智能网联汽车基础(九)——ADAS驾驶员疲劳监测系统

◆文/河北 周晓飞

(接2022年第7期)

一、驾驶员疲劳监测相关术语

GB/T39263-2020《道路车辆先进驾驶辅助系统(ADAS)术语及定义》对驾驶员疲劳监测(DFM)和驾驶员注意力监测(DAM)都给出了定义。《驾驶员注意力监测系统性能要求及试验方法》中对驾驶员注意力监测系统及相关的表述和定义如下：

1.注意力分散

驾驶员在驾驶车辆时因疲劳驾驶、受外界环境干扰或从事与驾驶无关的动作，导致其无法专注执行驾驶任务的状态。

驾驶员在驾驶车辆时因生理机能的降低(即生理上产生了疲劳)导致驾驶技能下降的状态称为疲劳驾驶。

2.光源位置

白天光源位置可按图1所示位置移动，其中α为7.5°，β为10°，形成可变化的光照条件。

图1 光源位置变化

3.张嘴高宽比

嘴唇内缘的竖直高度与嘴角水平宽度的比值，如图2所示。

图2 张嘴高宽比示意图

4.面部标准数据特征点

仿真机器人检测到的数据值均值与提供的数据误差应在±5%以内，图3为仿真机器人正面人脸标注数据。

图3 仿真机器人正面人脸标注数据

二、驾驶员疲劳监测原理

驾驶员疲劳监测会在车辆行驶过程中，主要通过车辆相关信息综合判断驾驶员当前的状态，配备驾驶员状态监测摄像头(智能视觉系统，图4的车辆还可结合驾驶员当前面部状态，图5所示为面不信息采集示意图。进一步判断，当出现驾驶员疲劳或注意力不集中时，及时报警降低道路交通事故风险。

图4 智能视觉系统(蔚来驾驶员疲劳监测摄像头)

图5 面部信息采集示意图

位于汽车座舱内的智能视觉车内摄像头(图6)，能够全天候与驾驶员进行智能交互，通过它可实现面部识别同步个性化配置、实时监控驾驶员注意力和疲劳状态、实时检测驾驶员心跳健康状况等。

图6 智能视觉系统车内摄像头(不同车型的摄像头位置)

三、驾驶员疲劳监测功能

1.功能要求

驾驶员疲劳监测系统应具备监测驾驶员闭眼、头部姿态异常、接打手持电话的功能，可具备监测驾驶员打哈欠、抽烟行为的功能(表1) 。

表1 驾驶员疲劳监测系统监测行为定义及提示信息条件

2.性能要求

驾驶员疲劳监测系统应具备在白天、夜晚等不同光照条件及监测对象裸眼、佩戴眼镜、佩戴墨镜等不同穿戴条件下，对驾驶员闭眼、头部姿态异常、接打手持电话进行监测的能力，可具备监测驾驶员打哈欠、抽烟行为表2所示行为进行监测的能力。

表2 系统监测行为提示信息条件

3.驾驶员疲劳监测

驾驶员疲劳监测会在行驶过程中，通过智能视觉系统，感知驾驶员的注意力状态，提醒及时休息。

车内摄像头将持续分析驾驶员的眼球活动与打哈欠动作，判断驾驶员是否疲劳驾驶，并提醒驾驶员注意休息。功能开启时，系统会根据驾驶者的行为表现判断驾驶者疲劳驾驶时，将给予对应的提醒(图7)。

图7 驾驶员疲劳监测报警(不同车型的报警显示方式)

4.驾驶员分神监测

车内摄像头通过视线追踪技术分析驾驶员视线是否偏离道路。如果系统检测到驾驶员注意力不在驾驶上，会提示驾驶员专心驾驶。功能开启时，系统会根据驾驶者的行为表现判断驾驶者驾驶分神时，将给予对应的提醒(图8)。

图8 驾驶员分神监测报警(不同车型的报警显示方式)

车内摄像头关闭后，停止工作，同时将关闭所有车内智能功能，包括车内LED灯、人脸登录、疲劳检测，关闭分神检测等，所以建议保持此功能开启状态。

四、驾驶员疲劳监测范围和局限性

1.监测范围

驾驶员疲劳监测系统通过不断检测驾驶员对车辆的操作，并由此计算当前驾驶员疲劳值等级(图9、图10、图11)，然后与系统设定的参数进行对比。如果该系统识别到驾驶员处于疲劳状态，则发出声音和视觉报警。

图9 一级报警

图10 二级报警

图11 三级报警

由于车辆的配置和设定差异，各种车的监测条件有所不同。例如，蔚来汽车在驾驶员疲劳监测功能启用后，只要车速在22km/h及以上，系统会一直保持监测状态；魏派汽车在车速保持在65km/h一段时间后，疲劳驾驶提醒系统开始工作，工作后，如果车速长时间小于65km/h，系统会降低监测到的疲劳估计值；红旗ESH9车速在15km/h及以上系统开始工作。车速小于15km/h或车速大于15km/h后降至10km/h以下，开启驾驶员疲劳监测系统，但系统不报警。

2.局限性

以下特殊工况DSM系统存在功能被限制情况：

①当强光照射到驾驶员眼镜时，存在镜片反光至摄像头红外区域造成眼部坐标丢失，导致驾驶员疲劳监测功能受限。

②当摄像头被遮挡时组合仪表提示相机故障信息，此种情况不属于系统故障，短时间内如遮挡消失系统恢复功能;如长时间遮挡会导致系统自动关闭。

③在当前驾驶循环内，由其他相关系统导致驾驶员状态监测系统自动关闭，当其他系统故障恢复时驾驶员状态监测系统会自动开启。

五、驾驶员疲劳监测系统操作

开启后，满足功能激活条件，驾驶员一旦分神或疲劳，例如蔚来汽车，NOMI会根据不同等级，通过表情和声音进行提醒，数字仪表也会同步提醒专注驾驶，守护驾驶员的行车安全。

首次使用该功能时，在P挡下进行个性化校准。人机交互对驾驶进行个性化校准：

1.在中控屏进入应用程序中心，按步骤点击，进入个性化校准，调整内后视镜，根据NOMI提示进行操作，调整完后保持正常驾驶姿势直到NOMI反馈完成校准，标定本车该账户下新的个性化校准结果。

2.可以通过重新校准更新个性化校准值。通过语音唤醒“重新校准”，标定该车该账户下新的个性化校准结果。

3.当前账户进行个性化校准后，如果更换驾驶员、调整内后视镜、座椅或方向盘，可能会影响监测和报警效果，或者如果长时间发现提示不准确时，都需要重新进行个性化校准，让系统重新学习正常驾驶状态。

车载智能机器人是一个人机交互接口，是车载机器人个性的“脸”，安装在仪表台顶部中间位置(图12)。它利用车上的摄像头、麦克风和仪表台中置扬声器，使人与汽车的互动更人性化，直观，可以在正确的时间，用正确的方式提供正确信息。车载智能机器人內部有旋转和倾斜电机，可实现100°的旋转和+/-30°的倾斜，内置的光学传感器可实现在启动时校准位置。旋转方向跟随乘驾人员方向，脸对脸对话。车载智能机器人(脸)的显示屏为D形的LED显示，可根据程序显示不同的表情动画。

图12 车载机器人(蔚来车载智能伙伴 NOMI)