CN108510844A - 一种智能型汽车驾驶教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能型汽车驾驶教学系统，其技术方案是采用学员与车交互界面、信息获取系统、控制系统、输出设备、执行系统；学员与车交互界面实现学员操纵汽车和信息录入；信息获取系统获取学员驾驶学习情况信息、学员操纵汽车信息、汽车周围物体距离信息等信息；控制系统根据控制算法进行智能型驾驶教学；输出设备显示驾驶情况信息、学习效果评价等；执行系统提高驾驶主动安全性；用于驾驶实习教学、驾驶培训；有益效果是：提供面向不同学员的定制化驾驶学习服务、合理优化驾校训练项目安排、有效减少碰撞等危险事件产生、提高驾驶学习质量和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能型汽车驾驶教学系统，特别涉及一种融合先进检测技术与研究性学习的智能型汽车驾驶教学系统，用于高职、高校等学校车辆工程专业驾驶实习教学、驾驶学校机动车驾驶员科目二、科目三等规定驾驶技能培训等。实现车下培训与实车驾驶培训较好结合的不断线培训，无需实人教练。提供面向不同学员的定制化服务，针对不同学习过程提供个性化学习建议和反馈，实现以学员为中心的研究性学习，对各个场地、各辆教练车和各个教练进行高效、实时监控、调度与管理，提高驾驶学习质量和效率等诸多功能，有效减少雾霾污染物产生，符合社会对于车辆的安全、节能、环保、智能化等要求。
背景技术
机动车驾驶是一种重要的实践能力，驾驶实习教学是高职、高校等学校车辆工程专业的重要实践项目。随着社会发展，人们学习驾驶汽车的需求在迅速增长，但是与此同时，随着汽车保有量增长、道路交通事故数量日益增长，交通法规日益严格，国家在不断提高对于驾校学员取得驾驶证的要求。随着城市汽车数量快速增长，对驾驶员驾驶技能的要求也在提高，以降低事故发生概率、提高交通效率。伴随着人们生活节奏加快，如何在最短时间内，高效率掌握汽车驾驶法规、具备在不同道路安全驾驶、在狭窄停车场亦能迅速泊车等技能，高效通过驾驶考试、获得驾驶证，成为一个重要课题。
传统的汽车驾驶培训学校使用常规的内燃机教练车，采用以教练跟车教、学员学与练为主的教学模式。具有很多缺点，例如：
●常规教练车智能化程度较低。不能实时采集驾驶训练过程中学员操纵汽车的驾驶输入(作用在转向盘的力矩、转角、作用在制动踏板的角位移、角速度、作用在油门踏板的角位移、角速度等)，将之存储、从而进行学员驾驶学习的量化分析、评价、反馈、优化。对学员每一次学习和整个学习过程的学习效果的评价，单一依赖于随车教练的观察。由于学员多、时间紧张，教练不能与学员充分交流，学员的驾驶过程可再现性差，不利于学员的复习、巩固、修正等。
●教练教学任务繁重由于每个教练在一段时间内指导学员的数量较多，对于类似任务的重复教学，容易使教练出现疲劳、烦躁等现象，降低教学质量。
●不同教练素质不同由于不同教练的教育背景不同、职业生涯发展不同、道德准则不同等种种因素影响，不同教练素质差异明显，同一教练对不同学员也不能一视同仁，有个别学员学习效果会受到影响。有些学员反映在驾驶学习中，遇到教练粗暴、不尊重学员、遇到学员学习驾驶技术慢就骂人等现象，对学员造成了不良心理影响。
●每个教练教学风格单一即使某些教练自身的驾驶技术过硬，但是如果他不擅于研究教学方法，知识体系不够系统，其采用的教学风格单一、落后，学员不容易理解，只能死记硬背某些“口诀”，导致学员即使拿到了驾驶证，可能仍然无法灵活根据不同的路况需要灵活驾驶；某些教练的普通话不标准，学员听不懂，降低了教学效率。
●教学模式不能全局优化由于一些教练车技术水平、教练员素质等各方面原因，一些学员学习驾驶的过程基本为应试教育，仅是为了应付科目一、科目二、科目三和科目四的考试，缺乏学习驾驶的持续动力、兴趣、乐趣、信心。
●单一教练的水平受限教练教学形成固定模式，难以创新，持续提高。
●内燃机驱动的教练车场地驾驶训练中怠速工况占比例大，低速驾驶时间长，燃油消耗大，尾气排放较多，是造成雾霾原因之一，不符合节能、环保要求
目前，国内已经有电动教练车或智能教练系统或的一些专利。例如，电动教练车的中国专利方面：
中国专利《电动教练车》(授权公告号：CN2770013)等涉及了一种电动教练车的动力装置和传动装置等的结构；
中国专利《一种电驱动教练车》(授权公告号：CN201655063U)电驱动教练车模拟操控控制器的功能包括点火开关操纵模拟、离合器操纵模拟、电动机低速稳定、加速操纵控制及电池存电量指示等多项控制功能，操纵方式和机械特性完全不同于发动机电动机，通过模拟控制，使电驱动教练车的控制方式及操控感觉完全与燃油汽车一样。其不足之处是它们仅考虑了节能等优点，均没有涉及智能驾驶教学系统。
文献方面，《基于MC9S12XS128的电动教练车智能电机控制器开发研究》选用飞思卡尔单片机完成电机控制器硬件电路的设计，控制器实现电动教练车起动、怠速、加速、减速、硬件保护功能并能模拟燃油教练车起步过程中离合器操作不当造成的停车现象，满足电动教练车控制要求。其不足之处是控制策略不够全面、优化，没有考虑电动教练车进行制动时制动能量回收。
智能型汽车驾驶教学系统的专利包括：
中国专利《智能教练车辅助教学系统及其使用方法》(公开号：CN105632293A)、专利《智能教练车》(公开号：CN205665919U)公开了一种智能教练车辅助教学系统，包括车载主机、卫星定位系统、车辆运行状态信息采集处理模块、通讯装置、发动机熄火控制装置和发动机熄火遥控器。规范驾驶人的驾驶操作、提高教学质量、降低驾校的培训成本，甚至可以实现教练员不跟车的学员的自主训练。其不足之处包括没有考虑通过车联网等技术进行各辆教练车之间的通信，以进行驾驶项目训练时的最优安排，避免车辆无谓的等待时长，节省学员的宝贵时间；没有针对不同的学员提供个性化的培训方案和定制化服务等等。
中国专利《一种汽车驾驶网络个性化教学系统及其学习方法》(公开号：CN101739855A)提供了一种汽车驾驶网络个性化教学系统及其学习方法，其中，教训系统包括：课件保存子系统，用于保存第一学习风格，以及与第一学习风格对应的第一驾驶学习课件；测试题提供子系统，用于向学员提供第一学习风格测试题；学习诊断子系统，用于根据学员对第一学习风格测试题的答题结果确定学员的第一学习风格；课件子系统，用于向学员提供与学员的第一学习风格对应的第一驾驶学习课件。根据每个学员的不同学习风格，有针对性的为学员提供驾驶学习课件，更好的保障学员的驾驶学习；减少实车学时占用，节约了油料，节省了汽车的运营成本；减少学员替考、学时不够、驾驶随机事件处理意识薄弱、特殊道路驾驶经验缺乏等问题。
中国专利《互动式汽车驾驶案例教学方法及其系统》(公开号：CN101561972)提供一种互动式汽车驾驶案例教学系统，包括主控装置、被控装置及显示装置，其中所述主控装置分别与被控装置、显示装置电性连接，其中主控装置包括信号采集子系统，用于采集操作部件的运动数据及驾驶人员的运动信号；案例生成及保存模块，其用于保存按照不同教学训练需求而设计的案例，案例评估子系统，根据信号采集子系统采集的作部件的运动数据及驾驶人员的运动信号进行评估，并根据评估结果选择案例教学进程。模拟播放的多媒体教学案例，实现训练效果更佳的智能化汽车教学。
中国专利《实践互动教学方法的机器汽车驾驶教练的实现方法》(公开号：CN102332219A)将汽车驾驶模拟器提升为能提供驾驶技术互动式数学，集学练于一体的机器驾驶教练系统之实现方法，软件实现法。系统硬件类同汽车驾驶模拟器，软件由互动教学模块、驾驶仿真模块、导航模块和学员数据库等构成。单模式方案下系统由讲授穿插教学游戏然后进入练习与测验模块，依学员参与情况系统给予激励反馈并导向相应流程。全模式方案下系统还有边学边练互动教学模式：如操作类知识由仿真教学讲授模块演示学员随系统动作分解讲解、提示、乃至无提示作驾驶舱操作跟学，系统据传感反馈给予激励评价；学员结束训练，系统给出训练诊断与建议。学员可遵循系统建议并晋级学习，因练习勤奋等获荣誉等级实现快乐学习。
中国专利《一种汽车驾驶教学系统》(公开号：CN103310674A)公开了一种汽车驾驶教学系统，包括：用户输入模块、输出模块、储存模块、控制模块、传感模块。储存模块用于储存预设的最优化行车参数、预设的最优化驾驶参数、预设的语音识别数据，以及储存驾驶员的驾驶参数和行车参数。传感模块包括传感器和行车仪器，其包括速度计、加速度计、重力加速度传感器、陀螺仪、方向盘扭转角计、加油感应器、刹车感应器、换挡感应器以及对应汽车每一功能开关的感应器。控制模块把操作参数与预设的最优化驾驶参数比较，计算出操作偏差参数，然后通知驾驶员修正驾驶参数。
综上所述，经文献检索、分析，发现：现有驾驶教学系统存在以下不足：
●较少结合车外驾驶教学、车内驾驶教学的综合需要，针对智能型汽车驾驶教学系统进行整体优化，融合物联网技术、车联网技术、电驱动技术等新技术
●没有较好融入研究性学习方法、以人为本的思想，实现驾驶学习个性化，提高驾驶学习兴趣和效率
发明内容
本发明主要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有高水平驾驶教练能力的智能型汽车驾驶教学系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：智能型汽车驾驶教学系统包括学员与车交互界面、信息获取系统、控制系统、输出设备、执行系统五大部分。其中：
学员与车交互界面实现学员操纵汽车和信息录入；信息获取系统获取学员驾驶学习情况信息、学员操纵信息、汽车周围物体信息等信息；控制系统根据控制算法智能教学；输出设备显示驾驶情况信息、评价等；执行系统提高驾驶的主动安全性。
学员与车交互界面包括学员信息交互界面(22)、加速踏板(20)、制动踏板(18)、转向盘(25)；
信息获取系统包括场地摄像机(3)、练习场地网联网接口(24)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)；
控制系统包括场地控制器(2)、学校管理平台(23)、车载智能型驾驶教学控制器(11)，采用工控机，功能是储存相关数据、程序算法，进行计算、分析，输出相关信息到输出模块13，以声音、文本等方式告知学员；
输出设备包括显示屏(1)、车载显示屏(4)、车载显示屏(7)、语音设备(8)、打印机(9)、学员手机；
执行系统包括转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)。
学员信息交互界面(22)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)、车载显示屏(4)、车载显示屏(7)、语音设备(8)均与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线连接；打印机(9)与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线或无线网络连接；、学员手机与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线连接。
场地摄像机(3)、显示屏1均与控制器(2)以导线连接；控制器(2)与学校管理平台(23)以无线网络连接；练习场地网联网接口(24)与学校管理平台(23)以网络连接。学校管理平台(23)与车载智能型驾驶教学控制器(11)以网络连接。
优选的，学员与车交互界面中，学员信息交互界面(22)进行学员身份登录、输入学员选择“虚拟驾驶教练”的教学风格；选择驾驶学习内容等，进行个性化服务定制；
优选的，信息获取系统中，场地摄像机(3)拍摄车辆与道路视频信息，以提供汽车在场地的练习信息；练习场地网联网接口(24)提供相关场地的空闲与否信息，获知要训练项目所在场地的相关信息，以指导学员进行驾驶训练；加速踏板传感器(16)提供学员踏下加速踏板位移信息；制动踏板传感器(17)提供学员踏下制动踏板位移信息；转向盘传感器(15)提供学员转动转向盘的力矩、转角信息；车内摄像机(6)提供学员在车内的操纵、活动等信息；前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供它车信息，获知同一时间段其它教练车的情况，包括位置信息、学员训练项目信息等，以便进行各辆教练车训练项目的合理安排；获知其他车辆的位置信息，避免与之碰撞；
优选的，控制系统中，场地控制器(2)根据场地摄像机(3)的信息进行处理，将学员驾驶过程及评述总结简单明了的显示在显示屏(1)，供其它学员学习；
优选的，学校管理平台(23)根据场地控制器(2)提供的信息，给车载智能型驾驶教学控制器(11)发出管理信息，进行各车的科学调度与管理；根据车载智能型驾驶教学控制器(11)提供的学员学习情况进行分析，以提供更优质的教学管理服务。
优选的，车载智能型驾驶教学控制器(11)根据学员信息交互界面(22)提供的学员输入信息、加速踏板传感器(16)提供的学员踏下加速踏板位移信息；制动踏板传感器(17)提供的学员踏下制动踏板位移信息；转向盘传感器(15)提供的学员转动转向盘的力矩、转角信息；车内摄像机(6)提供的学员在车内的操纵、活动等信息；前雷达(19)提供的学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供的学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供的学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供的它车信息等各种信息，进行决策控制，提供给各输出设备信息；并控制转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、等执行系统运动，提高学员驾驶的主动安全性，实现驾驶教学的智能化。
优选的，输出设备中，显示屏(1)显示车内学员的驾驶过程及评述总结等；车载显示屏(4)向当前驾驶学员显示其驾驶汽车与道路的关系，使其了解汽车在场地的位置，修正驾驶操纵；车载显示屏(7)向后排学员显示汽车与道路的关系等信息，使其了解汽车在场地的位置，便于其判断、学习；语音设备(8)语音提醒错误、危险的驾驶习惯等信息；打印机(9)与车载智能型驾驶教学控制器(11)有线或无线连接，以进行所需信息的打印等，打印出本次学习总结与评价；学员手机可接收本次学习总结与评价、预约等信息；
优选的，执行系统中，当车载智能型驾驶教学控制器(11)根据前雷达(19)提供的学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供的学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供的学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供的它车信息等各种信息判断汽车将发生危险、向转向执行机构(14)、制动执行机构(12)发出控制命令时，转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)工作，避免与车辆四周物体发生碰撞；
优选的，驾校场地上，有教练车A、教练车B、教练车C等许多教练车，它们均通过无线网络与学校管理平台(23)通信。各个教练，例如教练A、教练B、教练C等通过手持终端均与基于云计算的学校管理平台(23)通信。各个场地的物联网接口例如场地A的物联网接口、场地B的物联网接口、场地C的物联网接口等均通过物联网与基于云计算的学校管理平台(23)通信。
学校管理平台(23)获知各个场地空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，对各个实训场地、各辆教练车和各个教练进行高效、实时监控、调度与管理。例如，某个教练车出现故障或特殊情况、或学员发出请求实人教练实车指导时，学校管理平台(23)发出指令给相关教练，让其到达某场地的该车进行指导。学员可以在教练车上学员信息交互界面(22)上实时查询各个场地空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，确定去往哪个场地进行练习，如果遇到问题找哪个教练解决问题。
优选的，智能型汽车驾驶教学系统的场地控制器控制方法包括：
第一，对场地摄像机(3)输入的车辆视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到教练车的轮廓；
第二，对场地摄像机(3)输入的场地视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到练习场地的边界线；
第三，得到教练车与场地的关系表示简图，传递到显示屏1，进行显示；
第四，针对教练车与场地的关系表示简图，进行学员本次驾驶学习效果分析；
第五，将学员驾驶学习效果信息传递到学校管理平台(23)。
优选的，车载智能型驾驶教学控制器控制方法包括：
第一，根据学员信息交互界面(22)的学员输入信息，明确驾驶教学项目、内容；个人定制教练风格；
第二，根据加速踏板传感器(16)提供的加速踏板位移信息、制动踏板传感器(17)提供的制动踏板位移信息、转向盘传感器(15)提供的转向盘力矩、转角信息、车内摄像机6提供的学员视频信息等信息，进行学员驾驶习惯分析；对于不良的学员驾驶习惯，通过语音设备8，进行语音提醒；
第三，根据前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息等信息，当学员通过学员信息交互界面(22)输入需要车辆与周围物体的距离提醒命令时，通过语音设备8，进行语音提醒该距离，以使学员建立在车内观察的距离与雷达测得的实际距离之间的联系；
当学员驾驶车辆距离前方物体的距离、学员驾驶车辆距离后方物体的距离、学员驾驶车辆距离左右方物体的距离小于安全距离时，进行教练车防撞预警，通过语音设备8，进行语音提醒；并通过转向执行机构(14)、制动执行机构(12)完成避撞，避免不必要的碰撞事故的发生；
第四，根据学校管理平台(23)输入的管理信息、车辆与场地简化信息，进行信息显示，在车载显示屏(4)显示，使得当前驾驶学员从全局把握教练车与驾驶场地的关系，在车载显示屏(7)显示，使得坐在教练车的后排学员更好的理解驾驶行为。
第五，进行驾驶学习效果总结，并根据学员请求，可通过打印机9打印出，或向学员手机发送。
优选的，在转向盘、变速操纵杆、加速踏板、制动踏板、雨刷开关等各关键操纵部件处贴二维码或电子标签，学员通过手机扫描，即可在手机显示该关键操纵部件的名称、作用、演变历史、结构、三维爆炸图、使用方法、注意事项、维修保养方法等重要信息，让学员理解、掌握。如果是恶劣天气，不能在驾校场地或校外实际道路实车驾驶实习，则可以在教练车的停车场内，在教练车内，结合教练车真实部件，展开相关学习，包括汽车结构认知、维修知识、保养知识、保险知识等。
本发明的有益效果是：本发明专利采用物联网技术，能够有效获得场地相关信息，计算得到理想驾驶教学模式，为学员提供有价值参考；
本发明专利采用车联网技术，基于云计算的学校管理平台获知各个场地空闲占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，对各个场地、各辆教练车和各个教练进行高效、实时监控、调度与管理，能够在车辆行驶中与其它车辆实时通信，以进行各驾驶项目训练最优安排，避免车辆无谓的等待时长，节省学员宝贵时间；
本发明专利采用基于太阳能电池板和蓄电池的电驱动技术，能够有效降低燃油消耗和尾气排放，减少造成雾霾污染物；通过再生制动，实现制动能量回收，实现节能、环保；
本发明专利采集学员操纵汽车的驾驶输入(作用在转向盘的力矩、转角、作用在制动踏板的角位移、角速度、作用在油门踏板的角位移、角速度等)，将之存储、从而进行驾驶学习的量化分析、评价、反馈、优化；
本发明专利融合了众多高水平驾驶教练的智慧，实现车下培训-实车驾驶培训不断线培训、针对不同的学习过程提供个性化的学习建议和反馈、实现以学员为中心的研究性学习、提高驾驶学习的质量和效率；
本发明专利采用智能型驾驶教学技术，能够大大降低教练教学强度，减少驾校对驾驶员数量需求，降低了驾驶教学人力成本；
本发明专利采用学员可定制化服务，能够提供多种不同风格的教练风格、不同教学语言等供学员自主选择；
全车安装雷达，提醒教练车与前方物体的距离、教练车与后方物体的距离、教练车与左右方物体的距离，使得学员建立在车内观察车外物体与车之间距离的能力，及时避免与车辆物体或人发生碰撞，保证驾驶主动安全性；
本发明专利采用的智能型汽车驾驶教学系统软、硬件可根据需要进行升级，对提供的驾驶教学服务不断优化。
附图说明
图1：本发明一种智能型汽车驾驶教学系统的结构示意图；
图中，显示屏(1)、场地控制器(2)、场地摄像机(3)、车载显示屏(4)、太阳能电池板(5)、车内摄像机(6)、车载显示屏(7)、语音设备(8)、打印机(9)、后雷达(10)、车载智能型驾驶教学控制器(11)、制动执行机构(12)、左右雷达(13)、转向执行机构(14)、转向盘传感器(15)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、制动踏板(18)、前雷达(19)、加速踏板(20)、车联网接口(21)、学员信息交互界面(22)、学校管理平台(23)、练习场地网联网接口(24)、转向盘(25)、驱动执行机构(26)。
图2为智能型汽车驾驶教学系统的工作原理示意图；
图3为采用智能型汽车驾驶教学系统驾校各场地、各教练车协同工作的学校管理平台控制示意图；
图4为智能型汽车驾驶教学系统的场地控制器控制方法示意图；
图5为智能型汽车驾驶教学系统的车载智能型驾驶教学控制器控制方法示意图；
图6为智能型汽车驾驶教学系统的使用流程；
图7为智能型汽车驾驶教学系统的学员信息交互界面(22)定制服务选择界面；
图8为智能型汽车驾驶教学系统对学员驾驶学习的评价、建议界面；
图9为智能型汽车驾驶教学系统学员驾驶学习的界面；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例作进一步说明，以使本发明优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
智能型汽车驾驶教学系统可以应用到轿车、大客车、大货车、小型客车等多种车型的驾驶教学。
图1中，智能型汽车驾驶教学系统包括学员与车交互界面、信息获取系统、控制系统、输出设备、执行系统五大部分。其中：
学员与车交互界面实现学员操纵汽车和信息录入；信息获取系统获取学员驾驶学习情况信息、学员操纵信息、汽车周围物体信息等信息；控制系统根据控制算法智能教学；输出设备显示驾驶情况信息、评价等；执行系统提高驾驶的主动安全性。
学员与车交互界面包括学员信息交互界面(22)、加速踏板(20)、制动踏板(18)、转向盘(25)；
信息获取系统包括场地摄像机(3)、练习场地网联网接口(24)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)；
控制系统包括场地控制器(2)、学校管理平台(23)、车载智能型驾驶教学控制器(11)，采用工控机，功能是储存相关数据、程序算法，进行计算、分析，输出相关信息到输出模块13，以声音、文本等方式告知学员；
输出设备包括显示屏(1)、车载显示屏(4)、车载显示屏(7)、语音设备(8)、打印机(9)、学员手机；
执行系统包括转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)。
图2为智能型汽车驾驶教学系统的工作原理示意图。
1、车载智能型驾驶教学控制器(11)的工作原理
学员信息交互界面(22)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)均与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线连接，向车载智能型驾驶教学控制器(11)输入相关信息。包括：学员信息交互界面(22)进行学员身份登录、输入学员选择“虚拟驾驶教练”的教学风格；选择驾驶学习内容等，进行个性化服务定制；加速踏板传感器(16)提供学员踏下加速踏板位移信息；制动踏板传感器(17)提供学员踏下制动踏板位移信息；转向盘传感器(15)提供学员转动转向盘的力矩、转角信息；车内摄像机(6)提供学员在车内的操纵、活动等信息；前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供它车信息，获知同一时间段其它教练车的情况，包括位置信息、学员训练项目信息等，以便进行各辆教练车训练项目的合理安排；获知其他车辆的位置信息，避免与之碰撞。学校管理平台(23)与车载智能型驾驶教学控制器(11)以无线网络连接，学校管理平台(23)向车载智能型驾驶教学控制器(11)提供管理信息。
车载智能型驾驶教学控制器(11)根据以上信息，进行决策控制，向输出设备提供相关信息。包括：通过车载显示屏(4)向当前驾驶学员显示其驾驶汽车与道路的关系，使其了解汽车在场地的位置，修正驾驶操纵；通过车载显示屏(7)向后排学员显示汽车与道路的关系等信息，使其了解汽车在场地的位置，便于其判断、学习；通过语音设备(8)语音提醒错误、危险的驾驶习惯等信息；通过打印机(9)与车载智能型驾驶教学控制器(11)有线或无线连接，以进行所需信息的打印等，打印出本次学习总结与评价；学员手机可以接收本次学习总结与评价、预约等信息；
2、场地控制器(2)的工作原理
场地摄像机(3)与场地控制器(2)以导线连接，练习场地网联网接口(24)与场地控制器(2)以无线网络连接。场地摄像机(3)、练习场地网联网接口(24)均向场地控制器(2)输入相关信息，包括：场地摄像机(3)拍摄车辆与道路视频信息，以提供汽车在场地的练习信息；练习场地网联网接口(24)提供相关场地的空闲与否信息，获知要训练项目所在场地的相关信息，以指导学员进行驾驶训练；场地控制器(2)进行决策分析，输出学员驾驶学习信息到学校管理平台(23)，输出车辆与道路视频信息到显示屏(1)。
3、学校管理平台(23)的工作原理
学校管理平台(23)根据场地控制器(2)提供的学员驾驶学习信息和车载智能型驾驶教学控制器(11)提供的学员学习情况信息，进行分析，输出管理信息到车载智能型驾驶教学控制器(11)。
图3为采用智能型汽车驾驶教学系统驾校各教练车协同工作的学校管理平台控制示意图；驾校场地上，有教练车A、教练车B、教练车C等许多教练车，它们均通过无线网络与学校管理平台(23)通信。各个教练，例如教练A、教练B、教练C等通过手持终端均与学校管理平台(23)通信。各个场地的物联网接口例如场地A的物联网接口、场地B的物联网接口、场地C的物联网接口等均通过物联网与基于云计算的学校管理平台(23)通信。
学校管理平台(23)获知各个场地的空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，对各个实训场地、各辆教练车和各个教练进行高效、实时监控、调度与管理。例如，某个教练车出现故障或特殊情况、或学员发出请求实人教练实车指导时，学校管理平台(23)发出指令给相关教练，让其到达某场地的该车进行指导。学员可以在教练车上的学员信息交互界面(22)上实时查询各个场地空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，确定去往哪个场地进行练习，如果遇到问题找哪个教练解决问题。
图4所示，智能型汽车驾驶教学系统的场地控制器的控制方法包括：
第一，对场地摄像机(3)输入的车辆视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到教练车的轮廓；
第二，对场地摄像机(3)输入的场地视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到练习场地的边界线；
第三，得到教练车与场地的关系表示简图，传递到显示屏1，进行显示；
第四，针对教练车与场地的关系表示简图，进行学员本次驾驶学习效果分析；
第五，将学员驾驶学习效果信息传递到学校管理平台(23)。
图5所示，智能型汽车驾驶教学系统的车载智能型驾驶教学控制器的控制方法包括：
第一，根据学员信息交互界面(22)的学员输入信息，明确驾驶教学项目、内容；个人定制教练风格；
第二，根据加速踏板传感器(16)提供的加速踏板位移信息、制动踏板传感器(17)提供的制动踏板位移信息、转向盘传感器(15)提供的转向盘力矩、转角信息、车内摄像机6提供的学员视频信息等信息，进行学员驾驶习惯分析；对于不良的学员驾驶习惯，通过语音设备8，进行语音提醒；
第三，根据前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息等信息，当学员通过学员信息交互界面(22)输入需要车辆与周围物体的距离提醒命令时，通过语音设备8，进行语音提醒该距离，以使学员建立在车内观察的距离与雷达测得的实际距离之间的联系，；
当学员驾驶车辆距离前方物体的距离、学员驾驶车辆距离后方物体的距离、学员驾驶车辆距离左右方物体的距离小于安全距离时，进行教练车防撞预警，通过语音设备8，进行语音提醒；并通过转向执行机构(14)、制动执行机构(12)完成避撞，避免不必要的碰撞事故的发生；
第四，根据学校管理平台(23)输入的管理信息、车辆与场地简化信息，进行信息显示，在车载显示屏(4)显示，使得当前驾驶学员从全局把握教练车与驾驶场地的关系，在车载显示屏(7)显示，使得坐在教练车的后排学员更好的理解驾驶行为。
第五，进行驾驶学习效果总结，并根据学员请求，可通过打印机9打印出，或向学员手机发送。
图6为智能型汽车驾驶教学系统的使用流程。包括准备、学员驾驶学习、评价及预约三个阶段。
(1)准备阶段学员通过进行图6所示界面进行指纹录入后，进行定制服务选择，明确自己喜欢的语言、教练风格、学习目标和进度等。
(2)学员驾驶学习阶段包括学员驾驶预习、学员驾驶实习、学员驾驶模拟考试等三个环节。
●点击“学员驾驶预习”，进入学员驾驶预习环节。学员驾驶预习为可选项，可以在上车前提前看视频资料进行预习。
●点击“学员驾驶实习”，在驾校场地进行科目二的练习和在规定的道路进行科目三的练习。
●学员感觉练习熟练后，点击“学员驾驶模拟考试”，进入学员驾驶模拟考试。
(3)评价及预约阶段
学员驾驶学习后，可直接在触摸屏查看对学员驾驶学习的评价、建议界面。也可以通过车载智能型驾驶教学控制器(11)将相关信息发送到学员的手机，学员离开驾校后仍可不断线复习。
学员可以通过触摸屏预约下次自己驾驶学习的时间安排。并具有提醒功能，快到训练时间节点前，学校管理平台(23)发送信息给学员，进行提醒、确认。
学员离开教练车之前，在触摸屏点击“结束”。车载智能型驾驶教学控制器(11)即可计算出本次学员的驾驶实习时间，存在该学员的学习档案中，作为驾驶学习管理的依据之一。
图7为智能型汽车驾驶教学系统的学员信息交互界面(22)定制服务选择界面。学员信息交互界面(22)采用高精度触摸液晶屏。学员在选定驾驶学习的教练车后，在欢迎界面点击“学员身份确定”，提示学员将大拇指放在规定区域进行学员指纹信息采集、录入。提示“指纹信息采集成功”后，触摸屏出现定制服务选择界面，包括：
●语言选择，学员可以中文、英文等语言；中文又包括普通话、地方方言等多种选择，满足不同学员对于教学语言的偏好。
●教练风格选择，包括严厉型教练、温柔型教练。
●学员学习目标和进度选择学员可以根据自己的实际进度，选择当天驾驶学习科目二、科目三要训练的内容。
图8为智能型汽车驾驶教学系统对学员驾驶学习的评价、建议界面；
对学员驾驶学习的评价页面，根据学员驾驶学习的记录，采用模糊评价方法，给出本次学习的效果评价等级。
对学员驾驶学习的建议页面，根据学员驾驶学习的记录，根据专家系统的计算分析，给出学员今后驾驶应该注意的地方，例如是操纵规范方面、技能方面、文明驾驶、还是安全驾驶、节能驾驶方面，给出详细的纠错方案和建议。
图9为智能型汽车驾驶教学系统学员驾驶学习的界面；包括“学员驾驶预习”、“学员驾驶实习”、“学员驾驶模拟考试”等三个按钮。点击相关按钮，会进入相应的环节。
在转向盘、变速操纵杆、加速踏板、制动踏板、雨刷开关等各关键操纵部件处贴二维码或电子标签，学员通过手机扫描，即可在手机显示该关键操纵部件的名称、作用、演变历史、结构、三维爆炸图、使用方法、注意事项、维修保养方法等重要信息，让学员理解、掌握。如果是恶劣天气，不能在驾校场地或校外实际道路实车驾驶实习，则可以在教练车的停车场内，在智慧教练车内，结合教练车的真实部件，展开相关的学习，包括汽车结构认知、维修知识、保养知识、保险知识等。例如：
学员通过手机扫描座椅处的二维码，即可在手机显示座椅位置的调整方法、安全带的必要性、佩戴方法、提醒儿童、孕妇不宜坐在前排、所有人员上车即要养成佩戴安全带的安全习惯、规定年龄的儿童应该使用儿童座椅等安全知识，提高学员的安全意识，养成良好的驾驶习惯。
学员通过手机扫描转向盘处的二维码，即可在手机显示转向盘的转动手法、注意事项、以及安装在转向盘内部件，提示安全气囊作用、注意事项等。
学员通过手机扫描轮胎处二维码，在手机显示轮胎气压的作用、保养等。
通过智能型汽车驾驶教学系统以上诸多应用，比较理想的实现驾校科目一、科目二、科目三和科目四考试涉及知识与技能的融会贯通或高职、高校等学校车辆工程专业驾驶实习教学。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：包括学员与车交互界面、信息获取系统、控制系统、输出设备、执行系统五大部分；其中：
学员与车交互界面实现学员操纵汽车和信息录入；信息获取系统获取学员驾驶学习情况信息、学员操纵信息、汽车周围物体距离信息等信息；控制系统根据控制算法进行智能教学；输出设备显示驾驶情况信息、评价等；执行系统提高驾驶主动安全性；
学员与车交互界面包括学员信息交互界面(22)、加速踏板(20)、制动踏板(18)、转向盘(25)；
信息获取系统包括场地摄像机(3)、练习场地网联网接口(24)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)；
控制系统包括场地控制器(2)、学校管理平台(23)、车载智能型驾驶教学控制器(11)；
输出设备包括显示屏(1)、车载显示屏(4)、车载显示屏(7)、语音设备(8)、打印机(9)、学员手机；
执行系统包括转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)；
学员信息交互界面(22)、加速踏板传感器(16)、制动踏板传感器(17)、转向盘传感器(15)、车内摄像机(6)、前雷达(19)、后雷达(10)、左右雷达(13)、车联网接口(21)、车载显示屏(4)、车载显示屏(7)、语音设备(8)均与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线连接；打印机(9)与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线或无线网络连接；、学员手机与车载智能型驾驶教学控制器(11)以导线连接；
场地摄像机(3)、显示屏1均与控制器(2)以导线连接；控制器(2)与学校管理平台(23)以无线网络连接；练习场地网联网接口(24)与学校管理平台(23)以网络连接；学校管理平台(23)与车载智能型驾驶教学控制器(11)以网络连接。
2.根据权利要求1，所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：学员信息交互界面(22)进行学员身份登录、输入学员选择“虚拟驾驶教练”的教学风格；选择驾驶学习内容等；场地摄像机(3)拍摄车辆与道路视频信息，以提供汽车在场地的练习信息；练习场地网联网接口(24)提供相关场地的空闲与否信息；加速踏板传感器(16)提供学员踏下加速踏板位移信息；制动踏板传感器(17)提供学员踏下制动踏板位移信息；转向盘传感器(15)提供学员转动转向盘的力矩、转角信息；车内摄像机(6)提供学员在车内的操纵、活动等信息；前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供它车信息。
3.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
控制系统中，场地控制器(2)根据场地摄像机(3)的信息进行处理，将学员的驾驶过程及评述总结简单明了的显示在显示屏(1)，供其它学员在教练车外学习；
学校管理平台(23)根据场地控制器(2)提供的信息，给车载智能型驾驶教学控制器(11)发出管理信息，进行各车科学调度与管理；根据车载智能型驾驶教学控制器(11)提供的学员学习情况进行分析，以提供更优质的教学管理服务；
车载智能型驾驶教学控制器(11)根据学员信息交互界面(22)提供的学员输入信息、加速踏板传感器(16)提供的学员踏下加速踏板位移信息；制动踏板传感器(17)提供的学员踏下制动踏板位移信息；转向盘传感器(15)提供的学员转动转向盘的力矩、转角信息；车内摄像机(6)提供的学员在车内的操纵、活动等信息；前雷达(19)提供的学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供的学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供的学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供的它车信息等各种信息，进行决策控制，提供给各输出设备信息；并控制转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)等执行系统运动，提高学员驾驶主动安全性，实现驾驶教学智能化。
4.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
输出设备中，显示屏(1)显示车内学员的驾驶过程及评述总结等；车载显示屏(4)向当前驾驶学员显示其驾驶汽车与道路的关系，使其了解汽车在场地的位置，修正驾驶操纵；车载显示屏(7)向后排学员显示汽车与道路的关系等信息，使其了解汽车在场地的位置，便于其判断、学习；功放、喇叭组成的语音设备(8)语音提醒错误、危险的驾驶习惯等信息；打印机(9)打印本次学习总结与评价；学员手机接收本次学习总结与评价等信息。
5.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
执行系统中，当车载智能型驾驶教学控制器(11)根据前雷达(19)提供的学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供的学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供的学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息；车联网接口(21)提供的它车信息等各种信息判断汽车将发生危险、向转向执行机构(14)、制动执行机构(12)发出控制命令时，转向执行机构(14)、制动执行机构(12)、驱动执行机构(26)工作，避免与车辆四周的物体发生碰撞。
6.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
驾校场地上，有教练车A、教练车B、教练车C等许多教练车，它们均通过无线网络与学校管理平台(23)通信。各个教练，例如教练A、教练B、教练C等通过手持终端均与基于云计算的学校管理平台(23)通信。各个场地的物联网接口例如场地A的物联网接口、场地B的物联网接口、场地C的物联网接口等均通过物联网与基于云计算的学校管理平台(23)通信；
学校管理平台(23)获知各个场地空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练忙碌情况，对各个实训场地、各辆教练车和各个教练进行高效、实时监控、调度与管理。例如，某个教练车出现故障或特殊情况、或学员发出请求实人教练实车指导时，学校管理平台(23)发出指令给相关教练，让其到达某场地的该车进行指导。学员可以在教练车上学员信息交互界面(22)上实时查询各个场地空闲/占用情况、各辆教练车状态、各个教练的忙碌情况，确定去往哪个场地进行练习，如果遇到问题找哪个教练解决问题。
7.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
在转向盘、变速操纵杆、加速踏板、制动踏板、雨刷开关等各关键操纵部件处贴二维码或电子标签，学员通过手机扫描相应的二维码或电子标签，即可在手机以文本、声音、动画等丰富的方式，讲授该关键操纵部件的名称、作用、演变历史、结构、三维爆炸图、使用方法、注意事项、维修保养方法等重要信息，让学员理解、掌握。如果是恶劣天气，不能在驾校场地或校外实际道路实车驾驶实习，则可以在教练车的停车场内，在智慧教练车内，结合教练车的真实部件，展开相关的学习，包括汽车结构认知、维修知识、保养知识、保险知识等。
8.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
场地控制器(2)控制方法包括：
第一，对场地摄像机(3)输入的车辆视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到教练车的轮廓；
第二，对场地摄像机(3)输入的场地视频信息进行图像识别，然后进行特征提取，得到驾驶练习场地的边界线；
第三，得到教练车与场地的关系表示简图，传递到显示屏(1)，进行显示；
第四，针对教练车与场地的关系表示简图，进行学员本次驾驶学习效果分析；
第五，将学员驾驶学习效果信息传递到学校管理平台(23)。
9.根据权利要求1所述的智能型汽车驾驶教学系统，其特征是：
车载智能型驾驶教学控制器(11)的控制方法包括：
第一，根据学员信息交互界面(22)的学员输入信息，明确驾驶教学项目、内容，个人定制教练风格；
第二，根据加速踏板传感器(16)提供的加速踏板位移信息、制动踏板传感器(17)提供的制动踏板位移信息、转向盘传感器(15)提供的转向盘力矩、转角信息、车内摄像机6提供的学员视频信息等信息，进行学员驾驶习惯分析；对于不良的学员驾驶习惯，通过语音设备8，进行语音提醒；
第三，根据前雷达(19)提供学员驾驶车辆距离前方物体的距离信息；后雷达(10)提供学员驾驶车辆距离后方物体的距离信息；左右雷达(13)提供学员驾驶车辆距离左方、右方物体的距离信息等信息，当学员通过学员信息交互界面(22)输入需要车辆与周围物体的距离提醒命令时，通过语音设备8，进行语音提醒该距离，以使学员建立在车内观察的距离与雷达测得的实际距离之间的联系；
当学员驾驶车辆距离前方物体的距离、学员驾驶车辆距离后方物体的距离、学员驾驶车辆距离左右方物体的距离小于安全距离时，进行教练车防撞预警，通过语音设备8，进行语音警告；并通过转向执行机构(14)、制动执行机构(12)完成避撞，避免不必要的碰撞事故发生；
第四，根据学校管理平台(23)输入的管理信息、车辆与场地简化信息，进行信息显示，在车载显示屏(4)显示，使得当前驾驶学员从全局把握教练车与驾驶场地的关系；在车载显示屏(7)显示，使得坐在教练车的后排学员更好的理解驾驶行为；
第五，进行驾驶学习效果总结，并根据学员请求，通过打印机9打印，或向学员手机发送。
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