一种机器人智能教练辅助驾驶方法及其系统与流程

本发明涉及一种机器人智能教练辅助驾驶方法及其系统，用于机动车驾驶员的驾驶技能训练和辅助驾驶。

背景技术：

目前机动车驾驶人培训学校普遍采用的是教练和学员一对一指导教学的方式。由于教练员的教学方法具有差异性，导致学员的驾技能也各不相同。为了提高驾驶人培训水平，除了提高教练员的指导水平，还需要规范教学方法。为了解决上述问题，业内人士先后采用了以下辅助驾驶方法，但是效果都太明显。

驾校广泛使用驾驶训练汽车模拟器，通过驾驶汽车模拟器，促使驾驶操作规范化、提高教训质量，同时降低用车成本。但是由于汽车模拟器的操作具有固定性和单一性，与实际的场地和道路实车驾驶差异巨大，驾驶员的实践操作很难提高。

在日常的车辆驾驶中很多情况都需要辅助驾驶。例如在汽车驾驶过程中，倒车入库、侧方停车的情况时常发生，其中倒车入库驾驶操作难度大，空间位置要求比较高，一般需要额外人员在车外辅助驾驶员如何倒车入库。特别对于广大的开车新手和大部分女司机来说，倒车入库更是件令人头疼的事，现在急需一种辅助驾驶方法用来提高驾驶员的倒车入库技能。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种机器人智能教练辅助驾驶方法及其系统，引入了卫星定位技术、无线网络定位技术、移动通信定位技术、图像/视频定位技术，雷达定位技术等其他车辆定位技术。其中无线网络定位技术包括蓝牙定位技术、wifi定位技术等，移动通信定位技术选用通过GPRS/CDMA/3G/4G/5G等移动通信网络实现LBS基站定位的技术。通过采集驾驶车辆的轮廓模型、车轮模型、驾驶场地的几何模型，实时分析模型之间的位置关系，在适当时机提醒驾驶员做适当的动作，起到了智能辅助驾驶效果。

本发明提供的一种机器人智能教练辅助驾驶方法，包括以下步骤：

步骤S1.开启机器人智能教练辅助驾驶系统，所述辅助驾驶系统开启车辆系统自检功能，通过各类传感器和/或电子检测设备检测车载相关子系统是否正常工作或是否存在功能异常；

步骤S2.所述辅助驾驶系统开启车辆定位功能，通过定位装置定位所驾驶的车辆在场地环境上的具体坐标位置；

步骤S3.所述辅助驾驶系统开启车辆驾驶信息采集功能，采集驾驶员的驾驶操作信息和车辆运行信息；

步骤S4.驾驶员选择相应的辅助驾驶子项目后，所述辅助驾驶系统开启对应的语音播报功能，实时指导驾驶员如何驾驶车辆，并通过显示器实时显示车辆运行轨迹供驾驶员参考；

步骤S5.驾驶员完成相应辅助驾驶子项目任务后，所述辅助驾驶系统对相关的驾驶信息进行存储备份。

进一步地，所述辅助驾驶方法还包括安全辅助步骤：驾驶员在驾驶过程中，辅助驾驶系统检测到车辆即将发生危险时会控制刹车系统对车辆进行制动。

进一步地，步骤S2中，所述辅助驾驶系统根据方向盘转角传感器以及车辆运行轨迹得出前后车轮的准确坐标位置，准确显示出车辆车轮在驾驶场地中的具体坐标位置。

进一步地，步骤S4中，所述辅助驾驶系统实时显示车辆运行轨迹时，提供两种选择模式：一种是车辆位置相对固定，电子地图实时变化；另一种是电子地图相对固定，车辆位置实时变化。

进一步地，步骤S5中，所述辅助驾驶方法还包括通过局域无线网络和/或移动通信网网络，将辅助驾驶相关信息上传至互联网。

进一步地，所述车辆定位功能包括使用卫星定位技术、无线网络定位技术、移动通信定位技术、视频/图像定位技术、雷达定位技术之一或其组合，其中卫星定位技术采用RTK差分卫星定位系统，卫星定位系统选用全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)及北斗卫星导航系统(BDS)之一或其组合，卫星定位技术采用的定位装置包括两个安装在车辆顶部的卫星信号接收天线，所述卫星信号接收天线间距大于1米。

进一步地，所述辅助驾驶方法还包括教学视频步骤、详细驾驶步骤、精简驾驶步骤、无声驾驶步骤、驾驶轨迹回看步骤之一或其组合，其中详细驾驶步骤包括辅助驾驶系统根据车身的实时位置坐标并结合方向盘的角度值，实时播报当前行驶位置的正确驾驶操作方法。

本发明提供的一种机器人智能教练辅助驾驶系统，该系统包括车辆自检模块、车辆定位模块、驾驶信息采集模块、辅助驾驶子项目模块、语音播报模块、驾驶信息存储模块、主控模块、无线通信模块、安全辅助模块，其中车辆自检模块通过各类传感器和/或电子检测设备检测车载相关子系统是否正常工作或是否存在功能异常；车辆定位模块用于定位所驾驶的车辆在场地环境上的具体位置；驾驶信息采集模块采集的驾驶信息包括驾驶员驾驶过程中的相关驾驶操作信息和车辆运行信息；辅助驾驶子项目模块用于根据不同的驾驶场地环境向驾驶员提供对应的辅助驾驶子项目，例如倒车入库、侧方停车、坡道起步、直角转弯等；语音播报模块实时指导驾驶员如何驾驶车辆，并通过显示器实时显示车辆相关信息，包括车辆异常信息、车辆运行轨迹等信息，供驾驶员参考；驾驶信息存储模块对驾驶员驾驶过程中的相关驾驶信息进行存储备份；主控模块包括主控主板、中央处理器、缓存等电子设备，中央处理器对各模块的数据进行相关处理；无线通信模块通过局域无线网络和/或移动通信网网络，将辅助驾驶相关信息上传至互联网；安全辅助模块检测到车辆即将发生危险时会控制刹车系统对车辆进行制动。

进一步地，该辅助驾驶系统还包括统计分析模块：统计分析模块会对收集到的驾驶操作信息和车辆运行信息进行判断、分析和统计，得出驾驶员的驾驶习惯和易犯错误，并将这些统计分析数据存储到存储模块，以便在后续的驾驶中对驾驶员进行有针对性的指导和提醒。例如某驾驶员在起步时易犯油门过大的错误，则该驾驶员在起步时，辅助驾驶系统控制语音播放设备语音提示学员轻踩油门。在驾校学车时，学员的相关训练数据同时会同步到驾校管理系统、行业监管系统以及学车云平台系统，便于相关部分进行大数据分析和驾驶培训政策的修订。

在传统的车辆定位过程中，往往忽略车轮偏转导致的定位偏差。为了提高车辆定位精度，车轮偏转角度必须考虑。进一步地，本发明提供的车辆定位模块还包括车轮偏转修正功能，在当驾驶员打方向盘时，方向盘转角传感器将方向盘的转角度数发送给主控系统，辅助驾驶系统根据方向盘转角度数以及车体运行轨迹计算出前后车轮的具体转角度数θ，得出前后车轮的准确坐标位置，进而通过车辆模型与驾驶场地电子地图进行对比，准确判断出车辆车轮与库位的相对位置。具体地，在计算前后车轮的转角度数过程中还需要考虑道路摩擦系数、前后轮距离等矫正参数，先根据方向盘转角度数、车体运行轨迹和道路摩擦系数计算出前轮转角度数，再根据前后轮距离、道路摩擦系数及相关矫正参数推算出后轮的转角度数。

以日常家用汽车倒车入库为例，先采集所属停车位或者车库的空间坐标位置，绘制成电子地图，其中电子地图可以选用二维平面地图或者三维立体地图。户外停车位使用卫星差分定位技术、移动通信定位技术、图像定位技术、雷达定位技术等其他车辆定位技术，具体辅助驾驶方法与驾校场地类似，不再赘述。户内车库，当卫星定位信号不好时，可采用无线网络定位技术、图像/视频定位技术、雷达定位技术等其他车辆定位技术，通过采集驾驶车辆的轮廓模型、车轮模型、车库几何模型，实时分析模型之间的位置关系，在适当时机提醒驾驶员做适当的动作，辅助驾驶员准确倒车入库。

本发明有益效果：

1.该辅助驾驶方法具有普适性，广泛应用于各类车辆驾驶情况，智能辅助驾驶员安全操作，快速提高驾驶员的驾驶技能。

2.该辅助驾驶方法使广大驾校教练员拜托了一人一车的传统低效模式，大大降低教练员的工作量，一名教练可以同时指导多名学员，助力驾校招生，降低驾校运营成本。

3.该辅助驾驶方法针对不同学时的学员进行不同模式的驾驶训练，提高学员驾驶技能。

4.该辅助驾驶方法驾驶操作统一，实现统一化安全教学。

5.该辅助驾驶方法具有安全保障功能，避免初学驾驶员在驾驶过程中因错误操作导致的人身伤害。

附图说明

表1：科目二中五项驾驶训练课程评判标准。

图1：辅助驾驶系统开启界面图示。

图2：辅助驾驶系统自检界面图示。

图3：科目二驾驶训练子项目界面图示。

图4：倒车入库车辆行驶轨迹图，①倒车入库，②出库，③再倒车入库，④

再出库。

图4.1-图4.18：详细驾驶模式下的倒车入库车辆实时轨迹图。

具体实施方式：

下面以驾校学车为例，详细介绍本发明提供的辅助驾驶方法，该方法大大提高了学员的驾驶技能，降低了教练员的工作强度和驾校的管理成本。一般驾校学车过程包括基础训练和科目训练两个部分。基础训练是指未参与具体科目的训练，只是进行基本的驾驶动作练习，如启停、加速、直线行驶、换档、减速、停车等，该基础训练过程与具体科目无关，可以不依赖车辆位置及场地的电子地图。该基础培训的主要目的在于培养学员良好的驾驶习惯。在该基础培训过程中，机器人智能教练辅助驾驶系统将控制语音播放设备对学员进行语音提示，如提示学员适时换档、停车后拉紧手制动、油门大小等。

科目训练是指进行具体科目的训练，如场地驾驶技能的倒车入库、侧方停车、曲线行驶、坡道定点停车和起步和直角转弯等；道路驾驶技能的靠边停车、变更车道等。该类训练是机动车驾驶技能培训的重点，也是教练工作的重心。

下面倒车入库为例详细描述机器人智能教练辅助驾驶方法；该方法的工作步骤如下：

步骤S1：开启机器人智能教练辅助驾驶系统(图1)，辅助驾驶系统开启车辆系统自检功能(图2)，通过各类传感器和/或电子检测设备检测车载相关子系统是否正常工作或着是否存在功能异常。系统开启后，辅助驾驶系统对车载各系统进行自检，若发现有异常情况时，就将警示信息反馈给辅助驾驶系统，辅助驾驶系统通过车载显示器将相关异常信息供驾驶员知晓，例如卫星天线不工作、电台天线无法接受信号、方向盘传感器失灵、档位传感器失灵，蓄电池电压不足等。

步骤S1还包括驾驶员身份验证步骤：驾驶员通过扫描二维码，条形码、指纹、二代身份证、人脸识别等方式对身份进行验证，并从存储器中调取驾驶员以往的训练记录，如果是首次训练，则在驾驶员学员记录中建立新的学员训练档案。

步骤S2：辅助驾驶系统开启车辆定位功能，通过车辆定位装置在所述辅助驾驶系统显示器上实时显示驾驶车辆的具体位置坐标。在驾校培训露天场地，车辆定位功能使用卫星定位装置，该装置采用RTK差分卫星定位系统，卫星定位系统选用全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)及北斗卫星导航系统(BDS)之一或其组合。通过车辆顶部安装的卫星天线和电台天线获取车辆的当前位置，并在辅助驾驶系统的显示器上实时显示驾驶车辆在培训场地电子地图上的具体位置。卫星定位车载装置包括两个安装在车辆顶部的卫星信号接收天线，由于每个接收天线都存在卫星定位误差，为了避免两根天线的卫星定位误差范围发生重叠，所述天线间距要大于1米。辅助驾驶系统将车辆的卫星定位地理坐标(参见图4.1左侧E、N、H值)转化成平面直角坐标显示在车载电子地图上。

步骤S3：辅助驾驶系统开启车辆驾驶信息采集功能，通过各类传感器和信息检测装置采集驾驶员驾驶过程中的相关驾驶操作信息和车辆运行轨迹信息。

步骤S4：驾驶员选择相应的辅助驾驶子项目(选择倒车入库，图3)后，所述辅助驾驶系统开启相应地语音播报功能，实时指导驾驶员如何驾驶车辆，并实时显示车辆运行轨迹供驾驶参考。辅助驾驶系统显示模块实时显示车辆运行轨迹时，提供两种选择模式：一种是车辆位置相对固定，电子地图实时变化(参见图4.1-图4.18)；一种是电子地图相对固定，车辆位置实时变化。这两种人性化可选模式避免了因显示方式不适引起的驾驶操作错误。

先从存储器中调取车辆所处的培训场地的电子地图，学员根据获取的电子地图驾驶车辆接近车辆附近倒车入库训练项目的位置。卫星定位装置定位到车辆靠近倒车入库场地时，语音播报自动通知学员前方是倒车入库项目。当车辆到达项目开始位置时，语音播报开始播报驾驶操作要点，提示学员减速、停车、挂倒挡、观察后视镜、如何打方向盘等操作。并通过辅助驾驶系统显示屏实时显示电子地图上车辆的实时位置及移动轨迹，便于学员判断车辆的具体位置，准确实现驾驶操作。例如发现学员偏航，即按当前速度与方向行驶，将不能倒入车库或者将碾压车道线，则提前向学员发出动作修正建议(如方向盘向左转动半圈等)；又如发现学员误差过大，即使通过修正也不能顺利完成本项目训练或者继续后倒将会有危险时，就提前通知学员重新开到项目起点，再次进行本项目的训练。

步骤S5：驾驶员完成相应辅助驾驶子项目任务后，辅助驾驶系统对驾驶员驾驶过程中的相关信息进行存储备份。相关信息包括驾驶员驾驶过程中的相关驾驶操作信息和车辆运行轨迹信息、训练记录信息等。辅助驾驶系统通过局域无线网和/或移动通信网，将驾驶相关信息上传至互联网，实现数据共享、程序更新、多车辆集中监控、远程教学等信息交互。

步骤S5中还包括驾驶员学车训练评分步骤：在学员进行培训的结束后，辅助驾驶系统会实时收集学员的训练信息，对相应驾驶操作进行评判，得出训练结果总分(评判标准见表1)，告知学员是否驾驶合格，并将训练记录存储到学员记录存储器中。

表1

进一步地，该辅助驾驶方法还包括驾驶安全辅助步骤：学员在训练过程如果出现危险前兆，辅助驾驶系统会控制刹车系统对车辆进行制动。例如出现学员将油门误当刹车踩、挂错档、超越训练场电子围栏等，自动刹车机构都会自动刹车，以确保学员人身安全。当所述辅助驾驶系统探测到本车辆与其它车辆、栏杆、墙体等物体的距离小于某一安全阈值时，就触发报警系统进行报警，以提醒学员及时采取措施，防止发生碰撞事故；如果学员未采取相应措施，辅助驾驶系统就控制刹车机构自动刹车，以确保学员人身安全。

进一步地，辅助驾驶方法还包括五大功能步骤(参见图3)：教学视频步骤、详细驾驶步骤、精简驾驶步骤、无声驾驶步骤、驾驶轨迹回看步骤。

1.教学视频步骤：

点击“教学视频”按钮，系统进入教学视频学习页面。系统提供了标准化的教学视频，通过教学视频的学习，学员对科目二的五个考核项目及操作要领会有一个全面细致的了解，结合考车上智能化的语音提示，学员能轻松的掌握驾驶要领，轻松的通过考试。视频教学分为“基础知识相关”、“考核项目相关”两大区块，学员根据实际需要，选中自己想要学习的视频，点击“播放”按钮即可进行学习。相关教学视频一般存储在视频服务器上。

2.详细驾驶步骤

点击“详细模式”单选按钮，系统进入详细驾驶模式,该模式下，系统根据车身的实时位置坐标并结合方向盘的角度值，通过模仿真人教练员的教学思维，智能实时播报当前行驶位置的正确操作方法,以指导学员学车。该模式运用精简的教学语音,实时指导学员在当前位置的正确操作方法,学员不用考虑下一步的动作,只需按照语音提示做出相应的操作即可完成项目的练习,降低了学员学车的难度,使学员对整个项目的操作过程有一个基本的印象，适合初学者使用。

3.精简驾驶步骤

点击“精简模式”单选按钮，系统进入精简驾驶模式,该模式下，系统根据车身的实时位置坐标并结合方向盘的角度值，通过模仿真人教练员的教学思维,智能实时播报下一步的正确操作方法,以指导学员学车。该模式运用详细的教学语音,实时指导学员下一步的正确操作方法,学员需按照语音提示并结合自身对车辆位置的判断,做出相应的动作以完成项目练习。此模式能使学员记住每一个关键位置的正确操作方法，适合有一定基础的学员使用。

4.无声驾驶步骤

点击“无声模式”单选按钮，系统进入无声训练模式,在该模式下,学员需根据自身对车辆位置的判断,独立思考并做出相应的动作以完成项目的练习,系统无任何教学语音提示,适合操作较熟练的学员使用。

5.驾驶轨迹回看步骤

点击“训练轨迹”按钮，系统将当前训练时段的所有训练项目抽取出来，通过回看训练轨迹，及时了解当前训练过程中的不足，加深学员学车印象，使同一个错误下一次不再发生。可以选中多个轨迹“一键回看”，或者点击“回看轨迹”进行当个项目的轨迹回放。

以露天场地倒车入库为例，进一步详细介绍倒车入库时，辅助驾驶方法工作流程：

1.运行多伦学车辅助驾驶系统，点击“科目二训练”；

2.辅助驾驶系统进入自检状态，依次检测主控系统、视频服务器、基准站、互联网；

3.辅助驾驶系统自检通过后自动下载训练学员信息和教练信息；

4.点击“开始训练”后，启动“机器人智能教练”。

倒车入库车辆行驶轨迹图如图4所示：①倒车入库，②出库，③再倒车入库，④再出库。为了提高辅助驾驶系统的计算速度和反应速度，本实施例电子地图优选平面二维电子地图。三维地图显示虽然更真实生动，但由于显示信息量较大，一方面会引起辅助驾驶系统处理速度变缓，另一方面真实显示会容易引起驾驶员精力不集中，相对于三维地图，二维地图可以直接明了地显示运行车辆和库位相对位置，特别是可以直接判断车轮是否压线、车身是否出线，更容易让驾驶员理解和接受(参见图4.1-4.18)。

以详细驾驶模式为例，“机器人智能教练”辅助驾驶步骤如下(作为参考，详细驾驶模式下的倒车入库车辆实时轨迹图如图4.1-4.18所示)：

01)、报倒车入库项目后，语音提示“前进至停车线停车，车身距左侧边线约1.2米”(图4.1)。

02)、实际车轮过线后，语音提示“停车”(图4.2)。

03)、停车后语音提示“挂倒挡，低速行驶”(图4.3)

04)、倒车,车头与停车线距离大于负20厘米时(超过停车线值为负，否则为正)，语音提示“向右打方向”(图4.4)。

05)、当车身与库位边线夹角大于55度时，语音提示“注意调整方向”(图4.5)。

06)、后轮倒入库内,语音提示“注意调整方向”(图4.6)。

07)、车头倒入库位后,语音提示“停车”(图4.7)。

08)、停车后，语音提示“挂1挡出库”(图4.8)。

09)、前进出库，当右后轮距离库位线小于55厘米时，语音提示“向左打满方向”(图4.9)。

10)、车轮驶过控制线后,语音提示“停车”(图4.10)。

11)、停车后，语音提示“挂倒挡，低速行驶”(图4.11)。

12)、倒车,车头与停车线距离大于负20厘米时(超过停车线值为负，否则为正)，语音提示“向左打方向”(图4.12)。

13)、当车身与库位边线夹角大于55度时，语音提示“注意调整方向”(图4.13)。

14)、后轮倒入库内,语音提示“注意调整方向”(图4.14)。

15)、车头倒入库位后,语音提示“停车”(图4.15)。

16)、停车后，语音提示“挂1挡出库”(图4.16)。

17)、前进出库，当右后轮距离库位线小于55厘米时，语音提示“向右打满方向”(图4.17)。

18)、车身与道路边线夹角小于15度时，语音提示“回正方向”(图4.18)。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。