一种防疲劳汽车坐垫及其防疲劳方法与流程

本发明涉及汽车配件领域，尤其涉及一种防疲劳汽车坐垫及其防疲劳方法。

背景技术：

现代社会，居民汽车拥有率和交通事故率都逐年递增，行车安全至关重要。在大量新闻报道的车祸中，疲劳驾驶是道路安全的主要杀手。

现有技术中有通过控制汽车坐垫震动或在汽车坐垫中添加具有提神作用的材料来防止驾驶人员疲劳。

现有技术中也有通过人脸的眼部特征或者开车的异常行为来进行检测是否疲劳驾驶，但这类装置目前尚未普及，同时这类装置需要采集大量的数据，检测存在时间滞后性，且检测结果不全面，受驾驶员个体差异和外在环境影响大，成本高且误报率高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防疲劳汽车坐垫及其防疲劳方法，以解决采集数据量大、检测时间滞后性、环境影响和个体差异导致误报的技术问题，具有检测实时性、抗干扰性高和弥补个体差异的技术效果。

为实现以上发明目的，一方面，本发明提供一种防疲劳汽车坐垫，包括垫体和设备装置模块，

所述设备装置模块包括心率采集单元、控制及处理单元和报警单元；

所述垫体：用于承载心率采集单元；

所述心率采集单元：用于采集脉搏波信号；

所述控制及处理单元：用于发出控制信息以及监控心率及其变异性，并对监控结果做出相应反应；

所述报警单元：用于发出报警信息；

所述垫体与腿部接触的部分设有所述心率采集单元，所述心率采集单元与控制及处理单元连接，所述控制及处理单元与报警单元连接。

进一步地，所述垫体包括气垫和导气管，所述设备装置模块还包括气泵，

所述气垫，用于使垫体与腿部的接触密切；

所述导气管，用于给气垫充气的通道；

所述气泵，用于给气垫充气；

所述气泵与控制及处理单元连接，所述气垫通过导气管与气泵连通。

进一步地，所述垫体四周突起，中间内凹，并在与腿部接触的一侧设置两个气垫，所述心率采集单元设置于气垫上。

进一步地，所述心率采集单元是压力传感器。

进一步地，所述防疲劳汽车坐垫还包括通信单元和外部设备模块，

所述通信模块，用于控制及处理单元与外部设备模块之间的信息传输；

所述外部设备模块，用于响应控制及处理单元发出的控制信息；

所述通信模块与控制及处理单元连接，所述通信模块与外部设备模块通信连接。

进一步地，所述外部设备模块包括车载设备单元和/或移动设备单元；

所述车载设备单元，用于响应控制及处理单元发出的控制信息以及向控制及处理单元发送车外环境信息；

所述移动设备单元，用于接收通信模块发出的信息以及向控制及处理单元发送车外环境信息。

另一方面，本发明提供一种防疲劳汽车坐垫防疲劳方法，包括如下步骤：

步骤S1：当汽车行驶时，控制及处理单元向心率采集单元发出启动运行的控制信息；

步骤S2：心率采集单元接收到启动运行的控制信息后，开始对脉搏波信号进行采集，并将脉搏波信号传输给控制及处理单元；

步骤S3：控制及处理单元对接收到的脉搏波信号进行滤波处理，并生成滤波后的脉搏波信号；

步骤S4：控制及处理单元通过滤波后的脉搏波信号进行心率的实时计算，并将计算结果保存；

步骤S5：当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元(22)以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN和/或频域指标中的交感神经活性指标低频段LF值和迷走神经活性指标高频段HF值进行疲劳度分析；

步骤S6：当疲劳度达到预设疲劳值时，控制及处理单元向报警单元发出疲劳告警报警信号；

步骤S7：当心率采集单元采集不到脉搏波信号且汽车停止时间达到预设时间后，控制及处理单元向心率采集单元发出停止运行控制信息；

步骤S8：心率采集单元接收到停止运行的控制信息后，停止运行。

进一步地，所述步骤S5中控制及处理单元以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN进行疲劳度分析的方法如下；

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间时，控制及处理单元将此刻RR间期平均值标准差值SDNN作为非疲劳时域指标基准参数；

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN进行计算，并将计算结果与非疲劳时域指标基准参数比较；获得疲劳度。

进一步地，所述步骤S5中控制及处理单元以预设监控频率对频域指标中的低频功率指标LF值和高频功率指标HF值进行疲劳度分析的方法如下，

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间时，控制及处理单元将此刻低频功率指标LF值和高频功率指标HF值作为非疲劳频域指标基准参数；

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元以预设监控频率对低频功率指标LF值和高频功率指标HF值进行计算，并将计算结果与非疲劳频域指标基准参数比较；获得疲劳度；

进一步地，所述步骤S5中还包括控制及处理单元通过车载设备单元和/或移动设备单元获取车辆行驶环境参数，并根据环境参数修正疲劳程度；

进一步地，所述步骤S3中控制及处理单元通过Welch算法对脉搏波信号进行滤波处理；

进一步地，所述步骤S5中控制及处理单元计算RR间期平均值标准差值SDNN的公式如下：

其中N为预设时间段内监测到的心搏总数，RRi为第i个RR间期；其中i是RR间期的序号，为N个心搏的RR间期平均值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.运用在垫体与腿部接触的地方加装心率采集单元，并通过对心率参数的监控的技术方案，获得了实时获知心率情况，实时监控疲劳程度的技术效果。

2.运用在垫体与腿部之间加装气垫，并在气垫上加装心率采集单元的技术方案，获得了腿部与心率采集单元接触切合度高，采集数据准确性高的技术效果。

3.运用车载设备以及移动设备获取周围环境参数的技术方案，获得了可对疲劳程度等级根据实际情况进行修正的技术效果。

附图说明

图1是本发明防疲劳汽车坐垫的一个结构示意图。

图2是本发明防疲劳汽车坐垫的另一个结构示意图。

图3是本发明防疲劳汽车坐垫的又一个结构示意图。

图4是本发明防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的一个步骤图。

图5是本发明防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的另一个步骤图。

图6是本发明防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的又一个步骤图。

图7是本发明防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的再一个步骤图。

图中：

垫体1；气垫11；导气管12；

设备装置模块2；心率采集单元21；控制及处理单元22；报警单元23；气泵24；

通信模块3；

外部设备模块4；车载设备单元41；移动设备单元42。

具体实施方式

如图1所示为本发明提供的一种防疲劳汽车坐垫一个结构示意图，该防疲劳汽车坐垫包括：垫体(1)和设备装置模块(2)，设备装置模块(2)包括心率采集单元(21)、控制及处理单元(22)和报警单元(23)。具体来说，在本发明中，心率采集单元(21)安装于垫体(1)与腿部接触的部分，通过人体股动脉来采集脉搏波；心跳采集单元(21)与控制及处理单元(22)连接，心跳采集单元(21)将采集的脉搏波信号发送给控制及处理单元(22)；控制及处理单元(22)与报警单元(23)连接，当控制及处理单元(22)对脉搏波信号处理发现异常时，向报警单元(23)发送报警及控制信号，报警单元(23)对接收到的信息做出相应的动作，比如声光报警、手机客户端报警等。

进一步地，如图2所提供的一种防疲劳汽车坐垫另一个结构示意图，其中垫体(1)包括气垫(11)和导气管(12)，设备装置模块(2)还包括气泵(24)。具体来说，在本发明中，心率采集单元(21)安装于气垫(11)上；气垫(11)安装于垫体(1)与腿部接触的部分，用于使汽车在行驶及颠簸过程中腿部与心率采集单元(21)切合度提高；控制及处理单元(22)通过气泵(24)及导气管(12)对气垫(11)进行充气，以此保证气垫气量充足。

进一步地，如图3所提供的一种防疲劳汽车坐垫又一个结构示意图，其中防疲劳汽车坐垫还包括通信模块(3)和外部设备模块(4)，外部设备模块(4)包括车载设备单元(41)和移动设备单元(42)。具体来说，在本发明中，控制及处理单元(22)与外部设备模块(4)通过通信模块(3)进行信息通讯，控制及处理单元(22)通过外部设备模块(4)获取当前车辆所在周围环境参数。

如图4所示为本发明提供的一种防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的一个步骤示意图，包括如下步骤：

步骤S1：当汽车行驶时，控制及处理单元向心率采集单元发出启动运行的控制信息；

步骤S2：心率采集单元接收到启动运行的控制信息后，开始对脉搏波信号进行采集，并将脉搏波信号传输给控制及处理单元；

步骤S3：控制及处理单元对接收到的脉搏波信号进行滤波处理，并生成滤波后的脉搏波信号；

步骤S4：控制及处理单元对滤波后的脉搏波信号进行实时心率计算，并将计算结果保存；

步骤S5：当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN和/或频域指标中的低频功率指标LF和高频功率指标HF进行疲劳度分析；

步骤S6：当疲劳度达到预设疲劳值时，控制及处理单元向报警单元发出疲劳告警报警信号；

步骤S7：当心率采集单元采集不到脉搏波信号且汽车停止时间达到预设时间后，控制及处理单元向心率采集单元发出停止运行控制信息；

步骤S8：心率采集单元接收到停止运行的控制信息后，停止运行。

具体来说，当前汽车启动后，心率采集单元(21)就开始对脉搏波信号进行采集；由于车辆在行驶过程中经常处于颠簸状态，腿部与垫体(1)的接触度会随颠簸发生变化，从而产生腿部对垫体(1)的压力波动，导致心率采集单元(21)对脉搏波信号采集出现杂波，控制及处理单元(22)在接收到脉搏波信号后，会对信号进行滤波处理，滤除由于颠簸产生的杂波信号，控制及处理单元(22)对过滤后的脉搏波信号进行处理与分析；当汽车行驶到预设时间后，例如行驶10分钟后，控制及处理单元(22)开始以一定时间间隔，例如5分钟进行对RR间期平均值标准差值SDNN和/或频域指标中的低频功率指标LF和高频功率指标HF进行疲劳度分析。当疲劳度达到重度疲劳或者汽车行驶时长达到预设时长时，控制及处理单元(22)会向报警单元(23)发出报警信息；报警单元(23)根据报警信息进行相应的报警。

进一步地，如图5所提供的一种防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的另一个步骤示意图，其中步骤S5中控制及处理单元以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN进行疲劳度分析的方法如下，

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间时，控制及处理单元将此刻RR间期平均值标准差值SDNN值作为非疲劳基准参数；

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元以预设监控频率对RR间期平均值标准差值SDNN值进行计算，并将计算结果与非疲劳基准参数比较；获得疲劳度。

具体来说，RR间期平均值标准差值SDNN值为正常RR间期的标准差；临床上SDNN<100ms为HRV中度降低，SDNN<50ms为HRV明显降低，患者病死率会大大增加；我们把SDNN作为判断疲劳与否的一个指标；计算SDNN公式如下：

其中N为预设时间段内监测到的心搏总数，RRi为第i个RR间期；为N个心搏的RR间期平均值。计算驾驶员开始驾驶前十分钟的SDNN值作为非疲劳基准参数，驾驶过程中计算SDNN值与基准进行比较，如果显著增加且超出阈值范围，则认为驾驶员进入疲劳状态。

进一步地，如图6所提供的一种防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的又一个步骤示意图，其中所述步骤S5中控制及处理单元以预设监控频率对频域指标中的低频功率指标LF和高频功率指标HF进行疲劳度分析的方法如下，

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间时，控制及处理单元将此刻低频功率指标LF值和高频功率指标HF值作为非疲劳基准参数；

当汽车行驶时间达到预设监控疲劳时间后，控制及处理单元以预设监控频率对低频功率指标LF值和高频功率指标HF值进行计算，并将计算结果与非疲劳基准参数比较；获得疲劳度。

具体来说，HRV频域分析原理是将随机变化的RR间期或瞬时心率信号分解成多种不同能量的频率成分进行分析，可以评估心脏交感和迷走神经活动水平。控制及处理单元(22)将RR间期信号进行自回归参数模型法(AR)运算或短时傅里叶变换后，得到以频率(Hz)为横坐标，功率谱密度(Power Spectral Density，PSD，S2/Hz)为纵坐标的心率变异功率谱图。积分计算低频功率(LF)，LF代表交感神经或受交感神经和迷走神经的双重影响；积分计算高频功率(HF)，HF反映迷走神经活性；LF值与HF值的比值(LF/HF)能够反映交感和迷走神经活动均衡性。计算驾驶员开始驾驶前十分钟的LF、HF值作为非疲劳基准参数，驾驶过程中计算LF、HF值与基准进行比较，如果LF显著增加且超出阈值范围，HF显著降低且超出阈值范围，则认为驾驶员进入疲劳状态。

进一步地，如图7所提供的一种防疲劳汽车坐垫防疲劳方法的再一个步骤示意图，其中步骤S5中还包括控制及处理单元(22)通过车载设备单元(41)和/或移动设备单元(42)获取车辆行驶环境参数，并根据环境参数修正疲劳程度等级。具体来说，汽车所处的环境，例如：下雨天、夜晚、路面状况不良、自身车速等，都会对驾驶人员的心率造成一定的影响，例如：下雨天或者夜晚，驾驶人员会应精神高度集中而导致心率过快等，控制及处理单元(22)会根据车载设备单元(41)和移动设备单元(42)所反馈的车辆行驶环境情况对疲劳程度值进行修正，例如：当驾驶员进入高危环境(例如：车祸高发路段、路面环境差、雨天、夜晚)，测量HRV的时间间隔缩短(例如从5分钟测量一次HRV指标缩短至2分钟测量一次HRV指标)，如发现有异常立即报警，即增加报警频率。

利用地图、环境来修正疲劳参数(不随时间而改变的参数)另外还包括：利用车载设备单元(41)和/或移动设备单元(42)的GPS/基站定位车辆所在位置，地图读取所在公路的路段分级，对于每种类型公路赋予修正系数(如一级公路：1.2，二级公路：1.15)，此时驾驶员的HRV指标乘以此次的修正系数为驾驶员的HRV修正值，通过该值获得驾驶员的疲劳情况，与非疲劳基准比较。(一级公路车流量大、速度快，驾驶员更易疲劳，应缩短驾驶员驾驶时间)。雨天夜晚等不良环境也赋予一个修正系数(如雨天：1.2，夜晚1.1)，此时驾驶员的HRV指标乘以此次的修正系数为驾驶员的HRV修正值，通过该值获得驾驶员的疲劳情况，与非疲劳基准进行比较。将汽车行驶速度分级，每一级别赋予修正系数(120km/h以上为一级，修正系数为1.25，100～119km/h以上为二级，修正系数为1.2等)，对驾驶员疲劳程度进行修正，此时驾驶员的HRV指标乘以此次的修正系数为驾驶员的HRV修正值，通过该值获得驾驶员的疲劳情况，与非疲劳基准比较。

进一步地，步骤S3中控制及处理单元(22)通过Welch算法对脉搏波信号进行滤波处理。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。