CN108974013A - 基于方向盘握力的人机权限切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于方向盘握力的人机权限切换方法，包括下列顺序的步骤：通过压力传感器来检测驾驶员的握力；将压力传感器发出的电阻信号转换为电压信号；读取上述电压信号，并根据压力传感器的特性转换为相应的压力值；检测当前车辆控制权归属；判断三个压力传感器发出的信号是否达到切换条件；判断驾驶员是否脱离驾驶状态，判断是否该由辅助系统接管方向盘；将切换策略的判断结果发送给辅助系统控制器。本发明还公开了实现基于方向盘握力的人机权限切换方法的装置。本发明可通过驾驶员施加给方向盘的握力变化实时监测驾驶员的状态，判断其是否脱离驾驶状态以及是否有接管方向盘的意图，策略合理，硬件结构简单，可增强系统的可靠性和安全性。

Description

基于方向盘握力的人机权限切换方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车安全驾驶技术领域，尤其是一种基于方向盘握力的人机权限切换方法及装置。

背景技术

为保证车辆行驶的安全性和提高驾驶员的驾驶体验，目前国内外已开发出多种智能驾驶辅助系统，比如车道保持辅助系统和车道偏离辅助系统等。当辅助系统工作时，如果驾驶员试图紧急避障或是执行换道操作的话，却很容易在二者之间造成控制上的冲突，因此有必要通过检测驾驶员的状态来实现辅助系统和驾驶员之间控制权限的切换。

对于处于第三级别的智能汽车而言，权限切换策略是保证驾驶员接管方向盘，在紧急情况下避免危险的最后保障。它通过判断驾驶员是否在操纵车辆来决定是否由辅助系统接管方向盘，通过判断驾驶员是否有操作意图盘决定方向盘是否由驾驶员接管。

目前，美国研制了一种驾驶员瞌睡侦探系统，该系统采用多普勒雷达侦测和复杂的图像识别技术来获取驾驶员的情绪活动、眨眼频率等信号，从而检测驾驶员的状态。另外，还有一种汽车自适应智能转向系统，可在自动和手动模式下切换，但是切换过程需要按下手动/自动转型开关才可以进行切换，其智能化程度有待提高。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种以驾驶员的握力作为判断依据的切换策略，增强系统的可靠性和安全性的基于方向盘握力的人机权限切换方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于方向盘握力的人机权限切换方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)通过布置在方向盘和皮套之间的压力传感器来检测驾驶员的握力，所述压力传感器包括安装在方向盘顶端的第一压力传感器、安装在方向盘左侧的第二压力传感器以及安装在方向盘右侧的第三压力传感器；

(2)电压转换模块将压力传感器发出的电阻信号转换为电压信号；

(3)单片机读取上述电压信号，并根据压力传感器的特性将该电压信号转换为相应的压力值；

(4)单片机检测当前车辆控制权归属，根据前一时刻的状态反馈来判断当前车辆是由驾驶员驾驶还是由辅助系统控制，若由辅助系统控制车辆，则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；

(5)单片机判断三个压力传感器发出的信号是否达到切换条件；

(6)单片机判断驾驶员是否脱离驾驶状态，判断是否该由辅助系统接管方向盘；

(7)单片机将切换策略的判断结果通过CAN总线发送给辅助系统控制器。

在步骤(5)中，判断安装在方向盘顶端的第一压力传感器发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a1)判断第一压力传感器发出的信号值是否达到第二阈值B，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b1)判断第一压力传感器发出的信号值是否达到第一阈值A，若判断结果为是，则进入下一步，否则，不移交操作权限；

(5c1)开始计时，在计时期间内若第一压力传感器发出的信号值低于第一阈值A则终止计时，判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

在步骤(5)中，判断第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a2)判断第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号值是否同时达到第一阈值A，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b2)当第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号值有且仅有一个达到第一阈值A时，对此信号进行计时，计时期间内若信号值低于第一阈值A则终止计时；

(5c2)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

所述步骤(6)具体包括以下顺序的步骤：

(6a)判断第一、二、三压力传感器发出的信号值是否均低于第一阈值A，若判断结果为否，则不移交操作权限，否则进入下一步；

(6b)开始计时，计时期间内若任一信号值高于第一阈值A则终止计时；

(6c)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给辅助系统，否则，不移交操作权限。

本发明的另一目的在于提供一种实现基于方向盘握力的人机权限切换方法的装置，包括：

第一压力传感器，安装在方向盘顶端且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

第二压力传感器，安装在方向盘的左侧且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

第三压力传感器，安装在方向盘的右侧且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

电压转换模块，用于将压力传感器的阻值变化转换为电压变化；

模拟信号接收模块，用以传输电压信号给单片机；

单片机，用以存储切换策略程序，判断权限是否移交；

辅助系统控制器，用以实现相应的辅助功能，如车道保持或偏离预警；

所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器的信号输出端均与电压转换模块的信号输入端相连，电压转换模块的信号输出端与模拟信号接收模块的信号输入端相连，模拟信号接收模块的信号输出端与单片机的信号输入端相连，单片机的信号输出端通过CAN总线与执行机构的辅助系统控制器的信号输入端相连。

由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，本发明可通过驾驶员施加给方向盘的握力变化实时监测驾驶员的状态，可判断其是否脱离驾驶状态以及是否有接管方向盘的意图；第二，本发明考虑了驾驶员紧急接管方向盘和正常接管方向盘的两种可能，策略合理，硬件结构简单，可增强系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明的系统组成框图；

图2是本发明的安装示意图；

图3为辅助系统控制车辆时，判断是否移交控制权限给驾驶员的切换原理图；

图4为驾驶员控制车辆时，判断是否移交控制权限给辅助系统的切换原理图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种基于方向盘握力的人机权限切换方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)通过布置在方向盘4和皮套5之间的压力传感器来检测驾驶员的握力，所述压力传感器包括安装在方向盘4顶端的第一压力传感器1、安装在方向盘4左侧的第二压力传感器2以及安装在方向盘4右侧的第三压力传感器3；

(2)电压转换模块6将压力传感器发出的电阻信号转换为电压信号；

(3)单片机7读取上述电压信号，并根据压力传感器的特性将该电压信号转换为相应的压力值；

(4)单片机7检测当前车辆控制权归属，根据前一时刻的状态反馈来判断当前车辆是由驾驶员驾驶还是由辅助系统控制，若由辅助系统控制车辆，则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；

(5)单片机7判断三个压力传感器发出的信号是否达到切换条件；

(6)单片机7判断驾驶员是否脱离驾驶状态，判断是否该由辅助系统接管方向盘4；

(7)单片机7将切换策略的判断结果通过CAN总线9发送给辅助系统控制器10。

如图3所示，在步骤(5)中，判断安装在方向盘4顶端的第一压力传感器1发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a1)判断第一压力传感器1发出的信号值是否达到第二阈值B，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b1)判断第一压力传感器1发出的信号值是否达到第一阈值A，若判断结果为是，则进入下一步，否则，不移交操作权限；

(5c1)开始计时，在计时期间内若第一压力传感器1发出的信号值低于第一阈值A则终止计时，判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

如图3所示，在步骤(5)中，判断第二压力传感器2、第三压力传感器3发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a2)判断第二压力传感器2、第三压力传感器3发出的信号值是否同时达到第一阈值A，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b2)当第二压力传感器2、第三压力传感器3发出的信号值有且仅有一个达到第一阈值A时，对此信号进行计时，计时期间内若信号值低于第一阈值A则终止计时；

(5c2)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

如图4所示，所述步骤(6)具体包括以下顺序的步骤：

(6a)判断第一、二、三压力传感器发出的信号值是否均低于第一阈值A，若判断结果为否，则不移交操作权限，否则进入下一步；

(6b)开始计时，计时期间内若任一信号值高于第一阈值A则终止计时；

(6c)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给辅助系统，否则，不移交操作权限。

如图1、2所示，本装置包括：

第一压力传感器1，安装在方向盘4顶端且位于方向盘4和皮套5之间，用于采集驾驶员的握力；

第二压力传感器2，安装在方向盘4的左侧且位于方向盘4和皮套5之间，用于采集驾驶员的握力；

第三压力传感器3，安装在方向盘4的右侧且位于方向盘4和皮套5之间，用于采集驾驶员的握力；

电压转换模块6，用于将压力传感器的阻值变化转换为电压变化；

模拟信号接收模块8，用以传输电压信号给单片机7；

单片机7，用以存储切换策略程序，判断权限是否移交；

辅助系统控制器10，用以实现相应的辅助功能，如车道保持或偏离预警；

所述第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器3的信号输出端均与电压转换模块6的信号输入端相连，电压转换模块6的信号输出端与模拟信号接收模块8的信号输入端相连，模拟信号接收模块8的信号输出端与单片机7的信号输入端相连，单片机7的信号输出端通过CAN总线9与执行机构的辅助系统控制器10的信号输入端相连。

压力传感器本身的阻值变化与所受压力存在对应关系，从而压力变化与电压变化之间也存在对应关系，单片机7根据其对应关系将电压信号转变为对应压力值。电压转换模块6和模拟信号接收模块8均集成在控制板上，控制板由车载电源供电，单片机7内编写电压-压力转换程序。

压力传感器布置在方向盘4和皮套5之间，第一压力传感器1布置在上方以检测驾驶员紧急避障或转弯的意图，当驾驶员试图大角度转动方向盘4时通常会握住方向盘4上部；第二压力传感器2、第三压力传感器3对称布置在方向盘4两边，当驾驶员试图接管方向盘4但仍需维持车辆在本车道行驶时通常会单手或双手握住方向盘4的一边或两边；压力传感器具有一定长度以保证处于驾驶员双手落点位置。

判断中存在两个阈值，第一阈值A略小于驾驶员正常握住方向盘4时的握力值；第二阈值B略小于驾驶员大角度转动方向盘4时的握力值。对满足切换阈值条件的信号进行计时，从而避免辅助系统接管方向盘4时驾驶员误碰方向盘4的情况，以及驾驶员接管方向盘4时偶然的小握力导致辅助系统误接管方向盘4的可能。

综上所述，本发明可通过驾驶员施加给方向盘4的握力变化实时监测驾驶员的状态，可判断其是否脱离驾驶状态以及是否有接管方向盘4的意图；考虑了驾驶员紧急接管方向盘4和正常接管方向盘4的两种可能，策略合理，硬件结构简单，可增强系统的可靠性和安全性。

Claims (5)

1.一种基于方向盘握力的人机权限切换方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)通过布置在方向盘和皮套之间的压力传感器来检测驾驶员的握力，所述压力传感器包括安装在方向盘顶端的第一压力传感器、安装在方向盘左侧的第二压力传感器以及安装在方向盘右侧的第三压力传感器；

(2)电压转换模块将压力传感器发出的电阻信号转换为电压信号；

(3)单片机读取上述电压信号，并根据压力传感器的特性将该电压信号转换为相应的压力值；

(4)单片机检测当前车辆控制权归属，根据前一时刻的状态反馈来判断当前车辆是由驾驶员驾驶还是由辅助系统控制，若由辅助系统控制车辆，则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；

(5)单片机判断三个压力传感器发出的信号是否达到切换条件；

(6)单片机判断驾驶员是否脱离驾驶状态，判断是否该由辅助系统接管方向盘；

(7)单片机将切换策略的判断结果通过CAN总线发送给辅助系统控制器。

2.根据权利要求1所述基于方向盘握力的人机权限切换方法，其特征在于：在步骤(5)中，判断安装在方向盘顶端的第一压力传感器发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a1)判断第一压力传感器发出的信号值是否达到第二阈值B，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b1)判断第一压力传感器发出的信号值是否达到第一阈值A，若判断结果为是，则进入下一步，否则，不移交操作权限；

(5c1)开始计时，在计时期间内若第一压力传感器发出的信号值低于第一阈值A则终止计时，判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

3.根据权利要求1所述基于方向盘握力的人机权限切换方法，其特征在于：在步骤(5)中，判断第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号是否达到切换条件具体包括以下步骤：

(5a2)判断第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号值是否同时达到第一阈值A，若达到则移交操作权限给驾驶员，否则，则进入下一步；

(5b2)当第二压力传感器、第三压力传感器发出的信号值有且仅有一个达到第一阈值A时，对此信号进行计时，计时期间内若信号值低于第一阈值A则终止计时；

(5c2)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给驾驶员，否则，不移交操作权限，第二阈值B为5N·m，第一阈值为2N·m，时间门限为1.5s。

4.根据权利要求1所述基于方向盘握力的人机权限切换方法，其特征在于：所述步骤(6)具体包括以下顺序的步骤：

(6a)判断第一、二、三压力传感器发出的信号值是否均低于第一阈值A，若判断结果为否，则不移交操作权限，否则进入下一步；

(6b)开始计时，计时期间内若任一信号值高于第一阈值A则终止计时；

(6c)判断是否达到计时门限，若判断结果为是，则移交操作权限给辅助系统，否则，不移交操作权限。

5.一种实现权利要求1至4中任一项所述基于方向盘握力的人机权限切换方法的装置，其特征在于：包括：

第一压力传感器，安装在方向盘顶端且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

第二压力传感器，安装在方向盘的左侧且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

第三压力传感器，安装在方向盘的右侧且位于方向盘和皮套之间，用于采集驾驶员的握力；

电压转换模块，用于将压力传感器的阻值变化转换为电压变化；

模拟信号接收模块，用以传输电压信号给单片机；

单片机，用以存储切换策略程序，判断权限是否移交；

辅助系统控制器，用以实现相应的辅助功能，如车道保持或偏离预警；

所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器的信号输出端均与电压转换模块的信号输入端相连，电压转换模块的信号输出端与模拟信号接收模块的信号输入端相连，模拟信号接收模块的信号输出端与单片机的信号输入端相连，单片机的信号输出端通过CAN总线与执行机构的辅助系统控制器的信号输入端相连。