基于人体生理数据检测的安全停车报警系统设计＊

2021-06-04杜国静刘玉振李晓菲

汽车实用技术 2021年10期

杜国静，刘玉振，李晓菲

（山东华宇工学院机械工程学院，山东德州 253034）

前言

近年来，随着我国经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，汽车已经成为了家家户户的必须品[1]，根据相关统计结果得知，截至2020年底，全国机动车保有量约3.67亿辆，与 2019年相对比较，今年我国汽车保有量增加了 0.19亿辆。随着汽车数量的增加，给我们的生活出行带来了极大的便利，但是由于社会生活节奏的不断加快和工作压力的增加，突发性疾病的发病率不断上升。当在工作过程中突发疾病，会对他人的生命财产安全造成了不同程度的影响，自己也不能得到及时的救治，尤其是驾驶员在行车时的突发性疾病影响更甚。因此，我们针对长时间工作的车辆设计了该安全停车系统，用于在行车过程中，当驾驶员突发疾病无法控制车辆时，进行一系列的紧急自动操作，使该车辆可以第一时间进行安全停车，并通知到急救中心及紧急联系人进行救援，提高了外界的救援速度，极大程度的保障了驾驶员及乘客安全。

1 安全停车报警系统的研究背景

近年来，随着私家车的逐渐增多，交通事故发生的机率也不断的上升，汽车本身自带的主动安全装置和被动安全装置，可以在交通事故发生时能最大程度的保障人们的生命安全。目前汽车上的主动安全装置和被动安全装置只是在交通事故发生时，用于减小驾驶员及其他人员的伤亡，无法解决因驾驶员突发疾病或意外造成的车辆失控带来人员伤亡的问题。

现阶段我国在人体生理数据检测模块，通讯系统，安全停车系统等领域发展都发展的比较成熟，但是基于心率系统的安全停车系统在国内外目前没有结合起来研究的成果，是一片蓝海区域。随着人们生活水平的不断提高，和当今信息化社会的到来，一款基于5G网络紧急情况下智能停车装置的设计是必然会出现的。该系统在驾驶时可实现突发性疾病监测报警并且靠边停车，最大限度保障驾驶员及乘客生命财产安全。

2 安全停车报警系统的组成和工作原理

2.1 安全停车报警系统的组成

智能停车装置主要由人体生理数据检测模块、控制单元、通讯模块、语音播报系统和停车控制系统四部分构成。人体生理数据检测模块用于在行车过程中时刻检测驾驶身体情况，避免行车过程中因驾驶员身体不适和突发疾病的发生，而导致不可逆转的事故；控制单元主要用于接受人体生理数据检测模块对驾驶员身体检测的反馈信息，通过对反馈信息的处理分析，进而控制通讯模块和停车控制系统相对作用；通讯模块采用了目前速度最快的第五代移动通信网络，主要用于第一时间向外界发出求救通知，提高外界的救援的速度；语音播报系统由内外两套扩音器组成，当系统激活后，外扩音器对外重复播报报警语音包，引起他人和车辆的注意，避免追尾事故的发生，同时车内扩音器会通过通讯系统与医护人员相连，医护人员会对发病驾驶员进行心里安慰，安抚驾驶员情绪；停车控制系统主要用于当驾驶员因疾病不能操控车辆时，自动的完成车辆避障、缓慢减速和靠边停车等一系列的操作，保证在无人驾驶的情况下安全停车；通过各部件协同配合，完成突发性疾病监测、报警、靠边停车等一系列复杂工作过程，以最大限度确保驾驶员及乘客生命财产安全。

图1 安全停车报警系统的组成

2.2 安全停车报警系统的工作原理

驾驶人在行车途中突发疾病时，人体生理数据检测模块检测到驾驶员身体异常，此时激活通讯模块及停车系统，通讯模块利用了目前最先进的5G网络技术，通过语音包形式以最快的速度向紧急道路救援、急救中心、紧急联系人发送遇险通知，与此同时外扩音器对外重复播报报警语音包，引起他人和车辆的注意，避免追尾事故的发生，同时车内扩音器会通过通讯系统与医护人员相连，医护人员会对发病驾驶员进行心里安慰，安抚驾驶员情绪；车载电脑控制危险报警闪光灯及转向灯开启；安全电机配合停车轨迹控制刹车缓慢减速；车载雷达获取本车与周围车辆的位置信息，建立平面坐标系，根据在线预测算法得到周围车辆的预测行车轨迹，并根据周围车辆的预测行车轨迹生成本车的行车轨迹，并根据在线预测算法实时修正本车的行车轨迹，直至靠边停车动作完成。

此时在线预测算法计算结束，安全电机控制刹车使制动力保持，预防车辆运动造成对驾驶员及乘客的二次伤害，此时点火开关断开，发动机熄火，但不断开车载电源，使危险报警灯常亮，扩音器继续播报，以警示其他车辆及行人。

图2 安全停车报警系统的工作原理

3 通讯模块的设计

5G作为最先进的第五代移动通信网络，其应用将深入到社会的各个领域，为现代化的信息社会提供全方位的服务，促进各行各业的转型与升级。为了满足这些行业的发展需求，5G技术将带来超低的业务时延、超高的连接数密度、超高的频谱利用效率、超低的功耗、超高移动性支持等[2]。5G的数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达 10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4GLTE蜂窝网络快100倍[3]。另外有较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒，为现在的信息化社会提供了网络技术的保障，5G不仅是一场技术革命更蕴含千万亿级市场。

该通讯模块采用5G移动技术，利用5G网络的速度快、延时性低等优点提高外界的救援速度。该车控制系统会在人体生理数据检测模块检测到驾驶员身体异常或者驾驶员提前按下紧急情况按键时，激活5G通讯模块和北斗定位模块，北斗定位模块会准确的获取当地的位置信息，控制系统会将当地的位置信息快速准确送至5G通讯模块，通讯模块会将预设报警信息及实时位置快速准确的编辑成文本，第一时间以语音包的形式告知急救中心和紧急联系人，以最大限度确保驾驶员及乘客生命财产安全，避免因报警不及时而导致的救援延误。

图3 通讯模块的设计

4 语音播报系统的设计

当人体生理数据检测模块检测到驾驶员身体异常或者驾驶员提前按下紧急情况按键时，车载扩音器会重复对外播报提前设置好的报警语音包，在进行安全停车的过程中提醒其他车辆和行人注意安全，避免交通事故的发生，同时引起他人的注意，可以及时得到他人的抢救或安全补救。当车辆安全停靠后，控制系统会控制危险报警灯进行工作，提醒后方车辆请注意避让，避免出现车辆追尾等情况的发生，对突发疾病的驾驶员减少了二次伤害。

图4 语音播报系统的设计

当车辆安全靠边停车后，通讯模块会接通医护人员与车辆的通讯频道，使医护人员能时刻观察到发病驾驶员的状况，可以根据现场的情况，可准确分配相关的医护人员前往抢救，还可以通过语音指导让驾驶员进行自救。医护人员还可通过语音系统，对发病驾驶员进行心里安慰，安抚驾驶员情绪。

5 安全停车控制系统设计

当系统激活后，危险报警闪光灯及转向灯开启，自动的实现安全泊车的功能。此时，行车电脑会接管方向盘，通过传感器系统感知环境信息，根据传感器系统的检测信息得出道路上各车辆相对位置，然后生成车辆行车轨迹，车辆根据行车轨迹进行循迹避障，并根据在线预测算法实时修正本车的行车轨迹，从而行车电脑会通过动力转向系统转动车轮，控制车辆无碰撞地进行自动泊车，直至靠边停车动作完成。

安全停车系统装有各种传感器，可检测周围车辆信息及与周围车辆距离之间的距离，并通过数据线传输给控制系统;并由控制系统分析处理后，得出汽车的当前位置和周围的环境参数，依据上述参数作出安全靠边停车的路线策略，并将其转换成电信号;所述的车辆停车系统接受电信号后，依据指令作出汽车的行驶如角度、方向及动力支援方面的一系列操作，直至靠边停车动作完成。