Given the increasing popularity, mobile devices are exploited to enhance active driving safety nowadays. Among all safety services provided for vehicles, tracking the rotation angle of steering wheel in real time can monitor the vehicles’ dynamics and drivers’ behaviors at the same time. In this paper, we propose a steering tracking system, SteerTrack, which tracks the rotation angle of the steering wheel in real time leveraging audio devices on smartphones. SteerTrack seeks a device-free approach for steering tracking without requiring installation of specialized sensors on the steering wheels nor asking drivers to wear sensors on their wrists. Since the steering wheel is operated by a driver's hands, the rotation angle of the steering wheel can be tracked based on movements of the driver's hands. SteerTrack first builds an acoustic signal field inside of a vehicle and then analyzes the echoes reflected from the driver's hands with relative correlation coefficient (RCC) and reference frame to track the movement trajectory of hands under different steering maneuvers. Given the tracked movement trajectory, SteerTrack further develops a geometrical transformation-based method for estimating the rotation angle of the steering wheel in 3D driving environments by projecting the steering wheel to a 2D ellipse. Through extensive experiments in real driving environments with five volunteers for several weeks, SteerTrack can achieve an average steering wheel estimation error of 1.48 degree during driving, and 4.61 degree for turns.

中文翻译：

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通过智能手机利用声学信号进行车辆转向跟踪

鉴于日益普及，如今移动设备被用来提高主动驾驶安全性。在为车辆提供的所有安全服务中，实时跟踪方向盘的旋转角度可以同时监控车辆的动态和驾驶员的行为。在本文中，我们提出了一种转向跟踪系统 SteerTrack，它利用智能手机上的音频设备实时跟踪方向盘的旋转角度。SteerTrack 寻求一种无设备的转向跟踪方法，无需在方向盘上安装专门的传感器，也无需要求驾驶员在手腕上佩戴传感器。由于方向盘由驾驶员的手操作，因此可以基于驾驶员手的运动来跟踪方向盘的旋转角度。SteerTrack 首先在车辆内部建立声学信号场，然后利用相对相关系数（RCC）和参考系分析驾驶员手部反射的回声，以跟踪不同转向操作下手部的运动轨迹。给定跟踪的运动轨迹，SteerTrack 进一步开发了一种基于几何变换的方法，通过将方向盘投影到 2D 椭圆来估计 3D 驾驶环境中方向盘的旋转角度。通过在真实驾驶环境中对 5 名志愿者进行为期数周的大量实验，SteerTrack 可以实现驾驶时的平均方向盘估计误差为 1.48 度，转弯时为 4.61 度。s手具有相对相关系数（RCC）和参考系，以跟踪不同转向操作下手的运动轨迹。给定跟踪的运动轨迹，SteerTrack 进一步开发了一种基于几何变换的方法，通过将方向盘投影到 2D 椭圆来估计 3D 驾驶环境中方向盘的旋转角度。通过在真实驾驶环境中对 5 名志愿者进行为期数周的大量实验，SteerTrack 可以实现驾驶时的平均方向盘估计误差为 1.48 度，转弯时为 4.61 度。s手具有相对相关系数（RCC）和参考系，以跟踪不同转向操作下手的运动轨迹。给定跟踪的运动轨迹，SteerTrack 进一步开发了一种基于几何变换的方法，通过将方向盘投影到 2D 椭圆来估计 3D 驾驶环境中方向盘的旋转角度。通过在真实驾驶环境中对 5 名志愿者进行为期数周的大量实验，SteerTrack 可以实现驾驶时的平均方向盘估计误差为 1.48 度，转弯时为 4.61 度。SteerTrack 进一步开发了一种基于几何变换的方法，通过将方向盘投影到 2D 椭圆来估计 3D 驾驶环境中方向盘的旋转角度。通过在真实驾驶环境中对 5 名志愿者进行为期数周的大量实验，SteerTrack 可以实现驾驶时的平均方向盘估计误差为 1.48 度，转弯时为 4.61 度。SteerTrack 进一步开发了一种基于几何变换的方法，通过将方向盘投影到 2D 椭圆来估计 3D 驾驶环境中方向盘的旋转角度。通过在真实驾驶环境中对 5 名志愿者进行为期数周的大量实验，SteerTrack 可以实现驾驶时的平均方向盘估计误差为 1.48 度，转弯时为 4.61 度。