CN109885040B - 一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，该***包括环境感知模块、驾驶员感知模块、车辆感知模块、事件记录器、自动驾驶模块和控制权分配器，事件记录器根据环境感知模块探测到的外部环境状况和车辆感知模块采集到的车身运动信息判断车辆当前的安全性；自动驾驶模块根据外部环境状况和车身运动状态制定自动驾驶控制方案，并处于热备份；控制权分配器根据事件记录器所判断的车辆当前的安全性和驾驶员感知模块所测得的驾驶员的驾驶状态，确定驾驶员和自动驾驶***对车辆的驾驶操作的生效比例。本发明实现了自动或半自动车辆行驶时的人机驾驶控制权柔性分配，可以有效缓解驾驶控制权转换过程中的人机冲突，提高驾驶安全性。

Description

一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***

技术领域

本发明属于汽车辅助驾驶技术领域和自动驾驶技术领域，具体涉及一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***。

背景技术

随着介入式辅助驾驶技术的不断发展，车辆通过搭载传感器进行环境感知，通过车载计算机***实现实时决策，通过电控单元控制车辆横纵向运动，已经逐渐形成了与人类驾驶员共同驾驶汽车的态势。此时，车辆不再仅仅是驾驶员的交互媒介，而是成为了除驾驶员以外的另一个驾驶主体。当两个驾驶主体进行“人机共驾”时，人与车(辅助驾驶***或自动驾驶***)之间的驾驶控制权的分配直接决定了驾驶过程的安全性和舒适性。不合理的人机驾驶控制权分配机制不仅会引起不必要的人机冲突，甚至会在危险的驾驶工况中导致灾难性的结果。因此，在人机共驾中设计一种合理的车辆驾驶控制权分配***具有重要意义。

中国发明专利(CN107804315A)中公开了一种考虑驾驶权实施分配的人车协同转向控制方法，该方法通过预测驾驶员的行为来设计人车协同转向过程中的控制权分配方法，但该方法在求解最终的分配系数时存在多目标优化问题，其求解的实时性难以得到保证。并且由于该发明中的控制权分配器所掌握的驾驶员意图需要通过预测获得，其预测的准确性在极大程度上影响了控制权分配的合理性，一旦驾驶员意图被错误预测，就极有可能产生不合理的驾驶权分配，从而引起人机冲突。

中国发明专利(CN108819951A)中公开了一种考虑驾驶员驾驶技能的人机共驾横向驾驶权分配方法，该方法考虑了不同驾驶员的驾驶技能有差异，因此在分配控制权时为驾驶技能较差的驾驶员提供更高比重的辅助权重。该方法虽然考虑了驾驶员驾驶技能的因素，但是实际上驾驶过程中影响驾驶表现的驾驶员因素不仅仅只有驾驶员的驾驶技能，还应该包括驾驶员的生理、心理状况等。此外，该发明的应用仍然局限于的车辆的横向控制，无法推广至人机共驾中的整体性驾驶控制权分配中。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，该***提供了一种全局性的人机驾驶控制权分配方案，通过综合考虑外部环境状况、车辆运动状态和驾驶员综合状态来实现人类驾驶员和自动驾驶***之间的驾驶控制权分配。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，包括环境感知模块、驾驶员感知模块、车辆感知模块、事件记录器、自动驾驶模块和控制权分配器；

所述事件记录器通过环境感知模块采集的车辆安全状况信息、驾驶员感知模块采集的驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息、车辆感知模块采集的车身运动状态信息，对信息组序列中的信息组进行分类，并分别标记为安全组、过渡组或危险组，当信息组被标记为安全组时，控制权分配器决定驾驶员对车辆的驾驶操作完全生效，自动驾驶模块制定的自动驾驶操作完全不生效，当信息组被标记为过渡组时，事件记录器判断当前驾驶员是否处于基准驾驶状态范围内，如果否，控制权分配器根据驾驶员偏离基准驾驶状态的程度决定驾驶员对车辆的驾驶操作生效的比例以及自动驾驶模块所制定的自动驾驶操作在车辆上的生效比例；当信息组被标记为危险组时，驾驶员对车辆的驾驶操作完全不生效，自动驾驶操作完全生效。

进一步，所述驾驶员对车辆的驾驶操作生效比例与自动驾驶模块所制定的自动驾驶操作的生效比例之和为100％。

进一步，所述事件记录器通过驾驶员感知模块采集的驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息判定驾驶员是否处于基准驾驶状态范围内。

更进一步，所述驾驶员是否处于基准驾驶状态的具体判定方法为：当以下任一条件成立时，则判定驾驶员偏离了基准驾驶状态：

条件一：驾驶员感知模块检测到一种或多种干扰驾驶员进行驾驶操作的非驾驶操作行为；

条件二：驾驶员感知模块检测到驾驶员的一种或多种生理信号超出了该种生理信号的给定范围。

更进一步，所述生理信号的给定范围是指：将一种生理信号在历史驾驶过程中的数值按从大到小排列，分别计算这种生理信号25百分位和75百分位的数值，则这种生理信号的给定范围是：小于25百分位的数值且大于75百分位的数值。

进一步，所述事件记录器对信息组序列中的信息组进行分类的具体方法包含以下步骤：

(1)根据车辆安全状况信息和车身运动状态信息，通过安全性评价函数计算车辆在每个时刻的安全性指数；

(2)根据历史驾驶过程中信息组的安全性指数的大小，建立信息组的分类标准；

(3)根据当前驾驶过程中信息组的安全性指数的大小，将当前信息组进行标记为安全组、过渡组或危险组。

更进一步，所述安全性评价函数包含车辆安全状况信息和车身运动状态信息中的一个或多个状态变量或/和一个或多个从这些状态变量中提取出的特征变量，其函数值随车辆安全性的提高而提高，随车辆安全性的降低而降低。

更进一步，所述安全性评价函数为：

其中：v为车辆的行驶速度，a为车辆的行驶加速度，d为车道偏离距离，n_p为车辆前方行人数量，n_v为车辆前方车辆数量，TH为车头时距，R为道路曲率半径，η₁、η₂、η₃、η₄、η₅、η₆、η₇均为权重系数；安全性评价函数在每一个时刻的函数值即为对应时刻车辆的安全性指数。

本发明具有以下有益效果：

1.该***所提供的驾驶权分配符合驾驶员的实时需要，当检测到驾驶员处于疲劳驾驶、情绪紧张、愤怒等不良的生理或心理状态时，自动驾驶***可以及时地提高对驾驶员的辅助权重，保障驾驶安全；

2.该***对于车辆所处环境的安全性的考虑不仅结合了车辆附近的静态环境，还可以通过车与车的交互获得动态的潜在危险源；

3.该***所提供的车辆驾驶权分配是柔性的，在分配过程中驾驶员不会明显地感受到控制权的增大或减小，从而减小了人机冲突。

附图说明

图1为本发明分配***构成框图；

图2为本发明分配***运行流程图；

其中，10-车辆，110-环境感知模块，120-驾驶员感知模块，130-车辆感知模块，140-事件记录器，150-自动驾驶模块，160-控制权分配器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其***构成包括车辆10、环境感知模块110、驾驶员感知模块120、车辆感知模块130、事件记录器140、自动驾驶模块150和控制权分配器160，所述环境感知模块110、驾驶员感知模块120、车辆感知模块130、事件记录器140、自动驾驶模块150和控制权分配器160均安装于车辆10上。

所述车辆10为自动或半自动车辆，并且车辆10可以具备非自动车辆的所有特征和功能，例如完成驾驶任务所需的转向***、制动***、导航***等。

所述环境感知模块110可以包括用于检测车辆10所处地理位置的子***，例如用于确定经度、纬度、海拔位置等信息的GSP全球定位***；所述环境感知模块110还可以包括用于探测车辆10所在车道以及相邻车道内前后方的其他车辆、道路中的障碍物、交通信号、交通标志、行人等的激光雷达、超声波雷达、摄像机或任何其他具有探测外部物体的设备；所述环境感知模块110还可以包括DSRC短程通讯、V2X车载通讯、穿透传感器等可以允许车辆10与传感器检测范围内的其他自动驾驶车辆通信的设备；所述环境感知模块110的功能为允许车辆10理解驾驶过程中的周围环境，这包括对周围环境中的人、车和各类物体进行尽可能正确的识别，因此所述环境感知模块110所包括的传感器和设备仅作为示例，所述环境感知模块110还可以通过增加其他设备来提高对驾驶过程中周围环境的理解能力。

所述驾驶员感知模块120可以包括可穿戴式生理状态检测装置，这包括可以检测血压、心率、呼吸频率、姿势、体温、血糖水平等的检测人体状态的医疗检测设备；所述驾驶员感知模块120还可以包括一个或多个摄像头，用于监测驾驶行为，所述驾驶行为包括驾驶员的驾驶操作行为，例如：通过方向盘进行转向操作、通过油门踏板进行加速操作、通过制动踏板进行制动操作、通过换挡机构进行换挡操作等；所述驾驶行为还包括驾驶员以及车辆10内的其他乘员的非驾驶操作行为，例如：车内乘客对驾驶员在行为和语言上的干扰、车内的噪声、车内影音设备的使用、驾驶员对手机的使用等干扰驾驶员进行驾驶操作的行为。

所述车辆感知模块130可以包括用于检测车辆运动方向、速度和加速度等运动状态的加速度传感器、陀螺仪或其他速度和方向检测设备；所述车辆感知模块130还可以接收非自动驾驶车辆应当配备的车载传感器的数据，这包括：轮胎压力传感器、发动机温度传感器、发动机排气温度传感器、档位传感器、制动热传感器、燃料传感器、进气量传感器和其他任何检测车身运动状态的传感器。

如图2所示，一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其***运行流程为：

S201：所述环境感知模块110探测车辆10所在车道以及相邻车道内前后方的其他车辆、车道线、道路中的障碍物、交通信号、交通标志、行人等道路交通中的信息，并根据所探测到的信息进行融合计算，从而确定车辆10当前的车道偏离距离、车辆10前后方行人的数量、车辆10前后方其他车辆的数量、车头时距、道路曲率半径等客观车辆安全状况，最终将车辆安全状况发送到事件记录器140和自动驾驶模块150；所述融合计算是指当多个传感器对外部环境中同一区域的同一属性进行探测时，需要对这多个传感器所探测到的该区域该属性的结果进行一致性检验，如果不一致，则需要根据不同传感器的特性对这多个传感器的探测结果进行取舍，最终确定该区域该属性的探测结果。

S202：所述驾驶员感知模块120采集驾驶员的心率、呼吸频率、姿势、体温、血糖水平等生理信号；所述驾驶员感知模块120还可以监测车辆10内的驾驶行为；所述驾驶员感知模块120将驾驶员生理状况和驾驶行为发送至事件记录器140。

S203：所述车辆感知模块130通过车载传感器获取车辆10本身的运动速度、运动加速度、运动方向等车身运动状态信息，并将车身运动状态信息发送到事件记录器140和自动驾驶模块150。

S204：所述自动驾驶模块150接收车辆安全状况信息和车身运动信息，可以结合车辆状况信息和车身运动状态信息以不同的目的制定特定的自动驾驶操作策略，所述以不同的目的制定特定的自动驾驶操作策略包括但不限于：以最大化车辆安全性为目的所制定的自动驾驶操作、在设定安全条件下以最大化通行效率为目的所制定的自动驾驶操作、在设定安全条件下以最大化舒适性为目的所制定的自动驾驶操作等。

S205：所述事件记录器140按照时间顺序同时接收：来自环境感知模块110的车辆安全状况信息、来自驾驶员感知模块120的驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息、来自车辆感知模块130的车身运动状态信息，共计四种信息，并将每一个时刻的四种信息储存为一个信息组，从而形成信息组序列；所述事件记录器140对于车辆安全状况信息、驾驶员生理状况信息、驾驶行为信息、车身运动状态信息这四种信息的采集和储存的并行的，是按照时间顺序的。

S206：所述事件记录器140还可以通过车辆安全状况信息和车身运动状态信息对信息组序列中的信息组进行分类，并分别标记为安全组、过渡组或危险组；所述事件记录器140通过车辆安全状况信息和车身运动状态信息对信息组序列中的信息组进行分类和标记的具体方法包含以下步骤：

第一步，根据车辆安全状况信息和车身运动状态信息中实际包含的内容，通过安全性评价函数计算车辆10在每个时刻的安全性指数，以下通过公式给出所述安全性评价函数F_safety的示例性函数结构：

式中，v为车辆10的行驶速度，a为车辆10的行驶加速度，d为车道偏离距离，n_p为车辆10前方行人数量，n_v为车辆10前方车辆数量，TH为车头时距，R为道路曲率半径，η₁、η₂、η₃、η₄、η₅、η₆、η₇均为权重系数；

安全性评价函数在每一个时刻的函数值即为对应时刻车辆10的安全性指数；应当说明，此处所给出的安全性评价函数F_safety仅仅是示例性的，本发明中所述的安全性评价函数的特征在于，函数中的可以包含车辆安全状况信息和车身运动状态信息中的一个或多个状态变量或/和一个或多个从这些状态变量中提取出的特征变量，例如示例性的安全性评价函数中所包含的：车辆10的行驶速度、车辆10的行驶加速度、车道偏离距离、车辆10前方行人的数量、车辆10前方其他车辆的数量、车头时距、道路曲率半径；本发明中所述的安全性评价函数的特征还在于，其函数值随着车辆安全性的提高而提高，随着车辆安全性的降低而降低；

第二步，根据历史驾驶过程中信息组的安全性指数的大小，建立信息组的分类标准，将信息组分成安全组、过渡组或危险组；以下给出一种示例性的分类标准：将以往驾驶过程中的所有信息组的安全性指数由大到小排列，分别计算25百分位和75百分位的安全性指数；

第三步，根据当前驾驶过程中信息组的安全性指数的大小，对当前信息组进行标记；在新的驾驶过程开始时，如果信息组的安全性指数大于25百分位的安全性指数，那么该信息组被标记为安全组；如果信息组的安全性指数小于25百分位的安全性指数且大于75百分位的安全性指数，那么该信息组被标记为过渡组；如果信息组的安全性指数小于75百分位的安全性指数，那么该信息组被标记为危险组；

S206结束后，当信息组被标记为过渡组，进入S207；当信息组被标记为安全组，进入S208；当信息组被标记为危险组，进入S209。

S207：当事件记录器140中的信息组被标记为过渡组时，所述事件记录器140通过来自驾驶员感知模块120的驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息进一步判定驾驶员是否处于基准驾驶状态范围；所述事件记录器140判定驾驶员是否处于基准驾驶状态的具体方法为：当以下任一条件达成时，则判定驾驶员偏离了基准驾驶状态：

条件一：驾驶员感知模块120检测到一种或超过一种干扰驾驶员进行驾驶操作的非驾驶操作行为；

条件二：驾驶员感知模块120检测到驾驶员的一种或超过一种生理信号超出了该种生理信号的给定范围；所述生理信号的给定范围是指，将一种生理信号在历史驾驶过程中的数值按从大到小排列，分别计算这种生理信号25百分位和75百分位的数值，则这种生理信号的给定范围是：小于25百分位的数值且大于75百分位的数值；

应当说明，对于上述条件一和条件二中的“一种或超过一种”、“25百分位”、“75百分位”等数字化的分类条件仅仅是示例性的；本发明中所述的判定驾驶员是否处于基准驾驶状态的依据为：当驾驶员感知模块120检测到驾驶员不在进行驾驶操作，或者受到外界其他因素影响驾驶员具有无法进行驾驶操作的趋势、或者驾驶员的生理状态异常时，则判定驾驶员偏离了基准驾驶状态。

当S207结束后进入S210。

S208：当事件记录器140中的信息组被标记为安全组时，所述控制权分配器160将决定驾驶员对车辆10的驾驶操作完全生效，所述自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作完全不生效。

S209：当事件记录器140中的信息组被标记为危险组时，所述控制权分配器160将决定驾驶员对车辆10的驾驶操作完全不生效，所述自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作完全生效。

S210：当事件记录器140中的当前信息组被标记为过渡组时，判断当前驾驶员是否处于基准驾驶状态范围内，如果偏离驾驶员的基准驾驶状态，所述控制权分配器160可以根据驾驶员偏离基准驾驶状态的程度决定驾驶员对车辆10的驾驶操作生效的比例和自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作在车辆10上的生效比例；

所述控制权分配器160可以根据驾驶员偏离基准驾驶状态的程度，决定驾驶员对车辆10的驾驶操作生效的比例和自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作在车辆10上的生效比例，驾驶员偏离基准驾驶状态越多，驾驶员对车辆10的驾驶操作生效比例越低；

所述控制权分配器160决定驾驶员对车辆10的驾驶操作完全生效时，所述自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作将不生效；所述控制权分配器160决定驾驶员对车辆10的驾驶操作以一定比例生效时，所述自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作将以一定比例生效，且驾驶员对车辆10的驾驶操作生效比例与自动驾驶模块150所制定的自动驾驶操作的生效比例之和为100％。

本发明中所述的“完全生效”是指驾驶员或自动驾驶模块150制定的驾驶操作可以通过车辆10的受控进行完全的展现，并进而影响车辆10的运动状态和车辆10在道路交通中的客观安全状态；上述说明中所述的“不完全生效”或“以一定比例生效”是指驾驶员或自动驾驶模块150制定的驾驶操作通过车辆10的受控可以进行部分的展现，例如：当驾驶员的驾驶操作以50％的比例生效时，如果驾驶员转动方向盘30°且自动驾驶模块150未制定转向操作，则车辆10的转向系将按照方向盘转动15°(30°×50％)进行动作；上述说明中所述的“完全不生效”是指驾驶员或自动驾驶模块150制定的驾驶操作通过车辆10的受控完全无法展现。

当S208、S209、S210其中任意一个步骤结束后，***重新进入S201。

以上所述对本发明进行了简单说明，并不受上述工作范围限制，只要采取本发明思路和工作方法进行简单修改运用到其他设备，或在不改变本发明主要构思原理下做出改进和润饰的等行为，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，包括环境感知模块(110)、驾驶员感知模块(120)、车辆感知模块(130)、事件记录器(140)、自动驾驶模块(150)和控制权分配器(160)；

所述事件记录器(140)通过环境感知模块(110)采集的车辆安全状况信息、驾驶员感知模块(120)采集的驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息、车辆感知模块(130)采集的车身运动状态信息，每一个时刻的车辆安全状况信息、驾驶员生理状况信息、驾驶行为信息和车身运动状态信息储存为一个信息组，从而形成信息组序列；

通过车辆安全状况信息和车身运动状态信息对信息组序列中的信息组进行分类，并分别标记为安全组、过渡组或危险组，当信息组被标记为安全组时，控制权分配器(160)决定驾驶员对车辆的驾驶操作完全生效，自动驾驶模块(150)制定的自动驾驶操作完全不生效，当信息组被标记为过渡组时，事件记录器(140)通过驾驶员生理状况信息和驾驶行为信息判断当前驾驶员是否处于基准驾驶状态范围内，如果否，控制权分配器(160)根据驾驶员偏离基准驾驶状态的程度决定驾驶员对车辆的驾驶操作生效的比例以及自动驾驶模块(150)所制定的自动驾驶操作在车辆上的生效比例；当信息组被标记为危险组时，驾驶员对车辆的驾驶操作完全不生效，自动驾驶操作完全生效；

所述驾驶员是否处于基准驾驶状态的具体判定方法为：当以下任一条件成立时，则判定驾驶员偏离了基准驾驶状态：

条件一：驾驶员感知模块(120)检测到一种或多种干扰驾驶员进行驾驶操作的非驾驶操作行为；

条件二：驾驶员感知模块(120)检测到驾驶员的一种或多种生理信号超出了该种生理信号的给定范围。

2.根据权利要求1所述的人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，所述驾驶员对车辆的驾驶操作生效比例与自动驾驶模块(150)所制定的自动驾驶操作的生效比例之和为100％。

3.根据权利要求1所述的人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，所述生理信号的给定范围是指：将一种生理信号在历史驾驶过程中的数值按从大到小排列，分别计算这种生理信号25百分位和75百分位的数值，则这种生理信号的给定范围是：小于25百分位的数值且大于75百分位的数值。

4.如权利要求1所述的人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，所述事件记录器(140)对信息组序列中的信息组进行分类的具体方法包含以下步骤：

(1)根据车辆安全状况信息和车身运动状态信息，通过安全性评价函数计算车辆在每个时刻的安全性指数；

(2)根据历史驾驶过程中信息组的安全性指数的大小，建立信息组的分类标准；

(3)根据当前驾驶过程中信息组的安全性指数的大小及信息组的分类标准，将当前信息组进行标记为安全组、过渡组或危险组。

5.如权利要求4所述的人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，所述安全性评价函数包含车辆安全状况信息和车身运动状态信息中的一个或多个状态变量或/和一个或多个从这些状态变量中提取出的特征变量，其函数值随车辆安全性的提高而提高，随车辆安全性的降低而降低。

6.如权利要求5所述的人机共驾中的车辆驾驶控制权分配***，其特征在于，所述安全性评价函数为：

其中：v为车辆的行驶速度，a为车辆的行驶加速度，d为车道偏离距离，n_p为车辆前方行人数量，n_v为车辆前方车辆数量，TH为车头时距，R为道路曲率半径，η₁、η₂、η₃、η₄、η₅、η₆、η₇均为权重系数；安全性评价函数在每一个时刻的函数值即为对应时刻车辆的安全性指数。

Images