CN107810127A - 用于自动化车辆的利用可变警报的认知型驾驶员辅助 - Google Patents

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Abstract

一种认知型驾驶员辅助系统(10)包括物体检测装置(18)、操作员检测装置(22)和控制器(20)。物体检测装置(18)可操作用于检测物体(16)何时接近本车(14)。操作员检测装置(22)可操作用于确定所述本车(14)的操作员(12)何时意识到所述物体(16)。控制器(20)被配置成在物体检测装置(18)检测到物体(16)时，为本车(14)的操作员(12)输出警报信号(24)。警报信号(24)的特征在于可变的警报强度(28)。控制器(20)被配置成在操作员(12)未意识到物体(16)时增大警报强度(28)。

Description

用于自动化车辆的利用可变警报的认知型驾驶员辅助
技术领域
本公开总体上涉及认知型驾驶员辅助系统，并且更具体而言，涉及在车辆的操作员未意识到接近车辆的物体时以增大的强度输出警报的系统。
背景技术
已知为车辆配备有警告操作员有接近该操作员所驾驶的本车的物体、或从操作员接管对本车的控制以避免与接近本车的物体发生碰撞的系统。然而，在一些情况下，如果操作员是警觉的并完全意识到物体的存在/位置，则警报或接管控制可能是不必要的和/或令人厌烦的。
发明内容
本文描述的是一种认知型驾驶员辅助系统，该系统改变警报的警报强度或改变该系统接管由操作员驾驶的本车的控制的程度。根据对操作员意识到接近本车或处于本车的行驶路径中的特定物体的程度的度量来确定警报强度和接管权限。例如，如果操作员看起来疲惫或注意力不集中，可以提高警报的警报强度以唤醒操作员，和/或可以限制允许操作员手动操作本车的操作员权限的量，使得为自动化车辆操作提供的自动化控制可以取代由操作员操作的手动控制并暂时接管对本车的控制。注意，本车的自动化操作包括宽范围的选项，从部分自动化到完全自动化(即，自主操作)，在部分自动化中，例如，仅使速度控制自动化，在完全自动化中，本车的操作员参与对本车的操作的程度与乘客一样多。
根据一个实施例，提供了一种认知型驾驶员辅助系统。该系统包括物体检测装置、操作员检测装置和控制器。物体检测装置可操作用于检测物体何时接近本车。操作员检测装置可操作用于确定本车的操作员何时意识到所述物体。控制器被配置成在物体检测装置检测到物体时，为本车的操作员输出警报信号。警报信号的特征在于可变的警报强度。控制器被配置成在操作员未意识到所述物体时增大警报强度。
在阅读优选实施例的以下具体实施方式时，其它特征和优点将显得更加清晰，仅通过非限制性示例的方式并参考附图给出所述优选实施例。
附图说明
现在将通过示例的方式并参考附图来描述本发明，在附图中：
图1是根据一个实施例的认知型驾驶员辅助系统的示图；
图2是根据一个实施例的图1的系统所经受的示例性交通情形；
图3是根据一个实施例的图1的系统所经受的示例性交通情形；
图4是根据一个实施例的图1的系统所经受的示例性交通情形；
图5是根据一个实施例的图1的系统所经受的示例性交通情形；以及
图6是根据一个实施例的图1的系统所经受的示例性交通情形。
具体实施方式
图1示出了认知型驾驶员辅助系统10(在下文中称为系统10)的非限制性示例。通常，系统10被配置成基于操作员12对接近本车14的物体16的认知状态来辅助操作员12对本车14进行手动操作。如下文更详细所述，由系统10向操作员12提供的辅助的水平可以改变，从简单到在诸如另一车辆的物体16存在于操作员12的所谓的盲点中时点亮警报指示器的事物，改变到复杂到接管对本车14的完全控制(即，完全取代操作员12)的事物，以避免与物体16碰撞。本文将系统10描述为其相对于现有技术驾驶员辅助系统的优点在于系统10考虑了操作员12的认知状态，从而可以确定辅助操作员12所必需的辅助的水平。例如，如果操作员12未意识到与警报相关的特定物体，则可以增大可听警报指示器的响度。
因此，系统10包括能够操作用于或可用于检测物体16何时接近本车14的物体检测装置18。物体检测装置18可以包括但不限于被适当地配置成检测本车14周围的各种物体的摄像机、雷达单元和/或激光雷达单元。通过其它示例但并非限制，可以使用相机拍摄物体的图像，所述物体例如其它车辆、建筑物、道路标志、行人、车道标记、道路危险、建筑区域标记和接近本车14或在本车14周围设置的其它物体。
可以将来自相机的信息与来自雷达单元和/或激光雷达单元的检测信息组合以形成在围绕本车14的区域中的各种物体的二维或三维地图。可以将物体检测装置18的操作所收集的信息提供到控制器20以用于进一步分析。即，物体检测装置18可能自身不能实际确定物体16的位置或分类。典型地，该任务落到控制器20，但这不是对系统10的要求。换言之，物体检测装置18或控制器20的任一个都可以执行确定物体16的相对位置或分类所必需的数据或信号处理。
物体检测装置18还可以包括车到车(V2V)收发器。如果物体16是也配备有V2V收发器的另一车辆，那么系统10能够通知操作员12另一车辆正在靠近，即使操作员12由于两个车辆之间的视线被遮挡而不能看到该另一车辆。
系统10可以被配置成基于从物体检测装置18接收的信号对物体16进行分类。例如，如果物体16是垂直于本车14的行驶方向步行的行人，则来自激光雷达单元或雷达单元的信号可以具有由于行人的双腿的交替运动而导致的独特标志。类似地，从移动车辆反射的雷达回波可以包括由于移动车辆的车轮的旋转运动而导致的微小波动。该信息可以任选地与其它已知图像处理技术组合以将物体分类为例如行人、另一车辆、建筑区域标记、动物、道路障碍等。也可以使用关于物体16的运动的信息对物体16进行分类并向物体16分配与运动相关的参数，例如速度、轨迹、加速度/减速度等。这样一来，物体检测装置18可操作用于检测物体16何时在行驶路径中接近，即临近，或靠近本车14的行驶路径。
对于本领域技术人员应当明显的是，控制器20可以包括处理器(未具体示出)，例如微处理器或其它控制电路，例如模拟和/或数字控制电路，包括用于处理数据的专用集成电路(ASIC)。控制器20可以包括存储器(未具体示出)，包括非易失性存储器，例如电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，用于存储一个或多个例程、阈值和采集的数据。可以由处理器执行该一个或多个例程以执行如本文所述的用于处理由控制器20接收的信号以操作本车14的步骤。
系统10还包括操作员检测装置22，其可操作用于或有用于判断本车14的操作员12何时意识到物体16。操作员检测装置22可以包括被配置成在可见光谱和/或红外光谱中拍摄操作员12的图像的相机，以及在光谱的适当部分中发射光以使得不论环境照明条件如何相机都能够看到操作员12的光源。可以由操作员检测装置22或控制器20处理/分析操作员12的图像以例如判断操作员12的眼睛是否闭合(闭合指示操作员12正在睡觉)，判断操作员的头部姿态是否以指示操作员12疲劳的方式变化，和/或判断操作员12的眼睛凝视方向是否指示操作员12已经或尚未看到物体16。确定操作员12的认知状态的图像处理技术是公知的，认知状态例如是操作员在看哪里(眼睛凝视方向)和/或操作员12是否警觉(眼睛眨动、头部姿态变化)。
如果经由操作员检测装置22观察到或确定操作员12的眼睛凝视方向不在允许操作员12直接、经由反光镜或经由周边视觉看到物体16的方向上，那么那可能是指示操作员12未意识到物体16。如果系统10确定操作员12未意识到物体16，并且物体16相对于本车14的相对位置使得可能发生碰撞或冲突，那么系统10可以做出各种行动以辅助操作员12避免与物体16发生碰撞或发生冲突。如本文使用的，与物体16发生冲突意味着本车14和物体16的轨迹使得如果任一者不发生改变，则可能发生碰撞。通过示例而非限制，当物体16是在本车14旁边的车道中行驶并处于操作员12的盲点中的另一车辆，并且操作员12以使得该另一车辆转向以避免碰撞的方式操作本车14时，发生冲突的示例。即，未发生碰撞，而是由于另一车辆的动作而避免了碰撞，以避免与本车14碰撞。
在系统10的一个实施例中，控制器20可以被配置成在物体检测装置18检测到物体16时，为本车14的操作员12输出警报信号24。向警报装置26提供警报信号24，警报装置26例如可以包括可视警报装置(例如可重新配置显示器的被照亮的指示器或高亮区域)、可听警报装置(例如蜂鸣器或扬声器)、和/或触觉警报装置(例如位于本车14的座位或方向盘中的振动装置)。
在本实施例中，警报信号24的特征在于可变的警报强度28。例如，可以通过增大可听警报的响度、增大可视警报的高亮强度或使之剧烈闪烁、和/或同时组合可从警报装置26获得的警报类型中的两种或更多种，来提高警报装置26的警报的强度。可以设想，初始可以将警报强度28设置为零或无，使得不给出警报，即，不激活警报装置，并且增大警报强度28对应于从不给出警报改变为给出一些警报。即，并不要求增大警报强度28必需意味着初始警报强度不为零或无。
本文描述的系统10是相对于现有技术系统的改进，因为控制器20被配置成在操作员12未意识到物体16时增大警报强度28。即，系统10基于操作员12的意识的认知状态，尤其是操作员12是否意识到物体16的存在而改变警报强度28，而不是在操作员12警觉并意识到物体16时、以及在操作员12昏昏欲睡而并未意识到物体16时以相同的强度发出警报。稍后在本文档中描述了几种具体的交通情形，这将使得本文所述的系统10的优点容易明了。
在另一个实施例中，系统10包括可操作用于在操作员12正在驾驶本车14时限制操作员12的操作员权限32的控制取代装置30。如本文使用的，“限制操作员权限”意味着限制操作员手动控制本车14的操作的某一方面的能力，即，防止或在某种程度上限制操作员12对本车14的完全手动控制的能力。控制器20指示通过将操作员权限32设置成除了“完全权限”之外的权限而限制操作员权限32。控制器20通过激活控制取代装置30来完全或部分取代本车14的手动控制。通过示例而非限制，控制取代装置30可以包括转向取代装置34、加速器取代装置36和制动取代装置38中的一个或多个。
通过其它示例，转向取代装置34可以由控制器20操作以取代来自操作员12的转向盘输入，以防止操作员12进行变道，因为物体检测装置18已经检测到与本车14附近的另一车辆，并且如果进行变道则将导致碰撞。类似地，转向取代装置34可以由控制器20操作以取代将转向盘保持在固定位置的操作员12来使本车14转向，以便避开本车14的行驶车道中的某些碎屑。
在一种非限制性构造中，转向取代装置34可以向本车14的转向系统施加力，该力在物理上压倒操作员12影响本车14的转向的任何尝试。在操作员12用以使本车14转向的转向盘和本车14的转向轮(例如，前轮)之间有不可中断的机械连接时，该构造可能是优选的。在替代构造中，转向系统可以包括可操作用于机械地将转向盘从前轮解耦合的转向离合器，或者转向系统可以是线控转向类型系统，从而可以容易忽略操作员12做出的转向盘旋转。
如以上示例和下文给出的其它示例中所述，在操作员12未意识到物体16的存在且可能发生碰撞或冲突时，操作员12针对本车14的期望操作所指示的内容可以被限制或忽略，以利于根据控制器20操作本车14。即，控制器20可以被配置成根据操作员权限32操作控制取代装置30以取代操作员12，避免在操作员12未意识到物体16时与物体16发生冲突。
图1表明有两个权限级别：完全权限和受限权限。然而，设想了很多级别的部分权限，并且指定的级别将基于操作员检测装置22对操作员进行的定期观测。还设想可以将向操作员12提供警报以及取代操作员12手动控制本车的努力的动作组合。例如，在控制器20确定操作员12未意识到物体16时，控制器20可以首先以较低级别的警报强度28激活警报装置26，并且然后在控制器20通过激活控制取代装置30而确定限制操作员权限32之前将警报强度28增大到较高级别。
控制器20还可以被配置成基于操作员12执行的先前交通操控42而确定操作员12的操作员行为特性40。如本文使用的，操作员行为特性40用于表征操作员12的驾驶习惯或驾驶风格。操作员行为特性40可以包括或涉及但不限于操作员12相对于公布的速度极限驾驶有多快，即，操作员12通常行驶的速度超过或低于公布的速度极限多少英里每小时。其它示例包括操作员12从停车开始加速有多快，操作员12在接近十字路口时减速到停止有多快，操作员12多久看一次后视镜和侧视镜或通过其它方式扫描本车14附近的区域，以及操作员12在做出变道之前多长时间激活转向信号灯。控制器20可以基于操作员12看起来已经实际检测到由系统10检测和/或跟踪的物体的存在的时间百分比来计算先前物体检测分数44。
控制器20还可以被配置成确定指示本车14和物体16之间的冲突概率的冲突风险46。如本文所用，“冲突概率”包括但不限于对实际碰撞的概率的估计，和/或对避免碰撞所必需的在操作员12、本车14或接近本车14的某个其它车辆(或物体)的所观测的行为中的某些改变的概率的估计。控制器20可以基于先前交通操控42和冲突风险46确定警报强度28和/或操作员权限32。接下来提供各种交通情形的示例以进一步解释目前为止描述的控制器20如何工作以辅助操作员12操作本车14。
图2示出了本车14正在接近道路50上行驶的卡车48的非限制性示例，其中卡车48比本车14行驶得慢且在相同车道中，因此本车14可能要超过卡车48。在该示例中，物体16是比本车14行驶得更快且处于本车14可能用于超过卡车48的车道中的另一车辆52。控制器20观测到的操作员行为特性40可以包括操作员12在接近本车14前方的另一车辆时往往会减慢而不是保持恒定速度并及时做出变道的指示。而且，在操作员12执行变道时，控制器20可以被配置成测量操作员12完成变道所花的时间。即，操作员行为特性40可以包括控制器20中存储的并且基于操作员12执行的先前变道(先前交通操控42)的变道时长(未示出)。
因此，冲突风险46可以包括针对另一车辆52与本车14之间的冲突的发生冲突所剩时间54的估计。控制器20可以被配置成基于变道时长与发生冲突所剩时间54的对比来确定警报强度28。例如，在操作员12似乎正在考虑变道时，警报的响度可以随着发生冲突所剩时间54(图1)减小而增大。替代地，或与改变警报强度28组合，控制器20可以在另一车辆52正在过快接近时限制操作员权限32并防止操作员12为超过卡车48而变道以避免显著冲突。
继续参考图2的另一示例，物体16可以是在本车的操作员12的所谓盲点中行驶的另一车辆56。操作员行为特性40可以包括在操作员12使本车14转向时本车14的车道位置变化58的度量。控制器20还可以基于另一车辆56的先前行驶路径59来确定另一车辆56的类似特性。可以由控制器20确定冲突风险46可以包括确定当另一车辆56在本车14旁边时另一车辆56和本车14之间的冲突概率(未具体示出)。即，控制器20可以估计由于本车14和/或另一车辆56正在穿行而发生碰撞的风险。
如果车辆并非在穿行且操作员12意识到另一车辆56，则控制器20可以利用较低强度盲点警报来发出警报。然而，如果估计冲突概率大于控制器20中存储的风险阈值(未示出)，则控制器20可以通过使可听警报更响和/或在显示器上显示消息以在另一车辆56接近本车14时指示操作员12正在过度穿行，来提高警报强度28。替代地，或与提高警报强度28组合，控制器20可以限制操作员权限32，并通过经由转向取代装置34向转向系统提供一些转向阻尼以试图减小车道位置变化58的值来防止操作员12穿行。
图3示出了另一非限制性示例，其中本车14正在道路60上行驶，并且物体16在本车14的行驶路径62中的位置处静止。例如，物体16可能是从先前在道路60上行驶的卡车(未示出)上掉下的碎屑64。控制器20可以进一步被配置成估计本车14与物体16(碎屑64)的发生撞击所剩时间(图1)。设想到，基于本车在速度或轨迹不变的情况下沿行驶路径62继续前行的假设而计算发生撞击所剩时间66。
如果发生撞击所剩时间较长，例如大于五秒，控制器20可以将警报强度28设置成相对低，并且仅照亮本车14的操作员12可以观察到的指示器。然而，如果发生撞击所剩时间66小于控制器20中存储的时间阈值(未示出)，例如小于2秒，和/或操作员12的凝视方向表明操作员未意识到碎屑64，则控制器20可以通过额外激活可听警报和/或激活触觉装置以使操作员12的座椅振动来提高警报强度28。替代地，或与提高警报强度28组合，控制器20可以限制操作员权限32，激活转向取代装置34，并操作转向取代装置34以在操作员12未意识到物体16时避开物体16。
继续参考图3，物体16可以是接近本车14的行驶路径62的行人或动物68。控制器20可以进一步被配置成基于行人或动物68和本车14的速度或相对轨迹来估计两者的发生撞击所剩时间66。如果物体为行人(例如，人)，则可以使用物体检测装置18的相机确定行人的凝视方向以判断行人是否意识到本车14。控制器20可以在发生撞击所剩时间66小于时间阈值(例如，2秒)且操作员12未意识到行人或动物68时提高警报强度28。替代地，或与提高警报强度28组合，控制器20可以激活或操作制动取代装置38和/或加速器取代装置36以在操作员12未意识到行人或动物68时停止本车14。
图4示出了另一非限制性示例，其中本车14正在道路70上行驶，并且物体16是本车14的行驶路径74上的交通信号灯72。控制器20(图1)可以进一步被配置成：如果操作员12在交叉口78未开始制动并使本车停止，则估计本车14对交通信号灯72的发生违规所剩时间76(图1)，并且在发生违规所剩时间76小于时间阈值(例如三秒)并且操作员12未意识到物体16(交通信号灯72)时，提高警报强度28。设想到，阈值时间会基于本车14的当前行驶速度而改变，例如，对于较大行驶速度，阈值时间较大。替代地，或与提高警报强度28组合，控制器20可以激活或操作制动取代装置38和/或加速器取代装置36，以在操作员12未意识到交通信号灯72时在进入交叉口78之前停止本车14。
图5示出了另一非限制性示例，其中本车14正在道路80上行驶，并且物体16是经由交叉口84的交叉车道86而接近交叉口84的另一车辆82。在该情形中，本车14停车并准备好进入交叉口84以开始转向或直行行驶。不需要停止交叉车道86上的交通，因此如果在另一车辆82到达交叉口84之前本车14继续进入交叉口84，则应当考虑发生冲突所剩时间(图1)和/或发生撞击所剩时间66。优选地，控制取代装置30包括加速器取代装置36，并且控制器20可以操作加速器取代装置36以防止在操作员12未意识到另一车辆82时操作员12进入交叉口84。替代地，或与操作制动取代装置38组合，当操作员12未意识到另一车辆82时，控制器20可以提高警报强度28，和/或控制器20可以激活或操作加速器取代装置36以将本车14从所示位置移开。
与图5相关的替代情形是在本车14如图所示停止并准备好进行右转，并且在本车14后方有一辆接近交叉口的自行车(未示出)时。系统10可以确定如果开始右转则该自行车会与本车14发生碰撞或冲突，并在发生冲突之前提高警报强度28。
图6示出了另一非限制性示例，其中本车14正在道路90上行驶，并且物体16是接近道路90的铁路公路十字路口94的列车92。控制取代装置30有利地包括制动取代装置38，并且控制器20操作制动取代装置38以在操作员12未意识到列车92时防止操作员12停在铁路公路十字路口94上。设想到，本车14可能需要继续前行并与停止的车辆96接触以避免被列车92撞到。替代地，或与操作加速器取代装置36组合，在操作员12未意识到列车92时，控制器可以提高警报强度28，和/或控制器20可以激活或操作制动取代装置38以使本车14保持在图示的位置处。
因此，提供了一种认知型驾驶员辅助系统(系统10)和用于系统10的控制器20。控制器20能够确定操作员12的认知状态，例如确定操作员何时是警觉的并意识到布置于本车14周围的物体，以及操作员何时不警觉并且未意识到特定物体(物体16)。如果控制器20确定在操作员12未意识到物体16时除了该操作员正在做的动作之外的一些动作，则控制器可以提高提供到操作员12的警报的警报强度28，和/或完全或部分接管本车14的控制，并操作本车14，从而避免与物体16发生碰撞或冲突。
尽管已经针对本发明的优选实施例描述了本发明，但本发明并非旨在限制于此，而是仅被限制于在后续权利要求中阐述的范围。

Claims (7)

1.一种认知型驾驶员辅助系统(10)，所述系统(10)包括：
物体检测装置(18)，其可操作用于检测物体(16)何时接近本车(14)；
操作员检测装置(22)，其可操作用于确定所述本车(14)的操作员(12)何时意识到所述物体(16)；以及
控制器(20)，其被配置成在所述物体检测装置(18)检测到所述物体(16)时为所述本车(14)的所述操作员(12)输出警报信号(24)，所述警报信号(24)的特征在于可变的警报强度(28)，其中，所述控制器(20)被配置成在所述操作员(12)未意识到所述物体(16)时提高所述警报强度(28)。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述控制器(20)还被配置成：基于由所述操作员(12)执行的先前交通操控(42)来确定所述操作员(12)的操作员行为特性(40)；以及基于所述先前交通操控(42)和指示所述本车(14)和所述物体(16)之间的冲突概率的冲突风险(46)来确定所述警报强度(28)。
3.根据权利要求2所述的系统(10)，其中，所述物体(16)是另一车辆(52)，所述操作员行为特性(40)包括基于由所述操作员(12)执行的先前变道的变道时长，所述冲突风险(46)包括针对所述另一车辆(52)与所述本车(14)之间的冲突的发生冲突所剩时间(54)的估计，并且通过比较所述变道时长和所述发生冲突所剩时间(54)来确定所述警报强度(28)。
4.根据权利要求2所述的系统(10)，其中，所述物体(16)是另一车辆(52)，所述操作员行为特性(40)包括在所述操作员(12)对所述本车(14)进行转向时所述本车(14)的车道位置变化(58)，所述冲突风险(46)包括在所述另一车辆(52)在所述本车(14)旁边时所述另一车辆(52)和所述本车(14)之间的冲突概率，并且所述警报强度(28)是通过比较所述冲突概率与风险阈值而确定的。
5.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述物体(16)在所述本车(14)的行驶路径(62)中的位置处静止，所述控制器(20)还被配置成估计所述本车(14)与所述物体(16)的发生撞击所剩时间(66)，并且在所述发生撞击所剩时间(66)小于时间阈值并且所述操作员(12)未意识到所述物体(16)时，提高所述警报强度(28)。
6.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述物体(16)是接近所述本车(14)的行驶路径(62)的行人或动物(68)，所述控制器(20)还被配置成估计所述本车(14)与所述行人或动物(68)的发生撞击所剩时间(66)，并且在所述发生撞击所剩时间(66)小于时间阈值并且所述操作员(12)未意识到所述行人或动物(68)时提高所述警报强度(28)。
7.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述物体(16)是所述本车(14)的行驶路径(62)的交通信号灯(72)，所述控制器(20)还被配置成估计所述本车(14)对所述交通信号灯(72)的发生违规所剩时间(76)，并且在所述发生违规所剩时间(76)小于时间阈值并且所述操作员(12)未意识到所述物体(16)时提高所述警报强度(28)。
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