[发明专利]驾驶员驾驶特性数据采集实验台及其换道数据采集方法

摘要

本发明公开了一种驾驶员驾驶特性数据采集实验台及其换道数据采集方法，其特征包括：驾驶操纵机构、操纵信号传感器、心率传感器、生物电信号传感器、头部及眼球动作捕捉设备、路感模拟电机、实时动力学仿真装置和数据采集卡。本发明能模拟不同的驾驶工况，合理采集驾驶员驾驶过程中的操纵信号、心率和生物电信号、头部以及眼球动作信号等数据；从而为分析和研究驾驶员驾驶行为提供可靠的数据资料，而数据采集方法以操纵信号作为不同换道工况的识别条件，控制头部以及眼球动作信号采集频率，减少冗余数据的采集，避免采集数据过大的同时也减小试验台运行负荷和数据的存储难度。

主权项

1.一种驾驶员驾驶特性数据采集实验台，其特征包括：驾驶操纵机构、操纵信号传感器、心率传感器(302)、生物电信号传感器(303)、头部及眼球动作捕捉设备、路感模拟电机(405)、实时动力学仿真装置和数据采集卡(111)；驾驶操纵机构包括：转向灯拨杆(102)、方向盘(103)、油门踏板(104)、座椅(105)、档位(106)、刹车踏板(107)和档位操作杆；操纵信号传感器包括：档位位置检测器(306)、制动板位移/制动力传感器(304)、油门踏板速度传感器(305)、方向盘转角传感器(402)、转向灯前照灯位置传感器(308)、转向轴力矩传感器(403)；档位位置检测器(306)设置在档位(106)的操作杆上，制动板位移/制动力传感器(304)设置在刹车踏板(107)上，油门踏板速度传感器(305)设置在油门踏板(104)上，方向盘转角传感器(402)、转向轴力矩传感器(403)和路感模拟电机(405)依次设置在方向盘(103)的支撑柱上，转向灯前照灯位置传感器(308)设置在转向灯拨杆(102)上；心率传感器(302)设置在方向盘(103)上，生物电信号传感器(303)设置在座椅(105)上；在座椅(105)的前方设置有驾驶模拟显示器(101)；头部及眼球动作捕捉设备包括：用于捕捉头部运动的摄像头(114)以及用于捕捉眼球运动的眼动仪(113)；摄像头(114)设置在驾驶模拟显示器(101)的正上方，眼动仪(113)设置在驾驶模拟显示器(101)两侧的可调节支撑座(112)上；实时动力学仿真装置包括：信号转接板(109)、电脑主机(108)、调试显示器(110)、半物理仿真控制器及试验调试工具(115)；信号转接板(109)分别与电脑主机(108)和数据采集卡(111)相连，用于信号转接和传输；操纵信号传感器获取操纵特性数据并传递给信号转接板(109)用于提供给电脑主机(108)进行动力学仿真，并生成实时仿真程序后下载到半物理仿真控制器中，试验调试工具(115)用于对下载后的实时仿真程序进行调试；同时信号转接板(109)把驾驶员操纵特性数据传递给数据采集卡(111)采集并存储到电脑主机(108)中，所述半物理仿真控制器运行调试后的实时仿真程序并生成电流控制信号和模拟控制信号，所述电流控制信号用于控制路感模拟电机(405)；所述模拟控制信号用于控制数据采集卡(111)对头部及眼球动作捕捉设备的采集频率；其特征在于，基于驾驶员驾驶特性数据采集实验台按照如下步骤进行换道数据采集：步骤1、行驶工况识别：转向灯前照灯位置传感器(308)检测转向灯拨杆的位置信号，并发送给半物理仿真控制器进行比较，若转向灯拨杆的位置信号偏离中间位置，则半物理仿真控制器判定此时的行驶工况为正常换道准备阶段，半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₂₀；并执行步骤2；否则，执行步骤4；步骤2、方向盘转角传感器(402)检测方向盘(103)的方向盘转动角度θ并发送给半物理仿真控制器进行比较，判断|θ|∈[θ₁,θ₂)是否成立，若成立，则判定正常换道过程为缓慢换道；半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₂₁；否则，判断|θ|∈[θ₂,θ₃)是否成立，若成立，则判定正常换道过程为中等速度换道；半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₂₂；否则，判断|θ|∈[θ₃,θ₄)是否成立，若成立，则判定正常换道过程为快速换道；半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₂₃；其中，θ₁、θ₂、θ₃均为与汽车行驶速度V成正比的动态参数；并有：θ₁＝k₁V，θ₂＝k₂V，θ₃＝k₃V，k₁、k₂、k₃为正系数，V为模拟汽车行驶速度；且k₁＜k₂＜k₃；θ₄为方向盘向左或向右能够转动的最大角度；否则，|θ|∈(0,θ₁)表示汽车仍然处于换道准备阶段，保持数据采集卡(111)的采集频率为M₂₀；各频率的关系为：M₂₀＝1.8M₁，M₂₁＝1.25M₂₀，M₂₂＝1.5M₂₀，M₂₃＝1.8M₂₀，M₃₀＝2.5M₂₀；步骤3、当方向盘转动的角度θ≥θ₁之后，半物理仿真控制器继续接受方向盘的角度信号；半物理仿真控制器判断方向盘(103)的方向盘转动角度θ＝0是否成立，若成立，则表示换道结束，经过T₁秒后方向盘(103)回正，半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₁；步骤4、方向盘转角传感器(402)检测方向盘(103)的角速度和角加速度ω并发送给半物理仿真控制器进行比较，判断且ω≥ω₁是否成立，若成立，则判定行驶工况为紧急换道，半物理仿真控制器控制数据采集卡(111)的采集频率为M₃，并返回步骤3执行；否则，表示行驶工况为不换道行驶，半物理仿真控制器设置数据采集卡(111)的采集频率为M₁。