CN104260725A - 一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统包括驾驶员模型模块，该驾驶员模型模块根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节车辆的性能。通过应用本发明的系统，在驾驶车辆的过程当中能够将驾驶员的视觉和触觉信息考虑在内，从而调整车辆的性能，达到车辆适应人的控制目的。

Description

一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体而言涉及一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统、车辆以及车辆驾驶方法。

背景技术

随着汽车电子技术的快速发展，各种各样的辅助驾驶系统被广泛地应用到汽车的控制领域，比如防抱死系统(ABS，Anti-lock BrakingSystem)、电子助力转向系统(EPS，Electric Power Steering)、牵引力控制系统(TCS，Traction Control System)等。但是，由于大多数的汽车电子控制系统的设置参数是固定不变的，并且汽车电子控制系统的设计通常是从汽车动力学角度出发，而忽略了驾驶员在驾驶车辆时的作用，因此无法检测驾驶员的操作意图和驾驶需求，更不能满足每个驾驶员的驾驶偏好(如动力性、舒适性和安全性)。

例如，当驾驶员在弯道行驶的情况下，随着转弯半径的不同，不同驾驶员在弯道通过时对车辆的性能要求也不一样。具体而言，有的驾驶员希望通过弯道时偏向于车辆通过性，因而需要增加车辆轮胎与地面之间的附着力，即需要增加悬架的阻尼，进而提高车辆的操控性；有的驾驶员希望通过弯道时偏向于车辆的舒适性，因而需要减小车辆悬架阻尼，进而提高车辆的舒适性。

虽然目前的悬架系统(包括主动悬架和半主动悬架)能够应对复杂路面，提供车辆的舒适性和通过性，但是不能够根据驾驶员的驾驶个性需求增加或减小车辆的悬架系统的刚度，并且忽略了不同驾驶员对悬架系统的不同需求(如，在同样的道路条件下，年轻驾驶员偏向于通过性，即需提高悬架阻尼；而老年驾驶员偏向于舒适性，即需要降低悬架阻尼)。

发明内容

基于上述问题，本发明旨在提供一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，其能够根据驾驶员的不同驾驶偏好，调节车辆的性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统包括驾驶员模型模块，所述驾驶员模型模块根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述车辆的性能。其中，驾驶员的驾驶特征包括驾驶员的驾驶偏好(如偏于车辆舒适性或动力性，偏于跟驰或换道行为等)，道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息，例如路面的附着系数、道路的宽度和曲率、道路的坡度以及道路的交通流量等。

根据本发明的另一个方面，提供了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统包括：道路环境检测模块、驾驶员操作检测模块、整车系统模块和驾驶员模型模块；其中，所述道路环境检测模块用于检测道路环境信息，其中道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息，例如路面的附着系数、道路的宽度和半径、道路的坡度以及道路的交通流量等；所述驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操作数据包括与驾驶员操作车辆有关的触觉信息，比如方向盘的反馈力矩、对制动/加速踏板、离合器以及变速器等的操作；整车系统模块，用于输出车辆的运动参数；所述驾驶员模型模块，收集所述道路环境检测模块所检测的道路环境信息、所述驾驶员操作检测模块所检测的驾驶员操作数据以及所述整车系统模块所输出的车辆的运动参数，通过分析所述道路环境信息以及所述车辆的运动参数获得驾驶所需的期望参数值，通过分析所述驾驶员操作数据获得驾驶员的驾驶特征，通过比较所述期望参数值和所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性能的需求，并依据所述需求调节车辆相应的参数。

根据本发明的又一个方面，提供了一种车辆，所述车辆包括前述的智能驾驶系统。

根据本发明的再一个方面，提供一种车辆驾驶方法，所述方法在驾驶车辆中采用前述的智能驾驶系统。

通过应用本发明的系统和方法，在驾驶车辆的过程当中，能够将驾驶员的“路感”(视觉和触觉信息)考虑在内，建立驾驶员模型，并通过驾驶员模型来识别、预测驾驶员的操作意图和驾驶需求，并根据该识别和预测结果，对电子控制系统的相应参数做合理的实时修改，使车辆的性能满足驾驶员的个性需求以及安全需求，实现“人—车”之间的无缝协作功能，从而调整车辆的性能，达到“车辆适应人”的控制目的。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统的结构框图；

图2a和2b为根据本发明的道路环境检测设备安装的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的智能悬架系统的控制流程图。

具体实施方式

为了对本发明进行更好地说明，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步地阐述。然而，下述具体实施方式仅仅是本发明优选技术方案的举例，其并不能够理解为对本发明保护范围的限制。

针对于现有的车辆控制系统的不足，即现有车辆控制系统不能够适应驾驶员的个性或需求，本发明提出了一种具有“识别与预测”和“自适应”两大特征的智能驾驶系统。该智能驾驶系统不仅具有“识别”驾驶员驾驶特征的功能，而且具有“自适应”的功能，以预测驾驶意图并满足驾驶员的个性需求，降低驾驶员的驾驶操作强度和疲劳程度，进而提高驾驶员驾驶的安全性能和舒适性能，减少交通事故的发生。

在一种实施方式中，根据本发明的智能驾驶系统包括驾驶员模型模块，该模块可以根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述车辆的性能。这里，驾驶员的驾驶特征包括驾驶员的驾驶偏好，比如年龄大小、醉酒情况、身体疲劳程度、反应的快慢等。道路环境信息包括如路面的附着系数、道路的宽度和曲率、道路的坡度以及道路的交通流量等的视觉信息。

在另一种实施方式中，根据本发明的智能驾驶系统包括道路环境检测模块、驾驶员操作检测模块、整车系统模块和驾驶员模型模块。其中，道路环境检测模块用于检测道路环境信息，该道路环境检测模块可以包括测距雷达和摄像机，道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息；驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操作数据包括与驾驶员操作车辆有关的触觉信息，比如对方向盘、制动踏板、加速踏板、离合器以及变速器的操作参数数据；整车系统模块，用于输出车辆的运动参数，例如车速、纵向加速度和横摆角速度；所述驾驶员模型模块，收集所述道路环境检测模块所检测的道路环境信息、所述驾驶员操作检测模块所检测的驾驶员操作数据以及所述整车系统模块所输出的车辆的运动参数，通过分析所述道路环境信息以及所述车辆的运动参数获得驾驶所需的期望参数值，通过分析所述驾驶员操作数据获得驾驶员的驾驶特征，通过比较所述期望参数值和所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性能的需求，并依据所述需求调节车辆相应的参数。进一步地，该系统还可以包括驾驶员模块，所述驾驶员模块用于根据所述驾驶员的操作改变所述车辆的运动状态。

此外，根据本发明的车辆，包括上述含有驾驶员模型的智能驾驶系统。根据本发明的车辆驾驶方法，也采用了上述智能驾驶系统。

在以下具体实施例中，对根据本发明的含有驾驶员模型的智能驾驶系统及方法进行了详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例的一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统包括：道路环境检测模块1，驾驶员操作检测模块2、整车系统模块3、驾驶员模块4和驾驶员模型模块5。

具体而言，道路环境检测模块1用于实时地采集道路环境信息并输出相关数据，其中，道路环境信息包括视觉信息，例如路面附着系数、道路曲率、道路宽度、道路的坡度以及交通流量等。于是，道路环境检测模块1可以针对道路的路面附着系数输出路面附着系数参数、针对道路的曲率输出道路的曲率参数、针对道路的宽度输出道路的宽度参数、针对道路的坡度输出道路的坡度参数、针对道路的流量输出车辆的密度参数。

一般地，道路环境检测模块1可以包括测距雷达和摄像机，本领域技术人员通过测距雷达和摄像机可以采集车辆周围的道路环境信息。所述测距雷达优选为毫米波测距雷达，所述摄像机优选为高清晰摄像机。在汽车前部和左右两侧可以分别安装多个毫米波测距雷达，高清晰摄像机可以安装在车辆顶部。由道路环境检测模块1采集到的道路环境信息被输入到驾驶员模型模块5。此外，根据实际需要，本领域技术人员还可以在车辆的后部安装测距雷达或摄像机，以采集车辆后部的道路环境信息。

进一步地，道路环境检测模块1还可以包括天气采集器，例如采集雨、雪等特定天气的参数。可选地，道路环境检测模块1还可以包括温度传感器。上述采集过程可以智能的采集方式实现，但是也可以人工输入的采集方式来进行。

由于驾驶员通常依据环境的变化来进行驾驶操作，因此，对车辆的道路环境信息进行采集是实现智能驾驶系统的一个重要环节，以便通过对道路环境的感测所获得的道路环境信息来对驾驶过程进行有针对性的优化。

以车辆进入弯道的情况为例。通常，年轻的驾驶员倾向于驾驶的操控性，而年长的驾驶员倾向于驾驶的舒适性。也就是说，不同的驾驶人员在弯道对车辆的操控有不同的要求。于是，判断车辆是否进入了弯道是满足不同驾驶者需求的第一步。在弯道中，如图2a和2b所示：车辆行驶速度为v,通过车辆两侧安装的雷达检测车辆与道路两侧之间的距离d₁、d₂、d₃和d₄来确定车辆与道路之间的相对位置；通过车辆顶端安装的摄像机C，检测道路前方道路不通的点与摄像机之间的距离L₁、L₂和L₃计算前方道路的曲率半径ρ(t)。进一步地，通过检测当前t时刻的道路曲率半径ρ(t)，判断车辆是否将进入弯道，即判断ρ(t)＝∞是否成立。如ρ(t)＝∞成立，则说明车辆处于直线行驶状态中，继续检测t+Δt时刻的道路曲率半径ρ(t+Δt)；若ρ(t)＝∞不成立，即ρ(t)＜∞，则说明车辆将要处于或正处于弯道行驶当中。

驾驶员操作检测模块2的主要作用在于检测驾驶员操作数据，该驾驶员操作数据包括触觉信息，例如对方向盘、制动/加速踏板、离合器以及变速器等的操作参数数据。

道路因素对于驾驶员的影响可由驾驶员的视觉信息和触觉信息综合而成，即驾驶员的“路感”。然而，在现有的驾驶员模型中，大多数模型将道路曲率作为驾驶员模型的道路参数输入，而忽略了驾驶员操作的因素，这对准确采集路况环境有较大的局限性，例如光滑的地面、起伏较大的路面等，对于驾驶员的影响是不同的。而这些因素的变化也将产生驾驶员驾驶操作的变化。

本发明实施例中的驾驶员操作检测模块2包括：方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、方向盘握力传感器、制动踏板位移传感器、加速踏板位移传感器以及换挡力传感器。上述传感器检测与之对应的驾驶员的触觉信息，并将采集到的触觉信息反馈给驾驶员模型模块5。

整车系统模块3用于响应驾驶员的操作(如换挡、制动/加速、转向等)以控制车辆的运动，并且输出车辆运动参数(例如车速、纵向加速度、横摆角速度)至驾驶员模型模块5。

整车系统包括发动机、传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统以及传感器，该整车系统中的传感器主要包括车速传感器、横摆角速度传感器、纵向加速度传感器和侧向加速度传感器。

其中，驾驶员模块4直接接受驾驶员的操作，以控制车辆的行驶。驾驶员模块4包括方向盘、制动踏板、加速踏板、离合器、变速器等。

驾驶员模型模块5收集道路环境检测模块1、驾驶员操作检测模块2和整车系统模块3输出的数据，并对上述数据进行识别和预测，获得驾驶员的驾驶意图和驾驶特征，并输出“期望参数值”或“驾驶特征”，为车辆参数的改变提供依据。

以通过弯道的情景需要对悬架性能进行调整为例。在t时刻，通过道路环境检测模块1获取道路曲率半径ρ；驾驶员操作检测模块2检测驾驶员对方向盘施加的方向盘转角，即实际方向盘转角δ_s；整车系统模块3检测车辆的纵向速度v_x。在驾驶员模型模块5中计算出期望的方向盘转角δ_sr，即理想的方向盘转角，其中

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sr}}=i_s\frac{L(1-K{v}_x^2)}{\mathrm{\ρ}}$

其中，L为轴距，i_s为转向比，K为车辆稳定性系数，v_x为车辆纵向速度，ρ为道路曲率半径。

同时，驾驶员模块4通过感知车辆运动和驾驶环境对车辆进行直接控制。

进一步地，通过将所述驾驶员模块4与所述驾驶员模型模块5输出的参数输送到ECU(电子控制单元，Electronic Control Unit)进行计算，根据计算结果调节车辆的部分参数，进而达到调节车辆性能的目的。

同样以车辆过弯的场景为例，计算电子控制单元对实际方向盘转角δ_s与期望的方向盘转角δ_sr进行比较，若则表明该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着力，并希望快速通过该弯道，此时，则需将悬架阻尼参数增大；若则表明该驾驶员期望车辆通过弯道时应具有较好的舒适性，此时，则需要将悬架阻尼减小，满足驾驶员的个性驾驶需求；若||δ_s|-|δ_sr||＜Δδ，则说明该驾驶员希望车辆在通过该弯道时兼顾通过性和舒适性，此时，则将悬架阻尼调为中间值。其中，Δδ为设定的阈值。

除此之外，本发明实施例中还可以再除了车辆过弯之外的其它场景中识别驾驶员希望的车辆性能，并根据驾驶员的偏好对车辆参数进行相应的修改，使车辆性能满足驾驶员的驾驶需求，达到“车辆适应人”的目的。其中，所有数据处理模块均可以借助由ECU进行处理，其中优选的数据采集处理的频率为50Hz。

本发明实施例中综合考虑了驾驶员的视觉、触觉信息，将视觉、触觉信息以及车辆的运动参数作为驾驶员模型的输入，并将驾驶员模型与车辆控制系统相结合，通过驾驶员模型对输入的信息(视觉信息、触觉信息以及车辆运动参数等)进行处理，对驾驶员行为进行识别和预测，并依据驾驶员模型输出的“驾驶员期望值”对车辆控制系统参数进行实时地调整和修改，使车辆的性能按照驾驶员特性的变化而变化，同时使车辆性能更加符合驾驶员的驾驶行为特性，满足驾驶员的驾驶需求，降低驾驶员的操作强度，减少交通事故的发生。

实施例二

如图3所示，根据本发明的另外一个方面，提供了一种车辆驾驶方法，包括如下步骤：

1)首先，在车辆起步前，自动检测车辆的当前状态、驾驶员的当前状态以及前方道路状态，并开始传输数据并通过ECU进行计算。

2)检测当前t时刻的道路曲率半径ρ(t)，进行判断车辆是否将进入弯道，即判断ρ(t)＝∞是否成立；如若成立，则说明车辆处于直线车道行驶，并进行计算t+Δt时刻的道路曲率半径ρ(t+Δt)；若ρ(t)＜∞，说明车辆将要或已进入弯道行驶，并计算t+Δt时刻的道路曲率半径ρ(t+Δt)。

3)检测驾驶员对方向盘施的方向盘转角，即实际方向盘转角δ_s。

4)检测车辆的纵向速度v_x。

5)计算出通过该弯道期望的方向盘转角δ_sr，其中

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sr}}=i_s\frac{L(1-K{v}_x^2)}{\mathrm{\ρ}}$

上式中，L为轴距，i_s为转向比，K为车辆稳定性系数，v_x为车辆纵向速度，ρ为道路曲率半径。

6)通过对3)和5)计算的结果进行比较，对车辆悬架的阻尼参数进行修正。若则表明该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着力，并希望快速通过该弯道，此时，则需将悬架阻尼参数增大；若则表明该驾驶员期望车辆通过弯道时应具有较好的舒适性，此时，则需要将悬架阻尼减小，满足驾驶员的个性驾驶需求；若||δ_s|-|δ_sr||＜Δδ，则说明该驾驶员希望兼顾通过性和舒适性两者，此时，则将悬架阻尼调为中间值。其中，Δδ为设定的阈值。

综上，该智能辅助驾驶系统包含具有识别预测驾驶行为的驾驶员模型模块，该驾驶员模型综合考虑视觉、触觉因素作为驾驶员的“路感”信息，使驾驶员模型能够识别和预测驾驶员的行为特征和驾驶需求，进而对车辆控制系统参数的进行实时地调节与修正，使车辆的性能更加符合驾驶员的驾驶特征，满足驾驶员的安全驾驶需求和个性需求，降低驾驶员的操作强度，提高驾驶员的驾驶舒适度，减少交通事故的发生。

通过应用本发明实施例的方法，在驾驶车辆的过程当中，能够将驾驶员的“路感”(视觉和触觉信息)考虑在内，建立驾驶员模型，并通过驾驶员模型识别、预测驾驶员的意图和驾驶需求，并根据该识别和预测结果，对车辆控制系统的相应参数做合理的实时修改，使车辆的性能满足驾驶员的个性需求以及安全需求，实现“人—车”之间的无缝协作功能，达到“车辆适应人”的控制目的，使车辆控制系统同时具有“识别”和“自适应”两大功能。

针对于不同的驾驶员模型，本系统中的驾驶员模型一方面其输入参数还可以加入驾驶员的生理特征参数(如年龄大小、醉酒情况、身体疲劳程度、反应的快慢等)和心理特征参数(如驾驶员的紧张程度、驾驶员的情绪稳定程度等)，另一方面其应用还可应用于发动机、离合器、变速器以及制动系统等系统参数的实时修正，以实现“车辆适应人”控制目标。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，包括驾驶员模型模块，所述驾驶员模型模块根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述车辆的性能。

2.一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，包括：道路环境检测模块、驾驶员操作检测模块、整车系统模块和驾驶员模型模块；

其中，

所述道路环境检测模块用于检测道路环境信息，其中道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息；

所述驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操作数据包括与驾驶员操作车辆有关的触觉信息；

所述整车系统模块用于输出车辆运动参数；

所述驾驶员模型模块，收集所述道路环境检测模块所检测的道路环境信息、所述驾驶员操作检测模块所检测的驾驶员操作数据及所述整车系统模块输出的车辆的运动参数，并通过分析所述道路环境信息以及所述车辆的运动参数获得驾驶所需的期望参数值、通过分析所述驾驶员操作检测模块所输出的数据获得驾驶员的驾驶特征、通过比较所述期望参数值与所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性能的需求，并依据所述需求调节车辆相应的参数。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括驾驶员模块，所述驾驶员模块用于根据所述驾驶员的操作改变所述车辆的运动状态。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述道路环境检测模块包括测距雷达和摄像机，所述道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息，所述视觉信息包括道路曲率、道路宽度、道路的路面附着系数以及交通流量。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述触觉信息包括对方向盘、制动踏板、加速踏板、离合器以及变速器的操作参数数据。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述整车系统模块输出的车辆运动参数包括车速、纵向加速度和横摆角速度。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的系统，其特征在于，道路环境包括弯道，在某一时刻，所述道路环境检测模块检测道路曲率半径ρ，所述驾驶员操作检测模块检测驾驶员对方向盘施加的实际方向盘转角δ_s，所述整车系统模块检测车辆的纵向速度v_x，在所述驾驶员模型模块中计算出期望的方向盘转角 ${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sr}}=i_s\frac{L(1-K{v}_x^2)}{\mathrm{\ρ}},$

其中，L为轴距，i_s为转向比，K为车辆稳定性系数，v_x为车辆纵向速度，ρ为道路曲率半径；

所述驾驶员模块对所述实际方向盘转角δ_s与所述期望的方向盘转角δ_sr进行比较，若则判断该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着力，将悬架阻尼参数增大；若则表明该驾驶员期望车辆通过弯道时应具有较好的舒适性，将悬架阻尼减小；若||δ_s|-|δ_sr||＜Δδ，则说明该驾驶员希望兼顾通过性和舒适性，将悬架阻尼调为中间值；其中，Δδ为设定的阈值。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-7中任一项所述的系统。

9.一种车辆驾驶方法，其特征在于，驾驶车辆中采用如权利要求1-6中任一项所述的系统。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

1)在车辆起步前，自动检测车辆的当前状态、驾驶员的当前状态以及前方道路状态；

2)检测当前t时刻的道路曲率半径ρ(t)，进行判断车辆是否将进入弯道，即判断ρ(t)＝∞是否成立；如若成立，则说明车辆处于直线车道行驶，并进行计算t+Δt时刻的道路曲率半径ρ(t+Δt)；若ρ(t)＜∞，说明车辆将要或已进入弯道行驶，并计算t+Δt时刻的道路曲率半径ρ(t+Δt)；

3)检测驾驶员对方向盘施的方向盘转角，即实际方向盘转角δ_s；

4)检测车辆的纵向速度v_x；

5)计算出通过该弯道期望的方向盘转角δ_sr，其中

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sr}}=i_s\frac{L(1-K{v}_x^2)}{\mathrm{\ρ}}$

其中，L为轴距，i_s为转向比，K为车辆稳定性系数，v_x为车辆纵向速度，ρ为道路曲率半径；

6)通过对δ_s和δ_sr进行比较，对车辆悬架的阻尼参数进行修正。若则表明该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着力，将悬架阻尼参数增大；若表明该驾驶员期望车辆通过弯道时应具有较好的舒适性，将悬架阻尼减小；若||δ_s|-|δ_sr||＜Δδ，则说明该驾驶员希望兼顾通过性和舒适性两者，将悬架阻尼调为中间值；其中，Δδ为设定的阈值。