CN109552337A - 车辆无人驾驶主动干预系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种车辆无人驾驶主动干预系统，包括三个监测仪、路径监测装置、控制器和无人驾驶子系统；第一监测仪用于监测驾驶员面部表情；第二监测仪用于监测驾驶员心率；第三监测仪用于监测驾驶员手握方向盘的压力；路径监测装置用于当若车辆前端没有障碍物，且行驶路径与规划路径存在差异时，路径处理器判断向控制器发送路径异常信号；当控制器判断三个监测仪发送的任意一个异常信号，且同时接收到路径处理器发送的路径异常时，则说明驾驶员生理或心理状态出现异常，且该异常影响了对汽车的操控；控制器控制启动无人驾驶子系统，无人驾驶子系统接管对车辆的操作，以增强在异常情况下汽车的安全性。

Description

车辆无人驾驶主动干预系统

技术领域

本发明涉及汽车安全技术领域，具体涉及车辆无人驾驶主动干预系统。

背景技术

驾驶员的生理状况和心理状况是影响驾驶人行为的重要因素，驾驶员的生理因素主要包括：驾驶员知觉、视觉、色觉、听觉以及生理节律等，通过这些生理感官功能，驾驶员才能获取外界的信息。心理因素是影响交通事故的主要原因之一，包括驾驶员自身存在的一些比较稳定的特质、个性、日常习惯、意识以及由于外界环境的变化所产生的压力、情绪、疲劳等。驾驶员因这些因素的变化而产生心理反应从而产生不同的驾驶行为。

现有的对驾驶员疲劳检测系统无法将检测结果与汽车行驶状态相结合，无法保证异常情况下汽车的安全性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种车辆无人驾驶主动干预系统，能够对驾驶员的生理和心理状态进行监测，当驾驶员生理或心理异常状态影响到正常驾驶时，启动无人驾驶系统接管车辆操作，以增强在异常情况下汽车的安全性。

本发明提供的一种车辆无人驾驶主动干预系统，包括三个监测仪、路径监测装置、控制器和无人驾驶子系统；三个监测仪分别为第一监测仪、第二监测仪和第三监测仪；第一监测仪用于监测驾驶员面部表情；第二监测仪用于监测驾驶员心率；第三监测仪用于监测驾驶员手握方向盘的压力；路径监测装置包括路径处理器，以及与路径处理器分别相连接的输入装置、电子地图、GPS定位模块和红外线传感器，通过输入出发地和目的地进行路径规划，GPS定位模块用于进行定位获取行驶路径，路径处理器用于判断规划路径与行驶路径之间是否存在差异；红外传感器设置在车辆前端，用于探测车辆前端是否存在障碍物，并将探测信号发送至路径处理器；若车辆前端存在障碍物，则行驶路径与规划路径存在差异属于正常情况；若车辆前端没有障碍物，且行驶路径与规划路径存在差异时，路径处理器判断为出现路径异常，并将路径异常信号发送至控制器；第一监测仪、第二监测仪、第三监测仪和路径监测装置将监测的信号发送至控制器；当控制器接收到三个监测仪发送的任意一个异常信号，且同时接收到路径处理器发送的路径异常时，控制器控制启动无人驾驶子系统，无人驾驶子系统接管对车辆的操作。

进一步的，第一监测仪包括摄像装置、存储器、第一处理器；摄像装置用于拍摄驾驶员的表情；存储器用于预先存储二组驾驶员的表情图片，一组表情图片为正常情况下的表情图片作为训练样本，另一组图片为待分类样本；第一处理器用于求取训练样本集的平均值，将待分类样本中的各个值与平均值分别作差，得到平均差值矢量，并将得到的差值矢量投影到特征空间进行计算；选择差值最小的训练样本组成局部数据样本，为局部特征信息；摄像装置将拍摄的驾驶员表情图像发送至第一处理器，第一处理器将采集的表情图像与局部特征信息进行比对，若比对相似，第三处理器向控制器发送图像异常信号。

进一步的，第二监测仪包括设置在方向盘上的心率监测传感器和第二处理器，手环内设置有心率监测传感器，第二处理器内存储有心率阈值，心率检测传感器将探测的心率信号值发送至第二处理器，第二处理器进行比较判断，若探测的心率值超出预设范围，第二处理器向控制器发送心率异常信号。

进一步的，第三监测仪包括设置在方向盘表面的压力传感器，压力传感器和第三处理器相连接；第三处理器内预存方向盘压力阈值，第三压力传感器探测的方向盘压力值传输至第三处理器，第三处理器进行比较，判断探测的方向盘压力值是否超出压力阈值；若超出压力阈值范围，则第三处理器向控制器发送压力异常信号。

进一步的，无人驾驶系统与设置在车头的激光测量装置相连接，无人驾驶系统得到控制器的启动信号后，触发激光测量装置进行激光扫描；激光测量装置包括扫描架、激光扫描仪和停车处理器，激光扫描仪和停车处理器相连接；扫描架包括一个横向支架，横向支架上设置有转动轴，所述激光扫描仪放置在转动轴上，以测量汽车相对于右侧路边的距离和角度。

进一步的，转动轴从左到右每隔30度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的7个距离信息，以得到汽车相对于右侧路边的距离和角度。

进一步的，转动轴从左到右每隔1度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的181个距离信息，以得到汽车相对于右侧路边的距离和角度。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

本发明提供一种车辆无人驾驶主动干预系统，包括三个监测仪、路径监测装置、控制器和无人驾驶子系统；三个监测仪分别为第一监测仪、第二监测仪和第三监测仪；第一监测仪用于监测驾驶员面部表情；第二监测仪用于监测驾驶员心率；第三监测仪用于监测驾驶员手握方向盘的压力；路径监测装置用于当若车辆前端没有障碍物，且行驶路径与规划路径存在差异时，路径处理器判断向控制器发送路径异常信号；当控制器判断三个监测仪发送的任意一个异常信号，且同时接收到路径处理器发送的路径异常时，则说明驾驶员生理或心理状态出现异常，且该异常影响了对汽车的操控；控制器控制启动无人驾驶子系统，无人驾驶子系统接管对车辆的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明车辆无人驾驶主动干预系统控制原理图。

图2为本发明车辆无人驾驶主动干预系统中激光测量装置与汽车之间连接关系的结构示意图。

图3为本发明车辆无人驾驶主动干预系统中激光测量装置的测量原理示意图。

附图标记：

1-汽车，2-横向支架、3-转动轴、4-激光扫描仪。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参阅图1至图2，本实施例提供的一种车辆无人驾驶主动干预系统，包括三个监测仪、路径监测装置、控制器和无人驾驶子系统；三个监测仪分别为第一监测仪、第二监测仪和第三监测仪；第一监测仪用于监测驾驶员面部表情；第二监测仪用于监测驾驶员心率；第三监测仪用于监测驾驶员手握方向盘的压力；

路径监测装置包括路径处理器，以及与路径处理器分别相连接的输入装置、电子地图、GPS定位模块和红外线传感器，通过输入出发地和目的地进行路径规划，GPS定位模块用于进行定位获取行驶路径，路径处理器用于判断规划路径与行驶路径之间是否存在差异；红外传感器设置在车辆前端，用于探测车辆前端是否存在障碍物，并将探测信号发送至路径处理器；若车辆前端存在障碍物，则行驶路径与规划路径存在差异属于正常情况；若车辆前端没有障碍物，且行驶路径与规划路径存在差异时，路径处理器判断为出现路径异常，并将路径异常信号发送至控制器；

第一监测仪、第二监测仪、第三监测仪和路径监测装置将监测的信号发送至控制器；当控制器判断三个监测仪发送的信号中有任意一个异常信号，且同时接收到路径处理器发送的路径异常时，则说明驾驶员生理或心理状态出现异常，且该异常影响了对汽车的操控；控制器控制启动无人驾驶子系统，无人驾驶子系统接管对车辆的操作。

第一监测仪包括摄像装置、存储器、第一处理器；摄像装置用于拍摄驾驶员的表情；存储器用于预先存储二组驾驶员的表情图片，其中一组表情图片为正常情况下的表情图片，作为训练样本；另一组图片为待分类样本，待分类图片中包括愤怒、疲劳、紧张情况下的表情图片；

第一处理器用于求取训练样本集的平均值，将待分类样本中的各个值与平均值分别作差，得到平均差值矢量，并将得到的差值矢量投影到特征空间进行计算；选择差值最小的训练样本组成局部数据样本，为局部特征信息；摄像装置将拍摄的驾驶员表情图像发送至第一处理器，第一处理器将采集的表情图像与局部特征信息进行比对，用于判断驾驶员的心理或生理状态。

训练样本集为A，A＝{A1、A2、…An}，求取训练样本集A的平均值，作为平均脸a；

将待分类样本B，B＝{B1、B2、…Bi}与训练样本集的平均脸a做差，将差值映射在特定空间，求取获得特征向量F，F＝w^T(B-a)；并将其中差值最小的几个训练数据样本组成局部数据样本，为局部特征信息；第一处理器将采集的表情图像与局部特征信息进行比对，若比对相似，则说明驾驶员处于愤怒或疲劳或紧张的情形，则第一处理器向控制器发送图像异常信号。

第二监测仪包括设置在方向盘上的心率监测传感器和第二处理器，手环内设置有心率监测传感器，第二处理器内存储有心率阈值，心率检测传感器将探测的心率信号值发送至第二处理器，第二处理器进行比较判断，若探测的心率值超出预设范围，则第二处理器判断为出现心率异常，并将心率异常信号传输至控制器。

第三监测仪包括设置在方向盘表面的压力传感器，所述压力传感器和第三处理器相连接；当驾驶员出现疲劳或精神分散时，手握方向盘压力会变小；当驾驶员出现紧张或愤怒情况时，手握方向盘压力会变大，甚至出现拍打方向盘的情形；第三处理器内预存方向盘压力阈值；方向盘压力阈值包括最大值和最小值，第三压力传感器探测的方向盘压力值传输至第三处理器，第三处理器进行比较，判断探测的方向盘压力值是否超出压力阈值；若超出压力阈值范围，则第三处理器向控制器发送压力异常信号。

无人驾驶系统与设置在车头的激光测量装置相连接，无人驾驶系统得到控制器的启动信号后，触发激光测量装置进行激光扫描；激光测量装置包括扫描架、激光扫描仪和停车处理器，激光扫描仪和停车处理器相连接，扫描架包括一个横向支架，所述横向支架上设置有转动轴，激光扫描仪放置在转动轴上，转动轴从左到右每隔30度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的7个距离信息，停车处理器进行计算以得到汽车相对于右侧路边的距离和角度；无人驾驶系统进行路径规划和靠边停车。

当汽车行驶在弯道较多的路线时，可以设置转动轴从左到右每隔1度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的181个距离信息，以得到更为准确的汽车相对于右侧路边的距离和角度

如图3所示，以车辆中线为汽车当前的行驶路径中线，测量得到汽车相对于右侧路边的距离L1和L2，L1和L2之间的夹角为30度，L3＝0.5L2；其中距离L1为汽车要横向行驶的距离，0.5L2为汽车需要纵向行驶的距离；无人驾驶系统进行根据上述距离和角度进行路径规划及靠边停车。无人驾驶系统采用现有的谷歌无人驾驶系统与汽车进行连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，包括三个监测仪、路径监测装置、控制器和无人驾驶子系统；所述三个监测仪分别为第一监测仪、第二监测仪和第三监测仪；所述第一监测仪用于监测驾驶员面部表情；所述第二监测仪用于监测驾驶员心率；所述第三监测仪用于监测驾驶员手握方向盘的压力；

所述路径监测装置包括路径处理器，以及与路径处理器分别相连接的输入装置、电子地图、GPS定位模块和红外线传感器，通过输入出发地和目的地进行路径规划，所述GPS定位模块用于进行定位获取行驶路径，所述路径处理器用于判断规划路径与行驶路径之间是否存在差异；所述红外传感器设置在车辆前端，用于探测车辆前端是否存在障碍物，并将探测信号发送至路径处理器；若车辆前端存在障碍物，则行驶路径与规划路径存在差异属于正常情况；所述若车辆前端没有障碍物，且行驶路径与规划路径存在差异时，路径处理器判断为出现路径异常，并将路径异常信号发送至控制器；

所述第一监测仪、第二监测仪、第三监测仪和路径监测装置将监测的信号发送至控制器；当控制器接收到三个监测仪发送的任意一个异常信号，且同时接收到路径处理器发送的路径异常时，所述控制器控制启动无人驾驶子系统，所述无人驾驶子系统接管对车辆的操作。

2.根据权利要求1所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述第一监测仪包括摄像装置、存储器、第一处理器；摄像装置用于拍摄驾驶员的表情；存储器用于预先存储二组驾驶员的表情图片，一组表情图片为正常情况下的表情图片作为训练样本，另一组图片为待分类样本；

所述第一处理器用于求取训练样本集的平均值，将待分类样本中的各个值与平均值分别作差，得到平均差值矢量，并将得到的差值矢量投影到特征空间进行计算；选择差值最小的训练样本组成局部数据样本，为局部特征信息；

所述摄像装置将拍摄的驾驶员表情图像发送至第一处理器，所述第一处理器将采集的表情图像与局部特征信息进行比对，若比对相似，所述第三处理器向控制器发送图像异常信号。

3.根据权利要求1所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述第二监测仪包括设置在方向盘上的心率监测传感器和第二处理器，所述手环内设置有心率监测传感器，所述第二处理器内存储有心率阈值，所述心率检测传感器将探测的心率信号值发送至第二处理器，所述第二处理器进行比较判断，若探测的心率值超出预设范围，所述第二处理器向控制器发送心率异常信号。

4.根据权利要求1所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述第三监测仪包括设置在方向盘表面的压力传感器，所述压力传感器和第三处理器相连接；所述第三处理器内预存方向盘压力阈值，所述第三压力传感器探测的方向盘压力值传输至第三处理器，所述第三处理器进行比较，判断探测的方向盘压力值是否超出压力阈值；若超出压力阈值范围，则第三处理器向控制器发送压力异常信号。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述无人驾驶系统与设置在车头的激光测量装置相连接，所述无人驾驶系统得到控制器的启动信号后，触发激光测量装置进行激光扫描；所述激光测量装置包括扫描架、激光扫描仪和停车处理器，激光扫描仪和停车处理器相连接；所述扫描架包括一个横向支架，所述横向支架上设置有转动轴，所述激光扫描仪放置在转动轴上，以测量汽车相对于右侧路边的距离和角度。

6.根据权利要求5所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述转动轴从左到右每隔30度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的7个距离信息，以得到汽车相对于右侧路边的距离和角度。

7.根据权利要求5所述的车辆无人驾驶主动干预系统，其特征在于，所述转动轴从左到右每隔1度进行扫描，测量得到0度到180度的光束所对应的181个距离信息，以得到汽车相对于右侧路边的距离和角度。