CN105730453A - 基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三层架构的智能汽车交互系统，包括:车载信息模块：车载信息模块位于车辆内部，包括图像模块、导航模块、雷达及决策模块；交互中间模块：交互中间层是建立在智能车与移动端之间进行交互的程序，用于对接智能车导航、雷达、图像、决策等各组接口，提供移动端交互程序一个稳定的数据接口；交互中间模块从智能车导航、雷达、图像各组接收车辆数据并进行必要的处理。本发明保证了数据的实时性、有效性和完整性，又提高了数据处理速度的智能汽车控制系统。实现在无线终端设备上实时显示智能车图像、导航、雷达信息。同时还向乘客提供语音播报和自主控制功能；提供一种简约高效的智能车人机交互系统。

Description

基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法

技术领域

本发明涉及一种汽车领域，具体的说，是涉及一种基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法。

背景技术

智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能车辆就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。

目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互系统。交互系统是智能汽车必不可少的组成部分，它对驾乘人员掌握智能汽车的各项性能指标以及行车数据起着重要作用。

交互系统主要连接车辆的雷达、图像、导航和决策等几个模块，实现车辆先验轨迹获取、周边障碍物检测、周边路况信息获取、导航信息获取、车辆行驶姿态和位置及车辆控制等多方面的作用。

通常对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性系统的控制过程。驾驶员既要接受环境如道路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速度等的信息，然后经过判断、分析和决策，并与自己的驾驶经验相比较，确定出应该做的操纵动作，最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况，很容易造成交通事故。

现有的汽车控制系统数据处理速度慢，难以保证数据处理的实时性、有效性和完整性，难以保证车辆的行驶安全。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种保证数据的实时性、有效性和完整性，又提高了数据处理速度的基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法。

本发明所采取的技术方案的一个方面是一种基于三层架构的智能汽车交互系统，包括车载信息模块：车载信息模块位于车辆内部，包括图像模块、导航模块、雷达及决策模块，还包括：

交互中间模块：用于对接智能车导航、雷达、图像、决策等各组接口，提供移动端交互程序一个稳定的数据接口；交互中间模块从智能车导航、雷达、图像各组接收车辆数据进行格式统一；

无线终端：根据部署在无线终端设备上的交互应用，获取智能车图像、导航以及雷达传感器的信息并且实时显示智能车运行状态；向智能车发送自主驾驶命令。

优选的是，所述图像模块提供包括路段中红绿灯、车道线、停止线以及车道牌的位置信息。

在上述任一方案中优选的是，所述导航模块提供包括智能车经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及速度信息。

在上述任一方案中优选的是，所述雷达模块提供包括行人、车辆以及其它障碍物的位置信息。

在上述任一方案中优选的是，所述决策模块提供智能车行驶路径分析的信息。

在上述任一方案中优选的是，所述无线终端设备是移动设备，移动设备包括手机、平板电脑。

在上述任一方案中优选的是，包括语音播报模块，语音播报模块是指为了提高智能车交互体验，通过车载音箱或者外接音箱，在智能车处于一定的行驶状态时，播放一段预先设定的语音。

在上述任一方案中优选的是，所述语音播报模块中设置GPS接收装置，所述GPS接收装置接收GPS卫星导航信息。

在上述任一方案中优选的是，所述GPS接收装置根据行车状态向语音播报模块实时传送信息，所述语音播报模块接收GPS接收装置传送的信息，并按照所述信息进行播报：

交互中间模块启动交互中间模块驱动程序，播报欢迎乘客的语音；

当智能车加速/减速时，播报提醒乘客车辆加速/减速，注意安全的语音；

当智能车即将转弯时，播报提醒乘客前方车辆要转弯，注意安全的语音。

在上述任一方案中优选的是，导航数据格式统一为智能车经纬度、航向角、俯仰角、侧倾角以及车速信息，将整理后的导航信息发往前端设备显示；雷达组数据格式统一为障碍物坐标和障碍物类型；障碍物坐标以车前为原点，每20cm为一刻度的二维栅格图坐标；障碍物类型指卡车、小车，然后将整理过的雷达信息发往前端设备显示；图像组数据格式统一为图像元素坐标和图像元素类型，图像元素坐标以车前为原点，每20cm为一刻度的二维栅格图坐标；图像元素类型指红绿灯、车道线、车道牌等信息，然后将整理过的图像信息发往前端设备显示。

本发明的另一个技术方案是一种基于三层架构的智能汽车交互系统设计方法，包括如下步骤:

a）车载信息系统的导航模块根据行车轨迹记录智能车的导航数据；导航数据包括：经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及车辆行驶速度；

b）车载信息系统的雷达模块记录行车过程中雷达数据；雷达数据包括行人、汽车以及其它障碍物位置等信息；

c）车载信息系统的图像模块记录行车过程中图像数据；图像数据包括车道线、红绿灯以及标识牌的位置等信息，其特征在于：

d）车载信息系统将获取导航数据传输给交互中间层；

e）车载信息系统将获取雷达数据传输给交互中间层；

f）车载信息系统将获取图像数据传输给交互中间层；

g）交互中间层对获取数据进行格式统一：

h）交互中间层接受决策语音播报指令，包括智能车加速、减速语音播报指令。交互中间层接受到指令后，根据不同的指令，将语音播报指令的文本信息转发给语音模块，语音模块通过车载音箱或外接音箱播报语音；

j）交互中间层等待无线终端设备的数据请求；根据无线终端设备发送的请求类型向无线终端设备发送相应的模块数据。

优选的是，所述无线终端设备通过UDP协议向交互中间层发送一个请求。

在上述任一方案中优选的是，所述交互中间层收到图像数据请求后，会向无线终端设备发送车道线以及红绿灯的坐标信息。

在上述任一方案中优选的是，所述交互中间层收到导航数据请求后，会向无线终端设备发送智能车当前经纬度值、车速、航向角、横滚角等信息。

在上述任一方案中优选的是，所述交互中间层收到雷达数据请求后，会向无线终端设备发送障碍物的坐标信息。

在上述任一方案中优选的是，交互中间层接收移动终端设备发出的自主驾驶命令，并将车辆控制命令转发至车辆决策；

无线终端设备发出上交互应用的启动按钮，无线终端设备发出启动指令，智能车由静止变为以5km/h的速度向前行驶；

点击无线终端设备上交互应用的加速按钮，无线终端设备发出加速指令，当前智能车行驶速度增加5km/h；

点击无线终端设备上交互应用的减速按钮，无线终端设备发出加速指令，当前智能车行驶速度减少5km/h；

点击无线终端设备上交互应用的停止按钮，无线终端设备发出停止指令，智能车停止；

点击无线终端设备上交互应用的左转按钮，无线终端设备发出左转指令，智能车向左转30度；

点击无线终端设备上交互应用的右转按钮，无线终端设备发出右转指令，智能车向右转30度。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法，可在无线终端设备上实时显示智能车图像、导航、雷达信息。同时，还向乘客提供语音播报和自主控制功能，提供一种保证数据的实时性、有效性和完整性，简约高效的智能车人机交互系统。

附图说明

图1是按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统设计方法的流程一优选实施例的示意图；

图2是按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统的结构的一优选实施例的示意图；

图3是按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统的雷达和图像栅格的优选实施例的示意图；

图4是按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统设计方法的自主驾驶的一优选实施例的流程图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图1-4可知，按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统的一优选实施例，包括:

车载信息模块：车载信息模块位于车辆内部，包括图像模块、导航模块、雷达及决策模块；

交互中间模块：用于对接智能车导航、雷达、图像、决策等各组接口，提供移动端交互程序一个稳定的数据接口；

交互中间模块从智能车导航、雷达、图像各组接收车辆数据进行格式统一；

无线终端：根据部署在无线终端设备上的交互应用，获取智能车图像、导航以及雷达传感器的信息并且实时显示智能车运行状态；向智能车发送自主驾驶命令。

所述图像模块提供包括路段中红绿灯、车道线、停止线以及车道牌的位置信息。

所述导航模块提供包括智能车经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及速度信息。

所述雷达模块提供包括行人、车辆以及其它障碍物的位置信息。

所述决策模块提供智能车行驶路径分析的信息。

所述无线终端设备是移动设备，移动设备包括指手机、平板电脑。

包括语音播报模块，语音播报模块是指为了提高智能车交互体验，通过车载音箱或者外接音箱，在智能车处于一定的行驶状态时，播放一段预先设定的语音。

所述语音播报模块中设置GPS接收装置，所述GPS接收装置接收GPS卫星导航信息，所述GPS接收装置根据行车状态向语音播报模块实时传送信息，所述语音播报模块接收GPS接收装置传送的信息，并按照所述信息进行播报：

当交互中间模块程序启动时，播报欢迎乘客的语音；

当智能车加速/减速时，播报提醒乘客车辆加速/减速，注意安全的语音；

当智能车即将转弯时，播报提醒乘客前方车辆要转弯，注意安全的语音。

导航数据格式统一为智能车经纬度、航向角、俯仰角、侧倾角以及车速信息，将整理后的导航信息发往前端设备显示；雷达组数据格式统一为障碍物坐标和障碍物类型；障碍物坐标以车前为原点，每20cm为一刻度的二维栅格图坐标，见图3；障碍物类型指卡车、小车，然后将整理过的雷达信息发往前端设备显示；图像组数据格式统一为图像元素坐标和图像元素类型，图像元素坐标以车前为原点，每20cm为一刻度的二维栅格图坐标，见图3；图像元素类型指红绿灯、车道线、车道牌等信息，然后将整理过的图像信息发往前端设备显示。

按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统设计方法的一优选实施例包括如下步骤:

a）车载信息系统的导航模块根据行车轨迹记录智能车的导航数据；导航数据包括：经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及车辆行驶速度；

b）车载信息系统的雷达模块记录行车过程中雷达数据；雷达数据包括行人、汽车以及其它障碍物位置等信息；

c）车载信息系统的图像模块记录行车过程中图像数据；图像数据包括车道线、红绿灯以及标识牌的位置等信息；

d）车载信息系统将获取导航数据传输给交互中间层；

e）车载信息系统将获取雷达数据传输给交互中间层；

f）车载信息系统将获取图像数据传输给交互中间层；

g）交互中间层对获取数据进行格式统一：

h）交互中间层接受决策语音播报指令，包括智能车加速、减速语音播报指令。交互中间层接受到指令后，根据不同的指令，将语音播报指令的文本信息转发给语音模块，语音模块通过车载音箱或外接音箱播报语音；

j）交互中间层等待无线终端设备的数据请求；根据无线终端设备发送的请求类型向无线终端设备发送相应的模块数据。

所述无线终端设备通过UDP协议向交互中间层发送一个请求。

所述交互中间层收到图像数据请求后，会向无线终端设备发送车道线以及红绿灯的坐标信息。

所述交互中间层收到导航数据请求后，会向无线终端设备发送智能车当前经纬度值、车速、航向角、横滚角等信息。

所述交互中间层收到雷达数据请求后，会向无线终端设备发送障碍物的坐标信息。

交互中间层接收移动终端设备发出的自主驾驶命令，并将车辆控制命令转发至车辆决策；

无线终端设备发出上交互应用的启动按钮，无线终端设备发出启动指令，智能车由静止变为以5km/h的速度向前行驶；

点击无线终端设备上交互应用的加速按钮，无线终端设备发出加速指令，当前智能车行驶速度增加5km/h；

点击无线终端设备上交互应用的减速按钮，无线终端设备发出加速指令，当前智能车行驶速度减少5km/h；

点击无线终端设备上交互应用的停止按钮，无线终端设备发出停止指令，智能车停止；

点击无线终端设备上交互应用的左转按钮，无线终端设备发出左转指令，智能车向左转30度；

点击无线终端设备上交互应用的右转按钮，无线终端设备发出右转指令，智能车向右转30度。

对于在市面上流行的各种非智能汽车交互系统中，其中包括宝马iDrive、奔驰COMAND和奥迪MMI系统，这些车载交互系统能提供丰富的导航信息，但是此类系统都不能提供交互系统与车辆的深度结合，无法获取车辆周边信息，比如旁边车辆的位置以及车道线位置等。除此之外，此类系统也无法使用车辆控制命令。

按照本发明的基于三层架构的智能汽车交互系统及设计方法，可在无线终端设备上实时显示智能车图像、导航、雷达信息。同时，还向乘客提供语音播报和自主控制功能，提供一种保证数据的实时性、有效性和完整性，简约高效的智能车人机交互系统。

如图2所示，按照本发明的只能汽车控制系统的一优选的具体架构为：

车载信息系统位于车辆内部，包括图像、导航、雷达及决策模块。各模块提供车辆行驶状态信息。

交互中间层是一个信息传递枢纽，对数据传输起到承上启下的作用。交互中间层是建立在智能车与移动端之间进行交互的程序，用于隔离智能车导航、雷达、图像、决策等各组接口的变化，提供移动端交互程序一个稳定的数据接口。交互中间层从智能车导航、雷达、图像各组接收车辆数据并进行必要的处理后，发往移动终端设备，显示当车辆及道路信息。此外，交互中间层还提供语音播报和自主驾驶功能。

无线终端设备是指手机、平板电脑等移动设备。根据部署在无线终端设备上的交互应用，获取智能车图像、导航以及雷达传感器的信息并且实时显示智能车运行状态。同时，还可以向智能车发送车辆控制命令。

如图4所示，交互中间层接收移动终端设备发出的自主驾驶命令，并将自主驾驶命令转发至车辆决策系统，以到达通过移动终端设备控制车辆的目的。

本发明基于三层架构的智能汽车交互系统具体控制过程如下:

a）交互中间层等待接收无线终端设备的自主控制指令;

b）交互中间层接收到无线终端设备的自主控制指令后，交互中间层存储将自主控制指令，并将自主控制命令信息发送至车载信息系统的决策模块；车载信息系统的决策模块根据自主控制命令对车辆进行：启动、停止、加速、减速、左转、右转。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种基于三层架构的智能汽车交互系统，包括车载信息模块：车载信息模块位于车辆内部，包括图像模块、导航模块、雷达及决策模块，其特征在于，还包括：

交互中间模块：用于对接智能车导航、雷达、图像、决策等各组接口，提供移动端交互程序一个稳定的数据接口；交互中间模块从智能车导航、雷达、图像各组接收车辆数据进行格式统一；

无线终端：根据部署在无线终端设备上的交互应用，获取智能车图像、导航以及雷达传感器的信息并且实时显示智能车运行状态；向智能车发送自主驾驶命令。

2.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述图像模块提供包括路段中红绿灯、车道线、停止线以及车道牌的位置信息。

3.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述导航模块提供包括智能车经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及速度信息。

4.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述雷达模块提供包括行人、车辆以及其它障碍物的位置信息。

5.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述决策模块提供智能车行驶路径分析的信息。

6.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述无线终端设备是移动设备，移动设备包括手机、平板电脑。

7.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：包括语音播报模块，语音播报模块是指为了提高智能车交互体验，通过车载音箱或者外接音箱，在智能车处于一定的行驶状态时，播放一段预先设定的语音。

8.根据权利要求1所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述语音播报模块中设置GPS接收装置，所述GPS接收装置接收GPS卫星导航信息。

9.根据权利要求8所述基于三层架构的智能汽车交互系统，其特征在于：所述GPS接收装置根据行车状态向语音播报模块实时传送信息，所述语音播报模块接收GPS接收装置传送的信息，并按照所述信息进行播报：

交互中间模块启动交互中间模块驱动程序，播报欢迎乘客的语音；

当智能车加速/减速时，播报提醒乘客车辆加速/减速，注意安全的语音；

当智能车即将转弯时，播报提醒乘客前方车辆要转弯，注意安全的语音。

10.一种基于三层架构的智能汽车交互系统设计方法，包括如下步骤:

a）车载信息系统的导航模块根据行车轨迹记录智能车的导航数据；导航数据包括：经纬度、航向角、俯仰角、横滚角以及车辆行驶速度；

b）车载信息系统的雷达模块记录行车过程中雷达数据；雷达数据包括行人、汽车以及其它障碍物位置等信息；

c）车载信息系统的图像模块记录行车过程中图像数据；图像数据包括车道线、红绿灯以及标识牌的位置等信息，其特征在于：

d）车载信息系统将获取导航数据传输给交互中间层；

e）车载信息系统将获取雷达数据传输给交互中间层；

f）车载信息系统将获取图像数据传输给交互中间层；

g）交互中间层对获取数据进行格式统一：

h）交互中间层接受决策语音播报指令，包括智能车加速、减速语音播报指令,

交互中间层接受到指令后，根据不同的指令，将语音播报指令的文本信息转发给语音模块，语音模块通过车载音箱或外接音箱播报语音；

j）交互中间层等待无线终端设备的数据请求；根据无线终端设备发送的请求类型向无线终端设备发送相应的模块数据。