CN1625494A - 测量驾驶员与车辆间相互作用的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用适当软件的CPU的情况下测量驾驶员/车辆(反之亦然)之间的接口的方法。本发明的特征在于，利用第一传感器记录作用于驾驶装置的转矩/力，并且利用其他传感器记录作用于车辆的横向力，反之亦然，记录的值经过连续计算、滤波、以及调整得出下述一个或多个参数或者参数组；联结等级、反作用时间的均值、反作用范围、查询频率、缺陷频率以及振幅的变化。

Description

测量驾驶员与车辆间相互作用的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种车辆使用的方法和装置，更具体地说，涉及一种测量和参数管理的方法以及计算单元以用于提取驾驶员/车辆关系层面的各种重要安全相互作用(参数组)的指示标记，本方法的目的是对所述关系层面的交流信息按质量分等级。本发明创建了一个系统的每一部分的传输容量和这些分离部分的动态工作情况的图表。
背景技术
对于那些对车辆缺乏微小控制能力的驾驶员，通过合适的测量将其注意力集中到微小控制方面以影响该驾驶员也是加强的步骤，从而她或他几乎不可以继续无影响的驾驶车辆。尽管做了测量，但是如果这种事情发生了，就必须具有良好的意识和好的经验。总是有这样的驾驶员，他们因为某些原因注意力不集中。这个原因有很多，例如疲劳、醉酒、生病、打电话等等。驾驶员、车辆以及外界环境必须一起起作用。这又作用于驾驶员/车辆之间，以及车辆/路况之间的接口上。这并不决定于这些部分本身的优劣，而取决于共同作用的状况。这些接口的接合质量在安全方面是生死攸关的事情。警觉而有经验的驾驶员不会出现事故，实质上重大的失误也很少。事故的发生经常是因为这些接口的“不兼容”以及这些接口不能为驾驶员处理好。这些不兼容的例子包括驾驶员的经验、车辆的特性和速度容量、路况和速度限制之间的不利关系。主要问题在于，驾驶员安全驾驶车辆的能力是不可确定的。
人们想当然的认为车辆的安全驾驶在于驾驶员时刻将注意力集中在动态操作上，并且能够做出适当的决定来控制车辆。视觉感知、平衡感知、以及沉着对信息搜集方面或真实的信息流的管理和连续评估方面具有重要作用，而非主要依赖于直觉层面。疲劳、紧张，药物影响以及移动电话的接听都可以对驾驶员的注意力和正确决定方面产生负面影响。而上述“做出正确决定”也是驾驶员无意识的反射行为。你也可能会提到“主要通过方向盘做出的微决策，也就是微小的似乎正确的反射”可自觉地检测周边状况，与根据需要做出的动作相一致。前向反馈和后向反馈是本文使用的有关感知的术语？人们在惯力模式下微小变化的感觉培养方面具有突出的能力，例如，旋转方向盘所引起的。
一个很明显的检测问题的实例(其中之一)是当一个人正在一个光滑的表面行走的实例。被问到的一个检测问题在于在负重的情况下形成前脚的微小弯曲，由此获取更轻松的经验与足部弯曲的轻松度比较，也就是与当放下脚并向后蹬踏时(当走路时)，表面有多光滑以及由此形成的多长的脚步而不会产生太大的横向力以至于失去平衡之间比较轻松度。
在室内的移动是一个带有反馈和检测问题的行为。在训练技能以及不同形式的缺陷、疲劳、脑部疾病、无知觉以及生病的情况下，系统的反射以及提出检测问题的能力不能全面的发挥或全面的显现，或者因为反作用时间以及/或者反作用模式的变化而被阻碍。与正常的行为比较，一个被阻碍的反馈将对行为产生负面影响。这里，可以有两个不同种类的记录行为和于行为有关的反射模式的差异，一个作为先前学习和工作反射模式，而一个表现为建立中却未完成的反射模式。在后者的情况中，可以遵循作为髓鞘形成以及反-髓鞘形成中的相互作用/反射模式的正面发展，例如在敲击后，负责敲击行为的神经网络被激活。在本实例中，行为是基础技巧的训练，例如驾车，在正确的神经教育方式下的训练也是重要的，也就是，在没有任何精神限制因素下，当过多的注意力集中到危险和结果上，这将阻碍学习进程，所述学习进程假设在非常安全和信心十足的方式下发生。一个容易受惊以及焦虑的人在通过冒险和经历获取有效训练的能力方面非常差——这种人轻易不敢尝试——这种人面对危险时非常谨慎，而不考虑经验及观察限度内的实现的可能性，也就是处理目前行为时缺乏自信。
安全的驾驶汽车是基于驾驶员和车辆间复杂的相互作用。需要经历很多连续动态变化的信息流以及在所有时间段中做出重要决策。驾驶中所有发生的事情不能依靠逻辑思维行为来思考以及处理，只能在无意识情况下发生。驾驶员必须相信他的反射和直觉。也可以表示为驾驶员做出的预感能力(锥形)指令，此指令是处于无意识(最佳锥形)的次要位置的要求安全驾驶车辆的指令。作用于方向盘的转矩表明驾驶员通过方向盘对车辆的影响。这个转矩信号比方向盘的角度偏差更重要，因为它在整个过程之前发生，并且转矩的变化不是必然影响方向盘角度偏差。
比较有关放松的原因，多数的例如角度偏差的操作似乎根本不可察觉，而仅仅是一种反作用。例如查询、应答和补偿的微小控制可以被觉察到。驾驶员凭直觉查询信息，理解所述信息，并反作用，而车辆做出应答。车辆的应答同时返回到驾驶员，而驾驶员再次要求车辆产生应答，也就是，在过程中连续的动态交互作用。驾驶员的要求必须清楚，同时车辆对要求的应答必须一致、清楚、合乎逻辑。轮胎、车轮延迟以及方向盘必须从路面获取信息并给出车辆动作的信号；也就是对反向盘操作的反应。这也可表示为车辆应该为驾驶员提供小的但清晰的信号，确定和支持驾驶员对车辆的进一步控制。清晰的信号经过滤去除噪声以及不必要干扰后首先获得。车辆发出的不同信号可能在不同速度不同路况的下具有不同强度。然而，车辆的行为特性不会改变，即使考虑不同外界条件、路面状况、负载干扰、轮胎种类等等。
US-A-5 821 860公开了一种监测驾驶员驾驶车辆的条件和适合性的方法。本方法要求驾驶员在驾车时的行为正常，并当存在危险操作时利用神经网络技术与不同驾驶关键参数做比较实现预警。
发明内容
本发明的主要目的在于实现一个比已知驾驶员监测技术更早的做出反应的技术，并在产生重大事故之前作用于由驾驶员的错误决策和行为所增加的危险性。这是通过驾驶员/车辆的接口(Interface)在驾驶员/车辆/道路之间交互作用完成的持续监测。通过非常早的对驾驶员条件情况的确定可以使其安全驾驶车辆，或者对车辆性能的确定以对驾驶员的动作做出反应以及对驾驶员/车辆之间的不兼容进行确定，本文还通过驾驶员/车辆接口揭示了其他驾驶员和道路之间的不兼容。本文中也对通讯中的缺陷进行识别，这些缺陷被认为导致了因判断失误而产生的危险和即将发生事故/已发生事故。这里也可以理解驾驶员预期记忆、工作存储和语义记忆在不同感知力条件下是怎样分别动作和交互作用的。某种意义上来说，也可以感知用于分别理解的易辨认性和反作用时间，例如，在驾驶过程中视觉的交互作用。
本发明的另一目的是公开一种用于训练和确保驾驶员对于由于操作和外界影响所引起的车辆动作的记录和“理解”能力。这方面重要的一点不是去有意识的理解，而是使其容易而且可以去训练一种当存在路面控制和车辆动作限制情况下的感觉，也就是同样通过车辆/道路之间的接口。这种感觉对于驾驶员来说是获得自信心的必不可少的条件。
还有，本发明的另一个目的是通过训练一种对由于操作偏差引起的重力作用下的微小变化的感知力，更好地确保驾驶员/车辆/道路之间的交互。这里对意识表现为监督、与车辆交互作用中的肌肉运动的快速和反应、以及根据完成的测量基础来计算和决定驾驶员的由汽车和驾驶员使用的辅助工具(ABS、牵引控制等等)的类型，而这些辅助工具也可以提示驾驶员其与车辆以及车辆/道路之间缺少接合和交互。
通过本发明的技术方案，可以对驾驶员和汽车之间缺少相互作用的情况做出记录，在第一步中通过减少舒适度从车辆得到的清楚信息，例如通过使截流板增加阻力阻碍按下的动作，也就是在某种意义上，驾驶员通过无意识的努力获取舒适感，这种舒适感将使他或她无意识的在驾驶汽车方面增加强度和联系意识而得到增加的舒适感的“回报”。通过联结在接口层面交互的安全系统，驾驶员将意识到所述缺陷并将在同时身体上根据经验增加阻力，所述接口可增加按下截流板的阻力的接口以驾驶员在微控制方面增加难度。这在很多实例中，将使驾驶员实现及时刹车。在某些缺少微控制的情况下，例如使用药物引起的，也可以激活危险警示信号灯等。
在我们的PCT申请SE01/00334和SE01/01697中公开了驾驶员/车辆/道路之间关系接口通讯的监测技术，这里用以参考。
多数的人类行为是以反馈系统方式工作，其中我们感知的印象在大脑中处理，并产生的某种预期的身体活动，这又反过来对行为产生影响，并且这也通过我们的自觉地感知反馈到大脑。我们努力获得在所需条件和实际条件之间的平衡和一致。一般说，这里所获得的交互能够在一方面使我们无拘束的去控制和指导行为(宏观方面)，另一方面以更直观的方式(微观方面)获取平衡。为了确定具体情况，大脑经常要产生微小动作，也就是对人体和外界环境提出一个控制要求以形成该情况下的画面。学习和经验是重要的决定因素。驾驶员经常沿道路行驶以及在路上某一他认为安全的区域停车。参考神经学以及人脑、特别是小脑在直觉方面如何控制身体和车辆的研究，表明只要人在清醒的情况下肌肉系统是动作的，并且是连续的动态交互作用以实现肌肉之间以及肌肉组之间保持平衡，而这些都依赖于连续的反馈。为了获得受控制的动作或者为了保持身体/车辆在某一位置，在紧张和松弛之间的复杂交互是必需的。当在身体前方保持手不动时，手似乎是不动的。但潜意识下的交互动作是不可见的。这就被称为微控制，而且这也被认为是作为驾驶员控制其作为身体的延伸的车辆的方式。潜意识的交互经常是不为肉眼所见的。
本发明的另一目的是监测在驾驶员和车辆之间是否存在不兼容，也就是当驾驶员和汽车不能“用同种语言通话”的情况。这里可以快速的检测到驾驶员错误行为导致的危机，也就是在它们必然变为现实之前已经存在的可能。特别的，通过加强控制缺陷的反应，应用于驾驶员以及目标的这种方法将会试着重建驾驶员和车辆之间的兼容，也就是尽量产生横向(Lateral)的惯性力，例如，利用声音和/或电信号。
本发明的上述目的可通过给定的权力要求所限定的方法和装置获得。
当某些计算的参数以及参数组群在参考值的范围内，对于包括驾驶员和车辆以及环境(道路)，系统给出“安全性能良好”结论是可信的。这也同样应用于相反的情况，也就是当某些参数在参考值的范围附近或之外情况下，对系统给出“安全性能差”结论也是可信的。
在驾驶员和车辆之间的一种微交互将在频率范围0、3到10Hz范围内发生，意味着驾驶员操作方向盘施加的力被适时的转移，并与作用于车辆的横向力成比例。上述比例系数有方向盘操作系统以及车辆的速度动态确定。
微通讯联系产生于无意识的情况下，并且驾驶员对方向盘所施加的影响通常小于全部操作偏差的±0.1％。因此，车辆的动作能够因为大脑的神经刺激传输到肌肉中产生作用于方向盘的力而启动。这个力通过车辆的控制系统传输到控制连接杆，并且在一个时间延迟后这个力又传输到作用于车辆横向动力。
对于设有方向盘车辆来说，施加于方向盘的力产生一个操纵角。这个操纵角和横向动力不成比例。
在说明书中，微交互被认为是驾驶员与车辆之间非口头控制要求和反应的信息流。与车辆根据驾驶员的操作作用相同，驾驶员也根据车辆的运动作用。驾驶员做出的要求在经过一个延迟时间之后，车辆做出答复。在驾驶员的作用时间后，该答复也是对驾驶员操作的一个新的要求。作用于操纵装置的力和横向力之间的关系其方式如下；作用于操纵装置向右方向的力产生向左的横向力实现车辆右转的动作，而右转动做的补偿是通过作用于操纵装置向左方向的力实现的。
驾驶员的经验和精神状态可以应付驾驶员和车辆的请求与应答的情况。正如缺少交互可引起疲劳，疲劳可出现在被扰乱的交互中，而所述交互中的作用模式也同时发生变化。
疲劳将引起交通事故而微交互包括某些重要安全参数，这表现在驾驶员和车辆两个方面。他们一起表现为驾驶员和车辆交互作用的情况。
伴随作用于横向动力表面的能量进一步增加而使用的声音可以增加对于那些在训练时没经验的司机或者感觉能力下降的老司机为了实现小偏差的横向动力而驱动的感知力。在操纵装置的作用下能产生依赖于应用的力或力矩(作用于方向盘)的声信号。
根据本发明定义的参数和建立的连接如下所述：
1.伴随对车辆或驾驶员的反作用时间的补偿，以及在某些时间间隔中，在车辆的横向动力和作用于操纵装置的力之间差值的联结等级。所述联结等级能够与电导比较，并与驾驶员的经验(熟练程度)相联系。
2.反作用时间，可以看作一个瞬时值或在某一时间内的平均值。
3.反作用谱值，可以看作不同的被分为至少两类的反作用时间之间的联系。
4.查询频率，可以看作是在某一时间内要求应答的查询。
5.缺陷频率，可以看作在某一时间内不要求应答的查询。
附图说明
本发明联系下述附图做说明，这里
图1是读取信号的流程示意图；
图2a，2b是作用于操纵装置的力以及横向加速度的曲线图；
图3也是作用于操纵装置的力以及横向加速度的曲线图；
图4是根据驾驶员的反作用在驾驶员和车辆之间联结等级示意图；
图5是反作用范围示意图；
图6是控制系统驾驶员/车辆的安排方式方块图。
具体实施方式
这里图1是读取信号的流程示意图，并且还说明了如何从来源于操纵装置1和横向加速度2的传感器的信号中提取参数。从每一个传感器测得的参数将通过滤波器3以1、3到5Hz的间歇频率高度范围传播相位修正波段，此处也将振幅信号归一化以使信号可比较。用于横向加速度2的信号将在延迟连接6中延迟一相当于驾驶员反作用时间(如图4(17))的中间值的固定时间，或者延迟驾驶员瞬间反作用的时间。作用于车辆动作的驾驶员反作用的联结等级9，经计算步骤5得到在某一时间中整数化的信号绝对值之间的差异的绝对值，如图4中的阴影区16。同样的方式，如果现有信号1经延迟步骤4，则也计算出用于车辆应答的联结等级9。振幅10的差异，也经计算步骤5得出某一时间内(例如10秒)信号振幅的绝对值的连续平均值的最高值和最低值之间的差值。为了能够计算出车辆和驾驶员的反作用时间11、12、13，需要通过每个偏差信号监测所述信号的侧部7，并寻找符号的变化：图3(14B)中的正侧部，零、正、零；图2(14a)中的负侧部，零、负、零。反作用时间11经计算步骤5得出在一个信号上的侧部(图2(14a))与另一个信号的下一个侧部(图3(14B))间的时间(分别为图2(15a)和图3(15B))。反作用时间经分割步骤8得到至少两个类别(12a、12b、12c、12d)，其中在某一时间内的不同反作用时间的数量被累加。这些反作用时间一起产生了反作用范围(图5)。查询频率13a经计算步骤5得到在每一个信号上某一时间中的侧部的累加值。缺陷频率13b经计算步骤5得到正和负的信号正侧部累加值间的差异。
根据图2a和2b，作用于操纵装置1的力与横向加速度2有关。X轴代表时间而图表时间共有18秒。Y轴代表标准化的振幅。很明显，驾驶员对操纵装置的操作方式直接关系到车辆的横向加速度。还关系到时间的替换15a，此处可表示为相邻信号的侧部14a之间的时间，以及曲线形状的偏差。由于路况以及环境因素产生的偏差依赖于驾驶员理解和感知车辆动作的能力。
根据图3，作用于操纵装置的力与与横向加速度2有关。X轴代表时间而图表时间共有18秒。Y轴代表标准化的振幅。微交互发生在两个方向，因此同样的信号既包括查询又包括应答。为了说明驾驶员对车辆动作的应答，在本例中信号1被加入相关的图2中。这个原因在于当驾驶员启动时或当做出补偿消除这个不要的动作时，作用于方向盘的力将转向相反的方向。驾驶员的反作用时间15a可以以同样方式作用，图2——不同的是产生在横向加速度14b的侧部被正启动。
图4说明在驾驶员和车辆之间的相关于驾驶员反作用的联结等级。X轴代表时间而图表时间共有18秒。Y轴代表标准化的振幅。表示横向加速度2的信号相对于信号1有延迟。通过计算在某一时间中整数化的信号绝对值之间差异的绝对值，得到联结等级16。延迟时间可设为对应于驾驶员反作用时间的中间值的固定值，或者对应于驾驶员瞬间反作用时间的中间值(图3(15b))。同样的方式，利用如图2中提供的信号方向确定的相对于信号2的延迟信号1，可以计算出对驾驶员的操作进行应答的车辆的联结等级。因此，这个延迟被设为对车辆反作用时间15a。
图5是反作用范围或者更精确的图，其中不同反作用时间的数量累加在一起超过估计时间，并且分作为12a、b、c、d的四个时间类别。X轴时类别而Y轴代表在超过估计时间的反作用时间累加为100％情况下的相对振幅。类别的分组可以利用时间间隔0,3s-0,5s(12a)；0,5s-0,8s(12b)；0,8s-1,5s(12c)；1,5s-2,0s(12d)；或者在其他适于本申请的方式下。某一驾驶员疲劳的增加将被认为是反作用时间的替代较长时间段17。驾驶员的经验将首先影响最长反作用时间18，这里一个有经验的驾驶员将利用适当长的反作用时间。
图6是控制系统安排方式的方块图，涉及驾驶员33和车辆34。大脑19的电子神经刺激将在手臂的肌肉中传输，并将通过手20传输到操纵装置21。车辆的操纵系统22将传输能量，可以通过操纵伺服系统23传输到方向盘/轮胎上。
座位25改变车辆的动作，而驾驶员可以通过触觉26和平衡感31感知这个动作。同时，驾驶员通过视觉29记录车辆的动作28。反馈的触觉和平衡感将做0,3到4Hz频率周期的记录。反馈的视觉30将做0-1Hz频率周期的记录。驾驶员通常利用操纵系统直接反馈的操纵方向盘的力在操纵装置中感知车辆的运动。因此，具有双向的箭头记号21、22、23。周围环境和道路32将从外部影响系统。驾驶员对操纵系统1产生影响的信号将通过能量传感器读出，例如放置于驾驶杆的应变传感器。又如在车辆底部和前部设置的测量惯性力的传感器，读出横向加速度2信号。
本发明不仅仅限于上述实施例，其修正可以在下述权利要求的范围内实现。

Claims (10)

1、在利用适当软件使用CPU的情况下的一种测量驾驶员/车辆之间或者反之亦然的接口的方法，其特征在于，利用第一传感器记录作用于驾驶装置的转矩/力，并且利用其他传感器记录作用于车辆的横向力，或者反之亦然，记录的值经连续计算、滤波、以及调整得出下述一个或多个参数或者参数组；联结等级、反作用时间的均值、反作用范围、查询频率、缺陷频率以及振幅的变化。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，将每一个传感器得到的信号(1；2)在间隙频率数值为0,3Hz到5Hz传输一个相位修正的波段通过滤波器(3)，在所述频率下，振幅以使信号可比较的方式标准化，横向加速度(2)的信号在延时连接(6)中延迟一相应于驾驶员反作用时间中间值的固定时间，或者延迟一驾驶员瞬间反作用时间的延迟，驾驶员对车辆运动的反作用的联结等级(9)经计算步骤(5)得到一时间段(16)中整数化信号差值的绝对值，以及/或者如果(代替)信号(1)经过延迟步骤(4)，则计算车辆应答的联结等级(9)。
3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，计算振幅变化(10)得到在某一时间内，例如10秒中，振幅绝对值连续平均值中最大值和最小值之间的差值。
4、根据权利要求1所述方法，其特征在于，利用导出的每一信号监测每一信号的侧部(7)并寻找符号的变化：正侧部(14B)的零、正、零；负侧部(14a)的零、负、零；由此反作用时间(11)经过计算步骤(5)分别得到时间段(15a)、(15b)——分别在一个信号(14a)的侧部和另一个信号(14b)的下一个侧部之间；反作用时间经分割步骤(8)分成至少两类(12a、12b、12c、12d)，不同反作用时间的数值累加为一时间段。
5、根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述反作用时间一起产生反作用范围(图5)。
6、根据权利要求4或5所述方法，其特征在于，查询频率(13a)经计算步骤(15)得到在某一时间中每一信号的侧部的累积数值。
7、根据权利要求4或5所述方法，其特征在于，缺陷频率(13)经计算步骤(5)得到信号正和/或负侧部的累积数值的差值。
8、根据前述任一权利要求所述方法，其特征在于，增加中横向力伴随一个声音，这个声音的强度或频率将快速增加。
9、根据前述任一权利要求所述方法，其特征在于，车辆的舒适程度与驾驶员和车辆之间的联结等级成比例。
10、测量驾驶员/车辆间，或者反之亦然，接口的装置，包括一个设有适当软件的CPU，并实现根据权利要求1所述方法，其特征在于，利用传感器记录操纵装置上参数力矩/力，并且利用至少一个传感器记录作用于车辆的相应于横向力的参数，由此所记录的参数值通过例如波段通过滤波器以及延迟装置处理，其中一个或多个参数或参数组：联结等级、反作用时间的平均值、反作用范围、查询频率、缺陷频率以及振幅的变化被设置、说明、以及/或者实现车辆控制以及/或者毫无顾虑的驾驶。
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