模塊；所述第j i個幀頭包含 第Ji幀傳感器數(shù)據(jù)的控制信息，用以表明所述第j 4貞傳感器數(shù)據(jù)的來源；從而獲得m i個傳 η 感器數(shù)據(jù)的11^幀傳感器數(shù)據(jù)；進而獲得η個傳感器數(shù)據(jù)組的Σ"ζ,幀傳感器數(shù)據(jù)并分別發(fā) 1=1 送給所述駕駛姿態(tài)信息處理模塊； η η
[0008] 所述駕駛姿態(tài)信息處理模塊接收所述Σ叫幀傳感器數(shù)據(jù)進行預處理后獲得Σ叫 i:l ?:1 η 幀校準數(shù)據(jù)，并對所述Σ%幀校準數(shù)據(jù)進行多傳感器數(shù)據(jù)同步處理，獲得同步數(shù)據(jù)后傳輸 至所述駕駛姿態(tài)顯示模塊；
[0009] 所述駕駛姿態(tài)顯示模塊根據(jù)所接收到的同步數(shù)據(jù)進行駕駛員駕駛動作的實時顯 不O
[0010] 本發(fā)明所述的基于MEMS傳感器的駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)的特點也在于：
[0011] 所述MEMS傳感器包括三軸陀螺儀和三軸加速度計；所述三軸陀螺儀用于實時檢 測駕駛員駕駛動作的角速度值；所述三軸加速度計用于實時檢測駕駛員駕駛動作的加速度 值。
[0012] 所述多傳感器數(shù)據(jù)同步方法是按如下步驟進行： η
[0013] 步驟1、所述駕駛姿態(tài)信息處理模塊根據(jù)所述Σ叫幀校準數(shù)據(jù)中每幀校準數(shù)據(jù)的 /-1 η η 接收時間點，依次獲得Σ%個時間點數(shù)據(jù)；將所述Σ叫個時間點數(shù)據(jù)分別添加到相應的 r^l η Σ"〖幀校準數(shù)據(jù)的幀頭中； i=l η
[0014] 步驟2、對所述Σ"~幀校準數(shù)據(jù)的幀頭中的控制信息和時間點數(shù)據(jù)進行讀取，獲 得每幀校準數(shù)據(jù)的來源，從而將同一來源的校準數(shù)據(jù)歸為一個數(shù)組，分別形成η個數(shù)組，記 為Z = (Z1, Z2，…，Zi,…，ZJ A表示第i個傳感器數(shù)據(jù)組所對應的第i個數(shù)組；
[0015] 步驟3、根據(jù)所述時間點數(shù)據(jù)對第i個數(shù)組Zi中的所有元素進行升序排序，從而獲 得排序后的數(shù)組Z,' …表示所述第Ji個傳感器數(shù)據(jù) <所對應的 第」\幀校準數(shù)據(jù)；從而排序后的數(shù)組Z' ={Ζ/，ζ2'，···，ζ/，···，ζη' };
[0016] 步驟4、設置同步時刻t和同步周期T ;
[0017] 步驟5、在所述排序后的數(shù)組Z'的每個數(shù)組中分別選取在所述同步時刻t之后的 第一幀校準數(shù)據(jù)；從而獲得η幀預同步數(shù)據(jù)；
[0018] 步驟6、獲得所述η幀預同步數(shù)據(jù)中每幀預同步數(shù)據(jù)的時間點數(shù)據(jù)，從而獲得η個 時間點數(shù)據(jù)；
[0019] 步驟7、選取所述η個時間點數(shù)據(jù)中的最大值作為參考值；
[0020] 步驟8、將其余η-I個時間點數(shù)據(jù)分別與所述參考值進行求差和絕對值運算，獲得 η-I個時間差；
[0021] 步驟9、設定一個指針1 ;1彡1彡η-I ;初始化I = 1 ;
[0022] 步驟10、判斷第1個時間差是否小于所設定的同步閾值，若小于，則將1+1賦值給 1，并執(zhí)行步驟11 ;若不小于，則執(zhí)行步驟12 ;
[0023] 步驟11、判斷I = η是否成立，若成立，則表示完成多傳感器數(shù)據(jù)同步處理，從而獲 得同步數(shù)據(jù)；并將T+t賦值給t后，返回步驟5執(zhí)行，否則，返回步驟10 ;
[0024] 步驟12、第1個時間差來源于第1幀預同步數(shù)據(jù)與參考值之間的求差和絕對值運 算，從第1幀預同步數(shù)據(jù)所在的數(shù)組中，選取第1幀預同步數(shù)據(jù)的下一幀校準數(shù)據(jù)替換所述 第1幀預同步數(shù)據(jù)，從而得到新的第1幀預同步數(shù)據(jù)的時間點數(shù)據(jù)；并返回步驟8執(zhí)行。
[0025] 與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0026] 1、本發(fā)明通過駕駛姿態(tài)信息采集模塊和駕駛姿態(tài)信息處理模塊能夠直接、穩(wěn)定地 檢測駕駛過程中駕駛員駕駛姿態(tài)，從而提高駕駛員駕駛姿態(tài)檢測的抗干擾性和準確性；通 過駕駛姿態(tài)顯示模塊實時動態(tài)顯示駕駛員駕駛姿態(tài)，從而提高駕駛員駕駛姿態(tài)顯示的實時 性和穩(wěn)定性。
[0027] 2、本發(fā)明通過運用駕駛姿態(tài)信息采集模塊中的多個MEMS傳感器，直接檢測駕駛 員駕駛姿態(tài)變化的角速度值和加速度值，具有便攜化、集成化的特點，受環(huán)境影響小，抗干 擾性強，適用于車載狹小復雜的空間環(huán)境，提高了駕駛員駕駛姿態(tài)檢測的準確性。
[0028] 3、本發(fā)明通過運用多傳感器同步方法對多傳感器數(shù)據(jù)進行同步運算，解決了多傳 感器數(shù)據(jù)傳輸過程中的不同步問題，從而有效避免信號延遲、誤差累計問題，提高了多傳感 器數(shù)據(jù)的準確性和同步性，為駕駛姿態(tài)的實時顯示提供穩(wěn)定有效的數(shù)據(jù)支持。
[0029] 4、本發(fā)明通過駕駛姿態(tài)顯示模塊，根據(jù)多傳感器同步處理后的數(shù)據(jù)，實時顯示與 之相對應的駕駛員駕駛姿態(tài)，從而能夠實時、動態(tài)、直觀的觀察到駕駛員的駕駛姿態(tài)。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)結構圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)的實施例圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明中多傳感器數(shù)據(jù)同步方法流程圖；
[0033] 附圖標號：1任務主機、2第一顯不器、3第二顯不器、4 MEMS傳感器、5方向盤、6座 椅、7操縱桿、8踏板。
【具體實施方式】
[0034] 如圖1所示，本實施例中，一種基于MEMS傳感器的駕駛姿態(tài)檢測系統(tǒng)，包括：駕駛 姿態(tài)信息采集模塊、駕駛姿態(tài)信息處理模塊和駕駛姿態(tài)顯示模塊；
[0035] 具體實施中，在模擬駕駛平臺進行實施試驗，如圖2所示，該平臺提供仿真的駕駛 室環(huán)境用于進行模擬駕駛實驗。模擬駕駛平臺包含1任務主機、2第一顯示器、3第二顯示 器、4MEMS傳感器、5方向盤、6座椅、7操縱桿、8踏板。其中，第一顯示器2用于顯示模擬駕 駛路況，多個MEMS傳感器4即駕駛姿態(tài)信息采集模塊，駕駛姿態(tài)信息處理模塊運行于任務 主機1，第二顯示器3用于顯示駕駛姿態(tài)即駕駛姿態(tài)顯示模塊。方向盤5、座椅6、操縱桿7、 踏板位置8可實現(xiàn)自由調節(jié)。實驗過程中，駕駛員佩戴多個MEMS傳感器，坐于模擬駕駛平 臺，調整座椅6、方向盤5、換擋桿7、踏板8至舒適位置后，按照駕駛姿態(tài)，根據(jù)第一顯示器2 顯示的模擬駕駛環(huán)境，進行模擬轉向實驗。
[0036] MEMS傳感器包括三軸陀螺儀和三軸加速度計；三軸陀螺儀用于實時檢測駕駛員 駕駛動作的角速度值；三軸加速度計用于實時檢測駕駛員駕駛動作的加速度值。
[0037] 駕駛姿態(tài)信息采集模塊包括η個采樣頻率為H的MEMS傳感器，用于對駕駛員的駕 駛姿態(tài)進行實時采樣，本實施例中，對駕駛員轉向操縱過程中右手臂姿態(tài)進行檢測，采用三 個采樣頻率為20ΗΖ的MEMS傳感器，分別佩戴在駕駛員右臂的腕關節(jié)部、肘關節(jié)部和肩關節(jié) 部，如圖2中駕駛員腕關節(jié)部、肘關節(jié)部和肩關節(jié)部黑色圓點所示，采集駕駛過程中右手臂 三個關節(jié)部位運動的加速度值和角速度值。
[0038] 通過η個傳感器采樣獲得η個傳感器數(shù)據(jù)組，記為Data = Wata1, (Iata2,…，(Iatai,… ，dataj ;1 < i < n Matai表示第i個傳感器數(shù)據(jù)組；并有辦叫; 1彡m i;m i表示第i個傳感器數(shù)據(jù)組共有m i個傳感器數(shù)據(jù)；表示第i個傳感器數(shù) 據(jù)組Clatai中第j if傳感器數(shù)據(jù)；
[0039] 對第Ji個傳感器數(shù)據(jù)以十六進制數(shù)據(jù)幀格式進行封裝；獲得包含第Ji個幀頭 和第Ji個數(shù)據(jù)的第j i幀傳感器數(shù)據(jù)后發(fā)送給駕駛姿態(tài)信息處理模塊；第j i個幀頭包含第 Ji幀傳感器數(shù)據(jù)的控制信息，用以表明第j力貞傳感器數(shù)據(jù)的來源和類別；數(shù)據(jù)幀類別包含 加速度值數(shù)據(jù)幀及角速度值數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)為加速度數(shù)據(jù)或角速度數(shù)據(jù)；從而獲得％個傳感 η 器數(shù)據(jù)的叫幀傳感器數(shù)據(jù)；進而獲得η個傳感器數(shù)據(jù)組的Σ"2/幀傳感器數(shù)據(jù)并分別通過藍 ?.:1 牙無線傳輸至發(fā)送給駕駛姿態(tài)信息處理模塊；
[0040] 駕駛姿態(tài)信息處理模塊接收?%幀傳感器數(shù)據(jù)進行預處理后獲得?%幀校準 i=l /-1 η 數(shù)據(jù)，并對Σ"(幀校準數(shù)據(jù)進行多傳感器數(shù)據(jù)同步處理，獲得同步數(shù)據(jù)后傳輸至駕駛姿態(tài) i=l 顯示模塊；
[0041] 駕駛姿態(tài)信息采集過程中，由于傳感器的靈敏度過高，容易受到外界信號干擾，進 而影響測量數(shù)據(jù)準確性，通過卡爾曼濾波對傳感器數(shù)據(jù)進行預處理，能夠有效濾除外界干 擾信號，提高傳感器數(shù)據(jù)的準確度和可靠性。
[0042] 同時，MEMS傳感器打開后立即開始采集并發(fā)送數(shù)據(jù)，駕駛姿態(tài)信息采集模塊采用 多個MEMS傳感器，各MEMS傳感器打開時間不同，導致不同傳感器發(fā)送給駕駛姿態(tài)信息處理 模塊的數(shù)據(jù)存在時間差，造成各傳感器數(shù)據(jù)不同步，進而導致駕駛姿態(tài)顯示的不準確性，而 且，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌綍共粶蚀_性積累，可能造成駕駛姿態(tài)顯示出現(xiàn)延遲和失真。因此， 需要對多傳感器數(shù)據(jù)進行同步處理，將同步