專利名稱：基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及道 路交通安全研究領域，尤其涉及駕駛行為的綜合監(jiān)測和預警裝置， 屬于汽車安全輔助駕駛領域。
背景技術：
研究表明，在“人一車一路”的道路交通系統(tǒng)中，人的因素是道路交通事故的主要致因。駕駛員對外界環(huán)境的錯誤了解、以及駕駛中的錯誤操作都會嚴重影響機動車駕駛安全。因此開發(fā)關鍵的車載輔助駕駛裝置，以增加駕駛員與周邊環(huán)境的交互(尤其是駕駛員危險駕駛狀態(tài)和駕駛意圖的交互)，并加強駕駛行為監(jiān)測能夠有效保障行車安全。目前，國內外公布了一些安全輔助駕駛裝置，能夠采集車輛運行信息、駕駛員狀態(tài)信息和道路信息， 用于提高車輛自身安全。國外公開了一套智能安全復制駕駛裝置(美國專利號US2010/0063649 Al)，該系統(tǒng)基于多攝像頭采集車輛周圍全方位影像，并通過圖像處理和安全閾值判斷車輛安全狀態(tài)，通過預警模塊發(fā)出預警，同時通過儲存模塊存儲識別的狀態(tài)信息。國內公開了一種駕駛員汽車駕駛行為的綜合監(jiān)測系統(tǒng)(中國專利號=200920034413. 6)，該系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測駕駛員視覺行為、操作行為、車輛運行狀態(tài)和車輛周圍道路環(huán)境，并能分析周圍環(huán)境對駕駛員的影響。上述兩個專利和其他類似的公開成果都是基于自車傳感器采集的信息進行安全輔助駕駛，沒有考慮周邊其他車輛的狀態(tài)信息駕駛意圖。目前公開的車載安全輔助駕駛裝置，多數基于自車傳感器對車輛狀態(tài)與車外環(huán)境狀態(tài)的采集，裝置功能單一，僅能監(jiān)控和預警車道偏離、疲勞駕駛和前方障礙等危險等情形；此外，目前的車載安全預警裝置缺少基于車車/車路通信進行信息交換，特別是缺少駕駛員狀態(tài)和駕駛意圖等重要信息的交互，難以實現(xiàn)真正意義的車路協(xié)同和安全輔助駕駛。

發(fā)明內容
為克服現(xiàn)有裝置不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置，該裝置可通過車車通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險進行識別、預警；與此同時，可進行車車/車路通信，將本車信息發(fā)送給周邊車輛以及路側設施，通過車路協(xié)達到安全輔助駕駛目的。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為
基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置，它包括設置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、 車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設備通信，主控模塊通過人機交互模塊發(fā)出預警。上述方案中，所述自車狀態(tài)感知模塊包括自車信息處理器、發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關、方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器，其中發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關通過第一 CAN總線與自車信息處理器連接，方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器通過第二 CAN總線與自車信息處理器連接，自車信息處理器進行自車信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。上述方案中，所述車外環(huán)境感知模塊包括車外環(huán)境信息處理器、用于檢測車輛前方車輛和障礙物的毫米波雷達、用于采集車輛前方遠紅外熱影像的紅外熱成像儀、用于采集車輛前方影像的攝 像頭，紅外熱成像儀和攝像頭輸出的信號經數字信號處理后通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，毫米波雷達通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，車外環(huán)境信息處理器進行車外環(huán)境信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。上述方案中，所述主控模塊包括用于識別駕駛員駕駛意圖的意圖識別模塊。本發(fā)明通過自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊采集車輛運行信息、駕駛員操作信息、車輛周邊環(huán)境信息，進行綜合處理信息，識別駕駛意圖；同時通過車車/車路通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險進行識別并預警；與此同時，進行車車/車路通信，還可將本車信息發(fā)送給周邊車輛以及路側設施，通過車路協(xié)達到安全輔助駕駛目的。


圖1是本發(fā)明實施例的結構框圖。圖2是自車狀態(tài)感知模塊結構圖。圖3是車外環(huán)境感知模塊結構圖。圖4是本發(fā)明實施例的通訊方式示意圖。圖5是車輛在普通路段的信息交互示意圖。圖6是車輛在普通路段超車信息處理流程圖。圖7是車輛在交叉口的信息交互示意圖。圖8是車輛在交叉口信息處理流程圖。
具體實施例方式如圖1 (圖中箭頭實線為電源走向，箭頭空心線為信號走向)所示，本發(fā)明基于車路協(xié)同的安全輔助駕駛裝置實施例包括設置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊、人機交互模塊和電源模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設備通信，主控模塊通過人機交互模塊發(fā)出預警。所述主控模塊包括用于識別駕駛員駕駛意圖的意圖識別模塊。主控模塊采用ARM-Il處理器。該ARM構架的主控模塊通過第四CAN總線與自車信息感知模塊、車外環(huán)境感知模塊和通信模塊實現(xiàn)數據連接。主控模塊具備操作系統(tǒng)和運行應用軟件的條件，通過軟件算法能夠基于多源信息識別本車駕駛員的狀態(tài)、不良駕駛行為和駕駛意圖。該模塊能將本車駕駛狀態(tài)和意圖通過通信模塊傳送給周邊車輛和路側設備，同時能夠實現(xiàn)不良駕駛行為、疲勞駕駛、車道偏離、前方危險狀況等綜合預警，并通過人機交互模塊傳遞給駕駛員，達到安全輔助駕駛的最終目的。人機交互模塊是一個帶有揚聲器的液晶儀表盤，該模塊通過第二 CAN總線與主控模塊連接。該模塊能夠顯示本車常規(guī)的儀表信息(如車速、發(fā)動機轉速、水溫、油壓、油量等)，同時也能顯示安全預警信息。在出現(xiàn)危險狀況時能智能切換顯示的內容，以圖形和聲音的方式提供多方位的信息以及預警信號，如通過屏幕顯示前方道路線形和周邊障礙物和車輛信息，通過語音提示過度超速、疲勞駕駛和車道偏離信息。 電源模塊設有一路12V直流輸入，接收汽車電瓶電源，通過整流和穩(wěn)壓芯片處理后，能輸出5V、12V直流，供不同設備使用。為了防止汽車啟動時因電流過大導致該裝置斷電，專門設置附屬電瓶和保護電路。如圖2所示，自車狀態(tài)感知模塊包括自車信息處理器、發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關、方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器，其中發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關通過車輛現(xiàn)有的CAN總線——第一 CAN總線與自車信息處理器連接，方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器通過加裝的第二 CAN總線與自車信息處理器連接，自車信息處理器進行自車信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。自車信息采集模塊模塊主要采集和處理兩類信息車輛運行狀態(tài)信息和駕駛員操作信息，這些信息是進行安全輔助駕駛和危險預警的基礎。該模塊獲取的信息主要基于車載現(xiàn)有CAN總線——第一 CAN總線獲取，其他CAN總線不能提供的信息通過加裝傳感器采集。(A)現(xiàn)有傳感器。目前，一般汽車能夠以CAN總線形式提供部分車載傳感器的信號，如發(fā)動機轉速信號、車速信號、電子油門信號、手剎狀態(tài)信號、腳剎狀態(tài)信號、燈光操作信號等。本發(fā)明將充分利用這些已經處理的信號，通過CAN信號收發(fā)模塊采集第一 CAN總線上的信號。(B)加裝傳感器。對于其他需要的信息，本裝置通過加裝傳感器的形式實時采集。 圖2所示的實施例中，將加裝方向盤轉角傳感器采集方向盤轉角信息、加速度傳感器采集車輛加速度信息、GPS模塊采集車輛地理位置信息、檔位傳感器單元采集檔位信息(目前手動檔車輛一般僅能提供部分檔位信息，如倒檔和空擋)。上述N組信號將由N路CAN轉換模塊轉換后連接到第二 CAN總線。如圖2所示，自車狀態(tài)感知模塊的自車信息處理器芯片為飛思卡爾MC9S12XS128 單片機，該處理器通過兩路CAN接口分別與第一、第二 CAN總線連接，實時采集車輛自帶第一 CAN總線的信息和加裝傳感器網絡第二 CAN總線上的信息。對車輛自帶傳感器和加裝傳感器采集的信息做時序處理、降噪等預處理之后，通過CAN接口(發(fā)送到第四CAN總線)傳送給主控模塊。如圖3所示，車外環(huán)境感知模塊包括車外環(huán)境信息處理器、用于檢測車輛前方車輛和障礙物的毫米波雷達、用于采集車輛前方遠紅外熱影像的紅外熱成像儀、用于采集車輛前方影像的攝像頭，紅外熱成像儀和攝像頭輸出的信號分別經紅外影像處理器、CCD影像處理器數字信號處理后通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，毫米波雷達通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，車外環(huán)境信息處理器進行車外環(huán)境信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。車外環(huán)境感知模塊的傳感器主要有CXD攝像頭、毫米波雷達和紅外熱成像儀各一個。三個傳感器分別用于采集車道線信息、前方車輛和障礙物信息、前方行人和車輛信息。
如圖3所示的CCD攝像機主要用于采集車輛前方車道標線信息，用于識別和車輛在車道線中的位置，C⑶攝像機采集的可見光影像通過CVBS數據線傳送到一片TI公司的 DSP，在DSP中實現(xiàn)了車道線的識別，并將車道線偏移量和車道線偏移角等關鍵參數通過第三CAN總線發(fā)送到車外環(huán)境感知處理器進行集中處理。如圖3所示的毫米波雷 達安裝在車輛正前方，采用Delphi公司的ESR毫米波雷達，探測范圍是0-150m，采集前方的車輛以及障礙物信息，傳感器最終獲得障礙物相對于車頭中央的相對位置信息，經過CAN進行轉換后傳由第三CAN總線傳送到車外環(huán)境感知處理器進行集中處理。如圖3所示的遠紅外熱成像儀安裝在車輛進氣柵內，采用高德紅外有限公司的 311N設備，接收紅外波長為8-14微米。該紅外熱成像儀獲取車輛前方遠紅外影像，像通過 CVBS數據線傳送到另一片TI公司的數字信號處理器DSP，在DSP中實現(xiàn)了行人和車輛的特征提取和識別，并將行人和車輛相對于車輛正前方位置等關鍵參數通過第三CAN總線發(fā)送到車外環(huán)境感知處理器進行集中處理。如圖3所示，車外環(huán)境感知模塊的車外環(huán)境信息處理器為飛思卡爾MC9S12XS128 單片機，該處理器通過CAN接口分別與第三CAN總線連接，分別對車外的環(huán)境進行信息融合，最終獲得精確的障礙物分類信息(障礙物種類、障礙物縱向距離、障礙物橫向位置)，通過CAN接口(發(fā)送到第四CAN總線)傳送給主控模塊。采用遠紅外熱成像儀識別車輛前方行人和車輛，雖成本相對于常規(guī)可見光攝像頭或近紅外攝像頭較高，但熱成像能用于黑夜、惡劣天氣(雨霧)和炫光條件且成像穩(wěn)定，在各種光照環(huán)境些都具有較高的識別率和誤判率。所述車外環(huán)境感知模塊中的環(huán)境感知處理器是一片嵌入式單片機，主要用于接收給模塊中車道線信息、車輛前方行人信息、車輛前方車輛信息等。嵌入式單片機對輸入的信息進行信息融合，并將最終處理好車輛前方行人信息(行人相對于車輛前方位置)、車輛信息(車輛相對于車輛前方位置)、障礙物信息(障礙物相對于車輛前方位置)、車道線信息(車道線偏移量和偏移角)，并通過第四CAN總線發(fā)送給主控模塊。如圖4所示的通信模塊由DSRC單元、CAN轉發(fā)模塊等組成。DSRC無線通信模塊采用DENSO的WSU模塊，采用頻率為5. 8GHz的短程專用無線通信(DSRC)方式進行通信。專用短程通信主要用于車-車(該裝置與其他車載裝置)和車_路(該裝置與路側裝置)之間信息交互，通過DSRC通信收集其他周邊車輛的駕駛狀態(tài)和駕駛意圖信息，并向其他車輛和路側設備發(fā)送自身的駕駛狀態(tài)和駕駛意圖信息。結合實例對本實施例工作原理進行說明
如圖5、6所示，在普通路段，后方車輛形式速度加快，并伴有左轉向燈等操作動作，后方車輛車載裝置識別出駕駛員的超車意圖，并將超車意圖通過車路協(xié)同通信方式傳送給前方車輛；前方車輛裝置接收到后車超車意圖后，反饋給前車駕駛員，并提示駕駛員禁止加速，保留一定橫向間距，這種車路通信提高了車輛在超車、減速、換道時的安全性。如圖7、8所示，在交叉口時常遇到高速車輛運行在綠燈變黃時的兩難選擇。如圖東西走向的車子行駛到交叉口前時遇到東西向綠燈變黃，此時需緊急停車或加速通過。再接下來的兩秒鐘后南北向車子因綠燈開始通行，此時車輛極有可能與南北走向的車子碰撞。在本發(fā)明裝置車路協(xié)同信息交互下，東西向車能根據狀態(tài)識別出該車通過交叉口的意圖，并將該意圖發(fā)送給路側裝置，路側裝置接收到該危險意圖后，將延長東西向的黃燈時間，且延長南北向的紅燈時間，保證東西向車安全通行。又例如，車輛行駛在能見度較低的環(huán)境中，前方已經發(fā)生追尾事故，駕駛員憑自身視覺不能及時發(fā)現(xiàn)前方道路危險狀況；而路側設備已經通過DSRC通信加收或者監(jiān)控中心發(fā)布的事故信號，路側 裝置能夠及時將信息發(fā)送給附近的車載裝置，該裝置能夠實現(xiàn)安全預警，并提醒駕駛員注意車速控制和障礙物避碰。本發(fā)明實施例能夠實現(xiàn)車輛行駛過程中駕駛員與周邊車輛駕駛狀態(tài)和駕駛意圖等關鍵信息的交互，從而實現(xiàn)安全輔助駕駛。該裝置通過DSRC技術與路邊通訊設施以及周邊車輛之間進行信息交互，可以獲得周邊道路基本信息(如天氣狀況、車道線形、限速、前方路口、前方事故、障礙物等)和周邊車輛信息(駕駛員狀態(tài)、駕駛員意圖、車輛狀態(tài)等)；同時車輛可以把自身的信息(如當前車速、駕駛員的狀態(tài)、駕駛意圖等)發(fā)送給路側設施和其他車輛。通過這樣一個車輛與路側設施、車輛與車輛之間的實時信息交互，可以達到一種車路協(xié)同的目的，進一步提高駕駛安全性。本發(fā)明實施例充分考慮了今后車路協(xié)同(Cooperative Vehicle Infrastructure System, CVIS)的應用，通過車載裝置實現(xiàn)車-車、車-路之間的信息共享。該裝置不僅可通過自車傳感器系統(tǒng)認知自車信息和駕駛員意圖，同車能通過車車/車路通信將駕駛意圖進行交互，并將本車駕駛狀態(tài)信息和駕駛意圖信息傳送給路側設備和其他車輛。通過這樣的一體化裝置可以很好的實現(xiàn)車-車、車-路之間的信息交互，幫助駕駛員了解周邊其他車輛駕駛意圖和周邊危險環(huán)境，預判危險；該裝置各設備緊湊地實現(xiàn)一體化、小型化，可以安裝使用于任何一部車上。本發(fā)明基于車路協(xié)同的概念和思路，與其他單機裝置相比，更注重車車/車路之間的信息交互。相比現(xiàn)有的裝置，最顯著特征就是在主控模塊實現(xiàn)了駕駛員狀態(tài)(如疲勞狀態(tài)等)和駕駛意圖(超車、換道、停車)的識別，并通過無線通信模塊與周邊車輛進行駕駛意圖的交互，提高了駕駛安全性。
權利要求
1.基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置，其特征在于它包括設置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設備通信，主控模塊通過人機交互模塊發(fā)出預警。
2.根據權利1所述的駕駛員一體化預警裝置，其特征在于所述自車狀態(tài)感知模塊包括自車信息處理器、發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關、 方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器，其中發(fā)動機轉速傳感器、油門開度傳感器、手剎開關、腳剎開關、燈光開關通過第一 CAN總線與自車信息處理器連接，方向盤轉角傳感器、加速度傳感器、GPS模塊和檔位傳感器通過第二 CAN總線與自車信息處理器連接，自車信息處理器進行自車信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。
3.根據權利1或2所述的駕駛員一體化預警裝置，其特征在于所述車外環(huán)境感知模塊包括車外環(huán)境信息處理器、用于檢測車輛前方車輛和障礙物的毫米波雷達、用于采集車輛前方遠紅外熱影像的紅外熱成像儀、用于采集車輛前方影像的攝像頭，紅外熱成像儀和攝像頭輸出的信號經數字信號處理后通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，毫米波雷達通過第三輸CAN總線與車外環(huán)境信息處理器連接，車外環(huán)境信息處理器進行車外環(huán)境信息的采集、預處理后通過第四CAN總線向主控模塊的發(fā)送。
4.根據權利1或2所述的駕駛員一體化預警裝置，其特征在于所述主控模塊包括用于識別駕駛員駕駛意圖的意圖識別模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置，它包括設置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設備通信，主控模塊通過人機交互模塊發(fā)出預警。本發(fā)明裝置可通過車車通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險進行識別、預警；與此同時，可進行車車/車路通信，將本車信息發(fā)送給周邊車輛以及路側設施，通過車路協(xié)達到安全輔助駕駛目的。
文檔編號B60W50/14GK102431556SQ20111036033
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者嚴新平, 呂能超, 吳超仲, 杜江偉, 褚端峰, 馬杰, 黃珍 申請人:武漢理工大學