控制车辆驾驶的方法及装置与流程

本公开涉及汽车控制领域，具体地，涉及一种控制车辆驾驶的方法及装置。

背景技术：

脑-机接口技术是指不依赖于传统外周神经和肌肉组成的运动控制通路，在大脑和外部设备间直接建立连接的人机交互方式。将脑-机接口技术应用于智能驾驶领域，可在人脑意识与汽车系统间建立直接“连结”，实现“意念”控制汽车。

目前，用于实现脑-机接口的eeg(electroencephalography，脑电信号)通常为ssvep(steady-statevisualevokedpotential，稳态视觉诱发电位)、p300等。现有“脑控汽车”方案主要是基于ssvep实现辅助驾驶功能，例如，导航以及音乐控制等。或通过脑电信号判断驾驶员疲劳状态，触发相应控制或警告功能。但由于脑-机接口技术在识别准确率、传输速率和稳定性上存在一定局限性，需要依赖外界视觉刺激系统，不但不能体现驾驶员的主观意识，且由于驾驶员眼睛注视刺激系统而不能实时关注路况和周围环境信息，导致安全性大大降低，以及驾驶员长时间驾驶时容易导致驾驶员的视觉疲劳。

由于目前基于脑电信号对汽车进行控制的方式存在上述缺陷，故一种有效的解决措施有待被提出。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种控制车辆驾驶的方法及装置，用以解决现有技术中基于脑电信号对汽车进行控制安全性较低的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种控制车辆驾驶的方法，采集驾驶员的第一运动想象脑电信号；根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行。

可选的，上述方法还包括：在采集驾驶员的第一运动想象脑电信号之前，在预设时间段内多次采集驾驶员的第二运动想象脑电信号；提取多次采集的第二运动想象脑电信号的特征；使用分类器对提取到的特征进行学习训练，得到至少两种运动想象脑电信号的特征；将提取到的至少两种运动想象脑电信号的特征分别与车辆的至少两种操作建立对应关系。

可选的，根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行，包括：提取第一运动想象脑电信号的特征，根据预先建立的运动想象脑电信号的特征与车辆的操作之间的对应关系，确定与采集到的第一运动想象脑电信号对应的目标操作，控制车辆执行目标操作。

可选的，上述至少两种运动想象脑电信号，包括：驾驶员想象控制其身体不同部位所产生的至少两种运动想象脑电信号。

可选的，上述至少两种操作包括：车辆左/右转向操作、车辆前进/后退操作以及车辆停止前进/后退操作。

可选的，采集驾驶员的第一运动想象脑电信号，包括：以预设周期定期采集驾驶员的第一运动脑电想象信号。

可选的，根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行，包括：如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆左转第一预设角度；如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其右手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆右转第二预设角度；当车辆的行驶速度大于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆刹车；当车辆的行驶速度等于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆匀速行驶。

为了实现上述目的，本公开还提供一种控制车辆驾驶的装置，包括：第一采集模块，用于采集驾驶员的第一运动想象脑电信号；控制模块，用于根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行。

可选的，上述装置还包括：第二采集模块，用于在采集驾驶员的第一运动想象脑电信号之前，在预设时间段内多次采集驾驶员的第二运动想象脑电信号；提取模块，用于提取多次采集的第二运动想象脑电信号的特征；分类模块，用于使用分类器对提取到的特征进行学习训练，得到至少两种运动想象脑电信号的特征；建立模块，用于将提取到的至少两种运动想象脑电信号的特征分别与车辆的至少两种操作建立对应关系。

可选的，上述控制模块用于：提取第一运动想象脑电信号的特征，根据预先建立的运动想象脑电信号的特征与车辆的操作之间的对应关系，确定与采集到的第一运动想象脑电信号对应的目标操作，控制车辆执行目标操作。

可选的，上述至少两种运动想象脑电信号包括：驾驶员想象控制其身体不同部位所产生的至少两种运动想象脑电信号。

可选的，上述至少两种操作包括：车辆左/右转向操作、车辆前进/后退操作以及车辆停止前进/后退操作。

可选的，上述第一采集模块用于：以预设周期定期采集驾驶员第一的运动脑电想象信号。

可选的，上述控制模块，包括：第一控制单元，用于如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆左转第一预设角度；第二控制单元，用于如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其右手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆右转第二预设角度；第三控制单元，用于当车辆的行驶速度大于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆刹车；第四控制单元，用于当车辆的行驶速度等于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆匀速行驶。

本实施例提供的方案，通过运动想象脑电信号控制汽车驾驶功能，由于运动想象脑电信号为自发的脑电信号，不依赖于外界刺激，避免了驾驶员由于外界视觉刺激导致的视觉疲劳，提高驾驶过程的安全性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开涉及的控制车辆驾驶的方法的流程图；

图2是本公开涉及的车辆控制系统的结构框图；

图3是本公开涉及的训练系统实现训练过程的流程图；

图4是本公开涉及的对脑电信号进行识别的流程图；

图5是本公开涉及的控制车辆驾驶的装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开的实施例提供了一种控制车辆驾驶的方法，图1是该方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下处理：

步骤101：采集驾驶员的第一运动想象脑电信号；

在本实施例中，可以以预设周期定期的采集驾驶员的运动想象脑电信号，可以设置该预设周期为几秒钟，基于此，可以根据一段时间内持续采集到的运动想象脑电信号来实现对车辆的某一完整操作的控制，例如，假设采集周期为1秒，当在10秒钟内采集到10次运动想象脑电信号，则在该10秒内执行10次该脑电信号对应的对车辆的控制操作。

本实施例提供的方法还可以包括将指定的脑电信号与车辆需执行的操作建立对应关系的步骤，基于此，在步骤101之前，本实施例提供的方法还可以包括：在采集驾驶员的第一运动想象脑电信号之前，在预设时间段内多次采集驾驶员的第二运动想象脑电信号；提取对多次采集的第二运动想象脑电信号的特征；使用分类器对提取到的特征进行学习训练，得到至少两种运动想象脑电信号的特征；将提取到的至少两种运动想象脑电信号的特征分别与车辆的至少两种操作建立对应关系。其中，车辆的至少两种操作具体可以包括：车辆左/右转向操作、车辆前进/后退操作以及车辆停止前进/后退操作。

需要说明的是，在本实施例中，对驾驶员的运动想象脑电信号进行学习训练的操作并非在用户每次使用车辆时都需要执行，对于同一用户来说，在其初次使用汽车时执行完整的一次学习训练即可。如果其他用户需要使用当前车辆，则需要重新进行完整的一次学习训练。

步骤102：根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行。

在采集到驾驶员的第一运动想象脑电信号之后，提取该第一运动想象脑电信号的特征，根据预先建立的运动想象脑电信号的特征与车辆的操作之间的对应关系，确定与当前采集到的运动想象脑电信号对应的目标操作，控制车辆执行目标操作。

其中，车辆的运行状态具体可以包括车辆行驶的速度，可以通过can(controllerareanetwork，控制器局域网络)总线得到汽车的车速信息，基于此，根据车辆当前的运行状态以及采集到的运动想象脑电信号控制车辆运行，包括但不限于以下几种控制方式：

如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆左转第一预设角度；

如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其右手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆右转第二预设角度；

当车辆的行驶速度大于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆刹车；

当车辆的行驶速度等于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆匀速行驶。

以上对本实施例提供的方法的各步骤以及实现原理进行了简要阐述，以下则对实现该方法的系统进行介绍。

在本实施例中，可以使用脑电信号采集器、脑电信号分析器以及执行器三部分构成的车辆控制系统来实现本实施例提供的方法，该系统的结构框图如图2所示。

脑电信号采集器用来采集车辆驾驶员的运动想象脑电信号。该脑电信号采集器包括脑电电极，放大器和发送单元。其中，脑电电极与驾驶员头皮接触，用来拾取用户的脑电信号，不同位置的多个脑电电极可做成脑电帽佩戴在用户头上。各脑电电极按顺序通过电极线连接到放大器上，放大器对脑电信号进行放大、滤波等处理后发送给脑电信号分析器。用户进行运动想象时，主要在其感觉运动区的头皮脑电信号发生变化。因此，在本实施例中，将脑电电极附接到驾驶员的头皮感觉运动区，可通过该脑电电极测量想象信号在运动神经系统间传递时生成的电流。

在本实施例中，在采集到驾驶员的运动想象脑电信号后，需要对该信号进行分析，具体可以利用脑电信号分析器来实现。该脑电信号分析器通过有线或无线通信方式与连接有各脑电电极连接的放大器连接。如果放大器与脑电信号分析器的连接方式为有线通信，则脑电信号采集器的发送单元为连接放大器和脑电信号分析器的电缆线。在该情况下脑电信号分析器的接收单元为与电缆线连接的端口，如usb(通用串行总线，universalserialbus)口或串口。如果放大器与脑电信号分析器的连接方式为无线通信，则脑电信号采集器的发送单元和脑电信号分析器的接收单元可以为无线通信模块，如蓝牙，zigbee，wifi等。采用无线通信方式可将放大器以及脑电电极固定在脑电帽上，允许测试者完全自由运动，避免传统的电缆运动干扰，以获得高质量的脑电图记录。其中，放大器可以内置可充电电池，允许数小时的连续记录。

脑电信号分析器的硬件为接口齐全的工控板；其软件系统包括接收单元、训练系统、识别系统和控制单元。接收单元从脑电信号采集器接收到驾驶员的运动想象脑电信号；训练系统能够基于采集到的一定数量的运动想象脑电信号的样本建立脑电信号分类器模型，并将模型参数传递给识别系统；识别系统可实现在线识别用户的运动想象部位，发送给控制单元；控制单元进行控制优化后生成控制指令并传输到执行机构。

其中，训练系统用于实现基于足够数量的已知样本，依据一定的学习规则寻找最优分类器的过程。图3是训练系统实现训练过程的流程图。该训练过程包括脑电信号预处理，特征提取及分类器训练。

预处理：由于脑电信号非常微弱，其采集过程中很容易受到噪声的干扰，主要噪声有：50hz/60hz的电源干扰伪迹、眼球运动伪迹以及肌肉运动伪迹。经过预处理后可降低噪声影响，得到较为纯净的脑电信号。预处理方法可以包括频带滤波器(高通、低通以及带通等)、空间滤波器(拉普拉斯滤波器以及共平均参考等)以及分离噪声分量算法(独立分量分析以及主成分分析)等。

特征提取：特征提取的目的是找出脑电信号中最能够明确表示使用者不同意识信息的特征，通过这些特征来确定各种参数，并组成与意识任务有最大相关度的特征向量的过程。运动想象脑电信号特征提取方法可以使用erd(eventrelateddesynchronization，事件相关去同步化)、ers(eventrelateddesynchronization，事件相关同步化)以及csp(commonspecialpattern，特征和共空间模式)等方式来进行。

当大脑皮质的某个区域被激活，该区域的代谢和血流量增加，同时大脑信息加工导致alpha(8-13hz)和beta(13-30hz)频段震荡的幅度减低或者阻滞，这一电生理现象被称为erd。alpha和beta频谱在大脑静息或惰性状态下表现出明显波幅增高的电活动，此即为ers。用户在想象左手运动时，大脑皮层右侧感觉运动区域将会出现erd现象；在想象右手运动时，大脑皮层左侧感觉运动区域将会出现erd现象；在想象双脚运动时，大脑皮层中央感觉运动区域将会出现erd现象。因此可以根据这些区域脑电能量的差异提取出相应的脑电特征，最终通过合适的分类器识别出各类脑电模式，即，各种脑电信号。

共空间模式的原理是通过构建一个共同的空间滤波器来寻取最优空间映射方向，使得一类信号在此方向上的能量值最大，而另一类信号在此方向上的能量值最小。

分类器训练：将每个训练样本进行特征提取后，构成训练样本集送入分类器；根据分类准确率进行迭代，不断调整分类器参数，最终得到最优的分类器。分类方法主要有lda(lineardiscriminantanalysis，线性判别分析)、nn(neuralnetwork，神经网络)、elm(extremelearningmachine，极限学习机)、svm(supportvectormachines，支持向量机)等。

识别系统能够实现对采集到的脑电信号进行实时处理，得出识别结果的目的，用以实现对汽车相应功能控制。图4是对脑电信号进行识别的流程图。该过程包括脑电信号预处理，特征提取及分类识别。预处理和特征提取方法与训练系统的预处理和特征提取方法一致，在此不再赘述；分类识别是基于训练后的最优分类器识别出用户运动意图，即识别出用户的运动想象脑电信号所对应的车辆需要执行的操作。

控制单元：脑电信号分析器的控制单元与执行器的电子控制器间可以通过can总线进行通信，因此要求脑电信号分析器的控制单元要有can接口。脑电信号分析器的控制单元通过can总线得到汽车的车速信息(即上述步骤102中的车辆当前的运行状态中的至少一种信息)，控制单元根据车速和脑电信号识别结果形成控制指令，指令具体形成过程包括但不限于以下几种：

1、当车速为0km/h时：

脑电信号识别结果为驾驶员想象其左手运动，则控制指令为：汽车左转10°(即对应上述预设角度，具体也可以是其他度数，此处的10°仅为示例)；

脑电信号识别结果为驾驶员想象其右手运动，则控制指令为：汽车右转10°；

脑电信号识别结果为驾驶员想象其双脚运动(双脚或任意一脚均可)，则控制指令为：汽车匀速前进，速度为10km/h。

2、当车速大于0km/h时：

脑电识别结果为驾驶员想象其左手运动，则控制指令为：汽车左转10°；

脑电识别结果为驾驶员想象其右手运动，则控制指令为：汽车右转10°；

脑电识别结果为驾驶员想象其双脚运动，则控制指令为：刹车至速度为0km/h。

以上控制指令经过控制优化后，通过can总线发送给执行机构的电子控制器。

通过该控制信号，可以实现对汽车控制的优化，控制优化策略具体可以包括：启动优化，解决汽车启动前进时静摩擦力较大引起的问题；转向优化，解决汽车由直行突然转向时，转向不到位的问题；安全性能优化，解决汽车行驶过程中遇到障碍物，识别结果错误等带来的安全问题。

本实施例中的执行器包括电子控制器和汽车底层执行机构。电子控制器通过can总线接收脑电分析器传来的控制指令，并根据控制指令驱动汽车的底层执行机构完成相应动作。其中，汽车底层执行机构包括但不限于方向盘、车轮、指示灯以及发动机等。

本实施例提供的方法，通过运动想象脑电信号控制汽车驾驶功能。由于运动想象脑电信号为自发的脑电信号，不依赖于外界刺激，避免了驾驶员由于外界视觉刺激导致的视觉疲劳，提高了用户主动性；同时，本方法采用自发的运动想象脑电信号作为汽车的控制指令，能够为驾驶员带来新的体验，解放了驾驶员的双脚以及双手，同时还为肢体障碍患者操控汽车带来便利；在者，本方法通过运动想象训练系统和合理的控制策略进一步提高了汽车控制过程的安全性。

本公开的实施例还提供了一种控制车辆驾驶的装置，该装置用于实现上述控制车辆驾驶的方法，该装置可以设置与车辆内，也可以是车载设备，图5是该装置的结构框图，如图5所示，该装置50包括如下组成部分：

第一采集模块51，用于采集驾驶员的第一运动想象脑电信号；

该第一采集模块51可以用于：以预设周期定期采集驾驶员的第一运动脑电想象信号。

控制模块52，用于根据车辆当前的运行状态以及采集到的第一运动想象脑电信号控制车辆运行。

进一步的，上述装置50还可以包括：第二采集模块，用于在采集驾驶员的第一运动想象脑电信号之前，在预设时间段内多次采集驾驶员的第二运动想象脑电信号；提取模块，用于提取对多次采集的第二运动想象脑电信号的特征；分类模块，用于使用分类器对提取到的特征进行学习训练，得到至少两种运动想象脑电信号的特征；建立模块，用于将提取到的至少两种运动想象脑电信号的特征分别与车辆的至少两种操作建立对应关系。

其中，至少两种运动想象脑电信号具体可以包括：驾驶员想象控制其身体不同部位所产生的至少两种运动想象脑电信号。以及，至少两种操作具体可以包括：车辆左/右转向操作、车辆前进/后退操作以及车辆停止前进/后退操作。

基于上述第二采集模块、提取模块、分类模块以及建立模块所实现的功能，本实施例中的控制模块52具体可以用于：在采集驾驶员的第一运动想象脑电信号之后，提取该第一运动想象脑电信号的特征，根据预先建立的运动想象脑电信号的特征与车辆的操作之间的对应关系，确定与当前采集到的第一运动想象脑电信号对应的目标操作，控制车辆执行目标操作。

上述控制模块具体可以包括如下组成部分：第一控制单元，用于如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆左转第一预设角度；第二控制单元，用于如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其右手而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆右转第二预设角度；第三控制单元，用于当车辆的行驶速度大于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆刹车；第四控制单元，用于当车辆的行驶速度等于0时，如果当前采集到的第一运动想象脑电信号是由驾驶员想象控制其左脚和/右脚而产生的运动想象脑电信号，则控制车辆匀速行驶。

本实施例提供的装置，通过运动想象脑电信号控制汽车驾驶功能。由于运动想象脑电信号为自发的脑电信号，不依赖于外界刺激，避免了驾驶员由于外界视觉刺激导致的视觉疲劳，提高用户主动性；同时，本装置采用自发的运动想象脑电信号作为汽车的控制指令，能够为驾驶员带来新的体验，解放了驾驶员的双脚以及双手，同时还为肢体障碍患者操控汽车带来便利；在者，本装置通过运动想象训练系统和合理的控制策略进一步提高了汽车控制过程的安全性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。