一種車輛駕駛行為管理模塊的設(shè)計

陳雪麗，鄧麗霞

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

一種車輛駕駛行為管理模塊的設(shè)計

陳雪麗，鄧麗霞

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

交通管理過程中，不經(jīng)濟不安全的駕駛行為日漸成為一個嚴重的問題，提出了一種車輛駕駛行為管理模塊，模塊對駕駛?cè)藛T的行為進行實施分析與監(jiān)控，本模塊利用MEMS傳感器對急加速、急減速、長期怠速等信息進行檢測，并對獲取到的數(shù)據(jù)進行一階滯后濾波+平滑濾波+去首尾加權(quán)平均分析計算，設(shè)置相應(yīng)的閾值。 本模塊能夠?qū)︸{駛?cè)藛T的駕駛行為進行記錄和保存，并實時語音提醒和報警。在電源管理中采用低功耗技術(shù)，延長模塊的待機時間。

車輛駕駛行為；急加速；急減速；GPRS

在我國日益巨大的汽車市場的背景下，對于各類汽車的有效管理，包括不安全駕駛行為的識別，不經(jīng)濟或者不良的駕駛行為識別，遠程監(jiān)控功能等進行有效管理和統(tǒng)計，將大大降低道路危險的發(fā)生率，并在一定程度上大大減少了化石能源的消耗，有利于相關(guān)道路部門和公司內(nèi)部對營運車輛進行有效的監(jiān)管，督促駕駛?cè)藛T的文明駕駛。從國內(nèi)外近幾年的研究來看，駕駛?cè)藛T的駕駛行為對道路安全和節(jié)能運輸?shù)挠绊懣梢愿哌_30%，盡管我國對汽車的節(jié)能減排花盡力氣，但是不良的駕駛習(xí)慣將會把所有的節(jié)能技術(shù)所減少的油耗給全部消耗掉，也就是說如果不去監(jiān)管駕駛行為，節(jié)能工作都將是做無用功。

1 駕駛行為管理模塊的組成

駕駛行為管理模塊主要由以下三個部分組成：

圖1 模塊的組成

首先，對車輛的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，能夠根據(jù)車輛的加速度信息，發(fā)動機的運行狀態(tài)，油門的位置等等數(shù)據(jù)信息進行分析，獲取這些異常的事件，能夠保證一定的準確率，降低誤報的概率；其次，能夠?qū)⒏兄臄?shù)據(jù)上報給監(jiān)控中心，以及保存到自身的存儲器中，供事后分析用，上報的方式可以是通過總線方式在線讀取，也可以通過GPRS遠程發(fā)送給全國的任意一個服務(wù)器中；最后，能夠在駕駛室內(nèi)給駕駛者實時的提醒，告知其不良的駕駛習(xí)慣。

2 車輛駕駛行為的實時監(jiān)控

MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微機電機械傳感器的簡稱，它是一種微米級的類似集成電路的裝置和工具。目前MEMS傳感器在手持設(shè)備、汽車工業(yè)上面已經(jīng)發(fā)展成熟，能夠感知加速度、角加速度的信息。能夠在3個方向檢測加速度大小，在量程為2 g的情況下，檢測的精度達到0.2 mg，滿足加速度的檢測功能。當檢測到車輛的加速度原始信號以后，必須要進行濾波處理，沒有經(jīng)過濾波處理的數(shù)據(jù)跳動劇烈，無法獲知車輛本身的運行狀態(tài)。在濾波的方法上，我們采用一階滯后濾波+平滑濾波+去首尾加權(quán)平均的方式進行濾波。首先必須考慮車輛的動態(tài)響應(yīng)特性，車輛底盤本身的模型屬于阻尼運動的一種，經(jīng)過大量的實際測試，得出車輛的阻尼系數(shù)的慣性系的周期為0.03 S左右，意味著車輛最佳的采樣周期為0.03 S。一階滯后濾波的比例為0.7與0.3，采集到0.03 S內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過大小排序以后，去掉頭部尾部各20%的數(shù)據(jù)，進行加權(quán)平均，越靠近中間，加權(quán)平均值越大。

通過濾波處理以后，將采集到的加速度原始數(shù)據(jù)進行實時分析，得到數(shù)據(jù)振動的圖片，數(shù)據(jù)在正常行駛的過程中由于車輛底盤本身的振動，在三個方向上的加速度均存在一定的跳躍，而對比而言，在靜止的情況下，加速度跳動的值變化極少,分析原因是車輛本身的振動引起的。通過對信息數(shù)據(jù)的采集，得到的波形如圖2～圖5所示。

圖2 急加速的波形圖

圖3 急剎車的波形圖

圖4 路面顛簸較大(路面起伏)的波形圖

圖5 急左轉(zhuǎn)彎的波形圖

圖2顯示X軸的加速度有明顯的正向波形，表明車輛在X軸方向發(fā)生了急加速事件；從圖3中看出，波形中X軸有明顯的負方向的波形出現(xiàn)，表明在X軸上發(fā)生了明顯的急剎車的事件；圖4所示，由于車輛經(jīng)過路面顛簸的時候，前后晃動與左右晃動，從圖中的方向來看，X軸與Y軸的值同時也發(fā)生了波動，這種情況下，并非發(fā)生了加速與減速或者左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)等情況，而是車輛在前后左右晃動導(dǎo)致的加速度信號發(fā)生的變化，所以在軟件的算法上必須予以修正。通過軟件識別的方式，提高準確性，降低誤報率。發(fā)生路面起伏的時候，提示駕駛者注意減速以及路面起伏，注意行車安全與防止傾翻；急左轉(zhuǎn)彎的時候，Y軸加速度的值會發(fā)生較大的變化，圖5中波形圖中紅色的線發(fā)生了明顯的正向偏移，表明發(fā)生了明顯的左轉(zhuǎn)彎事件。通過閾值的設(shè)置，可以有效地提取出車輛的駕駛行為，為駕駛過程中是否存在不經(jīng)濟不安全的駕駛行為進行判斷。

3 電源的管理技術(shù)

車載設(shè)備對功耗有較高要求，汽車蓄電池在發(fā)動機沒有工作的時候一直處于供電狀態(tài)。汽車的啟動需要蓄電池有足夠的電量，當發(fā)動機運行的時候，一般的乘用車蓄電池的功率在40～70 Ah之間，卡車的蓄電池在80～100 Ah左右，如果設(shè)備一直在運行狀態(tài)下，即使容量最大的蓄電池，在28 d以內(nèi)會耗光所有的電能。因此我們開發(fā)的模塊在接入在汽車的常電中，在汽車停止的時候，其靜態(tài)功耗有比較嚴格的要求。根據(jù)分析設(shè)備消耗的電流分為四個部分，如圖6所示， GPRS模塊在發(fā)射狀態(tài)且信號強度不好的情況下，電流消耗較大，達到0.8 A左右，在運行模式下，電流達到了0.58 A。GPRS只有在需要數(shù)據(jù)上傳時才需要打開，因此GPRS的電源需要單獨控制，在使用的時候打開，在不需要上傳數(shù)據(jù)的時候，關(guān)閉電源。GPS功能與外設(shè)功能在車輛啟動了以后，運行，在車輛停止了以后，功能關(guān)閉。需要上常電的是核心的CPU內(nèi)核，其在運行的時候，不斷檢測車輛的狀態(tài)，當車輛停止運行一定時間以后，關(guān)閉所有的設(shè)備，進入休眠模式，本模塊消耗的電流大約在5 mA左右，在檢測到車輛運行后，喚醒CPU，正常工作。通過這種模式即能保證了功能，又能減少電流的消耗。

圖6 VDMU的主要功耗

4 結(jié) 論

通過加速度傳感器檢測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析，設(shè)置合適閾值，可以有效地掌握駕駛行為狀態(tài)，掌握不安全不經(jīng)濟的駕駛行為。

[1] 何龍文.車輛駕駛行為實時監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].華南理工大學(xué),2013，(5).

[2] 宋海賓，楊平，徐立波.MEMS傳感器隨機誤差分析及處理[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2013，(12).

TM

C

1008-3383(2017)10-0171-02

2017-06-22

陳雪麗(1984-)，女，講師，研究方向：機械電子、軟件設(shè)計。

紹興市科技計劃項目，項目編號：2015B70011。