CN104477167A - 一种智能驾驶系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能驾驶系统及其控制方法，系统包括路况感知单元、控制单元、执行单元和自动驾驶开关，路况感知单元包括GPS导航仪、摄像头、雷达，控制单元包括接收模块、评估模块和执行模块，执行单元包括加速踏板、刹车踏板、档位、方向盘。控制单元的接收模块接收路况感知系统的信息，评估模块根据接收到的信息对当前路况进行评估，如果适宜自动驾驶则计算出可以保证安全的自动驾驶速度值，执行单元根据评估结果控制执行部件执行相应操作。本发明加快了自动驾驶技术的实用化进程，减轻了驾驶员的工作量和人工驾驶误操作的可能性，提高了行车安全性。

Description

一种智能驾驶系统及其控制方法

技术领域

本发明属于车辆自动驾驶技术领域，具体涉及一种智能驾驶系统及其控制方法。

背景技术

随着社会的发展和人们生活水平的提高，家用汽车数量正呈现井喷式的增长，据统计2013年中国汽车数量已达到1.8亿，大量的城市存在严重的交通拥堵，严重影响经济和社会的发展。

目前交通调度主要依赖交通信号，驾驶由驾驶员完成。在拥堵路段每个交通车辆都是一个独立的单元，车辆间协调主要靠驾驶员的经验来实现，一旦驾驶员存在经验不足、不遵守交通信号等情况，极易造成交通肇事，对本来已经拥堵不堪的交通无疑是雪上加霜。

自动驾驶技术(即无人驾驶)是指依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让计算机在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。

当前自动驾驶技术仍然处于试验阶段，之所以无法尽早进入实用阶段是因为行车环境过于复杂，当前的人工智能水平还无法达到人类感知复杂环境的水平。以Google公司的自动驾驶汽车为例，它包含的主要关键部件有GPS芯片、摄像头、雷达、高性能处理器等。其中GPS用于提供精确的地图信息，目前通过人工先行驾驶获取；摄像头和雷达相当于人的眼睛，用于感知汽车周围的环境，包括识别车道线、信号灯、周围障碍物等；高性能处理器用于处理GPS、摄像头、雷达等采集的信息并向油门、刹车、方向盘等执行部件发出指令。这种自动驾驶系统成本高，需要建立强大、精确的地图数据，目前仍存在着无法在雪地行驶、地图无法及时收录建筑物和道路改造、遇到施工和事故无法做出判断以及无法识别交警手势和语言等困难。机器所擅长的是简单的、确定的、重复的工作，不善于处理复杂的、不确定的、多变的工作。短期内机器无法达到人类所具有的感知和判断能力，无法独立应对驾驶过程中遇到的所有特殊情况。

另一方面，目前已在中高档汽车上实现的是类似定速巡航的装置，这种装置根据道路状况和汽车的行驶阻力调整供油量，使汽车始终保持在所设定的车速行驶，驾驶员无需操纵油门。这种装置一定程度上减少了驾驶员的工作量，减少了不必要的车速变化，节省了能源。但是这些装置的智能化水平并不高，驾驶员仍然需要集中注意力操作方向盘、刹车等部件。在导航信息准确、天气良好、车道线清晰、周围没有太多障碍物的情况下，当前的自动驾驶技术完全可以胜任驾驶工作，机器并没有充分承担起它可以胜任的工作。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种智能驾驶系统及其控制方法，加快了自动驾驶技术的实用化进程，减轻了驾驶员的工作量和人工驾驶误操作的可能性。

一种智能驾驶系统，包括：

路况感知单元，用于获取车辆位置、路径规划、车道线和交通标志的图像以及周围障碍物的信息；

控制单元，用于接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理进而对当前路况进行评估，从而根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制；

执行单元，用于根据控制单元的控制指令，执行相应的操作。

所述的路况感知单元包括GPS导航仪、摄像头和雷达；所述的GPS导航仪用于车辆定位和路径规划；所述的摄像头用于采集车道线和交通标志的图像；所述的雷达用于检测周围障碍物信息，包括前车车距、后车车距、两边行人以及车辆的距离。

所述的控制单元包括：

接收处理模块，用于接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理；

评估模块，用于根据处理后的信息对当前路况进行评估；

控制模块，用于根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制，以向执行单元输出相应的控制指令。

所述的执行单元包括加速踏板、刹车踏板、档位和方向盘；所述的加速踏板用于控制油门开度或电机转速；所述的刹车踏板用于汽车减速和制动；所述的档位用于控制汽车前进后退以及行驶速度；所述的方向盘用于汽车转向。

优选地，系统还包括与控制单元连接的自动驾驶开关，用户可通过该开关手动启动或关闭自动驾驶模式。

优选地，所述的执行单元的各部件上安装有感应装置，当车辆处于人工驾驶模式时，若感应装置检测到驾驶员在一段时间内没有操作执行单元的部件，则系统打开自动驾驶开关，进而接管车辆进行自动驾驶并通过声光警示驾驶员；当车辆处于自动驾驶模式时，如果感应装置检测到驾驶员开始操作执行单元的部件，则系统关闭自动驾驶开关，将驾驶权交还给驾驶员。

上述智能驾驶系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理；

(2)根据处理后的信息对当前路况进行评估；

(3)根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制，以向执行单元输出相应的控制指令。

所述的步骤(2)中对当前路况进行评估的标准如下：

根据信息判断出若存在摄像头失灵、雷达失灵、道路中断、前方有人突然闯入的意外情况，则评估结果为危险；根据信息判断若GPS导航信号不稳定、车道线模糊不清、周围环境复杂，则评估结果为不宜自动驾驶，此时智能驾驶系统不能保证行车安全；根据信息判断若GPS导航信号稳定、车道线清晰、周围没有过多障碍物，则评估结果为适宜自动驾驶，并根据信息计算出保证安全驾驶的速度值，智能驾驶系统可以在一定速度下保证车辆安全行驶。

所述的步骤(3)中，若评估结果为危险，当前车辆处于自动驾驶模式且车速不为零，智能驾驶系统警告驾驶员出现意外情况，则系统控制刹车踏板紧急制动；若评估结果为不宜自动驾驶，智能驾驶系统提示驾驶员当前路况不佳，当前车辆处于自动驾驶模式且车速不为零，则系统控制刹车踏板制动；若评估结果为适宜自动驾驶，当前车辆已处于自动驾驶模式，则系统控制车辆以保证安全驾驶的速度值继续进行自动驾驶；若评估结果为适宜自动驾驶，当前车辆处于人工驾驶模式，则系统提示驾驶员当前路况可以切换为自动驾驶模式，并由驾驶员自主选择。

在满足现有自动驾驶技术所需路况条件下使用本发明智能驾驶系统，系统计算当前路况条件下所能保证行车安全的速度值并在该速度值下进行自动驾驶，保证自动驾驶的安全性。在雨雪、大雾、道路临时更改等特殊情况下，无法保证行车安全，智能驾驶系统控制车辆减速或制动并把驾驶权交还驾驶员。人工驾驶和自动驾驶之间可以非常方便地相互切换。本发明减少了驾驶员工作量，降低了人工驾驶误操作的可能性，提高了行车安全性。

附图说明

图1为本发明驾驶系统的结构示意图。

图2为本发明控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明智能驾驶系统，包括路况感知单元、控制单元和执行单元以及自动驾驶开关；其中：

路况感知单元用于获取车辆位置、路径规划、车道线和交通标志的图像以及周围障碍物的信息。本实施方式路况感知单元包括GPS导航仪、摄像头和雷达，其中GPS导航仪用于车辆定位和路径规划；摄像头用于检测车道线、交通标志等；雷达用于检测周围障碍物信息，包括前车车距、后车车距、两边的行人和车辆等。

控制单元用于接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理进而对当前路况进行评估，从而根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制。本实施方式控制单元包括接收处理模块、评估模块和控制模块，其中接收处理模块用于接收路况感知单元检测到的路况信息；评估模块根据接收模块接收到的路况信息对当前路况进行评估；控制模块根据评估模块评估的结果执行相应的操作。

执行单元用于根据控制单元的控制指令，执行相应的操作。本实施方式执行单元包括加速踏板、刹车踏板、档位和方向盘，其中加速踏板用于控制油门开度或电机转速，刹车踏板用于汽车减速和制动，档位用于控制汽车前进后退以及行驶速度，方向盘用于汽车转向。本实施方式执行单元的各部件上安装有感应装置，当车辆处于人工驾驶模式时，若感应装置检测到驾驶员在一段时间内没有操作执行单元的部件，则系统打开自动驾驶开关，进而接管车辆进行自动驾驶并通过声光警示驾驶员；当车辆处于自动驾驶模式时，如果感应装置检测到驾驶员开始操作执行单元的部件，则系统关闭自动驾驶开关，将驾驶权交还给驾驶员。

自动驾驶开关用于驾驶员手动打开或关闭自动驾驶模式。

本实施方式智能驾驶系统的控制方法流程如图2所示：

首先，控制单元的接收处理模块接收路况感知系统信息。

然后，控制单元的评估模块根据接收到的路况信息对当前路况进行评估，主要评估标准包括：各检测装置是否正常工作，GPS导航仪信号是否稳定，路径规划是否完成，车道线是否规则清晰，道路标示是否能够识别，周围障碍物数量如何等。如果GPS导航仪信号缺失，摄像头信号缺失，雷达信号缺失，前方道路中断，突然有障碍物闯入等紧急情况，评估模块评估结果为危险；如果GPS导航仪信号不稳定，车道线不清晰，道路标示不清晰，周围障碍物较多，智能驾驶系统不能保证行车安全，评估结果为不宜自动驾驶；如果GPS导航仪信号稳定，车道线清晰，道路标示清晰，周围障碍物较少，智能驾驶系统可以在一定速度值下安全地进行自动驾驶，评估结果为适宜自动驾驶，并计算可以安全自动驾驶的速度值。

最后，控制单元的执行模块根据评估结果执行相应操作。如果评估结果为危险，若当前处于自动驾驶模式且车速不为零，执行模块控制刹车踏板进行紧急制动；如果评估结果为不宜自动驾驶，若当前处于自动驾驶模式且车速不为零，执行模块控制刹车踏板减速和制动；如果评估结果为适宜自动驾驶，若当前处于自动驾驶模式，则根据评估模块计算的安全自动驾驶速度值继续进行自动驾驶，若当前处于人工驾驶模式，则提示驾驶员当前路况可以进行自动驾驶，驾驶员打开自动驾驶开关后车辆进入自动驾驶模式。

本实施方式在执行单元部件上装有感应元件，可以检测到驾驶员是否在驾驶汽车，例如方向盘上安装压力传感器，踏板上安装红外传感器等。

车辆处于人工驾驶模式，例如驾驶员关闭自动驾驶开关，驾驶员手工操控车辆等。如果检测到一段时间驾驶员没有操控执行部件，系统打开自动驾驶开关，智能驾驶系统接管车辆，进入自动驾驶模式并提醒驾驶员。例如驾驶员的手离开方向盘的时间超过3秒，这时驾驶员可能疏忽、疲劳或者出现其他意外，为了保证行车安全，智能驾驶系统接管车辆进行自动驾驶。

车辆处于自动驾驶模式，例如驾驶员打开自动驾驶开关，驾驶员长时间没有操控车辆自动进入自动驾驶模式等。如果检测到驾驶员开始操控执行部件，系统关闭自动驾驶开关，车辆进入人工驾驶模式。例如自动驾驶过程中驾驶员想要接管车辆，手放回方向盘或者脚放回踏板，那么系统关闭自动驾驶开关，进行人工驾驶。

以上实施例提供的技术方案可以通过软件编程实现。以上方案仅为本发明的较佳实施例，路况感知系统除了GPS导航仪、摄像头、雷达外还可以有其它组合形式，执行部件除了方向盘、档位、加速踏板、刹车踏板外还可以有其它组合形式，例如将加速踏板和刹车踏板整合成一个控制踏板等。本发明的智能驾驶系统和控制方法不仅适用于传统汽车，同样适用于电动汽车。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，都应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能驾驶系统，其特征在于，包括：

路况感知单元，用于获取车辆位置、路径规划、车道线和交通标志的图像以及周围障碍物的信息；

控制单元，用于接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理进而对当前路况进行评估，从而根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制；

执行单元，用于根据控制单元的控制指令，执行相应的操作。

2.根据权利要求1所述的智能驾驶系统，其特征在于：所述的路况感知单元包括GPS导航仪、摄像头和雷达；所述的GPS导航仪用于车辆定位和路径规划；所述的摄像头用于采集车道线和交通标志的图像；所述的雷达用于检测周围障碍物信息，包括前车车距、后车车距、两边行人以及车辆的距离。

3.根据权利要求1所述的智能驾驶系统，其特征在于：所述的控制单元包括：

接收处理模块，用于接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理；

评估模块，用于根据处理后的信息对当前路况进行评估；

控制模块，用于根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制，以向执行单元输出相应的控制指令。

4.根据权利要求1所述的智能驾驶系统，其特征在于：所述的执行单元包括加速踏板、刹车踏板、档位和方向盘；所述的加速踏板用于控制油门开度或电机转速；所述的刹车踏板用于汽车减速和制动；所述的档位用于控制汽车前进后退以及行驶速度；所述的方向盘用于汽车转向。

5.根据权利要求1所述的智能驾驶系统，其特征在于：还包括与控制单元连接的自动驾驶开关。

6.根据权利要求5所述的智能驾驶系统，其特征在于：所述的执行单元的各部件上安装有感应装置，当车辆处于人工驾驶模式时，若感应装置检测到驾驶员在一段时间内没有操作执行单元的部件，则系统打开自动驾驶开关，进而接管车辆进行自动驾驶并通过声光警示驾驶员；当车辆处于自动驾驶模式时，如果感应装置检测到驾驶员开始操作执行单元的部件，则系统关闭自动驾驶开关，将驾驶权交还给驾驶员。

7.一种如权利要求1～6任一权利要求所述的智能驾驶系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)接收路况感知单元获取得到的信息，并对这些信息进行处理；

(2)根据处理后的信息对当前路况进行评估；

(3)根据评估结果确定车辆采用自动驾驶模式或人工驾驶模式，进而根据确定的行车模式对车辆进行驾驶控制，以向执行单元输出相应的控制指令。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中对当前路况进行评估的标准如下：

根据信息判断出若存在摄像头失灵、雷达失灵、道路中断、前方有人突然闯入的意外情况，则评估结果为危险；若GPS导航信号不稳定、车道线模糊不清、周围环境复杂，则评估结果为不宜自动驾驶；若GPS导航信号稳定、车道线清晰、周围没有过多障碍物，则评估结果为适宜自动驾驶，并根据信息计算出保证安全驾驶的速度值。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，若评估结果为危险，当前车辆处于自动驾驶模式且车速不为零，则系统控制刹车踏板紧急制动；若评估结果为不宜自动驾驶，当前车辆处于自动驾驶模式且车速不为零，则系统控制刹车踏板制动；若评估结果为适宜自动驾驶，当前车辆已处于自动驾驶模式，则系统控制车辆以保证安全驾驶的速度值继续进行自动驾驶；若评估结果为适宜自动驾驶，当前车辆处于人工驾驶模式，则系统提示驾驶员当前路况可以切换为自动驾驶模式，并由驾驶员自主选择。