[发明专利]基于测量心跳和呼吸频率的车用安全带及其预警方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车安全驾驶技术领域，涉及一种基于测量心跳频率和呼吸频率的预警式车用安全带及其预警方法。

背景技术

疲劳驾驶是目前最大的马路杀手之一，1/3严重车祸都是司机疲劳驾驶所致。疲劳驾驶，是指驾驶人睡眠质量差或不足，或在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。疲劳驾驶会影响到驾驶人的注意力、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸多方面。驾驶人疲劳后，会感到困倦瞌睡，四肢无力，注意力不集中，判断能力下降，甚至出现精神恍惚或瞬间记忆消失，出现动作迟误或过早，操作停顿或修正时间不当等状况，若继续驾驶车辆，极易发生道路交通事故。只要通过恰当的监测手段，在驾驶员出现疲劳驾驶或身体健康不适症状时，及时提醒驾驶员本人、车上乘客、过往车辆与行人，完全可以避免事故发生。

目前对于驾驶员疲劳监测的技术和方法很多。中国专利公报公开了“一种基于人体生理信号的汽车驾驶员疲劳监测方法”(公开号：CN102406507A)，该方法通过戴在驾驶员手腕上的脉搏信号采集装置采集脉搏信号来判断驾驶员的身体状况。其问题在于给驾驶员的日常驾驶带来了诸多不便，驾驶员往往忘记或者不愿意戴脉搏信号采集装置，而导致该安全行车系统无法发挥作用。中国专利公报还公开了“一种基于驾驶员生理指标的汽车自动制动方法”(公开号：CN106114213A)，该方法通过采集驾驶员呼吸频率信号来监测驾驶员的身体状况，并根据驾驶员身体状况控制车辆自动停车。但该方法只监测驾驶员的呼吸频率信号，采集信号单一，同时该汽车需相应地增加副制动器，结构复杂且重量增加。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种基于测量心跳和呼吸频率的车用安全带，该安全带结构简单，监测结果准确，成本低廉，且易于实现。

为了解决上述技术问题，本发明的基于测量心跳频率和呼吸频率的预警式车用安全带包括安全带腹带，安全带肩带，车内预警控制模块；其特征在于还包括心跳频率测量模块，呼吸频率测量模块，信号引线，信号处理装置；所述心跳频率测量模块采用两层金属电极，贴敷于心脏部位的安全带肩带的两面，由两层金属电极与夹紧在其中的安全带肩带组成变极距型电容传感器；呼吸频率测量模块采用矩阵式多点压电薄膜材料，该矩阵式多点压电薄膜材料采用导电胶固定于驾驶员腹部的安全带腹带上；信号处理装置包括依次连接的电荷放大电路、低通滤波电路、A/D转换电路、信号采集接口电路、数据运算电路、数据存贮和双安全冗余算法模块；心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块通过编织于安全带腹带和安全带肩带内的信号引线连接电荷放大电路；数据存贮和双安全冗余算法模块通过车内预警控制模块连接车内预警装置。

所述心跳频率测量模块利用人心跳时候产生的振动使两层金属电极中间绝缘的安全带肩带受力收缩，两电极之间的距离发生变化致电容值发生变化。呼吸频率测量模块通过呼吸作用的动态交变作用而产生电荷。心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块输出的电荷交变信号依次经电荷放大电路放大，低通滤波电路滤波，A/D转换电路转换为数字信号后通过信号采集接口电路传输给数据运算电路。数据运算电路根据动态电荷的波形计算驾驶员的呼吸频率和心跳频率；数据存贮和双安全冗余算法模块采集数据运算电路计算的驾驶员呼吸频率和心跳频率，对其进行计算处理并判断分析得到驾驶员综合生理指标，当驾驶员出现疲劳驾驶或身体健康不适等情况时输出信号使车内预警装置发出相应级别警示音。

所述信号处理装置集成于安全带卡扣中。

所述数据存贮和双安全冗余算法模块还可以连接车速传感器。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种基于测量心跳和呼吸频率的车用安全带预警方法，该预警方法包括下述步骤：

步骤一：读取心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块采集的电荷交变信号：

步骤二：分别将心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块采集的电荷交变信号进行放大、滤波和处理获得驾驶员心跳频率和呼吸频率；

步骤三：判断驾驶员心跳频率和呼吸频率是否在设定的阈值范围内，是则根据公式(1)对驾驶员心跳频率和呼吸频率进行加权处理得到驾驶员生理综合指标PI，判断驾驶员生理综合指标PI是否在设定的阈值范围内；

PI＝k1×CI+k2×BI(1)

其中：CI为驾驶员心跳频率，BI为驾驶员呼吸频率，k1为驾驶员心跳频率指标权重系数，根据各生理信号对人体健康状态影响分析可知，k1＝0.55，k2为驾驶员呼吸频率指标权重系数，k2＝0.35；