基于驾驶模拟器的驾驶员疲劳状态分析实验系统

摘要

本发明涉及基于驾驶模拟器的驾驶员疲劳状态分析实验系统，它包括计算机(2)、油门踏板深度传感器(9)、与驾驶员身体接触的生物反馈系统传感器、摄像头(6)；油门踏板深度传感器(9)设置在驾驶模拟器车体与油门踏板之间；摄像头(6)安装在汽车驾驶模拟器仪表盘前方并指向仪表盘；生物反馈系统传感器包括与驾驶员上部躯干接触的呼吸传感器(4)；油门踏板深度传感器(5)的信号输出端、生物反馈系统传感器的信号输出端、摄像头(6)的信号输出端与计算机(2)的信号输入端连接。本发明分析实验系统可获得多种信息输入计算机，计算机可利用多信息源对驾驶员的疲劳状态进行记录和分析。

说明书

技术领域

本发明涉及实验设备，具体涉及基于驾驶模拟器的实验系统，特别是用于分析驾驶员疲劳状态的实验系统。

背景技术

驾驶员疲劳驾驶是导致恶性交通事故的重要原因之一，尤其在长途汽车交通事故中，疲劳驾驶的危害性最为突出。长途汽车驾驶员驾驶时间长、工作负担重，很容易引起驾驶疲劳甚至发生交通事故。由于车载乘客较多或者车载货物较多，一旦发生交通事故则造成灾难性的后果。据1990年美国国家交通安全部的报道，导致重型卡车司机死亡的交通事故重31％与疲劳驾驶有关。美国汽车联合会(AAA)的交通安全部的统计调查表明，47％的卡车司机在驾驶时瞌睡，约41％～59％的重型卡车交通事故与疲劳驾驶有关。我国交通部报道：由于疲劳驾驶所造成的交通事故，无论在绝对数字还是所占的比例，都是最高的。因此，对于汽车驾驶员的实时疲劳监测具有重要的现实意义。

目前，对驾驶员疲劳状态分析实验主要是在驾驶模拟器上进行，主要采用对驾驶员面部监测的方法，例如对驾驶员眼睑的活动、点头动作、闭眼等情况进行记录和分析。

上述实验方法对人体信息采集的手段单一，无法对驾驶员疲劳的人体各种相关信息进行全面采集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于驾驶模拟器的驾驶员疲劳状态分析实验系统，该分析实验系统可利用多信息源对驾驶员的疲劳状态进行记录和分析。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于驾驶模拟器的驾驶员疲劳状态分析实验系统，它包括计算机、油门踏板深度传感器、与驾驶员身体接触的生物反馈系统传感器、摄像头；

油门踏板深度传感器设置在驾驶模拟器车体与油门踏板之间；

摄像头安装在汽车驾驶模拟器仪表盘前方并指向仪表盘；

生物反馈系统传感器包括与驾驶员上部躯干接触的呼吸传感器；

油门踏板深度传感器的信号输出端、生物反馈系统传感器的信号输出端、摄像头的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

上述方案中，生物反馈系统传感器包括与驾驶员手指指腹接触的皮肤电流传感器。

上述方案中，生物反馈系统传感器包括与驾驶员头部接触的脑电传感器。

上述方案中，它还包括方向盘握力传感器，方向盘握力传感器设置在方向盘上。

上述方案中，生物反馈系统传感器包括与驾驶员下身肢体接触的肌电传感器。

与现有技术比，本发明具有以下优点：

1、本发明分析实验系统包括：驾驶员个体特征采集设备、生物反馈系统、车辆信息采集设备。驾驶员个体特征采集设备包括油门踏板动作采集传感器。生物反馈系统可用于采集驾驶员呼吸等信息。车辆信息采集设备用于采集车辆的速度和加速度信息。从而可获得多种信息输入计算机，计算机可利用多信息源对驾驶员的疲劳状态进行记录和分析。

2、生物反馈系统传感器包括皮肤电流传感器、呼吸传感器、脑电传感器、肌电传感器。脑电传感器用于采集驾驶员脑电信号，皮肤电阻传感器用于采集驾驶员皮肤电流信息，肌电传感器用于采集驾驶员的肌电信息，呼吸传感器用于采集驾驶员的呼吸频率和呼吸深度。

3、驾驶员个体特征采集设备包括方向盘握力传感器、油门踏板深度传感器。方向盘握力传感器用于采集驾驶员操作方向盘握力信号；油门踏板深度传感器用于采集驾驶员踩踏油门踏板的深度信息。

4、车辆信息采集设备为一个摄像头，由实验分析计算机系统直接驱动，该摄像头以固定频率采集驾驶模拟器仪表盘速度指针的视频图片。

本发明的基本原理：当驾驶员在汽车驾驶模拟器上连续长时间驾驶时，利用驾驶员个体特征采集设备、生物反馈系统、车辆信息采集设备采集相关信息：方向盘的握力、油门踏板的踩踏动作、脑电、皮肤电阻、肌电、呼吸、车速、加速度。这些信息被保存到实验分析计算机中的存储器中。计算机的统计分析软件从存储器中读取各种信息，经统计分析筛选并进行疲劳状态的研究。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图

图2为本发明实施例的结构框图

图3为数字转换模块的电路图

具体实施方式

如图1、2所示的本发明实施例，它包括计算机2、驾驶员个体特征采集设备、生物反馈系统、车辆信息采集设备。

驾驶员个体特征采集设备包括油门踏板深度传感器9、方向盘握力传感器7。方向盘握力传感器7设置在方向盘上，油门踏板深度传感器9设置在驾驶模拟器车体与油门踏板之间。油门踏板深度传感器9的信号输出端、方向盘握力传感器7的信号输出端通过数字转换模块与计算机2的信号输入端连接。

生物反馈系统包括各种与驾驶员身体接触的生物反馈系统传感器和采集器1，与驾驶员身体接触的生物反馈系统传感器包括：与驾驶员上部躯干接触的呼吸传感器4、与驾驶员手指指腹接触的皮肤电流传感器5、与驾驶员头部接触的脑电传感器3、与驾驶员下身肢体接触的肌电传感器8。各与生物反馈系统传感器的输出端通过采集器1与计算机2的信号输入端连接。

车辆信息采集设备包括一个USB摄像头6，摄像头6安装在汽车驾驶模拟器仪表盘前方并指向仪表盘，摄像头6的信号输出端通过USB接口与计算机2的信号输入端连接。

上述方向盘握力传感器7为压电传感器，它为美国NovaSensor公司的NPP-301-100A。其安装在方向盘外缘处，驾驶员在操作方向盘时，方向盘握力传感器7感受驾驶员握力的大小而产生电压信号，从而可以根据产生的电压信号确定驾驶员握力的大小；油门踏板深度传感器9为位移传感器，其一端安装在油门踏板连杆上，另一端固定在油门踏板正上方位置的驾驶模拟器车体上，实现对油门踏板位移的测量。

数字转换模块(如图3所示)用于将方向盘握力传感器7、油门踏板深度传感器9接收到的信息进行数字化处理输入计算机2。方向盘握力传感器7、油门踏板深度传感器9的输出端分别与R2、R7连接。

生物反馈系统选用加拿大BioGraph多媒体生物反馈系统，由实验分析计算机系统驱动。其由普通5V电池供电，包括脑电传感器3、皮肤电阻传感器5、肌电传感器8、呼吸传感器4。其中，脑电传感器3安装在驾驶员额部位置，皮肤电阻传感器7安装在驾驶员手指指腹位置，肌电传感器8安装在驾驶员小腿内侧肌肉部分，呼吸传感器4安装在驾驶员胸腔部位。生物反馈系统利用上述四种传感器采集脑电、皮肤电阻、肌电、呼吸信息，其为十进制数字形式。

车辆信息采集设备为普通的USB摄像头，它安装在汽车驾驶模拟器仪表盘前方。摄像头面向仪表盘的速度指针，以固定频率记录和输出仪表盘速度视频图片。视频图片输入计算机后，计算机对其进行处理，得到虚拟车辆的速度值，然后利用图像采集的固定间隔时间，计算得到车辆的加速度值。

当疲劳驾驶实验开始时，驾驶员个体特征采集设备、生物反馈系统、车辆信息采集设备同时开启，并设定其具有相同的采集频率。故各传感器所采集到的信息：方向盘的握力、油门踏板深度、脑电、皮肤电阻、肌电、呼吸、车速、加速度具有相同的时间序列。计算机保存各种传感器采集到的数字信息，并统计、分析所有数字信息，得到疲劳状态的有效指标。