一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统包括驾驶员模型模块，该驾驶员模型模块根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节车辆的性能。通过应用本发明的系统，在驾驶车辆的过程当中能够将驾驶员的视觉和触觉信息考虑在内，从而调整车辆的性能，达到车辆适应人的控制目的。
【专利说明】一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车领域，具体而言涉及一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统、车辆 以及车辆驾驶方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车电子技术的快速发展，各种各样的辅助驾驶系统被广泛地应用到汽车的 控制领域，比如防抱死系统（ABS，Anti-lock Braking System)、电子助力转向系统（EPS, Electric Power Steering)、牵引力控制系统（TCS，Traction Control System)等。但是， 由于大多数的汽车电子控制系统的设置参数是固定不变的，并且汽车电子控制系统的设计 通常是从汽车动力学角度出发，而忽略了驾驶员在驾驶车辆时的作用，因此无法检测驾驶 员的操作意图和驾驶需求，更不能满足每个驾驶员的驾驶偏好（如动力性、舒适性和安全 性）。
[0003] 例如，当驾驶员在弯道行驶的情况下，随着转弯半径的不同，不同驾驶员在弯道通 过时对车辆的性能要求也不一样。具体而言，有的驾驶员希望通过弯道时偏向于车辆通过 性，因而需要增加车辆轮胎与地面之间的附着力，即需要增加悬架的阻尼，进而提高车辆的 操控性；有的驾驶员希望通过弯道时偏向于车辆的舒适性，因而需要减小车辆悬架阻尼，进 而提高车辆的舒适性。
[0004] 虽然目前的悬架系统（包括主动悬架和半主动悬架）能够应对复杂路面，提供车 辆的舒适性和通过性，但是不能够根据驾驶员的驾驶个性需求增加或减小车辆的悬架系统 的刚度，并且忽略了不同驾驶员对悬架系统的不同需求（如，在同样的道路条件下，年轻驾 驶员偏向于通过性，即需提高悬架阻尼；而老年驾驶员偏向于舒适性，即需要降低悬架阻 尼）。
【发明内容】
[0005] 基于上述问题，本发明旨在提供一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，其能够根 据驾驶员的不同驾驶偏好，调节车辆的性能。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统包 括驾驶员模型模块，所述驾驶员模型模块根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述 车辆的性能。其中，驾驶员的驾驶特征包括驾驶员的驾驶偏好（如偏于车辆舒适性或动力 性，偏于跟驰或换道行为等），道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息，例如 路面的附着系数、道路的宽度和曲率、道路的坡度以及道路的交通流量等。
[0007] 根据本发明的另一个方面，提供了一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，该系统 包括：道路环境检测模块、驾驶员操作检测模块、整车系统模块和驾驶员模型模块；其中， 所述道路环境检测模块用于检测道路环境信息，其中道路环境信息包括与驾驶员操作车辆 有关的视觉信息，例如路面的附着系数、道路的宽度和半径、道路的坡度以及道路的交通流 量等；所述驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操作数据包括与驾 驶员操作车辆有关的触觉信息，比如方向盘的反馈力矩、对制动/加速踏板、离合器以及变 速器等的操作；整车系统模块，用于输出车辆的运动参数；所述驾驶员模型模块，收集所述 道路环境检测模块所检测的道路环境信息、所述驾驶员操作检测模块所检测的驾驶员操作 数据以及所述整车系统模块所输出的车辆的运动参数，通过分析所述道路环境信息以及所 述车辆的运动参数获得驾驶所需的期望参数值，通过分析所述驾驶员操作数据获得驾驶员 的驾驶特征，通过比较所述期望参数值和所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性 能的需求，并依据所述需求调节车辆相应的参数。
[0008] 根据本发明的又一个方面，提供了一种车辆，所述车辆包括前述的智能驾驶系统。
[0009] 根据本发明的再一个方面，提供一种车辆驾驶方法，所述方法在驾驶车辆中采用 前述的智能驾驶系统。
[0010] 通过应用本发明的系统和方法，在驾驶车辆的过程当中，能够将驾驶员的"路 感"（视觉和触觉信息）考虑在内，建立驾驶员模型，并通过驾驶员模型来识别、预测驾驶员 的操作意图和驾驶需求，并根据该识别和预测结果，对电子控制系统的相应参数做合理的 实时修改，使车辆的性能满足驾驶员的个性需求以及安全需求，实现"人一车"之间的无缝 协作功能，从而调整车辆的性能，达到"车辆适应人"的控制目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为根据本发明一个实施例的一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统的结构框 图；
[0012] 图2a和2b为根据本发明的道路环境检测设备安装的示意图；
[0013] 图3为根据本发明一个实施例的智能悬架系统的控制流程图。
【具体实施方式】
[0014] 为了对本发明进行更好地说明，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一 步地阐述。然而，下述【具体实施方式】仅仅是本发明优选技术方案的举例，其并不能够理解为 对本发明保护范围的限制。
[0015] 针对于现有的车辆控制系统的不足，即现有车辆控制系统不能够适应驾驶员的个 性或需求，本发明提出了一种具有"识别与预测"和"自适应"两大特征的智能驾驶系统。该 智能驾驶系统不仅具有"识别"驾驶员驾驶特征的功能，而且具有"自适应"的功能，以预测 驾驶意图并满足驾驶员的个性需求，降低驾驶员的驾驶操作强度和疲劳程度，进而提高驾 驶员驾驶的安全性能和舒适性能，减少交通事故的发生。
[0016] 在一种实施方式中，根据本发明的智能驾驶系统包括驾驶员模型模块，该模块可 以根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述车辆的性能。这里，驾驶员的驾驶特征 包括驾驶员的驾驶偏好，比如年龄大小、醉酒情况、身体疲劳程度、反应的快慢等。道路环境 信息包括如路面的附着系数、道路的宽度和曲率、道路的坡度以及道路的交通流量等的视 觉信息。
[0017] 在另一种实施方式中，根据本发明的智能驾驶系统包括道路环境检测模块、驾驶 员操作检测模块、整车系统模块和驾驶员模型模块。其中，道路环境检测模块用于检测道路 环境信息，该道路环境检测模块可以包括测距雷达和摄像机，道路环境信息包括与驾驶员 操作车辆有关的视觉信息；驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操 作数据包括与驾驶员操作车辆有关的触觉信息，比如对方向盘、制动踏板、加速踏板、离合 器以及变速器的操作参数数据；整车系统模块，用于输出车辆的运动参数，例如车速、纵向 加速度和横摆角速度；所述驾驶员模型模块，收集所述道路环境检测模块所检测的道路环 境信息、所述驾驶员操作检测模块所检测的驾驶员操作数据以及所述整车系统模块所输出 的车辆的运动参数，通过分析所述道路环境信息以及所述车辆的运动参数获得驾驶所需的 期望参数值，通过分析所述驾驶员操作数据获得驾驶员的驾驶特征，通过比较所述期望参 数值和所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性能的需求，并依据所述需求调节车 辆相应的参数。进一步地，该系统还可以包括驾驶员模块，所述驾驶员模块用于根据所述驾 驶员的操作改变所述车辆的运动状态。
[0018] 此外，根据本发明的车辆，包括上述含有驾驶员模型的智能驾驶系统。根据本发明 的车辆驾驶方法，也采用了上述智能驾驶系统。
[0019] 在以下具体实施例中，对根据本发明的含有驾驶员模型的智能驾驶系统及方法进 行了详细说明。
[0020] 实施例一
[0021] 如图1所示，本发明实施例的一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统包括：道路环 境检测模块1，驾驶员操作检测模块2、整车系统模块3、驾驶员模块4和驾驶员模型模块5。
[0022] 具体而言，道路环境检测模块1用于实时地采集道路环境信息并输出相关数据， 其中，道路环境信息包括视觉信息，例如路面附着系数、道路曲率、道路宽度、道路的坡度以 及交通流量等。于是，道路环境检测模块1可以针对道路的路面附着系数输出路面附着系 数参数、针对道路的曲率输出道路的曲率参数、针对道路的宽度输出道路的宽度参数、针对 道路的坡度输出道路的坡度参数、针对道路的流量输出车辆的密度参数。
[0023] 一般地，道路环境检测模块1可以包括测距雷达和摄像机，本领域技术人员通过 测距雷达和摄像机可以采集车辆周围的道路环境信息。所述测距雷达优选为毫米波测距雷 达，所述摄像机优选为高清晰摄像机。在汽车前部和左右两侧可以分别安装多个毫米波测 距雷达，高清晰摄像机可以安装在车辆顶部。由道路环境检测模块1采集到的道路环境信 息被输入到驾驶员模型模块5。此外，根据实际需要，本领域技术人员还可以在车辆的后部 安装测距雷达或摄像机，以采集车辆后部的道路环境信息。
[0024] 进一步地，道路环境检测模块1还可以包括天气采集器，例如采集雨、雪等特定天 气的参数。可选地，道路环境检测模块1还可以包括温度传感器。上述采集过程可以智能 的采集方式实现，但是也可以人工输入的采集方式来进行。
[0025] 由于驾驶员通常依据环境的变化来进行驾驶操作，因此，对车辆的道路环境信息 进行采集是实现智能驾驶系统的一个重要环节，以便通过对道路环境的感测所获得的道路 环境信息来对驾驶过程进行有针对性的优化。
[0026] 以车辆进入弯道的情况为例。通常，年轻的驾驶员倾向于驾驶的操控性，而年长的 驾驶员倾向于驾驶的舒适性。也就是说，不同的驾驶人员在弯道对车辆的操控有不同的要 求。于是，判断车辆是否进入了弯道是满足不同驾驶者需求的第一步。在弯道中，如图2a 和2b所示：车辆行驶速度为V，通过车辆两侧安装的雷达检测车辆与道路两侧之间的距离 C^dyd3和d4来确定车辆与道路之间的相对位置；通过车辆顶端安装的摄像机C，检测道路 前方道路不通的点与摄像机之间的距离1^、1^和1^计算前方道路的曲率半径P (t)。进一 步地，通过检测当前t时刻的道路曲率半径P (t)，判断车辆是否将进入弯道，即判断P (t) =00是否成立。如P (t) = 00成立，则说明车辆处于直线行驶状态中，继续检测t+At时刻 的道路曲率半径P (t+At);若P (t) =C?不成立，g卩p (t) <c?，则说明车辆将要处于或 正处于弯道行驶当中。
[0027] 驾驶员操作检测模块2的主要作用在于检测驾驶员操作数据，该驾驶员操作数据 包括触觉信息，例如对方向盘、制动/加速踏板、离合器以及变速器等的操作参数数据。
[0028] 道路因素对于驾驶员的影响可由驾驶员的视觉信息和触觉信息综合而成，即驾驶 员的"路感"。然而，在现有的驾驶员模型中，大多数模型将道路曲率作为驾驶员模型的道路 参数输入，而忽略了驾驶员操作的因素，这对准确采集路况环境有较大的局限性，例如光滑 的地面、起伏较大的路面等，对于驾驶员的影响是不同的。而这些因素的变化也将产生驾驶 员驾驶操作的变化。
[0029] 本发明实施例中的驾驶员操作检测模块2包括：方向盘转角传感器、方向盘转矩 传感器、方向盘握力传感器、制动踏板位移传感器、加速踏板位移传感器以及换挡力传感 器。上述传感器检测与之对应的驾驶员的触觉信息，并将采集到的触觉信息反馈给驾驶员 模型模块5。
[0030] 整车系统模块3用于响应驾驶员的操作（如换挡、制动/加速、转向等）以控制车 辆的运动，并且输出车辆运动参数（例如车速、纵向加速度、横摆角速度）至驾驶员模型模 块5。
[0031] 整车系统包括发动机、传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统以及传感器，该整 车系统中的传感器主要包括车速传感器、横摆角速度传感器、纵向加速度传感器和侧向加 速度传感器。
[0032] 其中，驾驶员模块4直接接受驾驶员的操作，以控制车辆的行驶。驾驶员模块4包 括方向盘、制动踏板、加速踏板、离合器、变速器等。
[0033] 驾驶员模型模块5收集道路环境检测模块1、驾驶员操作检测模块2和整车系统模 块3输出的数据，并对上述数据进行识别和预测，获得驾驶员的驾驶意图和驾驶特征，并输 出"期望参数值"或"驾驶特征"，为车辆参数的改变提供依据。
[0034] 以通过弯道的情景需要对悬架性能进行调整为例。在t时刻，通过道路环境检测 模块1获取道路曲率半径P ;驾驶员操作检测模块2检测驾驶员对方向盘施加的方向盘转 角，即实际方向盘转角Ss;整车系统模块3检测车辆的纵向速度V x。在驾驶员模型模块5 中计算出期望的方向盘转角S^即理想的方向盘转角，其中
【权利要求】
1. 一种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，包括驾驶员模型模块，所述驾驶员模型模块 根据驾驶员的驾驶特征和道路环境信息调节所述车辆的性能。
2. -种含有驾驶员模型的智能驾驶系统，包括：道路环境检测模块、驾驶员操作检测 模块、整车系统模块和驾驶员模型模块； 其中， 所述道路环境检测模块用于检测道路环境信息，其中道路环境信息包括与驾驶员操作 车辆有关的视觉信息； 所述驾驶员操作检测模块用于检测驾驶员操作数据，所述驾驶员操作数据包括与驾驶 员操作车辆有关的触觉信息； 所述整车系统模块用于输出车辆运动参数； 所述驾驶员模型模块，收集所述道路环境检测模块所检测的道路环境信息、所述驾驶 员操作检测模块所检测的驾驶员操作数据及所述整车系统模块输出的车辆的运动参数，并 通过分析所述道路环境信息W及所述车辆的运动参数获得驾驶所需的期望参数值、通过分 析所述驾驶员操作检测模块所输出的数据获得驾驶员的驾驶特征、通过比较所述期望参数 值与所述驾驶员的驾驶特征得出所述驾驶员对车辆性能的需求，并依据所述需求调节车辆 相应的参数。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括驾驶员模块，所述驾驶员模块用于 根据所述驾驶员的操作改变所述车辆的运动状态。
4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述道路环境检测模块包括测距雷达和 摄像机，所述道路环境信息包括与驾驶员操作车辆有关的视觉信息，所述视觉信息包括道 路曲率、道路宽度、道路的路面附着系数W及交通流量。
5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述触觉信息包括对方向盘、制动踏板、 加速踏板、离合器W及变速器的操作参数数据。
6. 根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述整车系统模块输出的车 辆运动参数包括车速、纵向加速度和横摆角速度。
7. 根据权利要求2-6中任一项所述的系统，其特征在于，道路环境包括弯道，在某一时 亥IJ，所述道路环境检测模块检测道路曲率半径P，所述驾驶员操作检测模块检测驾驶员对 方向盘施加的实际方向盘转角5 ,，所述整车系统模块检测车辆的纵向速度Vy,在所述驾驶 1(1 -抗\:) 员模型模块中计算出期望的方向盘转角&，. = -- P ， 其中，L为轴距，i,为转向比，K为车辆稳定性系数，Vy为车辆纵向速度，P为道路曲率 半径； 所述驾驶员模块对所述实际方向盘转角与所述期望的方向盘转角5 W进行比较， 若.0成;一海> M，则判断该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着 I 萬！玄街H 力，将息架阻尼参数增大；若祭祭~ A气则表明该驾驶员期望车辆通过弯道时 I 萬！ <歲,.！ 应具有较好的舒适性，将息架阻尼减小；若M 5 J-I 5^1 I < A S，则说明该驾驶员希望兼 顾通过性和舒适性，将息架阻尼调为中间值；其中，A 5为设定的阔值。
8. -种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-7中任一项所述的系统。
9. 一种车辆驾驶方法，其特征在于，驾驶车辆中采用如权利要求1-6中任一项所述的 系统。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤： 1) 在车辆起步前，自动检测车辆的当前状态、驾驶员的当前状态W及前方道路状态； 2) 检测当前t时刻的道路曲率半径P (t)，进行判断车辆是否将进入弯道，即判断 P (t)=-是否成立；如若成立，则说明车辆处于直线车道行驶，并进行计算t+At时刻的 道路曲率半径P (t+At);若P (t) <-，说明车辆将要或已进入弯道行驶，并计算t+At 时刻的道路曲率半径P (t+At); 3) 检测驾驶员对方向盘施的方向盘转角，即实际方向盘转角5s; 4) 检测车辆的纵向速度Vy ; 5) 计算出通过该弯道期望的方向盘转角5 W，其中
其中，L为轴距，i,为转向比，K为车辆稳定性系数，Vy为车辆纵向速度，P为道路曲率 半径； 6) 通过对S S和5 St进行比较，对车辆息架的阻尼参数进行修正。若
,则表明该驾驶员期望该车辆的轮胎和接触地面应有较高的附着 力，将息架阻尼参数增大；若
，表明该驾驶员期望车辆通过弯道时应 具有较好的舒适性，将息架阻尼减小；若M 5 J-I 5^1 I < A S，则说明该驾驶员希望兼顾 通过性和舒适性两者，将息架阻尼调为中间值；其中，A 5为设定的阔值。
【文档编号】B60W40/10GK104260725SQ201410487956
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】席军强, 王文硕 申请人:北京理工大学