CN109677404A - 一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置及方法，该装置实时采集驾驶员的面部图像、驾驶动作图像和路面状况，根据训练好的疲劳特征模型和驾驶行为特征模型判断驾驶员是否疲劳驾驶或违规驾驶；然后根据路面状况和驾驶员状态分析得出相应主动安全控制策略，控制车载主动辅助模块进行对应的行车辅助。本发明能够多层次，多方位的提高车辆主动安全性能。

Description

一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置及 方法

技术领域

本发明涉及汽车主动安全领域，尤其是一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置及方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，汽车逐渐步入普通人们的家庭，成为人们出行常用的代步工具。但是随着汽车保有量的迅速上升，交通事故的发生率也不断上升，给社会造成了巨大的经济财产损失和人员伤害。为此，减少交通事故发生的概率已经成为普遍关注的社会问题。

目前，一方面随着技术的发展人们对汽车主动安全的重视，越来越多的主动安全监测方案与控制方法被提出，但都基于某个相对狭窄的方面，没有一个整体全面的主动监测装置与控制策略，并且当驾驶车辆出现碰撞危险时，并未给出主动辅助防撞的装置与控制方案。另一方面根据公安部统计数据分析，引发交通安全事故的主导原因是驾驶员的危险驾驶行为，包括超速驾驶、疲劳驾驶、违规驾驶等不安全行为；

同时，现有的汽车安全技术，主要是集中在安全预警方面，主动安全上应用较少，而且是“一车一系统”，属于孤立的汽车安全技术，并未与附近车辆联系起来协同工作，形成科学有效的安全信息网络，这在很大程度上限制了汽车安全技术作用的发挥。

发明内容

发明目的：为弥补现有技术的缺失，本发明提出一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置及方法。

技术方案：本发明提出的方案为：

一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置，包括：

脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块、车载主动辅助模块、中央控制模块、车联网模块；脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块均与前处理模块相连，前处理模块、车联网模块、车载主动辅助模块均与中央控制模块相连；其中，

脸部图像采集模块采集驾驶员的面部图像信息发送给前处理模块；

车辆传感器模块包括车道线检测装置、激光探测器和本车传感器；所述车道线检测装置设置有两个，分别安装在汽车头部两侧；左侧的车道线检测装置用于测量本车左侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中左前方车道线距本车的距离S_左前、左后方车道线距本车的距离S_左后；右侧的车道线检测装置用于测量本车右侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中右前方车道线距本车的距离S_右前、右后方车道线距本车的距离S_右后；激光探测器设置有四个，分别安装在汽车头部左侧、头部右侧、尾部左侧、尾部右侧，用于检测相应侧的障碍物与本车的相对距离L、相对速度V；本车传感器包括轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于测量本车车速V₁；方向盘转角传感器用于测量方向盘转角θ；车辆传感器模块将采集到的信息发送给前处理模块；

驾驶行为采集模块采集驾驶员在驾驶过程中的动作图像信息，以及驾驶员对踏板和方向盘的操作力度、频率，并将采集到的信息发送给前处理模块；

前处理模块对收集的数据进行预处理，并将预处理后的信息发送给中央控制模块；

中央控制模块预先构建用于判断驾驶员是否疲劳的疲劳特征模型和用于判断驾驶员是否违规驾驶的驾驶行为特征模型；疲劳特征模型根据面部图像信息判断是否驾驶员是否属于疲劳驾驶；驾驶行为特征模型根据动作图像信息以及相应时刻的驾驶员对踏板和方向盘的操作力度和频率判断驾驶员是否违规驾驶；中央控制模块还根据收到的采集信息判断是否需要启动车载主动辅助模块，车载主动辅助模块启动时，中央控制模块根据路况信息和驾驶员的状态生成相应指令下发给车载主动辅助模块；

车载主动辅助模块根据中央控制模块下发的指令执行相应操作，包括对驾驶员进行预警以及对本车车速和方向盘转角进行调整；

车辆通过本车内的车联网模块在行驶途中与通信范围内的其他车辆构成车辆网，并通过车联网提供的数据链路与其他车辆交互数据。

本发明还提出一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助方法，、该方法包括依次执行的步骤(1)至(6)：

(1)搭建如权利要求1所述的基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置；

(2)驾驶员上车后，脸部图像采集模块实时采集驾驶员的面部图像信息，并通过前处理模块将面部图像信息上传给中央控制模块，中央控制模块将驾驶员面部图像信息与预先存储的驾驶员身份信息核对，核对结果一致后，转入步骤(3)，否则，结束所述辅助方法；

(3)驾驶员开始行驶后，脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块实时采集相应信息并发送给中央控制模块；中央控制模块根据接收到的信息判断驾驶员是否处于疲劳驾驶以及驾驶员是否违规驾驶；当中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或驾驶员违规驾驶或驾驶员连续驾驶时间超过预设的时间阈值时，中央控制模块通过车载主动辅助模块对驾驶员进行预警；

(4)中央控制模块根据车辆传感器模块上传的采集信息判断本车是否运行在车道内，若S_左前+S_右前＞S或S_左后+S_右后＞S，则判定车辆已偏离本车道，S是指偏离车道线距离阀值此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，并向车载主动辅助模块下发方向盘转角控制指令，车载主动辅助模块根据方向盘转角控制指令修正当前方向盘转角θ，然后转入步骤(5)；若车辆未偏离本车道，则直接转入步骤(5)；

(5)中央控制模块判断是否存在与障碍物碰撞的危险：若任意一侧激光探测器检测到的数据满足L＜L_m，L_m为碰撞相对距离阀值，则判定该侧存在与障碍物碰撞的危险，此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，同时向车载主动辅助模块下方本车车速调节指令，车载主动辅助模块根据本车车速调节指令降低车速，然后返回步骤(3)；若车辆不存在与障碍物碰撞的危险，则直接返回步骤(3)；

(6)在驾驶员的驾驶过程中，重复执行步骤(3)至(5)，直至驾驶员熄火下车；当驾驶过程中，中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或车辆偏离车道或车辆存在与障碍物碰撞的危险时，中央控制模块通过车联网模块广播本车状态。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明能通过从脸部图像采集模块采集的驾驶员状态、驾驶行为采集模块监测的驾驶员行为、车辆传感器模块获取的路面车道信息、本车运动状态信息、以及附近障碍物运动状态信息和车联网通信模块获取的包括路面车辆分布与运行状态信息全方位、多层次的对本车及周边车辆驾驶状态进行监测，及时进行预警并向外播报驾驶信息或进行主动行车辅助控制，极大的提高行车主动安全。

2、本发明通过车辆传感器模块检测本车方向盘转角及其与他车的速度，距离，并通过前处理模块进行数据整理后输入到中央控制模块，能够极大的提高运行效率与检测精确度。

3、本发明能通过中央控制模块有层次的分析驾驶员状态、驾驶员类型，并进一步判断是否存在碰撞危险，同时输出相应控制指令控制给车载主动辅助模块进行对应的主动行车辅助控制，以使本车及时达到相应安全的车速与行车姿态，从而起到主动预防碰撞提高行车主动安全的效果。

4、本发明通过车联网通信模块与附近车辆进行数据交互用于车路协同通信，接收周边车辆的车辆行驶数据信息和/或广播所述本车的车辆行驶数据信息，实时了解路面车辆分布与运行状态，构造一个科学有效的安全信息网络，提高汽车主动安全。

5、本发明所述辅助制动装置与辅助转向装置独立工作，分别由总控制装置连接的两个智能电机驱动，其中辅助制动装置主要用于在存在碰撞危险时及时减低本车行驶车速已达到此时的安全车速，辅助转向装置主要在于预防车辆偏离车道线行驶，能够单独或一起对碰撞危险作出反映。

附图说明

图1为本发明所述基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置的功能架构图；

图2为本发明所述基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1所示为本发明所述的基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置的功能架构图，包括：

脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块、车载主动辅助模块、中央控制模块、车联网模块；脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块均与前处理模块相连，前处理模块、车联网模块、车载主动辅助模块均与中央控制模块相连；其中，

脸部图像采集模块采集驾驶员的面部图像信息发送给前处理模块；

车辆传感器模块包括车道线检测装置、激光探测器和本车传感器；所述车道线检测装置设置有两个，分别安装在汽车头部两侧；左侧的车道线检测装置用于测量本车左侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中左前方车道线距本车的距离S_左前、左后方车道线距本车的距离S_左后；右侧的车道线检测装置用于测量本车右侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中右前方车道线距本车的距离S_右前、右后方车道线距本车的距离S_右后；激光探测器设置有四个，分别安装在汽车头部左侧、头部右侧、尾部左侧、尾部右侧，用于检测相应侧的障碍物与本车的相对距离L、相对速度V；本车传感器包括轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于测量本车车速V₁；方向盘转角传感器用于测量方向盘转角θ；车辆传感器模块将采集到的信息发送给前处理模块；

驾驶行为采集模块采集驾驶员在驾驶过程中的动作图像信息，以及驾驶员对踏板和方向盘的操作力度、频率，并将采集到的信息发送给前处理模块；

前处理模块对收集的数据进行预处理，包括：模拟数字信号转换、滤波，剔除错误及异常数据，然后将预处理后的信息发送给中央控制模块；

中央控制模块预先构建用于判断驾驶员是否疲劳的疲劳特征模型和用于判断驾驶员是否违规驾驶的驾驶行为特征模型；疲劳特征模型根据面部图像信息判断是否驾驶员是否属于疲劳驾驶；驾驶行为特征模型根据动作图像信息以及相应时刻的驾驶员对踏板和方向盘的操作力度和频率判断驾驶员是否违规驾驶；中央控制模块还根据收到的采集信息判断是否需要启动车载主动辅助模块，车载主动辅助模块启动时，中央控制模块根据路况信息和驾驶员的状态生成相应指令下发给车载主动辅助模块；

车载主动辅助模块根据中央控制模块下发的指令执行相应操作，包括对驾驶员进行预警以及对本车车速和方向盘转角进行调整；

车联网通信模块用于与车路协同系统通信构成车辆网，并通过车联网提供的数据链路与其他车辆交互数据，包括接收周边车辆的车辆行驶数据信息和/或广播所述本车的车辆行驶数据信息，并采集整理车联网通信信息并传输至中央处理模块。

上述方案中，车载主动辅助模块包含中控显示屏，语音提示系统，辅助制动装置，辅助转向装置；其中：中控显示屏用于显示总控制模块传输的数据及预警信息，同时接收用户的输入，实现人机交互功能；除此之外还可以进行数据与图像随机切换，以便驾驶员可以随时通过视觉了解本车附近障碍物分布状况；语音提示系统，用于播放安全预警语音信息，起到提示驾驶员的效果；辅助制动装置与辅助转向装置独立工作，都是为了弥补驾驶员反映不及时或来不及反映甚至错误操作而带来的不必要伤害，辅助制动装置与辅助转向装置分别连接车辆总控制装置中的相应驱动，其中辅助制动装置用于在存在碰撞危险时及时减低本车行驶车速已达到此时的安全车速，辅助转向装置主要在于预防车辆偏离车道线行驶。

疲劳特征模型和驾驶行为特征模型可通过分类器模型实现，通过采集往期样本数据训练分类器，可以使分类器实现判决功能。

图2所示为本发明所述基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助方法的流程图，包括步骤：

(1)驾驶员上车后，脸部图像采集模块实时采集驾驶员的面部图像信息，并通过前处理模块将面部图像信息上传给中央控制模块，中央控制模块将驾驶员面部图像信息与预先存储的驾驶员身份信息核对，核对结果一致后，转入步骤(3)，否则，结束所述辅助方法；

(2)驾驶员开始行驶后，脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块实时采集相应信息并发送给中央控制模块；中央控制模块根据接收到的信息判断驾驶员是否处于疲劳驾驶以及驾驶员是否违规驾驶；当中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或驾驶员违规驾驶或驾驶员连续驾驶时间超过预设的时间阈值时，中央控制模块通过车载主动辅助模块对驾驶员进行预警；

(3)中央控制模块根据车辆传感器模块上传的采集信息判断本车是否运行在车道内，若S_左前+S_右前＞S或S_左后+S_右后＞S，则判定车辆已偏离本车道，S是指偏离车道线距离阀值此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，并向车载主动辅助模块下发方向盘转角控制指令，车载主动辅助模块根据方向盘转角控制指令修正当前方向盘转角θ，然后转入步骤(4)；若车辆未偏离本车道，则直接转入步骤(4)；

(4)中央控制模块判断是否存在与障碍物碰撞的危险：若任意一侧激光探测器检测到的数据满足L＜L_m，L_m为碰撞相对距离阀值，则判定该侧存在与障碍物碰撞的危险，此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，同时向车载主动辅助模块下方本车车速调节指令，车载主动辅助模块根据本车车速调节指令降低车速，然后返回步骤(2)；若车辆不存在与障碍物碰撞的危险，则直接返回步骤(2)；

(5)在驾驶员的驾驶过程中，重复执行步骤(2)至(4)，直至驾驶员熄火下车；当驾驶过程中，中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或车辆偏离车道或车辆存在与障碍物碰撞的危险时，中央控制模块通过车联网模块广播本车状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置，其特征在于，包括：

脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块、车载主动辅助模块、中央控制模块、车联网模块；脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块均与前处理模块相连，前处理模块、车联网模块、车载主动辅助模块均与中央控制模块相连；其中，

脸部图像采集模块采集驾驶员的面部图像信息发送给前处理模块；

车辆传感器模块包括车道线检测装置、激光探测器和本车传感器；所述车道线检测装置设置有两个，分别安装在汽车头部两侧；左侧的车道线检测装置用于测量本车左侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中左前方车道线距本车的距离S_左前、左后方车道线距本车的距离S_左后；右侧的车道线检测装置用于测量本车右侧路面的车道个数、车道宽度，以及在当前本车所处的车道中右前方车道线距本车的距离S_右前、右后方车道线距本车的距离S_右后；激光探测器设置有四个，分别安装在汽车头部左侧、头部右侧、尾部左侧、尾部右侧，用于检测相应侧的障碍物与本车的相对距离L、相对速度V；本车传感器包括轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于测量本车车速V₁；方向盘转角传感器用于测量方向盘转角θ；车辆传感器模块将采集到的信息发送给前处理模块；

驾驶行为采集模块采集驾驶员在驾驶过程中的动作图像信息，以及驾驶员对踏板和方向盘的操作力度、频率，并将采集到的信息发送给前处理模块；

前处理模块对收集的数据进行预处理，并将预处理后的信息发送给中央控制模块；

中央控制模块预先构建用于判断驾驶员是否疲劳的疲劳特征模型和用于判断驾驶员是否违规驾驶的驾驶行为特征模型；疲劳特征模型根据面部图像信息判断是否驾驶员是否属于疲劳驾驶；驾驶行为特征模型根据动作图像信息以及相应时刻的驾驶员对踏板和方向盘的操作力度和频率判断驾驶员是否违规驾驶；中央控制模块还根据收到的采集信息判断是否需要启动车载主动辅助模块，车载主动辅助模块启动时，中央控制模块根据路况信息和驾驶员的状态生成相应指令下发给车载主动辅助模块；

车载主动辅助模块根据中央控制模块下发的指令执行相应操作，包括对驾驶员进行预警以及对本车车速和方向盘转角进行调整；

车辆通过本车内的车联网模块在行驶途中与通信范围内的其他车辆构成车辆网，并通过车联网提供的数据链路与其他车辆交互数据。

2.一种基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助方法，其特征在于，包括依次执行的步骤(1)至(6)：

(1)搭建如权利要求1所述的基于驾驶行为的车路协同的汽车主动安全辅助装置；

(2)驾驶员上车后，脸部图像采集模块实时采集驾驶员的面部图像信息，并通过前处理模块将面部图像信息上传给中央控制模块，中央控制模块将驾驶员面部图像信息与预先存储的驾驶员身份信息核对，核对结果一致后，转入步骤(3)，否则，结束所述辅助方法；

(3)驾驶员开始行驶后，脸部图像采集模块、车辆传感器模块、驾驶行为采集模块实时采集相应信息并发送给中央控制模块；中央控制模块根据接收到的信息判断驾驶员是否处于疲劳驾驶以及驾驶员是否违规驾驶；当中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或驾驶员违规驾驶或驾驶员连续驾驶时间超过预设的时间阈值时，中央控制模块通过车载主动辅助模块对驾驶员进行预警；

(4)中央控制模块根据车辆传感器模块上传的采集信息判断本车是否运行在车道内，若S_左前+S_右前＞S或S_左后+S_右后＞S，则判定车辆已偏离本车道，S是指偏离车道线距离阀值此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，并向车载主动辅助模块下发方向盘转角控制指令，车载主动辅助模块根据方向盘转角控制指令修正当前方向盘转角θ，然后转入步骤(5)；若车辆未偏离本车道，则直接转入步骤(5)；

(5)中央控制模块判断是否存在与障碍物碰撞的危险：若任意一侧激光探测器检测到的数据满足L＜L_m，L_m为碰撞相对距离阀值，则判定该侧存在与障碍物碰撞的危险，此时中央控制模块通知车载主动辅助模块对驾驶员进行预警，同时向车载主动辅助模块下方本车车速调节指令，车载主动辅助模块根据本车车速调节指令降低车速，然后返回步骤(3)；若车辆不存在与障碍物碰撞的危险，则直接返回步骤(3)；

(6)在驾驶员的驾驶过程中，重复执行步骤(3)至(5)，直至驾驶员熄火下车；当驾驶过程中，中央控制模块判断出驾驶员疲劳驾驶或车辆偏离车道或车辆存在与障碍物碰撞的危险时，中央控制模块通过车联网模块广播本车状态。