本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種基于虛擬駕駛平臺(tái)的緊急制動(dòng)工況下駕駛員生物電分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國汽車市場快速增長使得道路交通事故發(fā)生數(shù)量劇增。我國的交通事故發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家，交通事故死亡率也高出數(shù)倍。這其中很大一部分原因是駕駛員注意力不集中或駕駛經(jīng)驗(yàn)不足引起的。研究表明，在緊急情況下有90％的汽車駕駛員踩剎車時(shí)缺乏果斷且施加的制動(dòng)力小于實(shí)際制動(dòng)需求，這往往阻礙他們及時(shí)施加合理的制動(dòng)力，導(dǎo)致制動(dòng)距離增加。緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)(emergencybrakingassistance,eba)正是針對此類情況設(shè)計(jì)的，它是以傳感器為基礎(chǔ)，應(yīng)用攝像頭、激光、雷達(dá)對汽車前方進(jìn)行監(jiān)視，不間斷地監(jiān)測汽車與前方行駛車輛將要發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)可能性，若系統(tǒng)一旦判斷出存在本車與前車發(fā)生碰撞危險(xiǎn)，其將對制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)增壓，以達(dá)到消除制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)間隙和縮短駕駛員制動(dòng)操作時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，而后當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)一步監(jiān)測到駕駛員踩制動(dòng)踏板操作時(shí)，其判斷出駕駛員認(rèn)定當(dāng)前交通環(huán)境足夠危險(xiǎn)需要采取制動(dòng)操作，即會(huì)立即啟動(dòng)自動(dòng)緊急制動(dòng)控制，且控制量是根據(jù)實(shí)時(shí)碰撞危險(xiǎn)程度經(jīng)計(jì)算來確定，從而大大降低發(fā)生碰撞事故的可能性。然而，眾所周知，在需要緊急制動(dòng)交通環(huán)境下駕駛員運(yùn)動(dòng)腿部將腳移動(dòng)接觸到制動(dòng)踏板并執(zhí)行踩下動(dòng)作，其屬于駕駛員操控車輛避免危險(xiǎn)過程中經(jīng)腦部環(huán)境辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)分析、動(dòng)態(tài)決策和肢體動(dòng)作響應(yīng)之后時(shí)域?qū)用娴哪┒谁h(huán)節(jié)。倘若，綜合運(yùn)用人體生物電信號(hào)采集設(shè)備、腦電和肌電等特征提取及深度學(xué)習(xí)方法，可先于駕駛員踏下制動(dòng)踏板前獲取到其制動(dòng)意圖，這將大大提升緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)性能，發(fā)生碰撞事故的可能性亦將驟減至最低。因此，開展基于人體生物電信號(hào)的汽車駕駛員緊急制動(dòng)意圖的表征及解碼研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，針對智能駕駛輔助系統(tǒng)的危險(xiǎn)行駛工況下駕駛員生物電信號(hào)分析研究尚少，缺乏適用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可無風(fēng)險(xiǎn)操作，不受場地、天氣、時(shí)間和次數(shù)限制，對試驗(yàn)過程進(jìn)行回放、再現(xiàn)和重復(fù)。且實(shí)驗(yàn)方法對駕駛員信息采集的手段較單一，無法對駕駛員多種相關(guān)信息進(jìn)行全面采集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于在可能發(fā)生追尾碰撞事故等高危險(xiǎn)行駛工況下記錄和分析可表征駕駛員操控意圖及行為腦電、皮膚肌肉電信息的基于虛擬駕駛平臺(tái)的緊急制動(dòng)工況下駕駛員生物電分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括方向盤、檔位機(jī)構(gòu)、制動(dòng)踏板、油門踏板、顯示車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息的儀表盤和安裝在駕駛員正前方的與主機(jī)相連用于顯示虛擬交通環(huán)境動(dòng)畫的多屏顯示器；

所述的方向盤上安裝有用于提供方向盤轉(zhuǎn)角can信息的轉(zhuǎn)角編碼器；

檔位機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有提供檔位信息觸點(diǎn)信號(hào)的滑動(dòng)觸碰導(dǎo)電裝置；

制動(dòng)踏板和油門踏板采用可提供踏板開度模電信息的電子踏板；

其中，儀表盤、方向盤上的轉(zhuǎn)角編碼器、檔位機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)觸碰導(dǎo)電裝置、制動(dòng)踏板和油門踏板通過多功能數(shù)據(jù)采集卡與實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)相連，實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)采用tcp/ip協(xié)議與主機(jī)通訊；

在駕駛員座椅斜后方高于駕駛員頭頂部位置并朝向儀表盤及多屏顯示器安裝有與主機(jī)相連的用于記錄實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)場景圖像信息的攝像頭；

駕駛員頭部安裝有多導(dǎo)生物腦電采集傳感器，經(jīng)由多導(dǎo)生物腦電采集傳感器采集的腦電信號(hào)送入數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)處理后輸入主機(jī)；

駕駛員身體安裝有多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器，由多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器采集的皮膚電信號(hào)通過傳輸線送入信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊經(jīng)處理后由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)輸入主機(jī)。

所述的多導(dǎo)生物腦電采集傳感器及數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)采用奧地利phonex公司生產(chǎn)的128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)測量駕駛員腦電信號(hào)。

所述的多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器、信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)采用美國biopac公司生產(chǎn)的mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)。

所述的多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器采用貼片式肌電傳感器，分別貼于駕駛員下肢小腿腓骨肌、大腿縫匠肌、前臂肱橈肌、上臂肱三頭肌、肩背部三角肌皮膚表面。

所述的多功能數(shù)據(jù)采集卡采用pxi-6070數(shù)據(jù)采集卡。

所述的信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊以無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞桨l(fā)送給數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。

本發(fā)明可利用生物電實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法對駕駛員腦部各功能區(qū)電信號(hào)、特定體位皮膚肌電信號(hào)的幅值和時(shí)頻域特征等進(jìn)行記錄和分析。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明虛擬駕駛實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：駕駛員操控行為特征采集設(shè)備、多導(dǎo)生物電信號(hào)采集設(shè)備、車輛仿真及信息記錄系統(tǒng)。駕駛員操控行為特征采集設(shè)備包括電子制動(dòng)/油門踏板、變速箱檔位機(jī)構(gòu)、方向盤轉(zhuǎn)角編碼器、多功能數(shù)據(jù)采集卡，可用于采集駕駛員的踏制動(dòng)/油門踏板動(dòng)作及相應(yīng)踏板深度、變速箱檔位、方向盤轉(zhuǎn)過角度等信息。多導(dǎo)生物電信號(hào)采集設(shè)備包括記錄腦電、肌電信號(hào)的采集系統(tǒng)，可用于采集駕駛員采取緊急制動(dòng)操作前后一段時(shí)間內(nèi)的多導(dǎo)腦電和皮膚肌肉電信息。車輛信息記錄系統(tǒng)利用基于labviewrt和carsimrt建立的緊急制動(dòng)工況聯(lián)合仿真環(huán)境，可用于采集虛擬交通視景環(huán)境中的本車及前方目標(biāo)車輛的速度、加速度和相對距離等信息。從而獲得人-車-道路閉環(huán)多種信息輸入至主機(jī)，主機(jī)可利用多信息源對駕駛員實(shí)施緊急制動(dòng)操作前后的腦電、肌電信息進(jìn)行分析。

2、多導(dǎo)生物電信號(hào)采集設(shè)備包括128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)和mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)。多導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)用于采集駕駛員腦電信息，其由電極帽、電極分線盒和高速數(shù)字放大器組成；無線生理測試系統(tǒng)利用貼片式肌電傳感器，將其貼附于駕駛員身體不同關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)體位皮膚表面，用于采集駕駛員的肌電信息。多導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)和無線生理測試系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng),利用自身配套軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)；

3、駕駛員操控行為特征采集設(shè)備包括電子制動(dòng)/油門踏板、變速箱檔位機(jī)構(gòu)、方向盤轉(zhuǎn)角編碼器、多功能數(shù)據(jù)采集卡；電子制動(dòng)/油門踏板可用于提供駕駛員的踏制動(dòng)/油門踏板動(dòng)作及相應(yīng)踏板深度；變速箱檔位機(jī)構(gòu)內(nèi)部具有觸點(diǎn)信號(hào)用于提供變速箱檔位信息；方向盤轉(zhuǎn)角編碼器用于提供方向盤轉(zhuǎn)過角度信息；多功能數(shù)據(jù)采集卡用于采集這些駕駛員行為特征信息。

4、緊急制動(dòng)工況聯(lián)合仿真環(huán)境用于接收由駕駛員操控行為特征采集設(shè)備采集駕駛員操控行為信息，利用仿真環(huán)境模型實(shí)時(shí)運(yùn)算車輛運(yùn)行狀態(tài)，輸出虛擬交通環(huán)境動(dòng)畫顯示于多屏顯示器，并發(fā)送車輛車速等儀表信息于儀表盤；數(shù)據(jù)記錄腳本文件用于記錄包括駕駛員操控行為特征信息、車輛模型仿真全狀態(tài)信息。

5、攝像機(jī)由計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng),該攝像頭以固定頻率記錄實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)場景圖像信息。

6、儀表盤通過can總線與實(shí)時(shí)系統(tǒng)通信，獲取由車輛信息記錄系統(tǒng)發(fā)送的車輛車速等信息，用于儀表盤向駕駛員信息顯示。

7、顯示器由計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng),用于人機(jī)交互界面顯示和虛擬交通環(huán)境實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，本發(fā)明包括方向盤、檔位機(jī)構(gòu)8、9、制動(dòng)踏板6、油門踏板7、顯示車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息的儀表盤4和安裝在駕駛員正前方的與主機(jī)2相連用于顯示虛擬交通環(huán)境動(dòng)畫的多屏顯示器3；

本發(fā)明的方向盤上安裝有用于提供方向盤轉(zhuǎn)角can信息的轉(zhuǎn)角編碼器5；

檔位機(jī)構(gòu)8、9內(nèi)部安裝有提供檔位信息觸點(diǎn)信號(hào)的滑動(dòng)觸碰導(dǎo)電裝置；

制動(dòng)踏板6和油門踏板7采用可提供踏板開度模電信息的電子踏板；

其中，儀表盤4、方向盤上的轉(zhuǎn)角編碼器5、檔位機(jī)構(gòu)8、9的滑動(dòng)觸碰導(dǎo)電裝置、制動(dòng)踏板6和油門踏板7通過pxi-6070數(shù)據(jù)采集卡16與實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1相連，實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1采用tcp/ip協(xié)議與主機(jī)通訊；

在駕駛員座椅斜后方高于駕駛員頭頂部位置并朝向儀表盤4及多屏顯示器3安裝有與主機(jī)2相連的用于記錄實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)場景圖像信息的攝像頭13；

駕駛員頭部安裝有多導(dǎo)生物腦電采集傳感器12，經(jīng)由多導(dǎo)生物腦電采集傳感器12采集的腦電信號(hào)送入數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)14處理后輸入主機(jī)2；多導(dǎo)生物腦電采集傳感器12及數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)14采用奧地利phonex公司生產(chǎn)的128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)測量駕駛員腦電信號(hào)。

駕駛員身體安裝有多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器11，由多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器11采集的皮膚電信號(hào)通過傳輸線送入信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊10經(jīng)處理后，以無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞桨l(fā)送給數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)15再輸入主機(jī)2。多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器11采用貼片式肌電傳感器，分別貼于駕駛員下肢小腿腓骨肌、大腿縫匠肌、前臂肱橈肌、上臂肱三頭肌、肩背部三角肌皮膚表面。多導(dǎo)生物電信號(hào)傳感器11、信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊10采用美國biopac公司生產(chǎn)的mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)。

當(dāng)駕駛員在虛擬駕駛平臺(tái)上開始虛擬駕駛時(shí)，主機(jī)2、實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1、駕駛員操控行為特征采集設(shè)備、人體生物電信號(hào)采集設(shè)備、車輛仿真及信息記錄系統(tǒng)、攝像機(jī)及儀表盤同時(shí)開啟，并設(shè)定各組成相應(yīng)的采集或顯示頻率。多功能數(shù)據(jù)采集卡16實(shí)時(shí)采集駕駛員踏制動(dòng)6/油門踏板7動(dòng)作及相應(yīng)踏板深度、檔位機(jī)構(gòu)8和9檔位、方向盤轉(zhuǎn)角編碼器5轉(zhuǎn)過角度信息；多功能數(shù)據(jù)采集卡16實(shí)時(shí)采集的信息，通過在實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1內(nèi)pci總線與實(shí)時(shí)系統(tǒng)通信；實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1利用這些信息在labviewrt環(huán)境下運(yùn)算，并將交互信息采用tcp/ip協(xié)議與主機(jī)2通訊；實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)1利用can通訊將車輛車速等信息發(fā)送于儀表盤4，用于向駕駛員信息顯示；主機(jī)2利用交互信息在labviewrt與carsimrt聯(lián)合仿真環(huán)境下運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)駕駛員在虛擬駕駛平臺(tái)上緊急制動(dòng)工況操作；主機(jī)2利用carsimrt環(huán)境底層文件，將多功能數(shù)據(jù)采集卡16實(shí)時(shí)采集的信息，仿真環(huán)境下車輛速度、加速度、相對距離等信息按照時(shí)序進(jìn)行記錄保存；同時(shí)，人體生物電信號(hào)采集設(shè)備采集駕駛員的多導(dǎo)腦電和皮膚肌肉電信息，人體生物電信號(hào)采集設(shè)備包括128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)和mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)，128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)包括電極帽、電極分線盒和數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)14，mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)包括信號(hào)采集調(diào)理發(fā)射模塊10、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)15，采集由貼片式肌電傳感器11提供的皮膚肌肉電信號(hào)；主機(jī)2直接運(yùn)行128導(dǎo)數(shù)字腦電記錄分析系統(tǒng)和mp150wsw無線生理測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，利用其與主機(jī)2的串/并口通訊，在主機(jī)2上實(shí)時(shí)記錄設(shè)備采集的駕駛員多導(dǎo)腦電和皮膚肌肉電時(shí)域信息；攝像機(jī)13由主機(jī)2直接驅(qū)動(dòng),該攝像機(jī)13以固定頻率記錄實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)場景圖像信息；虛擬駕駛平臺(tái)在運(yùn)行過程中的參數(shù)設(shè)置是通過操作單屏顯示器17顯示的人機(jī)交互界面來完成；主機(jī)2將carsim輸出的虛擬交通環(huán)境實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示在多屏顯示器3(位于駕駛員前方)上；利用主機(jī)2記錄的實(shí)驗(yàn)信息，主機(jī)2從存儲(chǔ)器中讀取各種信息，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析和深度學(xué)習(xí)篩選并進(jìn)行駕駛員腦部各功能區(qū)電信號(hào)、特定體位皮膚肌電信號(hào)的幅值和時(shí)頻域特征等研究，得到有效的特征指標(biāo)。