CN110162027A - 一种车辆自动驾驶控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆自动驾驶控制系统，包括：外部环境检测单元，用以检测车辆的外部环境信息；规划单元，基于所述外部环境检测单元所检测到的外部环境信息和地图信息，在地图上预先设定目标路线；驱动单元，用以调节车辆行驶速度、行驶方向；驾驶状态切换单元，用以根据操作量或者持续计数，切换相应驾驶状态：自动驾驶状态、协调驾驶状态和手动驾驶状态；车内获取单元，用以感测车内人员，并获得车内人员的轮廓信息；处理器单元，用以对车内获取单元获得的车内人员进行归类，并根据归类确定相应的自动驾驶状态的模式，并对车辆进行自适应控制。本发明能够减轻驾驶者切换模式的繁琐操作，以及对驾驶者状态的检测，从而达到安全自动驾驶的目的。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术，更具体地说，涉及一种车辆自动驾驶控制系统。
背景技术
自动驾驶系统在智能交通领域占有重要的地位，是计算机人工智能、机器人学、控制理论和电子技术等多个技术学科交叉的产物。其根据各传感器得到的信息做出分析和判断，把人从单一持久的驾驶活动中解放出来，减少驾驶行为差异对交通流稳定性的影响，有利于提高现有道路网络的车辆通行率缓解交通拥堵，另一方面可以提高汽车行驶安全，降低交通事故率改善交通安全，降低能源消耗和环境污染，对我国能源转型减少污染、缓解交通拥堵以及汽车产业自主创新都有重大的战略意义。
自动驾驶技术的最终目的是实现行驶中取代驾驶员，完成驾驶员的起步、停车、巡航、车道保持、车道避障、车辆换道等驾驶行为，在车辆动力学的基础上，结合环境感知、定位建图，规划导航、车辆控制等模块，对周围环境进行地图建立，对道路交通标志和障碍物进行识别与跟踪，通过启发式学习进行规划与导航，进行横纵向控制，最终实现自主驾驶。
在现有的一些自动驾驶车辆系统中，考虑的时驾驶者使用开关等来进行3个模式的切换，在该情况下，从部分自动驾驶模式或者非自动驾驶模式向自动驾驶模式切换时，驾驶者需要操作开关，另外，这类自动驾驶系统中，也是主要依赖于对外部环境的感知结果、以及来自车辆本身的速度传感器等来做运动规划和控制，对车内环境的检测较少，例如车内驾驶者的状态感应。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种车辆自动驾驶控制系统，能够减轻驾驶者切换模式的繁琐操作，以及对驾驶者状态的检测，从而达到安全自动驾驶的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种车辆自动驾驶控制系统，包括：
外部环境检测单元，用以检测车辆的外部环境信息；
规划单元，用以存储地图信息，并基于所述外部环境检测单元所检测到的外部环境信息和地图信息，在地图上预先设定目标路线；
驱动单元，用以调节车辆行驶速度、行驶方向；
驾驶状态切换单元，用以根据操作量或者持续计数，切换相应的驾驶状态：自动驾驶状态、协调驾驶状态和手动驾驶状态；
车内获取单元，用以感测车内人员，并获得车内人员的轮廓信息；
处理器单元，用以对车内获取单元获得的车内人员进行归类，并根据归类确定相应的自动驾驶状态的模式，并对车辆进行自适应控制；
所述操作量或者持续计数为通过所述驾驶状态切换单元获取车辆的转向操作、加速操作和制动操作中至少一个相关的驾驶者的驾驶操作的操作量或者驾驶操作的持续时间相应的持续计数；
所述驾驶状态切换单元按如下条件进行切换：
在所述驾驶状态为自动驾驶状态的情况下，在所述操作量为介入判定阀值以上且小于手动驾驶开始阀值时、或者所述持续计数为第一阀值以上且小于第二阀值时，将所述驾驶状态切换至所述协调驾驶状态；
在所述驾驶状态为协调驾驶状态的情况下，在所述操作量小于所述介入判定阀值时、或者所述持续计数小于所述第一阀值时，将所述驾驶状态切换为自动驾驶状态；
在所述操作量为所述手动驾驶开始阀值以上时，或者所述持续计数为所述第二阀值以上时，将所述驾驶状态切换至所述手动驾驶状态；
所述自动驾驶状态的模式为舒适模式、普通模式和运动模式；
所述车内人员进行归类包括：
确定车内每个人员是否为病人；
确定车内每个人员是否为老人、小孩或残疾人；
确定车内每个人是否设置了所偏好的驾驶模式。
所述的车辆的转向根据所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值而旋转的情况下，所述的驾驶状态切换单元获取车辆的转向的旋转状态检测值与所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值的差值，来作为所述转向操作的操作量。
所述的驾驶状态为手动驾驶状态的情况下，即使在所述操作量小于所述手动驾驶开始阀值时、或者所述持续计数小于所述第二阀值时，所述的驾驶状态切换单元维持在所述手动驾驶状态。
还包括输入单元，输入单元输入驾驶者的自动驾驶开始的请求操作，在所述驾驶状态是手动驾驶状态的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在收到驾驶状态，直至请求操作被输入至输入单元。
所述的驾驶状态从自动驾驶状态切换到协调驾驶状态后，在操作量即使时小于介入判定阀值时但为预定迟滞阀值以上的情况下、或者持续计数即使是小于第一阀值时但为第三阀值以上的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在协调驾驶状态。
所述的自适应控制根据车内人员的反馈自适应调整自动驾驶状态的参数。
所述的根据车内人员的归类，确定相应的自动驾驶状态的模式包括：
确定车内人员是否有病人，若有病人，则确定自动驾驶状态的模式为舒适模式；
若车内人员没有病人，则确定车内每个人是否都有偏好的驾驶模式，若车内每个人都有偏好的驾驶模式，则使用这些偏好的驾驶模式之中舒适度最高的驾驶模式；
若并非车内每个人都有偏好的驾驶模式，则确定不具备有偏好的驾驶模式的人种是否存在老人、小孩或者残疾人，若存在，额使用舒适模式。
所述的自适应控制基于检测到车内存在特定动物和/或特定物品，确定相应的自动驾驶状态模式。
所述的车内获取单元为摄像头、压力传感器、麦克风、指纹识别器和红外线传感器。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种车辆自动驾驶控制系统，在车辆驾驶者对于自动驾驶状态一时地介入的情况下，能够降低驾驶者感到的繁琐，同时能够关注车内人员的感知，并确定相应的自动驾驶行驶模式，并持续进行车内情况的检测，并对车辆进行自适应控制，能够提供更为安全和高效的自动驾驶。
附图说明
图1是本发明系统的构成框图；
图2是本发明车内获取单元的功能结构图；
图3是本发明处理器单元自适应控制的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1至图3所示，本发明所提供的一种车辆自动驾驶控制系统，包括：
外部环境检测单元1，用以检测车辆的周边信息即外部状况的检测设备，可以为照相机、雷达或激光雷达，又或包含上述全部。
照相机是拍摄车辆的外部状况的拍摄设备，照相机可以为单眼相机，也可以是立体相机，立体相机例如具有以再现双眼视差的方式配置的2个拍摄部，立体相机的拍摄信息还包含纵深方向的信息。
雷达利用电波(无线电波)来检测车辆的外部的物体，电波例如是毫米波，雷达将电波发送至车辆的周围，接收由物体反射的电波来检测物体，雷达例如能够将距物体的距离或者方向作为物体信息输出。
激光雷达利用光来检测车辆的外部的物体，激光雷达通过将光发送至车辆的周围，并接收由物体反射的光，从而计测距反射点的距离并检测物体，激光雷达例如能够将距物体的距离或者方向作为物体信息输出。
规划单元2，用以存储地图信息，并基于所述外部环境检测单元1所检测到的外部环境信息再结合地图信息，在地图上预先设定目标路线。规划单元2生成一个包含2个要素构成的行驶计划，这2个要素是将车辆的行进路线固定在车辆的坐标系下的目标位置、和目标位置中的目标速度，使规划单元2能够生成一个包含配位坐标的行驶计划。
驱动单元3用以驱动执行器4，从而达到调节车辆行驶速度、行驶方向的目的。
驾驶状态切换单元5，获取与驾驶者的驾驶操作相应的信息，即为驾驶操作信息，用以根据操作量或者持续计数，切换相应的驾驶状态：自动驾驶状态、协调驾驶状态和手动驾驶状态。
自动驾驶状态是使用行驶计划来控制车辆的行驶的状态，即，自动驾驶状态时驾驶者不进行转向操作，在驾驶者不介入的状态下仅由自动驾驶系统看控制来实现车辆的行驶状态。协调驾驶状态时基于行驶计划和转向操作的操作量，与转向操作协调地使车辆行驶的驾驶状态，即，协调驾驶状态时驾驶者与自动驾驶车辆系统这两者都能与车辆的行驶有关的状态，是在系统能介入的状态至少基于驾驶者的转向操作的操作量来实现车辆的行驶状态。手动行驶状态是在不能系统介入的状态下，驾驶者的转向操作的操作量反映在车辆的行驶中的状态。
车内获取单元6，用以感测车内人员，并获得车内人员的轮廓信息，包括感测车内人员的图像、声音、质量等等，车内获取单元6为摄像头、压力传感器、麦克风、指纹识别器和红外线传感器。
车内摄像头，可安装一个或多个摄像头，每个摄像头可以是单目、双目、深度摄像头，安装方式可如下两种：
方式一，每个座位前方安装一个正对人脸的摄像头，可以清晰拍到人脸的正面。
方式二，使用一个摄像头拍摄多个座位，前提是保证能拍摄到所有驾驶员和乘客的脸的正面。
每个座位上的压力(质量)传感器，可以实时的提供车内乘客人数信息，也可以通过质量信息识别乘客内是否有小孩等粗略年龄信息。
麦克风，车内麦克风可以获取乘客的语音命令和反馈，通过自然语言处理来理解命令和反馈，并能根据声纹来识别不同的人。麦克风安装方式可以车内的中间位置安装一个，也可以在前排的中间位置和后排的中间位置各安装一个。
轮廓信息可以包括，但不限于身份、年龄、性别、人脸特征、声纹特征、健康状态、情绪状态等等。
处理器单元7，用以对车内获取单元6获得的车内人员进行归类，例如基于获得车内人员的轮廓信息，判断车内各个人员所属的类别，对车内人员进行归类包括：确定车内每个人员是否为病人；确定车内每个人员是否为老人、小孩或残疾人；确定车内每个人是否设置了所偏好的驾驶模式。
根据归类确定相应的自动驾驶状态的模式，并对车辆进行自适应控制，所述的自适应控制根据车内人员的反馈自适应调整自动驾驶状态的参数。
所述的根据车内人员的归类，确定相应的自动驾驶状态的模式包括：
确定车内人员是否有病人，若有病人，则确定自动驾驶状态的模式为舒适模式；
若车内人员没有病人，则确定车内每个人是否都有偏好的驾驶模式，若车内每个人都有偏好的驾驶模式，则使用这些偏好的驾驶模式之中舒适度最高的驾驶模式；
若并非车内每个人都有偏好的驾驶模式，则确定不具备有偏好的驾驶模式的人种是否存在老人、小孩或者残疾人，若存在，额使用舒适模式，所述自动驾驶状态的模式为舒适模式、普通模式和运动模式。
所述的自适应控制基于检测到车内存在特定动物和/或特定物品，确定相应的自动驾驶状态模式。
轮廓信息可以如下获得：首先，识别车内人员的身份，可基于身份信息数据库，基于车内获取单元6感测得到的人脸特征、声纹特征、虹膜特征和红外特征等等，通过下述身份识别技术中的一项或者其组合来识别车内人员的身份：人脸识别、声纹识别、指纹识别、虹膜识别、红外识别；以及基于识别得到的车内人员的身份标识相关联地存储了轮廓信息。这里的轮廓信息数据库和身份信息数据库可以是分开的，也可以是统一在一起共用的，这里的身份信息例如车内人员的ID(手机号码、身份证信息)连同车内人员的人脸特征、声纹特征、手纹特征、虹膜特征、红外特征、血管特征等等能够唯一标识一个人身份的信息，基于通过车内获取单元6获得的感测信息(图像、声音、指纹等等)和身份信息数据库，通过识别技术来识别车内人员的身份。轮廓信息数据库中，与车内人员身份标识相关联地存储了轮廓信息，例如姓名、年龄、性别、健康状况、偏好的行驶模式等等。
所述操作量或者持续计数为通过所述驾驶状态切换单元获取车辆的转向操作、加速操作和制动操作中至少一个相关的驾驶者的驾驶操作的操作量或者驾驶操作的持续时间相应的持续计数。
所述驾驶状态切换单元5按如下条件进行切换：
驾驶状态切换单元5基于与转向操作相应的转向力矩，在自动驾驶状态、协调驾驶状态和手动驾驶状态之间切换。在与转向操作相应的转向力矩小于介入判定阀值T1的情况下，车辆的驾驶状态成为自动驾驶状态。介入判断阀值T1是用于判定从自动驾驶状态向协调驾驶状态切换所使用的阀值。在与转向操作相应的转向力矩为介入判定阀值T1以上且小于手动驾驶开始阀值T2的情况下，车辆的驾驶状态成为协调驾驶状态。手动驾驶开始阀值T2是预先设定的值，是用于判定从协调驾驶状态向手动驾驶状态切换的阀值。在与转向操作相应的转向力矩为手动驾驶开始阀值T2以上的情况下，车辆的驾驶状态成为手动驾驶状态。
车辆的驾驶状态的决定(维持或者迁移)，驾驶状态切换单元5在车辆的驾驶状态为自动驾驶状态的情况下，在与转向操作相应的转向力矩小于介入判定阀值T1时，将车辆的驾驶状态维持在自动驾驶状态。由此，即使在驾驶者意外地碰到方向盘的情况等，检测到不打算接触自动驾驶的转向操作的情况下，自动驾驶状态也不解除。因此，驾驶状态切换单元5在每次驾驶者不打算解除自动驾驶时，由于能够避免驾驶者为了进行自动驾驶开始的指示而操作自动驾驶ON/OFF开关，因此能够降低驾驶者感到的繁琐。
在所述驾驶状态为自动驾驶状态的情况下，在与转向操作相应的转向力矩为介入判定阀值T1以上且小于手动驾驶开始阀值T2时，将所述驾驶状态切换至所述协调驾驶状态。由此，在驾驶者为了介入自动驾驶状态的车辆而以介入判定阀值T1以上且小于手动驾驶开始阀值T2的操作量来操作方向盘的情况下，车辆的驾驶状态从自动驾驶状态向协调驾驶状态迁移。例如，在以自动驾驶状态行驶中出现了大型车辆的对面车的情况下，在驾驶者进行了转向操作以在大型车辆稍有距离的位置一时地行驶时，由驾驶状态切换单元5，车辆的驾驶状态向协调驾驶状态切换。在该情况下，车辆在能够系统介入的状态下基于驾驶者的转向操作来行驶，因此，自动驾驶车辆系统能够在基于驾驶者的转向操作的位置使车辆行驶。
在所述驾驶状态为自动驾驶状态的情况下，也可以在与转向操作相应的转向力矩为手动驾驶开始阀值T2以上时，将车辆的驾驶状态向手动驾驶状态切换。即，车辆的驾驶状态也可以不经过协调驾驶状态，从自动驾驶状态向手动驾驶状态直接迁移。
在所述驾驶状态为协调驾驶状态的情况下，在与转向操作相应的转向力矩小于所述介入判定阀值T1时，将车辆的驾驶状态从协调驾驶状态向自动驾驶状态切换。由此，在驾驶者进行转向操作以在对面车即大型车辆稍有距离的位置行驶，并且与对面车错车后驾驶者停止转向操作时，由驾驶状态切换单元5，车辆的驾驶状态从协调驾驶状态向自动驾驶状态切换。这样，在操作介入是一时的情况下，由于基于与转向操作相应的转向力矩而向自动驾驶状态自动切换，因此驾驶状态切换单元5在每次解除一时的自动驾驶时，由于能够避免驾驶者为了进行自动驾驶开始的指示而操作自动驾驶ON/OFF开关，因此能够降低驾驶者感到的繁琐。
在所述驾驶状态为协调驾驶状态的情况下，在与转向操作相应的转向力矩保持介入判定阀值T1以上且小于手动驾驶开始阀值T2时，维持协调驾驶状态。此时，可以将基于行驶计划的控制目标值与驾驶者的操作量相加的操作量反映在车辆的行驶中，也可以将比基于行驶计划的控制目标值小的操作量与驾驶者的操作量相加的操作量反映在车辆的行驶中。比基于行驶计划的控制目标值小的操作量包含0。在比基于行驶计划的控制目标值小的操作量为0的情况下，在能够系统介入的状态下，与驾驶者的转向操作相应的转向力矩反映在车辆的行驶中。而且，驾驶状态切换单元5在车辆的驾驶状态为协调驾驶状态的情况下，在与转向操作相应的转向力矩为手动驾驶开始阀值T2以上时，将车辆的驾驶状态从协调驾驶状态向手动驾驶状态切换。由此，在不能系统介入的状态下，与驾驶者的转向操作相应的转向力矩反映在车辆的行驶中。
所述的驾驶状态为手动驾驶状态的情况下，即使与转向操作相应的转向力矩小于所述手动驾驶开始阀值T2时，也将车辆的驾驶状态维持在手动驾驶状态。在该情况下，在驾驶者打算继续手动驾驶状态并以充分的操作量进行转向操作时，由于之后限制了向自动驾驶状态或者协调驾驶状态的切换，切换到自动驾驶状态或者协调驾驶状态被禁止或被限定，因此能够免除驾驶者为了进行自动驾驶结束的指示而操作自动驾驶ON/OFF开关，因此能够降低驾驶者感到的繁琐。
所述的驾驶状态为手动驾驶状态的情况下，维持手动驾驶状态，直到向自动驾驶ON/OFF开关输入了自动驾驶开始的请求操作。即，在输入自动驾驶开始的请求操作之前，即使在转向力矩小于手动驾驶开始阀值T2的情况下，也限制向协调驾驶状态切换单元5在预先决定的期间也可以维持手动驾驶状态。另外，自动驾驶开始的请求操作的输入不限于自动驾驶ON/OFF开关，能够使用已知的输入单元8。
输入单元8用以输入驾驶者的自动驾驶开始的请求操作，在所述驾驶状态是手动驾驶状态的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在收到驾驶状态，直至请求操作被输入至输入单元。
所述的驾驶状态从自动驾驶状态切换到协调驾驶状态后，在操作量即使时小于介入判定阀值时但为预定迟滞阀值以上的情况下、或者持续计数即使是小于第一阀值时但为第三阀值以上的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在协调驾驶状态。
所述的车辆的转向根据所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值而旋转的情况下，所述的驾驶状态切换单元获取车辆的转向的旋转状态检测值与所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值的差值，来作为所述转向操作的操作量。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (9)
1.一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，包括：
外部环境检测单元，用以检测车辆的外部环境信息；
规划单元，用以存储地图信息，并基于所述外部环境检测单元所检测到的外部环境信息和地图信息，在地图上预先设定目标路线；
驱动单元，用以调节车辆行驶速度、行驶方向；
驾驶状态切换单元，用以根据操作量或者持续计数，切换相应的驾驶状态：自动驾驶状态、协调驾驶状态和手动驾驶状态；
车内获取单元，用以感测车内人员，并获得车内人员的轮廓信息；
处理器单元，用以对车内获取单元获得的车内人员进行归类，并根据归类确定相应的自动驾驶状态的模式，并对车辆进行自适应控制；
所述操作量或者持续计数为通过所述驾驶状态切换单元获取车辆的转向操作、加速操作和制动操作中至少一个相关的驾驶者的驾驶操作的操作量或者驾驶操作的持续时间相应的持续计数；
所述驾驶状态切换单元按如下条件进行切换：
在所述驾驶状态为自动驾驶状态的情况下，在所述操作量为介入判定阀值以上且小于手动驾驶开始阀值时、或者所述持续计数为第一阀值以上且小于第二阀值时，将所述驾驶状态切换至所述协调驾驶状态；
在所述驾驶状态为协调驾驶状态的情况下，在所述操作量小于所述介入判定阀值时、或者所述持续计数小于所述第一阀值时，将所述驾驶状态切换为自动驾驶状态；
在所述操作量为所述手动驾驶开始阀值以上时，或者所述持续计数为所述第二阀值以上时，将所述驾驶状态切换至所述手动驾驶状态；
所述自动驾驶状态的模式为舒适模式、普通模式和运动模式；
所述车内人员进行归类包括：
确定车内每个人员是否为病人；
确定车内每个人员是否为老人、小孩或残疾人；
确定车内每个人是否设置了所偏好的驾驶模式。
2.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的车辆的转向根据所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值而旋转的情况下，所述的驾驶状态切换单元获取车辆的转向的旋转状态检测值与所述预先设定目标路线所包含的转向的目标值的差值，来作为所述转向操作的操作量。
3.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的驾驶状态为手动驾驶状态的情况下，即使在所述操作量小于所述手动驾驶开始阀值时、或者所述持续计数小于所述第二阀值时，所述的驾驶状态切换单元维持在所述手动驾驶状态。
4.如权利要求3所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，还包括输入单元，输入单元输入驾驶者的自动驾驶开始的请求操作，在所述驾驶状态是手动驾驶状态的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在收到驾驶状态，直至请求操作被输入至输入单元。
5.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的驾驶状态从自动驾驶状态切换到协调驾驶状态后，在操作量即使时小于介入判定阀值时但为预定迟滞阀值以上的情况下、或者持续计数即使是小于第一阀值时但为第三阀值以上的情况下，所述驾驶状态切换单元将驾驶状态维持在协调驾驶状态。
6.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的自适应控制根据车内人员的反馈自适应调整自动驾驶状态的参数。
7.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的根据车内人员的归类，确定相应的自动驾驶状态的模式包括：
确定车内人员是否有病人，若有病人，则确定自动驾驶状态的模式为舒适模式；
若车内人员没有病人，则确定车内每个人是否都有偏好的驾驶模式，若车内每个人都有偏好的驾驶模式，则使用这些偏好的驾驶模式之中舒适度最高的驾驶模式；
若并非车内每个人都有偏好的驾驶模式，则确定不具备有偏好的驾驶模式的人种是否存在老人、小孩或者残疾人，若存在，额使用舒适模式。
8.如权利要求6所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的自适应控制基于检测到车内存在特定动物和/或特定物品，确定相应的自动驾驶状态模式。
9.如权利要求1所述的一种车辆自动驾驶控制系统，其特征在于，所述的车内获取单元为摄像头、压力传感器、麦克风、指纹识别器和红外线传感器。
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