基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法及分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法及分析系统，通过实时监测驾驶员对座椅支撑面的压力并计算得到驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅表面之间的幅值和相位，并与正常状态下的相应值进行比对，进而推测出驾驶员的状态；在驾驶员的状态出现异常时，采取语音或文字等提醒驾驶员，帮助其恢复正常驾驶，避免或降低意外情况的发生。

【技术实现步骤摘要】
基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法及分析系统
本专利技术涉及交通安全
，具体涉及到一种基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法及分析系统。
技术介绍
驾驶员的状态是导致交通事故的重要因素之一，身体疲劳或情绪波动等因素都会对驾驶员的行为产生影响。驾驶员在正常状态驾驶汽车时，驾驶员头部、后背、臀部和大腿对驾驶员座椅表面的压力应该在一个正常的范围。同时，通过计算得到的驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅表面之间的幅值和相位，对于同一驾驶员而言，在一定车速、路况下，幅值和相位也应该在一个正常范围。然而，当驾驶员出现身体疲惫或情绪波动时，压力值、幅值和相位值都会超过正常范围。驾驶员座椅的特性极大地影响了驾驶员的疲劳程度。现有的驾驶员座椅多为弹簧或气囊振动座椅，通过弹簧或气囊来衰减车身传递给驾驶员的振动，以减轻驾驶员的疲劳程度。目前，还未出现专门针对驾驶员对座椅压力及驾驶员与座椅之间压力、幅值和相位的监测系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法及分析系统，用于减少驾驶员因为身体疲劳或情绪波动等因素而引起的意外事故，在检测到驾驶员的状态出现异常时，能对驾驶员进行报警提醒。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法，步骤为：(1)、采集正常行驶状态下驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，并以时间为横坐标绘制各部位的压力值曲线图，根据该压力值曲线图推导出压力值函数；(2)、将压力值函数进行傅里叶变换，得出压力值函数的幅值谱密度函数和相位谱密度函数；然后以频率为横坐标，分别绘制出幅值谱密度函数的曲线图和相位谱密度函数的曲线图；(3)、统计出所绘制的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图所涵盖的范围，作为驾驶员是否在正常状态驾驶汽车的参考标准；(4)、行驶时实时监测驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，对应计算绘制出实时的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图，与正常行驶状态下的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图进行对比，若压力、幅值、相位三者都在正常状态下的曲线图范围内，则继续采集数据，不发出报警；若压力、幅值、相位三者中至少有一个超过正常状态下的曲线图范围，立刻发出报警。根据上述方案，所述报警的方式包括语音提醒和文字提醒。基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析系统，包括压力采集模块、AD转换模块、单片机控制模块、USB通信模块、计算机模块、报警模块和电源供电模块；压力采集模块采集驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值电荷信号并经过运算放大转换为电压信号，再使用AD转换模块将电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号送入单片机控制模块，然后单片机控制模块将采集到的数字信号通过USB通信模块传送到计算机模块进行存储、显示和分析；计算机模块对接收到的数据进行解析计算，如果超过预设值则通过USB通信模块给单片机控制模块发送控制指令从而控制启动报警模块发出报警信号；若未超过预设值，则继续采集数据，不发出报警信号；电源供电模块用于为整个分析系统提供电源。根据上述方案，所述压力采集模块包括多个压力传感器，多个压力传感器分散设于驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅之间接触的部位。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过实时监测驾驶员对座椅支撑面的压力并计算得到驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅表面之间的幅值和相位，进而推测出驾驶员的状态；在驾驶员的状态出现异常时，采取语音或文字等提醒驾驶员，帮助其恢复正常驾驶，避免或降低意外情况的发生；具有很强的广泛性、适用性和即时性。附图说明图1为本专利技术的分析系统中的压力采集模块的电路原理图；图2为本专利技术的分析系统中的AD转换模块的电路原理图；图3为本专利技术的分析系统中的单片机控制模块的电路原理图；图4为本专利技术的分析系统中的USB通信模块的电路原理图；图5为本专利技术的分析系统中的报警模块的电路原理图；图6为本专利技术的分析系统中的电源供电模块的电路原理图；图7为本专利技术中的压力传感器在座椅上的布置示意图；图8为本专利技术中的数据采集处理过程的示意图。具体实施方式为减少驾驶员因为身体疲劳或情绪波动等因素而引起意外事故，本专利技术通过监测驾驶员对座椅支撑面的压力并计算座椅和驾驶员之间的幅值和相位，进而推测驾驶员的状态。在驾驶员的状态出现异常时，采取语音或文字等警示方式提醒驾驶员，帮助其能够恢复正常驾驶，避免或降低意外情况的发生。首先，同一驾驶员驾驶同一辆汽车，在不同车速、不同路面情况下正常行驶。驾驶过程中，汽车的车速应该涵盖该车的所有车速，行驶的路况至少应包括高速公路、主干路和支路。本专利技术将采集驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅之间的压力并保存记录。同时，保证在采集数据的过程中，驾驶员一直处于正常驾驶状态，没有出现疲劳驾驶或情绪波动等异常情况。然后，利用采集到的驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅之间的压力值，以时间为横坐标独立绘制出每一个部位的压力值曲线图并推导出相应的压力值函数。在压力值曲线图绘制完成之后，将压力值函数进行傅里叶变换，求出压力值函数的幅值谱密度函数和相位谱密度函数(将压力值进行傅里叶变换，求出幅值谱密度函数和相位谱密度函数是对信号进行分析的一种方法，出自《机械工程测试信息信号分析》，卢文祥、杜润生著)。然后以频率为横坐标，分别绘制出幅值谱密度函数和相位谱密度函数的曲线图。接下来，统计出所绘制的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图所涵盖的范围(取最大值和最小值)，作为驾驶员是否在正常状态驾驶汽车的参考标准并保存记录。最后，当同一驾驶员驾驶该辆汽车时，实时监测驾驶员头部、后背、臀部和大腿与驾驶员座椅之间的压力，经过计算转换之后绘制出实时的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图，与正常状态下的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图进行对比，如果压力、幅值、相位三者都在之前所存储的正常状态下的曲线图范围内，则继续采集数据，不发出报警；否则，如果压力、幅值、相位三者有一个或一个以上超过之前所存储的正常状态下的曲线图范围时，系统立刻发出报警信息。本专利技术的分析系统(即硬件部分)包括压力采集模块、AD转换模块、单片机控制模块、USB通信模块、计算机模块、报警模块和电源供电模块。压力采集模块采集驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值电荷信并经过运算放大转换为电压信号，再使用AD转换模块将电压信号转换为数字信号，转换后的数字信号送入单片机控制模块，然后单片机模块将采集到的数字信号通过USB通信模块传送到计算机模块进行存储、显示和分析；计算机模块对接收到的数据进行解析计算，如果超过预设值则通过USB通信模块给单片机控制模块发送控制指令从而控制启动报警模块发出报警信号；若未超过预设值，则继续采集数据，不发出报警信号。电源供电模块用于为整个分析系统提供电源。如图1至图6所示为本专利技术的分析系统的各模块之间的具体连接示意图。如图1所示，压力采集模块包括传感器LDT-028K和电荷放大器OPA129。传感器LDT-028K的1、2管脚将电荷输出到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法，其特征在于，包括步骤：(1)、采集正常行驶状态下驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，并以时间为横坐标绘制各部位的压力值曲线图，根据该压力值曲线图推导出压力值函数；(2)、将压力值函数进行傅里叶变换，得出压力值函数的幅值谱密度函数和相位谱密度函数；然后以频率为横坐标，分别绘制出幅值谱密度函数的曲线图和相位谱密度函数的曲线图；(3)、统计出所绘制的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图所涵盖的范围，作为驾驶员是否在正常状态驾驶汽车的参考标准；(4)、行驶时实时监测驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，对应计算绘制出实时的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图，与正常行驶状态下的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图进行对比，若压力、幅值、相位三者都在正常状态下的曲线图范围内，则继续采集数据，不发出报警；若压力、幅值、相位三者中至少有一个超过正常状态下的曲线图范围，立刻发出报警。

【技术特征摘要】
1.基于驾驶员座椅的驾驶员状态监测分析方法，其特征在于，包括步骤：(1)、采集正常行驶状态下驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，并以时间为横坐标绘制各部位的压力值曲线图，根据该压力值曲线图推导出压力值函数；(2)、将压力值函数进行傅里叶变换，得出压力值函数的幅值谱密度函数和相位谱密度函数；然后以频率为横坐标，分别绘制出幅值谱密度函数的曲线图和相位谱密度函数的曲线图；(3)、统计出所绘制的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图所涵盖的范围，作为驾驶员是否在正常状态驾驶汽车的参考标准；(4)、行驶时实时监测驾驶员的头部、后背、臀部、大腿与驾驶员座椅之间的压力值，对应计算绘制出实时的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图，与正常行驶状态下的压力值曲线图、幅值谱密度函数曲线图和相位谱密度函数曲线图进行对比，若压力、幅值、相位三者都在正常状态下的曲线图范围内，则继续采集数据，不发出报警；若压力、幅值、相位三者中至少有一个超过正常状态下的曲线图范围，立刻发出报警。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐岚，龚天巡，胡林，李建涛，李亚，王瀚，赵歆，冉晓珂，吕康，何云飞，毛琳娜，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51