CN108657178A - 一种智能网联电动教练车及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能网联电动教练车及控制方法，其技术方案是：感知系统用于检测车外行人情况、车外障碍物情况，检测驾驶员的状态、操纵情况；控制系统的作用是根据感知系统提供的信息，对执行系统的各控制器发出控制信号，实现汽车的转向、驱动、制动能量回收功能；执行系统的作用是根据控制信号进行转向、驱动功能执行；人机界面的作用是学员通过转向盘、制动踏板、驱动踏板进行相应操纵，其操纵信息被传感器检测；有益效果是：用于监测教练车周围环境、学员训练过程、进行驾驶教学智能化指导的电动教练车，用于机动车驾驶员的驾驶技能培训，提高驾驶培训的智能化、人性化。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能教练车及方法，特别涉及一种智能网联电动教练车及控制方法，是一种用于监测教练车周围环境、学员训练过程、进行驾驶教学智能化指导的电动教练车，用于机动车驾驶员的驾驶技能培训，提高驾驶培训的智能化、人性化。
背景技术
随着驾校驾驶学员的增加、驾驶培训难度的提高，驾校急需运行一些高水平智能驾驶培训教学用车，以降低驾校教练的教学辅导和管理负担。随着“互联网+”技术的发展，智能网联电动教练车应运而生；
目前，已经有一些智能教练车的专利。例如，中国专利《智能教练车》（专利号：CN205665919U）开发一种配备有辅助教学系统的智能教练车，包括教练车和辅助教学系统,所述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以解决驾驶操作规范化、提高教训质量和降低驾驶人培训成本的问题。
中国专利《新型纯电动教练车智能教学装置》（专利号：CN206584612U）公开了一种新型纯电动教练车智能教学装置，包括车载主机、卫星定位装置以及检测控制装置，所述、所述卫星定位装置以及检测控制装置均与车载主机相连接，所述卫星定位装置为双星定位装置,所述双星定位装置内设置有十定位模块。能够节约人工成本，实现精准的定位不受天气和遮挡物的影响，使用总线进行数据的传输，布置线量少。
中国专利《一种教练车的智能化教学系统、车辆及智能化教学方法》（专利号：CN107293168A）公开了一种教练车的智能化教学系统，包括车载话筒、车载电脑、HUD设备。通过HUD设备将车载电脑的显示内容投影至车前挡玻璃上，可实现机动车驾驶人智能化教学系统中的数据展现通过车载话筒获取用户的语音信息并生成对应的控制指令,可实现机动车驾驶人智能化。教学系统中的对系统进行有限指令的输入，避免了用户低头查看车载电脑，并且通过触控屏发出控制指令，从而增加了用户观看及控制的便利性，实现了教练车教学系统的智能化。
经过文献检索、分析，发现：现有智能教练车存在以下不足：
①尚无融合智能网联技术、电动汽车技术等新技术的智能网联电动教练车；
②教练车缺少再生制动功能，能量利用率低；
③现有教练车不具备自动驾驶功能，无法进行驾驶训练教学示范；
④现有教练车不具备车速和距离感觉培养功能；
⑤现有教练车不具备主动安全功能。即教练车自动进行相关操纵，保证车外行人安全，避开障碍物、保证教练车的安全；
⑥现有教练车不具备监测学员的精神状态和操纵情况功能。即：对学员的疲劳驾驶、分心、操纵不当等行为进行提醒，并且视频存储，方便学员回顾和复习；
⑦现有教练车较少考虑利用网联技术与驾校管理云平台通信，方便驾校管理。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种智能网联电动教练车及控制方法，是一种用于监测教练车周围环境、学员训练过程、进行驾驶教学智能化指导的电动教练车，用于机动车驾驶员的驾驶技能培训，提高驾驶培训的智能化、人性化。
本发明提到的一种智能网联电动教练车，其技术方案是：主要包括感知系统、控制系统、执行系统、人机界面、电源、车载终端六大部分，感知系统用于检测车外行人情况、车外障碍物情况，检测驾驶员的状态、操纵情况；控制系统的作用是根据感知系统提供的信息，对执行系统的各控制器发出控制信号，实现汽车的转向、驱动、制动能量回收功能；执行系统的作用是根据控制信号进行转向、驱动功能执行；人机界面的作用是学员通过转向盘、制动踏板、驱动踏板进行相应操纵，其操纵信息被传感器检测；电源的作用是学员进行转向、驱动汽车的情况下，电源向各电机、控制器供电，制动情况下，电源进入充电模式；
感知系统包括车外摄像头（1）、车内摄像头（3）、前方雷达（2）、左侧方雷达（5）、右侧方雷达（14）、后方雷达（31）、左前轮轮速传感器（17）、右前轮轮速传感器（20）、左后轮轮速传感器（25）、右后轮轮速传感器（27）、横摆角速度传感器（6）、组合惯导GPS/INS（35）、制动踏板位移传感器（9）、加速踏板位移传感器（11）、转向盘力矩转角传感器（12），且分别与整车控制器（33）通过导线连接；
控制系统包括整车控制器（33）、转向控制器（34）、左前电机驱动控制器（18）、右前电机驱动控制器（19）、左后电机驱动控制器（26）、右后电机驱动控制器（28），且转向控制器（34）与左前电机驱动控制器（18）、右前电机驱动控制器（19）、左后电机驱动控制器（26）、右后电机驱动控制器（28）之间均通过信号线连接，转向控制器（34）与转向助力电机（13）通过导线连接；
执行系统包括转向助力电机（13）、左前轮驱动轮毂电机（16）、右前轮驱动轮毂电机（22）、左后轮驱动轮毂电机（24）、右后轮驱动轮毂电机（30）、左前轮（15）、右前轮（21）、左后轮（23）、右后轮（29）；
人机界面包括制动踏板（8）、加速踏板（10）、转向盘（7）、液晶触摸屏人机界面（4）。
优选的，上述车外摄像头（1）输入车外行人、障碍物信息；车内摄像头（3）输入学员状态、操纵信息；前方雷达（2）输入教练车与前方障碍物距离信息；左侧方雷达（5）、右侧方雷达（14）输入教练车与侧方障碍物距离信息；后方雷达（31）输入教练车与后方障碍物距离信息；左前轮轮速传感器（17）输入左前轮轮速信息；右前轮轮速传感器（20）输入右前轮轮速信息；左后轮轮速传感器（25）输入左后轮轮速信息；右后轮轮速传感器（27）输入右后轮轮速信息；横摆角速度传感器（6）输入教练车的横摆角速度信息；组合惯导GPS/INS （35）输入教练车的车速、姿态信息；制动踏板位移传感器（9）输入制动踏板位移信息；加速踏板位移传感器（11）输入加速踏板位移信息；转向盘力矩转角传感器（12）输入学员施加在转向盘的力矩、转角信息。
优选的，上述整车控制器（33）根据输入信息，经过控制算法运算，向转向控制器（34）提供转向控制信号，进而控制转向助力电机（13）的驱动，实现左前轮（15）和右前轮（21）的转动；
向左前电机驱动控制器（18）提供驱动控制信号，进而控制左前轮驱动轮毂电机（16）的驱动，实现左前轮（15）的驱动；
向右前电机驱动控制器（19）提供驱动控制信号，进而控制右前轮驱动轮毂电机（22）的驱动，实现右前轮（21）的驱动；
向左后电机驱动控制器（26）提供驱动控制信号，进而控制左后轮驱动轮毂电机（24）的驱动，实现左后轮（23）的驱动；
右后电机驱动控制器（28）提供驱动控制信号，进而控制右后轮驱动轮毂电机（30）的驱动，实现右后轮（29）的驱动;
整车控制器（33）可以接收来自驾校云平台的控制指令，学员按指令进行训练，执行驾校各项规定。
优选的，上述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行播放；并根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，进行处理播放；根据左侧方雷达（5）和右侧方雷达（14）提供的左右方障碍物距离信息，进行处理播放；根据后方雷达（31）提供的后方障碍物距离信息，进行处理播放。
优选的，上述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息、电池剩余电量信息、制动踏板位移传感器（9）提供的制动踏板位移信息，进行再生制动算法，给驱动控制器（18）发出再生制动信号，控制轮毂电机（16）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（19）发出再生制动信号，控制轮毂电机（22）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（26）发出再生制动信号，控制轮毂电机（24）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（28）发出再生制动信号，控制轮毂电机（30）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中。
优选的，上述整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离；如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态。
优选的，上述整车控制器（33）根据车内摄像头（3）输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息；然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范；如果学员疲劳，则语音警告学员；如果学员操纵不规范，则警告学员。
优选的，上述整车控制器（33）根据横摆角速度传感器（6）输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员；
整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS （35）输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员；
整车控制器（33）根据制动踏板位移传感器（9）输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度，如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动；判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员；
整车控制器（33）根据加速踏板位移传感器（11）输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度，如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速；判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员。
优选的，上述车外摄像头（1）记录的教练车外场景信息传递到整车控制器（33）；另外，通过车载终端（37），由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
本发明提到的一种智能网联电动教练车的控制方法，其技术方案是包括以下过程：
第一、基于液晶触摸屏的学员人机界面设定：基于人机工程学，设计界面简洁的液晶触摸屏人机界面，总界面中，“学员登录”实现学员身份识别与登录系统，采取指纹识别、语音识别、密码输入、按钮等形式，点击“教练车自主驾驶示范模式”时，教练车进入自主驾驶模式，完成相应汽车行驶任务，为学员提供示范，并通过语音解说动作要点和注意事项；
点击“模式设定”，进入 “模式设定”界面，可以设定车速提醒模式和距离提醒模式；
第二、教练车自主驾驶模式时，以避障为目的的路径规划流程：
首先判断潜在的碰撞类型，然后，进行决策，以前方碰撞为例，根据自车与障碍物的距离判断将发生碰撞危险时，决策原车道内制动避障或曲线运动避障；
避障路径规划融合仿人驾驶与仿生触须算法、预瞄机制，规划结果根据车辆的控制目标进行多学科优化，得到最终规划路径；
第三、机器学习仿人驾驶的流程，包括：
①设置实验场景，进行实验，由驾驶经验丰富的驾驶员进行驾驶，采集驾驶员驾驶数据集；
②分析驾驶员驾驶数据集，确定自车位置、运动、姿态参数、目标车位置、运动、姿态参数、车道信息的数据属性；
③进行能表征人类驾驶员特性的特征选择，增加模型精确度，降低模型复杂性；
④选择合适的学习算法，具有较好的灵活性、可解释性、可预测性，拟选取支持向量机、神经网络几种算法，对比研究；
⑤确定评价模型预测能力的指标；
⑥模型训练，利用选择的特征，学习人类驾驶行为；
第四，进行车速和距离感觉培养：整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器33根据前方雷达2提供的前方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器33根据左侧方雷达5、右侧方雷达14提供的左右方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器33根据后方雷达31提供的后方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
第五、教练车再生制动时的控制流程：所述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息、电池剩余电量信息、制动踏板位移传感器（9）提供的制动踏板位移信息，进行再生制动算法，给驱动控制器（18）发出再生制动信号，控制轮毂电机（16）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（19）发出再生制动信号，控制轮毂电机（22）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（26）发出再生制动信号，控制轮毂电机（24）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（28）发出再生制动信号，控制轮毂电机（30）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
第六，教练车的主动安全控制流程：所述整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离；如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态；
第七，教练车的监控学员状态和操纵的流程：所述整车控制器（33）根据车内摄像头（3）输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息；然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范；如果学员疲劳，则语音警告学员；如果学员操纵不规范，则警告学员；
第八，教练车行驶状态和驾驶习惯提醒流程：所述整车控制器（33）根据横摆角速度传感器（6）输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员；
整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS （35）输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员；
整车控制器（33）根据制动踏板位移传感器（9）输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度，如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动；判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员；
整车控制器（33）根据加速踏板位移传感器（11）输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度，如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速；判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员；
第九，教练车外场景监督流程：所述车外摄像头（1）记录的教练车外场景信息传递到整车控制器（33）；另外，通过车载终端（37），由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
本发明的有益效果是：智能网联电动教练车具备自动驾驶功能，进行驾驶训练教学。在学员需要教练车演示操作要领时，例如，在倒车入库、侧方停车、坡道定点停车和起步、直角转弯、曲线行驶（俗称S弯）等项目，教练车可以自行完成相关项目，并且通过语音提示操作要领，供学员学习；
智能网联电动教练车具备车速和距离感觉培养功能。教练车处于一定的车速时，通过语音告知学员车速的数值；当教练车与前方障碍物、侧方障碍物、后方障碍物保持一定距离时，语音提醒学员该距离的数值，便于学员在肉眼观察与车速、距离的实际值建立一定的联系；
在学员对教练车施加制动情况下，电源进入充电模式。车轮带动轮毂电机转动，轮毂电机转变为发电机模式，给电源充电。由于学员制动频繁，采用制动能量回收，较好的实现了电能的有效利用；
智能网联电动教练车具有较高的主动安全性，根据检测的车外行人信息、障碍物信息，进行安全驾驶提醒；学员没有采取安全操纵时，教练车自动进行相关操纵，保证车外行人安全，避开障碍物、保证教练车的安全；
智能网联电动教练车能够监测学员的精神状态和操纵情况。对学员的疲劳驾驶、分心、操纵不当等行为进行提醒，并且视频存储，方便学员回顾和复习；
智能网联电动教练车能够监测车外环境和场景，实时传递到云平台，方便驾校管理。并将训练视频存储，方便学员回顾和复习。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为智能网联电动教练车的总体工作原理框图；
图3 为基于液晶触摸屏的学员人机界面；
图4为教练车自主驾驶模式时，以避障为目的的路径规划流程；
图5所示为机器学习仿人驾驶的流程；
图6为进行车速和距离感觉培养的工作原理图；
图7为教练车再生制动时的控制流程；
图8为智能网联电动教练车的主动安全控制流程；
图9为教练车的监控学员状态和操纵的流程；
图10为教练车行驶状态和驾驶习惯提醒示意图；
图11为教练车外场景监督示意图；
上图中：车外摄像头1、前方雷达2、车内摄像头3、液晶触摸屏人机界面4、左侧方雷达5、横摆角速度传感器6、转向盘7、制动踏板8、制动踏板位移传感器9、加速踏板10、加速踏板位移传感器11、转向盘力矩转角传感器12、转向助力电机13、右侧方雷达14、左前轮15、左前轮驱动轮毂电机16、左前轮轮速传感器17、左前电机驱动控制器18、右前电机驱动控制器19、右前轮轮速传感器20、右前轮21、右前轮驱动轮毂电机22、左后轮23、左后轮驱动轮毂电机24、左后轮轮速传感器25、左后电机驱动控制器26、右后轮轮速传感器27、右后电机驱动控制器28、右后轮29、右后轮驱动轮毂电机30、后方雷达31、电池32、整车控制器33、转向控制器34、组合惯导GPS/INS 35、功放和喇叭组成的语音接收发送装置36，车载终端37。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参照附图1和图2，本发明提到的智能网联电动教练车，其技术方案是：包括车外摄像头1、车内摄像头3、前方雷达2、左侧方雷达5，右侧方雷达14、后方雷达31、左前轮轮速传感器17、右前轮轮速传感器20、左后轮轮速传感器25、右后轮轮速传感器27、横摆角速度传感器6、组合惯导GPS/INS 35、制动踏板位移传感器9、加速踏板位移传感器11、转向盘力矩转角传感器12向整车控制器33输入信息。其中，车外摄像头1输入车外行人、障碍物信息；车内摄像头3输入学员状态、操纵信息；前方雷达2输入教练车与前方障碍物距离信息；侧方雷达5，14输入教练车与侧方障碍物距离信息；后方雷达31输入教练车与后方障碍物距离信息；左前轮轮速传感器17输入左前轮轮速信息；右前轮轮速传感器20输入右前轮轮速信息；左后轮轮速传感器25输入左后轮轮速信息；右后轮轮速传感器27输入右后轮轮速信息；横摆角速度传感器6输入教练车的横摆角速度信息；组合惯导GPS/INS 35输入教练车的车速、姿态等信息；制动踏板位移传感器9输入制动踏板位移信息；加速踏板位移传感器11输入加速踏板位移信息；转向盘力矩转角传感器12输入学员施加在转向盘的力矩、转角信息。
整车控制器33根据输入信息，经过控制算法运算，向转向控制器34提供转向控制信号，进而控制转向助力电机13的驱动，实现左前轮15、右前轮21的转动；
向左前电机驱动控制器18提供驱动控制信号，进而控制左前轮驱动轮毂电机16的驱动，实现左前轮15的驱动；
向右前电机驱动控制器19提供驱动控制信号，进而控制右前轮驱动轮毂电机22的驱动，实现右前轮21的驱动；
向左后电机驱动控制器26提供驱动控制信号，进而控制左后轮驱动轮毂电机24的驱动，实现左后轮23的驱动；
右后电机驱动控制器28提供驱动控制信号，进而控制右后轮驱动轮毂电机30的驱动，实现右后轮29的驱动。
整车控制器33可以接收来自驾校云平台的控制指令，学员按指令进行训练，执行驾校各项规定。
图3 为基于液晶触摸屏的学员人机界面。基于人机工程学，设计界面简洁的液晶触摸屏人机界面，图（a）总界面中，“学员登录”实现学员身份识别与登录系统，采取指纹识别、语音识别、密码输入、按钮等形式。点击“教练车自主驾驶示范模式”时，教练车进入自主驾驶模式，完成相应汽车行驶任务，为学员提供示范，并通过语音解说动作要点和注意事项等。
点击“模式设定”，进入图（b）“模式设定”界面，可以设定车速提醒模式和距离提醒模式。
图4为教练车自主驾驶模式时，以避障为目的的路径规划流程：
首先判断潜在的碰撞类型。
然后，进行决策。以前方碰撞为例，根据自车与障碍物的距离判断将发生碰撞危险时，决策原车道内制动避障或曲线运动避障。
避障路径规划融合仿人驾驶与仿生触须算法、预瞄机制，规划结果根据车辆的控制目标进行多学科优化，得到最终规划路径。
图5所示为机器学习仿人驾驶的流程，包括：
①设置实验场景，进行实验，由驾驶经验丰富的驾驶员进行驾驶，采集驾驶员驾驶数据集；
②分析驾驶员驾驶数据集，确定自车位置、运动、姿态参数、目标车位置、运动、姿态参数、车道信息等数据属性；
③进行能表征人类驾驶员特性的特征选择，增加模型精确度，降低模型复杂性；
④选择合适的学习算法，具有较好的灵活性、可解释性、可预测性。拟选取支持向量机、神经网络等几种算法，对比研究；
⑤确定评价模型预测能力的指标；
⑥模型训练。利用选择的特征，学习人类驾驶行为。
图6为进行车速和距离感觉培养的工作原理图：
整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式，例如，10Km/h、20Km/h时提醒车速，由音响发出声音：“车速为10Km/h”、“车速为20Km/h”。
整车控制器33根据前方雷达2提供的前方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式，例如，每隔1m进行语音提醒，“距前方障碍物5m”、“距前方障碍物4m”等。
类似的，整车控制器33根据左侧方雷达5、右侧方雷达14提供的左右方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式，例如，每隔0.5m进行语音提醒，“距左方障碍物1m”、“距左方障碍物0.5m”等。
整车控制器33根据后方雷达31提供的后方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式，例如，每隔0.2m进行语音提醒，“距后方障碍物1m”、“距后方障碍物0.8m”等。
图7为教练车再生制动时的控制流程：
整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35提供的车速信息、电池剩余电量（SOC）信息、制动踏板位移传感器9提供的制动踏板位移信息等信息，进行再生制动算法，给驱动控制器18发出再生制动信号，控制轮毂电机16进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
类似的，整车控制器33给驱动控制器19发出再生制动信号，控制轮毂电机22进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器33给驱动控制器26发出再生制动信号，控制轮毂电机24进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器33给驱动控制器28发出再生制动信号，控制轮毂电机30进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中。
图8为智能网联电动教练车的主动安全控制流程：
整车控制器33根据前方雷达2提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离。如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态。
图9为教练车的监控学员状态和操纵的流程：
整车控制器33根据车内摄像头3输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息。然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范。如果学员疲劳，则语音警告学员。如果学员操纵不规范，则警告学员。
图10为教练车行驶状态和驾驶习惯提醒示意图：
整车控制器33根据横摆角速度传感器6输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员，“汽车处于危险状态，请降低车速、减小转向盘转角”。
整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员：“请降低车速”。
整车控制器33根据制动踏板位移传感器9输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度。如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动。判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员，“尽量提前制动，避免紧急制动”，培养有预见性的提前制动的驾驶习惯。
整车控制器33根据加速踏板位移传感器11输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度。如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速。判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员，“尽量平稳加速，避免紧急加速”，培养有预见性的平稳加速的驾驶习惯。
图11为教练车外场景监督示意图：车外摄像头1记录的教练车外场景信息传递到整车控制器33；另外，通过车载终端37，由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
本发明提到的一种智能网联电动教练车的控制方法，其技术方案是包括以下过程：
第一、基于液晶触摸屏的学员人机界面设定：基于人机工程学，设计界面简洁的液晶触摸屏人机界面，总界面中，“学员登录”实现学员身份识别与登录系统，采取指纹识别、语音识别、密码输入、按钮等形式，点击“教练车自主驾驶示范模式”时，教练车进入自主驾驶模式，完成相应汽车行驶任务，为学员提供示范，并通过语音解说动作要点和注意事项；
点击“模式设定”，进入 “模式设定”界面，可以设定车速提醒模式和距离提醒模式；
第二、教练车自主驾驶模式时，以避障为目的的路径规划流程：
首先判断潜在的碰撞类型，然后，进行决策，以前方碰撞为例，根据自车与障碍物的距离判断将发生碰撞危险时，决策原车道内制动避障或曲线运动避障；
避障路径规划融合仿人驾驶与仿生触须算法、预瞄机制，规划结果根据车辆的控制目标进行多学科优化，得到最终规划路径；
第三、机器学习仿人驾驶的流程，包括：
①设置实验场景，进行实验，由驾驶经验丰富的驾驶员进行驾驶，采集驾驶员驾驶数据集；
②分析驾驶员驾驶数据集，确定自车位置、运动、姿态参数、目标车位置、运动、姿态参数、车道信息的数据属性；
③进行能表征人类驾驶员特性的特征选择，增加模型精确度，降低模型复杂性；
④选择合适的学习算法，具有较好的灵活性、可解释性、可预测性，拟选取支持向量机、神经网络几种算法，对比研究；
⑤确定评价模型预测能力的指标；
⑥模型训练，利用选择的特征，学习人类驾驶行为；
第四，进行车速和距离感觉培养：整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式；
整车控制器33根据前方雷达2提供的前方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式；
整车控制器33根据左侧方雷达5、右侧方雷达14提供的左右方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式；
整车控制器33根据后方雷达31提供的后方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式；
第五、教练车再生制动时的控制流程：所述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息、电池剩余电量信息、制动踏板位移传感器（9）提供的制动踏板位移信息，进行再生制动算法，给驱动控制器（18）发出再生制动信号，控制轮毂电机（16）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（19）发出再生制动信号，控制轮毂电机（22）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（26）发出再生制动信号，控制轮毂电机（24）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（28）发出再生制动信号，控制轮毂电机（30）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
第六，教练车的主动安全控制流程：所述整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离；如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态；
第七，教练车的监控学员状态和操纵的流程：所述整车控制器（33）根据车内摄像头（3）输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息；然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范；如果学员疲劳，则语音警告学员；如果学员操纵不规范，则警告学员；
第八，教练车行驶状态和驾驶习惯提醒流程：所述整车控制器（33）根据横摆角速度传感器（6）输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员；
整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS （35）输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员；
整车控制器（33）根据制动踏板位移传感器（9）输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度，如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动；判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员；
整车控制器（33）根据加速踏板位移传感器（11）输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度，如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速；判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员；
第九，教练车外场景监督流程：所述车外摄像头（1）记录的教练车外场景信息传递到整车控制器（33）；另外，通过车载终端（37），由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种智能网联电动教练车，其特征是：主要包括感知系统、控制系统、执行系统、人机界面、电源、车载终端六大部分，感知系统用于检测车外行人情况、车外障碍物情况，检测驾驶员的状态、操纵情况；控制系统的作用是根据感知系统提供的信息，对执行系统的各控制器发出控制信号，实现汽车的转向、驱动、制动能量回收功能；执行系统的作用是根据控制信号进行转向、驱动功能执行；人机界面的作用是学员通过转向盘、制动踏板、驱动踏板进行相应操纵，其操纵信息被传感器检测；电源的作用是学员进行转向、驱动汽车的情况下，电源向各电机、控制器供电，制动情况下，电源进入充电模式；
感知系统包括车外摄像头（1）、车内摄像头（3）、前方雷达（2）、左侧方雷达（5）、右侧方雷达（14）、后方雷达（31）、左前轮轮速传感器（17）、右前轮轮速传感器（20）、左后轮轮速传感器（25）、右后轮轮速传感器（27）、横摆角速度传感器（6）、组合惯导GPS/INS（35）、制动踏板位移传感器（9）、加速踏板位移传感器（11）、转向盘力矩转角传感器（12），且分别与整车控制器（33）通过导线连接；
控制系统包括整车控制器（33）、转向控制器（34）、左前电机驱动控制器（18）、右前电机驱动控制器（19）、左后电机驱动控制器（26）、右后电机驱动控制器（28），且转向控制器（34）与左前电机驱动控制器（18）、右前电机驱动控制器（19）、左后电机驱动控制器（26）、右后电机驱动控制器（28）之间均通过信号线连接，转向控制器（34）与转向助力电机（13）通过导线连接；
执行系统包括转向助力电机（13）、左前轮驱动轮毂电机（16）、右前轮驱动轮毂电机（22）、左后轮驱动轮毂电机（24）、右后轮驱动轮毂电机（30）、左前轮（15）、右前轮（21）、左后轮（23）、右后轮（29）；
人机界面包括制动踏板（8）、加速踏板（10）、转向盘（7）、液晶触摸屏人机界面（4）。
2.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述车外摄像头（1）输入车外行人、障碍物信息；车内摄像头（3）输入学员状态、操纵信息；前方雷达（2）输入教练车与前方障碍物距离信息；左侧方雷达（5）、右侧方雷达（14）输入教练车与侧方障碍物距离信息；后方雷达（31）输入教练车与后方障碍物距离信息；左前轮轮速传感器（17）输入左前轮轮速信息；右前轮轮速传感器（20）输入右前轮轮速信息；左后轮轮速传感器（25）输入左后轮轮速信息；右后轮轮速传感器（27）输入右后轮轮速信息；横摆角速度传感器（6）输入教练车的横摆角速度信息；组合惯导GPS/INS （35）输入教练车的车速、姿态信息；制动踏板位移传感器（9）输入制动踏板位移信息；加速踏板位移传感器（11）输入加速踏板位移信息；转向盘力矩转角传感器（12）输入学员施加在转向盘的力矩、转角信息。
3.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据输入信息，经过控制算法运算，向转向控制器（34）提供转向控制信号，进而控制转向助力电机（13）的驱动，实现左前轮（15）和右前轮（21）的转动；
向左前电机驱动控制器（18）提供驱动控制信号，进而控制左前轮驱动轮毂电机（16）的驱动，实现左前轮（15）的驱动；
向右前电机驱动控制器（19）提供驱动控制信号，进而控制右前轮驱动轮毂电机（22）的驱动，实现右前轮（21）的驱动；
向左后电机驱动控制器（26）提供驱动控制信号，进而控制左后轮驱动轮毂电机（24）的驱动，实现左后轮（23）的驱动；
右后电机驱动控制器（28）提供驱动控制信号，进而控制右后轮驱动轮毂电机（30）的驱动，实现右后轮（29）的驱动;
整车控制器（33）可以接收来自驾校云平台的控制指令，学员按指令进行训练，执行驾校各项规定。
4.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行播放；并根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，进行处理播放；根据左侧方雷达（5）和右侧方雷达（14）提供的左右方障碍物距离信息，进行处理播放；根据后方雷达（31）提供的后方障碍物距离信息，进行处理播放。
5.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息、电池剩余电量信息、制动踏板位移传感器（9）提供的制动踏板位移信息，进行再生制动算法，给驱动控制器（18）发出再生制动信号，控制轮毂电机（16）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（19）发出再生制动信号，控制轮毂电机（22）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（26）发出再生制动信号，控制轮毂电机（24）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（28）发出再生制动信号，控制轮毂电机（30）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中。
6.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离；如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态。
7.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据车内摄像头（3）输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息；然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范；如果学员疲劳，则语音警告学员；如果学员操纵不规范，则警告学员。
8.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述整车控制器（33）根据横摆角速度传感器（6）输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员；
整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS （35）输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员；
整车控制器（33）根据制动踏板位移传感器（9）输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度，如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动；判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员；
整车控制器（33）根据加速踏板位移传感器（11）输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度，如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速；判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员。
9.根据权利要求1所述的智能网联电动教练车，其特征是：所述车外摄像头（1）记录的教练车外场景信息传递到整车控制器（33）；另外，通过车载终端（37），由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的智能网联电动教练车的控制方法，其特征是包括以下过程：
第一、基于液晶触摸屏的学员人机界面设定：基于人机工程学，设计界面简洁的液晶触摸屏人机界面，总界面中，“学员登录”实现学员身份识别与登录系统，采取指纹识别、语音识别、密码输入、按钮等形式，点击“教练车自主驾驶示范模式”时，教练车进入自主驾驶模式，完成相应汽车行驶任务，为学员提供示范，并通过语音解说动作要点和注意事项；
点击“模式设定”，进入 “模式设定”界面，可以设定车速提醒模式和距离提醒模式；
第二、教练车自主驾驶模式时，以避障为目的的路径规划流程：
首先判断潜在的碰撞类型，然后，进行决策，以前方碰撞为例，根据自车与障碍物的距离判断将发生碰撞危险时，决策原车道内制动避障或曲线运动避障；
避障路径规划融合仿人驾驶与仿生触须算法、预瞄机制，规划结果根据车辆的控制目标进行多学科优化，得到最终规划路径；
第三、机器学习仿人驾驶的流程，包括：
①设置实验场景，进行实验，由驾驶经验丰富的驾驶员进行驾驶，采集驾驶员驾驶数据集；
②分析驾驶员驾驶数据集，确定自车位置、运动、姿态参数、目标车位置、运动、姿态参数、车道信息的数据属性；
③进行能表征人类驾驶员特性的特征选择，增加模型精确度，降低模型复杂性；
④选择合适的学习算法，具有较好的灵活性、可解释性、可预测性，拟选取支持向量机、神经网络几种算法，对比研究；
⑤确定评价模型预测能力的指标；
⑥模型训练，利用选择的特征，学习人类驾驶行为；
第四，进行车速和距离感觉培养：整车控制器33根据组合惯导GPS/INS 35提供的车速信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器（33）根据左侧方雷达（5）、右侧方雷达（14）提供的左右方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
整车控制器（33）根据后方雷达（31）提供的后方障碍物距离信息，进行处理，根据学员设置的播放模式进行语音提醒；
第五、教练车再生制动时的控制流程：所述整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS（35）提供的车速信息、电池剩余电量信息、制动踏板位移传感器（9）提供的制动踏板位移信息，进行再生制动算法，给驱动控制器（18）发出再生制动信号，控制轮毂电机（16）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（19）发出再生制动信号，控制轮毂电机（22）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（26）发出再生制动信号，控制轮毂电机（24）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
整车控制器（33）给驱动控制器（28）发出再生制动信号，控制轮毂电机（30）进行再生制动能量回收，将电能存储在电池中；
第六，教练车的主动安全控制流程：所述整车控制器（33）根据前方雷达（2）提供的前方障碍物距离信息，判断教练车距前方障碍物距离小于安全距离；如果教练车距前方障碍物距离小于安全距离，则通过语音，警告学员立即采取恰当的行动；如果学员没有采取恰当的行动，使汽车达到安全状态，那么教练车自主驾驶，制动或避障，使汽车达到安全状态；
第七，教练车的监控学员状态和操纵的流程：所述整车控制器（33）根据车内摄像头（3）输入的学员视频信息进行特征处理、分类，识别出学员面部信息和学员操纵过程信息；然后，判断学员是否疲劳；学员操纵是否规范；如果学员疲劳，则语音警告学员；如果学员操纵不规范，则警告学员；
第八，教练车行驶状态和驾驶习惯提醒流程：所述整车控制器（33）根据横摆角速度传感器（6）输入的教练车的横摆角速度，判断是否超过上限值，如果超过，说明汽车处于危险状态，语音警告学员；
整车控制器（33）根据组合惯导GPS/INS （35）输入的车速信息，判断车速是否超过规定值，如果超过规定值，则汽车将发生危险，语音警告学员；
整车控制器（33）根据制动踏板位移传感器（9）输入的制动踏板位移，进行微分得到制动踏板角速度，如果制动踏板角速度超过规定值，则为紧急制动；判断如果紧急制动的次数超过规定值，则为经常紧急制动，语音提醒学员；
整车控制器（33）根据加速踏板位移传感器（11）输入的加速踏板位移，进行微分得到加速踏板角速度，如果加速踏板角速度超过规定值，则为紧急加速；判断如果紧急加速的次数超过规定值，则为经常紧急加速，语音提醒学员；
第九，教练车外场景监督流程：所述车外摄像头（1）记录的教练车外场景信息传递到整车控制器（33）；另外，通过车载终端（37），由4G无线网络传递到驾校管理云平台，进行信息存储和调用。
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