一種車輛駕駛行為管理模塊的設計

陳雪麗，鄧麗霞

(浙江工業職業技術學院，浙江 紹興 312000)

一種車輛駕駛行為管理模塊的設計

陳雪麗，鄧麗霞

(浙江工業職業技術學院，浙江 紹興 312000)

交通管理過程中，不經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，模塊對駕駛人員的行為進行實施分析與監控，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，并對獲取到的數據進行一階滯后濾波+平滑濾波+去首尾加權平均分析計算，設置相應的閾值。 本模塊能夠對駕駛人員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，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，不經濟或者不良的駕駛行為識別，遠程監控功能等進行有效管理和統計，將大大降低道路危險的發生率，并在一定程度上大大減少了化石能源的消耗，有利于相關道路部門和公司內部對營運車輛進行有效的監管，督促駕駛人員的文明駕駛。從國內外近幾年的研究來看，駕駛人員的駕駛行為對道路安全和節能運輸的影響可以高達30%，盡管我國對汽車的節能減排花盡力氣，但是不良的駕駛習慣將會把所有的節能技術所減少的油耗給全部消耗掉，也就是說如果不去監管駕駛行為，節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，對車輛的狀態進行實時監控，能夠根據車輛的加速度信息，發動機的運行狀態，油門的位置等等數據信息進行分析，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，能夠將感知的數據上報給監控中心，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遠程發送給全國的任意一個服務器中；最后，能夠在駕駛室內給駕駛者實時的提醒，告知其不良的駕駛習慣。

2 車輛駕駛行為的實時監控

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傳感器在手持設備、汽車工業上面已經發展成熟，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，沒有經過濾波處理的數據跳動劇烈，無法獲知車輛本身的運行狀態。在濾波的方法上，我們采用一階滯后濾波+平滑濾波+去首尾加權平均的方式進行濾波。首先必須考慮車輛的動態響應特性，車輛底盤本身的模型屬于阻尼運動的一種，經過大量的實際測試，得出車輛的阻尼系數的慣性系的周期為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內的數據，經過大小排序以后，去掉頭部尾部各20%的數據，進行加權平均，越靠近中間，加權平均值越大。

通過濾波處理以后，將采集到的加速度原始數據進行實時分析，得到數據振動的圖片，數據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。通過對信息數據的采集，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，表明在X軸上發生了明顯的急剎車的事件；圖4所示，由于車輛經過路面顛簸的時候，前后晃動與左右晃動，從圖中的方向來看，X軸與Y軸的值同時也發生了波動，這種情況下，并非發生了加速與減速或者左轉右轉等情況，而是車輛在前后左右晃動導致的加速度信號發生的變化，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；急左轉彎的時候，Y軸加速度的值會發生較大的變化，圖5中波形圖中紅色的線發生了明顯的正向偏移，表明發生了明顯的左轉彎事件。通過閾值的設置，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濟不安全的駕駛行為進行判斷。

3 電源的管理技術

車載設備對功耗有較高要求，汽車蓄電池在發動機沒有工作的時候一直處于供電狀態。汽車的啟動需要蓄電池有足夠的電量，當發動機運行的時候，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，如果設備一直在運行狀態下，即使容量最大的蓄電池，在28 d以內會耗光所有的電能。因此我們開發的模塊在接入在汽車的常電中，在汽車停止的時候，其靜態功耗有比較嚴格的要求。根據分析設備消耗的電流分為四個部分，如圖6所示， GPRS模塊在發射狀態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只有在需要數據上傳時才需要打開，因此GPRS的電源需要單獨控制，在使用的時候打開，在不需要上傳數據的時候，關閉電源。GPS功能與外設功能在車輛啟動了以后，運行，在車輛停止了以后，功能關閉。需要上常電的是核心的CPU內核，其在運行的時候，不斷檢測車輛的狀態，當車輛停止運行一定時間以后，關閉所有的設備，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 論

通過加速度傳感器檢測數據，并對數據進行分析，設置合適閾值，可以有效地掌握駕駛行為狀態，掌握不安全不經濟的駕駛行為。

[1] 何龍文.車輛駕駛行為實時監測關鍵技術的研究[D].華南理工大學,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].傳感技術學報，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、軟件設計。

紹興市科技計劃項目，項目編號：2015B70011。