CN110979334B - 一种远程遥控操作辅助驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远程遥控操作辅助驾驶系统，属于智能驾驶领域，该系统通过变形装置实现汽车载物和载人形态的重构，并可利用远程通讯技术远程监控汽车行驶状态，驾驶员和汽车可以向远程监督者求助并且汽车通过博弈控制方法维持求助过程中系统的稳定，还可以反馈并模拟驾驶员视野、听觉和路感信息以帮助远程监督者远程操纵汽车安全行驶，通过方向盘限位机构以更加真实地模拟汽车方向盘极限转角，通过悬架高度控制模块还可以调节悬架高度，提升车辆行驶性能。

Description

一种远程遥控操作辅助驾驶系统
技术领域
本发明属于智能驾驶领域，尤其涉及一种远程遥控操作辅助驾驶系统。
背景技术
近年来，随着互联技术的高速发展，5G技术也将助力诸多行业技术的巨大突破。以5G为助力的远程通讯技术具有传播速度高，存储容量大，网络延迟相比以往技术大大降低，可靠性高等特点，可以为人、车、路信息交互创造良好环境，确保对汽车远程监控、远程控制的时效性，提供实时交通情况以帮助汽车规划合适的路径，提升交通效率，为汽车设计提供更多的可能。
受网络技术、人工智能技术迅速发展的推动，智能汽车技术也响应有所突破，然而智能汽车在伦理问题、系统思维缺乏逻辑性等问题上的问题仍然限制智能汽车向更高层次发展。因此，相对较容易的辅助驾驶成为人们研究的热点。
中国专利CN110377000A公开了一种自动驾驶车辆远程调配控制系统及方法，利用5G通讯技术实现自动驾驶车辆与服务器的连接并且通过多种传感器融合的方式对车辆自身以及周围的驾驶环境进行实时监测，利用不同等级的故障信息生成人工介入提示信息，但未考虑车辆具体问题的分析以及驾驶员对车辆的个性化调整。
发明内容
为充分利用如今远程通讯技术传播速度高、延迟低的特点，本发明提出了一种远程遥控操作辅助驾驶系统；
为实现以上目的，本发明采用以下解决方案：
一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，其包括模式切换系统，远程监控系统，远程信息反馈系统，远程信息控制系统，远程求助系统；
模式切换系统，包括载人模式和载物模式相互切换模块和求助模式及其取消模块，其用于根据驾驶员对汽车的需求不同而切换汽车形态，汽车形态分为载物形态和载人形态两种，载物形态用于汽车货物运输，载人形态用于非货物运输情况；
远程监控系统，包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块，其用于协助远程监督者远程监控汽车运行状态，在驾驶员按下求助按钮以及远程监督者按下接管控制按钮时令远程监督者远程接管驾驶权，并防止因网络延迟而导致汽车驾驶权交接时短暂失控；
远程信息反馈系统，包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块，其用于反映真实的路况场景与驾驶员视野并反映车外视野，利用车内摄像头采集并反馈视觉信息，利用车内振动传感器采集并反馈听觉信息，利用安装在汽车后备箱内的摄像头反馈货物信息，检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息，并根据周围是否为5G道路环境进行系统调整；
远程信息控制系统，包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、鸣笛模拟模块、悬架高度控制模块，其用于在载人模式下根据远程信息反馈系统采集到的路感信息模拟方向盘，根据角位移传感器测量方向盘转角，根据位移传感器检测到的踏板行程信息模拟真实的油门踏板和制动踏板，利用方形键盘模拟换挡，远程监督者按下模拟方向盘鸣笛按钮即可远程鸣笛，在载物模式下，利用力传感器采集并反馈轮胎受力和转向轴负荷，利用红外传感器测量并反馈悬架高度；
远程求助系统，包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于在驾驶员按下求助按钮主动求助时，向周围汽车和行人发出警报，并根据汽车形态和汽车状态分配驾驶权限；在汽车判断驾驶员危险驾驶时，向远程监督者发送警告信息，并根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，模式切换系统包括两个模块，第一个是载人模式和载物模式相互切换模块，第二个是求助模式及其取消模块；
载人模式和载物模式相互切换模块，其用于应对驾驶员对汽车的不同需求而控制汽车变换模式，为防止汽车行驶过程中因驾驶员错误操作引起模式切换带来的危险情况，载人模式和载物模式需要双重操作才可以相互切换，汽车处于载人模式时，需要保证驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，此时汽车转换为载物模式；当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，汽车转换为载人模式；
求助模式及其取消模块利用布置在中控台上的求助按钮实现，求助按钮为双工位按钮，驾驶员在驾驶过程中按下求助按钮，汽车向远程监督者发送求助信息，驾驶员再次按下该按钮，汽车取消求助。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程监控系统包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块；
汽车行驶状态监测模块，其用于监测汽车车速信息，利用安装于悬架导向机构的位移传感器监测前轮转角，利用安装于汽车底盘中心的陀螺仪监测汽车横摆角速度和质心侧偏角；
远程监督员就位反馈模块，其用于利用车内远程监督员就位反馈灯向驾驶员报告远程监督员就位情况，远程监督员操纵设备为方向盘与一组踏板机构及方形换挡键盘，当系统检测到远程监督员操纵的踏板机构行程大于5mm时，远程监督员就位反馈灯呈绿色并闪烁，否则，远程监督员就位反馈灯呈红色；
网络延迟处理模块，其用于防止因网络延迟而导致的驾驶权交接期间的汽车失控，在系统判断远程监督者完全接管控制权后4秒内完成驾驶权交接，前两秒内驾驶员和远程监督者各掌控50％的油门踏板控制权，两秒后远程监督者完全掌握油门踏板控制权，两秒至三秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的制动踏板控制权，三秒后远程监督者完全掌控制动踏板控制权，三秒至四秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的方向盘转角控制权，四秒后远程监督者完全掌控方向盘转角控制权，以此达到驾驶权平顺交接目的。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息反馈系统包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块；
驾驶员视野模拟与扩展模块，其用于利用车内摄像头采集并反馈车前方图像模拟驾驶员视野，并安装车顶摄像头以扩展远程监督者视野；
听觉信息反馈模块，其用于收集驾驶员周围声音信息，模拟驾驶员周围声音环境，驾驶员可通过该模块与远程监督者进行交流；
路感模拟模块，其用于检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息并利用远程监督者操纵机构中的路感反馈电机对远程监督者方向盘和踏板施加作用力来模拟真实路感；
视觉信息反馈模块，其用于在载物模式下利用车内摄像头采集货物当前状态图像，并反馈给驾驶员和远程监督者，以帮助驾驶员和远程监督者在顾及货物的同时安全驾驶，同时利用车顶摄像头采集到的周围车辆图像计算汽车与周围车辆距离，帮助驾驶员和远程监督者在危险情况下及时避险；
5G场景切换模块，其用于根据当前路段是否能够收集到5G信号进行系统调整，若不能收集到5G信号，则关闭远程监控系统、远程信息反馈系统、远程信息控制系统，若能收集到5G信号，则保持当前状态行驶。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息控制系统包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、悬架高度控制模块、鸣笛模拟模块；
转向操纵机构模拟模块，其用于接收远程监督者转向操纵指令并传递给汽车，使汽车按照远程监督者的操纵意图运行，转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，并利用限位机构实现不同车型的最大方向盘转角；
踏板机构和换挡模拟模块，其用于模拟并操纵所控制汽车的踏板机构并分别在载物模式和载人模式下操纵汽车换挡，利用位移传感器测量踏板行程，载物模式下汽车变速器为6挡，载人模式下，汽车变速器为4挡，汽车不同模式下的挡位调整由方形换挡键盘控制；
悬架高度控制模块，其用于在汽车模式切换时调整悬架高度，当汽车处于载人模式时，悬架高度降低，以提高汽车行驶平顺性；
当汽车处于载物模式时，悬架高度升高，以防止货物过重使底盘高度过低，降低汽车通过性；
鸣笛模拟模块，其用于在远程监督者按下方向盘上鸣笛按钮时，汽车鸣笛以警告并提醒周围车辆注意避让。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程求助系统包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块；
警报模块，其用于在驾驶员向远程监督者求助时鸣笛并且汽车前照灯闪烁，汽车顶部设有可折叠式显示屏，驾驶员通过按下中控台警报按钮同时踩制动踏板至其行程超过8mm的双重操作可使显示屏竖起并显示“危险”字样以引起周围车辆驾驶员注意；
驾驶熟练度判断模块，其用于在驾驶员驾驶时根据采集的驾驶数据判断驾驶员驾驶熟练程度，驾驶熟练度判断模块相邻两次工作间隔为10分钟，在此10分钟内，若驾驶员在直线行驶握紧方向盘时，方向盘左右转角波动小于3°，且驾驶员没有2秒内将制动踏板和油门踏板从起始位置踩至末端行程情况，则判断驾驶员驾驶熟练，否则判断驾驶员驾驶不熟练；
驾驶权分配模块，用于根据驾驶熟练度判断模块对驾驶员驾驶熟练与否的判断分配驾驶权；
危险驾驶判断与求助模块，其用于判断驾驶员驾驶行为的危害程度，并在有车速超过140km/h、汽车频繁变道、质心侧偏角大于10°其中之一行为时判断驾驶员危险驾驶并向远程监督者求助，若远程监督者20秒内未响应，则向下一位远程监督者求助，若1分钟内没有远程监督者响应，则取消求助；
系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故。
上述方案中，所述的遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，载人模式和载物模式相互切换模块利用类平行四边形变形机构实现模式切换；
类平行四边形变形机构包括左主动变形杆、左底盘连接杆、左从动杆、右主动变形杆、右底盘连接杆、右从动杆、电机、底盘；左主动变形杆和右主动变形杆与车身相连并由电机驱动，左底盘连接杆和右底盘连接杆与底盘固结，电机固定于底盘上；
当驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载物模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆沿顺时针方向旋转5°，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆上升，使底盘高度上升，汽车收起方向盘和踏板，将驾驶权完全移交给远程监督者，并且通过采集到的远程监督者方向盘转角，电控系统直接驱动转向器实现转向，通过采集到的远程监督者油门踏板行程，电机直接驱动车辆行驶；根据采集到的的远程监督者制动踏板行程采用电控机械制动系统驱动制动踏板；
当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载人模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆旋转5°使底盘高度下降至原来位置，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆下降，方向盘和踏板回归原位，完成汽车的模式切换。
上述方案中，所述的远程信息控制系统，其特征在于，转向操纵机构模拟模块包括光电传感器、方向盘、转向轴、方向盘限位盘、转向机构限位块和极限位置转角控制器；
方向盘上方设计为一个缺口，光电传感器布置在方向盘缺口两侧，方向盘限位盘与方向盘固结，转向机构限位块安装在转向轴上，并且转向机构限位块可由驱动电机驱动上下移动并可在0°至30°范围内做顺时针或逆时针旋转；
转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，光电传感器计时规则为，从方向盘遮挡住光电门信号开始到接收装置接收到发光信号为止记为方向盘转动一圈，当方向盘转至所控制汽车最大转角处时，极限位置转角控制器向驱动电机发送信号，驱动电机驱动转向机构限位块上移并旋转至与方向盘限位盘接合，当安装在转向机构转向柱上的力传感器检测到远程操纵者输入反方向的方向盘转矩时，极限位置转角控制器控制驱动电机，使转向机构限位块下移，解除转向限制。
上述方案中，所述的远程求助系统，其特征在于，所述驾驶权分配模块采用如下驾驶权分配方法；
当系统判断驾驶员驾驶不熟练时，根据驾驶员方向盘转角分配驾驶权，当驾驶员方向盘转角大于0°小于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为
Figure BDA0002288343190000041
其中，α为驾驶员方向盘转角，远程监督者驾驶权分配系数B为B＝1-A
当驾驶员方向盘转角大于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为0，远程监督者驾驶权分配系数B为1；当系统判断驾驶员驾驶熟练时，驾驶员驾驶权分配系数A为0.2，远程监督者驾驶权分配系数B为0.8。
上述方案中，所述的远程求助系统，其特征在于，所述系统求助人机博弈稳定性控制模块采用矩阵博弈方法分配驾驶权并维持系统稳定；
驾驶权分配方案为
Figure BDA0002288343190000042
驾驶员连续按2次求助按钮的情况视为驾驶员没有按求助按钮；
当汽车行驶时，根据汽车车速和驾驶员操纵参数设定系统求助人机博弈稳定性控制模块的博弈动态支付矩阵
Figure BDA0002288343190000043
Figure BDA0002288343190000051
其中c为与车速相关的变量，当车速大于140km/h时，c的值为0.1，当车速小于140km/h时，其值为
Figure BDA0002288343190000052
其中v为汽车车速，单位为km/h，t为与驾驶员操纵参数有关的变量，其代表驾驶员掌控汽车驾驶权的渴望程度，驾驶员方向盘转角小于180°范围内，驾驶员操纵动作幅度越大t的值越大，当驾驶员方向盘转角大于180°时，t的值为1，当驾驶员方向盘转角小于180°时，其值为
Figure BDA0002288343190000053
其中，α为驾驶员方向盘转角，x1为油门踏板行程，xn为踏板总行程；设系统选择求助的概率为p，则平衡时系统选择求助的概率p的值为
Figure BDA0002288343190000054
系统向远程监督者求助且驾驶员按下求助按钮时，当车速上升，驾驶员方向盘转角以及油门踏板行程增加时，p的值增大，即系统选择求助的概率增加，而取消求助的概率减小，系统在危险驾驶判断与求助模块设定汽车危险驾驶阈值附近突然改变决策的可能性下降，系统稳定性以及安全性提高。
附图说明
图1模式切换系统结构图
图2模式切换系统变形图
图3转向操纵机构模拟模块
图4转向机构限位块
1、左主动变形杆 2、左底盘连接杆 3、左从动杆 4、右主动变形杆 5、右底盘连接杆 6、右从动杆 7、电机 8、底盘
9、光电传感器 10、方向盘 11、转向轴 12、方向盘限位盘 13、转向机构限位块14、极限位置转角控制器
具体实施方式
下面根据附图及具体实施例，对本发明进一步详细说明
本发明一种远程遥控操作辅助驾驶系统包括包括模式切换系统，远程监控系统，远程信息反馈系统，远程信息控制系统，远程求助系统；
模式切换系统，包括载人模式和载物模式相互切换模块和求助模式及其取消模块，其用于根据驾驶员对汽车的需求不同而切换汽车形态，汽车形态分为载物形态和载人形态两种，载物形态用于汽车货物运输，载人形态用于非货物运输情况；
远程监控系统，包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块，其用于协助远程监督者远程监控汽车运行状态，在驾驶员按下求助按钮以及远程监督者按下接管控制按钮时令远程监督者远程接管驾驶权，并防止因网络延迟而导致汽车驾驶权交接时短暂失控；
远程信息反馈系统，包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块，其用于反映真实的路况场景与驾驶员视野并反映车外视野，利用车内摄像头采集并反馈视觉信息，利用车内振动传感器采集并反馈听觉信息，利用安装在汽车后备箱内的摄像头反馈货物信息，检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息，并根据周围是否为5G道路环境进行系统调整；
远程信息控制系统，包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、鸣笛模拟模块、悬架高度控制模块，其用于在载人模式下根据远程信息反馈系统采集到的路感信息模拟方向盘，根据角位移传感器测量方向盘转角，根据位移传感器检测到的踏板行程信息模拟真实的油门踏板和制动踏板，利用方形键盘模拟换挡，远程监督者按下模拟方向盘鸣笛按钮即可远程鸣笛，在载物模式下，利用力传感器采集并反馈轮胎受力和转向轴负荷，利用红外传感器测量并反馈悬架高度；
远程求助系统，包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于在驾驶员按下求助按钮主动求助时，向周围汽车和行人发出警报，并根据汽车形态和汽车状态分配驾驶权限；在汽车判断驾驶员危险驾驶时，向远程监督者发送警告信息，并根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，模式切换系统包括两个模块，第一个是载人模式和载物模式相互切换模块，第二个是求助模式及其取消模块；
载人模式和载物模式相互切换模块，其用于应对驾驶员对汽车的不同需求而控制汽车变换模式，为防止汽车行驶过程中因驾驶员错误操作引起模式切换带来的危险情况，载人模式和载物模式需要双重操作才可以相互切换，汽车处于载人模式时，需要保证驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，此时汽车转换为载物模式；当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，汽车转换为载人模式；
求助模式及其取消模块利用布置在中控台上的求助按钮实现，求助按钮为双工位按钮，驾驶员在驾驶过程中按下求助按钮，汽车向远程监督者发送求助信息，驾驶员再次按下该按钮，汽车取消求助。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程监控系统包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块；
汽车行驶状态监测模块，其用于监测汽车车速信息，利用安装于悬架导向机构的位移传感器监测前轮转角，利用安装于汽车底盘中心的陀螺仪监测汽车横摆角速度和质心侧偏角；
远程监督员就位反馈模块，其用于利用车内远程监督员就位反馈灯向驾驶员报告远程监督员就位情况，远程监督员操纵设备为方向盘与一组踏板机构及方形换挡键盘，当系统检测到远程监督员操纵的踏板机构行程大于5mm时，远程监督员就位反馈灯呈绿色并闪烁，否则，远程监督员就位反馈灯呈红色；
网络延迟处理模块，其用于防止因网络延迟而导致的驾驶权交接期间的汽车失控，在系统判断远程监督者完全接管控制权后4秒内完成驾驶权交接，前两秒内驾驶员和远程监督者各掌控50％的油门踏板控制权，两秒后远程监督者完全掌握油门踏板控制权，两秒至三秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的制动踏板控制权，三秒后远程监督者完全掌控制动踏板控制权，三秒至四秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的方向盘转角控制权，四秒后远程监督者完全掌控方向盘转角控制权，以此达到驾驶权平顺交接目的。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息反馈系统包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块；
驾驶员视野模拟与扩展模块，其用于利用车内摄像头采集并反馈车前方图像模拟驾驶员视野，并安装车顶摄像头以扩展远程监督者视野；
听觉信息反馈模块，其用于收集驾驶员周围声音信息，模拟驾驶员周围声音环境，驾驶员可通过该模块与远程监督者进行交流；
路感模拟模块，其用于检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息并利用远程监督者操纵机构中的路感反馈电机对远程监督者方向盘和踏板施加作用力来模拟真实路感；
视觉信息反馈模块，其用于在载物模式下利用车内摄像头采集货物当前状态图像，并反馈给驾驶员和远程监督者，以帮助驾驶员和远程监督者在顾及货物的同时安全驾驶，同时利用车顶摄像头采集到的周围车辆图像计算汽车与周围车辆距离，帮助驾驶员和远程监督者在危险情况下及时避险；
5G场景切换模块，其用于根据当前路段是否能够收集到5G信号进行系统调整，若不能收集到5G信号，则关闭远程监控系统、远程信息反馈系统、远程信息控制系统，若能收集到5G信号，则保持当前状态行驶。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息控制系统包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、悬架高度控制模块、鸣笛模拟模块；
转向操纵机构模拟模块，其用于接收远程监督者转向操纵指令并传递给汽车，使汽车按照远程监督者的操纵意图运行，转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，并利用限位机构实现不同车型的最大方向盘转角；
踏板机构和换挡模拟模块，其用于模拟并操纵所控制汽车的踏板机构并分别在载物模式和载人模式下操纵汽车换挡，利用位移传感器测量踏板行程，载物模式下汽车变速器为6挡，载人模式下，汽车变速器为4挡，汽车不同模式下的挡位调整由方形换挡键盘控制；
悬架高度控制模块，其用于在汽车模式切换时调整悬架高度，当汽车处于载人模式时，悬架高度降低，以提高汽车行驶平顺性；
当汽车处于载物模式时，悬架高度升高，以防止货物过重使底盘高度过低，降低汽车通过性；
鸣笛模拟模块，其用于在远程监督者按下方向盘上鸣笛按钮时，汽车鸣笛以警告并提醒周围车辆注意避让。
上述方案中，所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程求助系统包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块；
警报模块，其用于在驾驶员向远程监督者求助时鸣笛并且汽车前照灯闪烁，汽车顶部设有可折叠式显示屏，驾驶员通过按下中控台警报按钮同时踩制动踏板至其行程超过8mm的双重操作可使显示屏竖起并显示“危险”字样以引起周围车辆驾驶员注意；
驾驶熟练度判断模块，其用于在驾驶员驾驶时根据采集的驾驶数据判断驾驶员驾驶熟练程度，驾驶熟练度判断模块相邻两次工作间隔为10分钟，在此10分钟内，若驾驶员在直线行驶握紧方向盘时，方向盘左右转角波动小于3°，且驾驶员没有2秒内将制动踏板和油门踏板从起始位置踩至末端行程情况，则判断驾驶员驾驶熟练，否则判断驾驶员驾驶不熟练；
驾驶权分配模块，用于根据驾驶熟练度判断模块对驾驶员驾驶熟练与否的判断分配驾驶权；
危险驾驶判断与求助模块，其用于判断驾驶员驾驶行为的危害程度，并在有车速超过140km/h、汽车频繁变道、质心侧偏角大于10°其中之一行为时判断驾驶员危险驾驶并向远程监督者求助，若远程监督者20秒内未响应，则向下一位远程监督者求助，若1分钟内没有远程监督者响应，则取消求助；
系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故。
上述方案中，所述的遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，载人模式和载物模式相互切换模块利用类平行四边形变形机构实现模式切换；
如图1所示，类平行四边形变形机构包括左主动变形杆、左底盘连接杆、左从动杆、右主动变形杆、右底盘连接杆、右从动杆、电机、底盘；左主动变形杆和右主动变形杆与车身相连并由电机驱动，左底盘连接杆和右底盘连接杆与底盘固结，电机固定于底盘上；
如图2所示，当驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载物模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆沿顺时针方向旋转5°，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆上升，使底盘高度上升，汽车收起方向盘和踏板，将驾驶权完全移交给远程监督者，并且通过采集到的远程监督者方向盘转角，电控系统直接驱动转向器实现转向，通过采集到的远程监督者油门踏板行程，电机直接驱动车辆行驶；根据采集到的的远程监督者制动踏板行程采用电控机械制动系统驱动制动踏板；
当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载人模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆旋转5°使底盘高度下降至原来位置，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆下降，方向盘和踏板回归原位，完成汽车的模式切换。
上述方案中，如图3和图4所示，所述的远程信息控制系统，其特征在于，转向操纵机构模拟模块包括光电传感器、方向盘、转向轴、方向盘限位盘、转向机构限位块和极限位置转角控制器；
方向盘上方设计为一个缺口，光电传感器布置在方向盘缺口两侧，方向盘限位盘与方向盘固结，转向机构限位块安装在转向轴上，并且转向机构限位块可由驱动电机驱动上下移动并可在0°至30°范围内做顺时针或逆时针旋转；
转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，光电传感器计时规则为，从方向盘遮挡住光电门信号开始到接收装置接收到发光信号为止记为方向盘转动一圈，当方向盘转至所控制汽车最大转角处时，极限位置转角控制器向驱动电机发送信号，驱动电机驱动转向机构限位块上移并旋转至与方向盘限位盘接合，当安装在转向机构转向柱上的力传感器检测到远程操纵者输入反方向的方向盘转矩时，极限位置转角控制器控制驱动电机，使转向机构限位块下移，解除转向限制。
上述方案中，所述的远程求助系统，其特征在于，所述驾驶权分配模块采用如下驾驶权分配方法；
当系统判断驾驶员驾驶不熟练时，根据驾驶员方向盘转角分配驾驶权，当驾驶员方向盘转角大于0°小于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为
Figure BDA0002288343190000081
其中，α为驾驶员方向盘转角，远程监督者驾驶权分配系数B为B＝1-A
当驾驶员方向盘转角大于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为0，远程监督者驾驶权分配系数B为1；当系统判断驾驶员驾驶熟练时，驾驶员驾驶权分配系数A为0.2，远程监督者驾驶权分配系数B为0.8。
上述方案中，所述的远程求助系统，其特征在于，所述系统求助人机博弈稳定性控制模块采用矩阵博弈方法分配驾驶权并维持系统稳定；
驾驶权分配方案为
Figure BDA0002288343190000091
驾驶员连续按2次求助按钮的情况视为驾驶员没有按求助按钮；
当汽车行驶时，根据汽车车速和驾驶员操纵参数设定系统求助人机博弈稳定性控制模块的博弈动态支付矩阵
Figure BDA0002288343190000092
其中c为与车速相关的变量，当车速大于140km/h时，c的值为0.1，当车速小于140km/h时，其值为
Figure BDA0002288343190000093
其中v为汽车车速，单位为km/h，t为与驾驶员操纵参数有关的变量，其代表驾驶员掌控汽车驾驶权的渴望程度，驾驶员方向盘转角小于180°范围内，驾驶员操纵动作幅度越大t的值越大，当驾驶员方向盘转角大于180°时，t的值为1，当驾驶员方向盘转角小于180°时，其值为
Figure BDA0002288343190000094
其中，α为驾驶员方向盘转角，x1为油门踏板行程，xn为踏板总行程；设系统选择求助的概率为p，则平衡时系统选择求助的概率p的值为
Figure BDA0002288343190000095
系统向远程监督者求助且驾驶员按下求助按钮时，当车速上升，驾驶员方向盘转角以及油门踏板行程增加时，p的值增大，即系统选择求助的概率增加，而取消求助的概率减小，系统在危险驾驶判断与求助模块设定汽车危险驾驶阈值附近突然改变决策的可能性下降，系统稳定性以及安全性提高。

Claims (9)

1.一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，其包括模式切换系统，远程监控系统，远程信息反馈系统，远程信息控制系统，远程求助系统；
模式切换系统，包括载人模式和载物模式相互切换模块和求助模式及其取消模块，其用于根据驾驶员对汽车的需求不同而切换汽车形态，汽车形态分为载物形态和载人形态两种，载物形态用于汽车货物运输，载人形态用于非货物运输情况；
远程监控系统，包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块，其用于协助远程监督者远程监控汽车运行状态，在驾驶员按下求助按钮以及远程监督者按下接管控制按钮时令远程监督者远程接管驾驶权，并防止因网络延迟而导致汽车驾驶权交接时短暂失控；
远程信息反馈系统，包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块，其用于反映真实的路况场景与驾驶员视野并反映车外视野，利用车内摄像头采集并反馈视觉信息，利用车内振动传感器采集并反馈听觉信息，利用安装在汽车后备箱内的摄像头反馈货物信息，检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息，并根据周围是否为5G道路环境进行系统调整；
远程信息控制系统，包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、鸣笛模拟模块、悬架高度控制模块，其用于在载人模式下根据远程信息反馈系统采集到的路感信息模拟方向盘，根据角位移传感器测量方向盘转角，根据位移传感器检测到的踏板行程信息模拟真实的油门踏板和制动踏板，利用方形键盘模拟换挡，远程监督者按下模拟方向盘鸣笛按钮即可远程鸣笛，在载物模式下，利用力传感器采集并反馈轮胎受力和转向轴负荷，利用红外传感器测量并反馈悬架高度；
远程求助系统，包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于在驾驶员按下求助按钮主动求助时，向周围汽车和行人发出警报，并根据汽车形态和汽车状态分配驾驶权限；在汽车判断驾驶员危险驾驶时，向远程监督者发送警告信息，并根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故；
远程求助系统中，所述系统求助人机博弈稳定性控制模块采用矩阵博弈方法分配驾驶权并维持系统稳定；
当系统向远程监督者求助且驾驶员按下求助按钮时，远程监督者掌握驾驶权；当系统向远程监督者求助但驾驶员没有按求助按钮时，驾驶员掌握驾驶权；当系统没有向远程监督者求助且驾驶员按下求助按钮时，远程监督者掌握驾驶权；当系统没有向远程监督者求助且驾驶员没有按下求助按钮时，驾驶员掌握驾驶权，驾驶员连续按2次求助按钮的情况视为驾驶员没有按求助按钮；
当汽车行驶时，根据汽车车速和驾驶员操纵参数设定系统求助人机博弈稳定性控制模块的博弈动态支付矩阵，当驾驶员按下求助按钮且远程求助系统选择求助时，支付函数为(1，c),其中支付函数第一项代表驾驶员收益，支付函数第二项代表设置的远程求助系统收益，当驾驶员按下求助按钮且远程求助系统不选择求助时，支付函数为(0,0)，当驾驶员没有按求助按钮且远程求助系统选择求助时，支付函数为(1，t),当驾驶员没有按求助按钮且远程求助系统不选择求助时，支付函数为(0,0)，其中c为与车速相关的变量，当车速大于140km/h时，c的值为0.1，当车速小于140km/h时，其值为
Figure FDA0004228150420000011
其中v为汽车车速，单位为km/h，t为与驾驶员操纵参数有关的变量，其代表驾驶员掌控汽车驾驶权的渴望程度，驾驶员方向盘转角小于180°范围内，驾驶员操纵动作幅度越大t的值越大，当驾驶员方向盘转角大于180°时，t的值为1，当驾驶员方向盘转角小于180°时，其值为
Figure FDA0004228150420000021
其中，α为驾驶员方向盘转角，x1为油门踏板行程，xn为踏板总行程；设系统选择求助的概率为p，则平衡时系统选择求助的概率p的值为
Figure FDA0004228150420000022
系统向远程监督者求助且驾驶员按下求助按钮时，当车速上升，驾驶员方向盘转角以及油门踏板行程增加时，p的值增大，即系统选择求助的概率增加，而取消求助的概率减小，系统在危险驾驶判断与求助模块设定汽车危险驾驶阈值附近突然改变决策的可能性下降，系统稳定性以及安全性提高。
2.根据权利要求1所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，模式切换系统包括两个模块，第一个是载人模式和载物模式相互切换模块，第二个是求助模式及其取消模块；
载人模式和载物模式相互切换模块，其用于应对驾驶员对汽车的不同需求而控制汽车变换模式，为防止汽车行驶过程中因驾驶员错误操作引起模式切换带来的危险情况，载人模式和载物模式需要双重操作才可以相互切换，汽车处于载人模式时，需要保证驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，此时汽车转换为载物模式；当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，汽车转换为载人模式；
求助模式及其取消模块利用布置在中控台上的求助按钮实现，求助按钮为双工位按钮，驾驶员在驾驶过程中按下求助按钮，汽车向远程监督者发送求助信息，驾驶员再次按下该按钮，汽车取消求助。
3.根据权利要求1所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程监控系统包括汽车行驶状态监测模块、远程监督员就位反馈模块、网络延迟处理模块；
汽车行驶状态监测模块，其用于监测汽车车速信息，利用安装于悬架导向机构的位移传感器监测前轮转角，利用安装于汽车底盘中心的陀螺仪监测汽车横摆角速度和质心侧偏角；
远程监督员就位反馈模块，其用于利用车内远程监督员就位反馈灯向驾驶员报告远程监督员就位情况，远程监督员操纵设备为方向盘与一组踏板机构及方形换挡键盘，当系统检测到远程监督员操纵的踏板机构行程大于5mm时，远程监督员就位反馈灯呈绿色并闪烁，否则，远程监督员就位反馈灯呈红色；
网络延迟处理模块，其用于防止因网络延迟而导致的驾驶权交接期间的汽车失控，在系统判断远程监督者完全接管控制权后4秒内完成驾驶权交接，前两秒内驾驶员和远程监督者各掌控50％的油门踏板控制权，两秒后远程监督者完全掌握油门踏板控制权，两秒至三秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的制动踏板控制权，三秒后远程监督者完全掌控制动踏板控制权，三秒至四秒时间内，驾驶员和远程监督者各掌控50％的方向盘转角控制权，四秒后远程监督者完全掌控方向盘转角控制权，以此达到驾驶权平顺交接目的。
4.根据权利要求1所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息反馈系统包括驾驶员视野模拟与扩展模块、听觉信息反馈模块、路感模拟模块、视觉信息反馈模块、5G场景切换模块；
驾驶员视野模拟与扩展模块，其用于利用车内摄像头采集并反馈车前方图像模拟驾驶员视野，并安装车顶摄像头以扩展远程监督者视野；
听觉信息反馈模块，其用于收集驾驶员周围声音信息，模拟驾驶员周围声音环境，驾驶员可通过该模块与远程监督者进行交流；
路感模拟模块，其用于检测油门踏板和制动踏板给驾驶员脚部力反馈模拟路感信息并利用远程监督者操纵机构中的路感反馈电机对远程监督者的方向盘和踏板施加作用力来模拟真实路感；
视觉信息反馈模块，其用于在载物模式下利用车内摄像头采集货物当前状态图像，并反馈给驾驶员和远程监督者，以帮助驾驶员和远程监督者在顾及货物的同时安全驾驶，同时利用车顶摄像头采集到的周围车辆图像计算汽车与周围车辆距离，帮助驾驶员和远程监督者在危险情况下及时避险；
5G场景切换模块，其用于根据当前路段是否能够收集到5G信号进行系统调整，若不能收集到5G信号，则关闭远程监控系统、远程信息反馈系统、远程信息控制系统，若能收集到5G信号，则保持当前状态行驶。
5.根据权利要求1所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息控制系统包括转向操纵机构模拟模块、踏板机构和换挡模拟模块、悬架高度控制模块、鸣笛模拟模块；
转向操纵机构模拟模块，其用于接收远程监督者转向操纵指令并传递给汽车，使汽车按照远程监督者的操纵意图运行，转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，并利用限位机构实现不同车型的最大方向盘转角；
踏板机构和换挡模拟模块，其用于模拟并操纵所控制汽车的踏板机构并分别在载物模式和载人模式下操纵汽车换挡，利用位移传感器测量踏板行程，载物模式下汽车变速器为6挡，载人模式下，汽车变速器为4挡，汽车不同模式下的挡位调整由方形换挡键盘控制；
悬架高度控制模块，其用于在汽车模式切换时调整悬架高度，当汽车处于载人模式时，悬架高度降低，以提高汽车行驶平顺性；当汽车处于载物模式时，悬架高度升高，以防止货物过重使底盘高度过低，降低汽车通过性；
鸣笛模拟模块，其用于在远程监督者按下方向盘上鸣笛按钮时，汽车鸣笛以警告并提醒周围车辆注意避让。
6.根据权利要求1所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程求助系统包括警报模块、驾驶熟练度判断模块、驾驶权分配模块、危险驾驶判断与求助模块、系统求助人机博弈稳定性控制模块；
警报模块，其用于在驾驶员向远程监督者求助时鸣笛并且汽车前照灯闪烁，汽车顶部设有可折叠式显示屏，驾驶员通过按下中控台警报按钮同时踩制动踏板至其行程超过8mm的双重操作可使显示屏竖起并显示“危险”字样以引起周围车辆驾驶员注意；
驾驶熟练度判断模块，其用于在驾驶员驾驶时根据采集的驾驶数据判断驾驶员驾驶熟练程度，驾驶熟练度判断模块相邻两次工作间隔为10分钟，在此10分钟内，若驾驶员在直线行驶握紧方向盘时，方向盘左右转角波动小于3°，且驾驶员没有2秒内将制动踏板和油门踏板从起始位置踩至末端行程情况，则判断驾驶员驾驶熟练，否则判断驾驶员驾驶不熟练；
驾驶权分配模块，用于根据驾驶熟练度判断模块对驾驶员驾驶熟练与否的判断分配驾驶权；
危险驾驶判断与求助模块，其用于判断驾驶员驾驶行为的危害程度，并在有车速超过140km/h、汽车频繁变道、质心侧偏角大于10°其中之一行为时判断驾驶员危险驾驶并向远程监督者求助，若远程监督者20秒内未响应，则向下一位远程监督者求助，若1分钟内没有远程监督者响应，则取消求助；
系统求助人机博弈稳定性控制模块，其用于根据汽车车速和驾驶员操纵动作幅度调整系统收益，防止因系统突然取消求助而使驾驶员来不及反应，造成交通事故。
7.根据权利要求2所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，遥控操作辅助驾驶系统中，载人模式和载物模式相互切换模块利用类平行四边形变形机构实现模式切换；
类平行四边形变形机构包括左主动变形杆、左底盘连接杆、左从动杆、右主动变形杆、右底盘连接杆、右从动杆、电机、底盘；左主动变形杆和右主动变形杆与车身相连并由电机驱动，左底盘连接杆和右底盘连接杆与底盘固结，电机固定于底盘上；
当驾驶员按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载物模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆沿顺时针方向旋转5°，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆上升，使底盘高度上升，汽车收起方向盘和踏板，将驾驶权完全移交给远程监督者，并且通过采集到的远程监督者方向盘转角，电控系统直接驱动转向器实现转向，通过采集到的远程监督者油门踏板行程，电机直接驱动车辆行驶；根据采集到的的远程监督者制动踏板行程采用电控机械制动系统驱动制动踏板；
当驾驶员再次按下中控台上的模式切换按钮并同时踩制动踏板至其行程超过5mm，使汽车转换为载人模式时，电机驱动左主动变形杆和右主动变形杆旋转5°使底盘高度下降至原来位置，从而带动左底盘连接杆、左从动杆、右底盘连接杆、右从动杆下降，方向盘和踏板回归原位，完成汽车的模式切换。
8.根据权利要求5所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程信息控制系统中，转向操纵机构模拟模块包括光电传感器、方向盘、转向轴、方向盘限位盘、转向机构限位块和极限位置转角控制器；
方向盘上方设计为一个缺口，光电传感器布置在方向盘缺口两侧，方向盘限位盘与方向盘固结，转向机构限位块安装在转向轴上，并且转向机构限位块可由驱动电机驱动上下移动并可在0°至30°范围内做顺时针或逆时针旋转；
转向系采用变传动比控制以使该遥控操作辅助驾驶系统适应不同车型，光电传感器计时规则为，从方向盘遮挡住光电门信号开始到接收装置接收到发光信号为止记为方向盘转动一圈，当方向盘转至所控制汽车最大转角处时，极限位置转角控制器向驱动电机发送信号，驱动电机驱动转向机构限位块上移并旋转至与方向盘限位盘接合，当安装在转向机构转向柱上的力传感器检测到远程操纵者输入反方向的方向盘转矩时，极限位置转角控制器控制驱动电机，使转向机构限位块下移，解除转向限制。
9.根据权利要求6所述的一种远程遥控操作辅助驾驶系统，其特征在于，远程求助系统中，所述驾驶权分配模块采用如下驾驶权分配方法；
当系统判断驾驶员驾驶不熟练时，根据驾驶员方向盘转角分配驾驶权，当驾驶员方向盘转角大于0°小于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为
Figure FDA0004228150420000041
其中，α为驾驶员方向盘转角，远程监督者驾驶权分配系数B为
B＝1-A
当驾驶员方向盘转角大于180°时，驾驶员驾驶权分配系数A为0，远程监督者驾驶权分配系数B为1；当系统判断驾驶员驾驶熟练时，驾驶员驾驶权分配系数A为0.2，远程监督者驾驶权分配系数B为0.8。
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