CN110203202A - 一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法及装置，本首先通过驾驶员头部运动信息识别初步的换道意图，再通过车辆信息和车路信息确认驾驶员换道意图，根据识别的意图，开启转向灯和激光雷达，为换道动作风险判定提供支持，辅助驾驶员进行安全换道；本发明智能化程度高，能在换道过程中对目标车道后方车辆进行准确观测，降低换道风险。

Description

一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车行驶安全领域，具体涉及一种基于驾驶员意图识别的换 道辅助预警装置及方法。

背景技术

近十年来，我国汽车保有量逐年提升，随之带来的道路行驶安全问题已 经是非常严峻，据统计，由于驾驶员的操作失误而引起的交通事故占总事故 的90％。在换道过程中，驾驶员不仅需要观察当前车道前方车辆，以及目 标车道前方车辆的行驶情况，还需要观察目标车道后方是否有快速逼近的车 辆会威胁到本次换道的动作，这个观察过程会持续整个换道过程。当驾驶员 判断此次换道动作有较高风险时，则会放弃换道，对驾驶员的注意力以及驾 驶技巧有较高的要求。

驾驶员在观测左右后视镜时，同时也伴随着在判断当前左右目标车道是 否具有换道条件，当驾驶员形成初步换道意图后，往往会因为各种因素而撤 销产生的换道意图，驾驶员的意图识别较为困难。

此外，转向灯是后方车辆驾驶员对前方车辆行驶状态和驾驶员意图进行 判断的一个重要指标，许多驾驶员在进行换道动作时，有不开启转向灯的不 良习惯，统计数据表明驾驶员在换道前，转向灯开启率只有50％，不良的 驾驶习惯会带来一些列的交通安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于驾驶员意图识别的换 道辅助预警方法及装置，通过对驾驶员的换道意图进行识别，为驾驶员进行 安全换道提供辅助预警作用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，包括以下步骤；

步骤1，采集车辆的行驶速度，当行驶速度大于预设值时，采集驾驶员 头部运动信息；

步骤2，驾驶员头部运动信息采集仪器采集设定时间内驾驶员头部转动 信息，得到水平转角标准差SD和头部开始转动至回正持续时间T；

当水平转角标准差SD和持续时间T均大于预设的对应值，则确定驾驶 员有初步换道意图，执行步骤3，否则执行步骤1；

步骤3，采集车辆方向盘转角、方向盘转角速度、车辆与车道线的距离 和车辆侧向速度，输入至神经网络意图识别模型中，神经网络意图识别模型 输出为1时，确认换道意图，执行步骤4，输出为0时，则执行步骤1；

步骤4，采集车辆与后车的相对速度△V和相对距离△L，并与预设的相 对速度△V和相对距离△L进行比较，输出换道风险结果。

优选的，步骤1中当车辆速度大于30km/h时，采集驾驶员头部运动信 息。

优选的，步骤2中水平转角标准差SD≥8.9°，且持续时间T≥1s时， 确定驾驶员有初步换道意图。

优选的，步骤3确定换道意图后，检测车辆是否开启转向灯，如果没有 开启，则开启转向侧的转向灯。

优选的，步骤4中当△L≤40m且△V＞10km、△L≤80m且△V＞20km/h 或△L≤100m且△V＞30km/h时，则当前换道动作存在风险。

本发明还提供了一种用于实现上述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警 方法的装置，包括车速传感器、驾驶员头部运动信息采集仪、方向盘力矩传 感器、车道线识别系统、激光雷达和数据信息处理器；

速度传感器，用于采集车辆前进的速度以及侧向移动速度；

驾驶员头部运动信息采集仪器，用于采集头部从转动到回正的转动时间 T，以及驾驶员的头部运动转角，并根据运动转角得到水平转角标准差SD；

方向盘力矩传感器，用于采集车辆方向盘转角和方向盘转角速度；

车道线识别系统，用于采集车辆与车道线的距离；

激光雷达，用于采集车辆与后车的相对速度和相对距离；

数据信息处理器根据接收的车辆参数和驾驶员的运动参数确定驾驶员的 换道意图，并输出换道风险结果。

优选的，所述速度传感器安装于车辆前轮；驾驶员头部运动信息采集仪 器安装于仪表板上方，且摄像头朝向驾驶员头部；方向盘力矩传感器安装于 方向盘后方并与方向盘连接；车道线识别系统安装于前挡风玻璃的上端；激 光雷达安装于车辆后保险杠上。

优选的，还包括用于输出语音提醒的预警器，其安装于车内仪表盘上， 预警器与数据信息处理器连接。

优选的，所述驾驶员头部运动信息采集仪器为faceLAB5头部运动追踪 仪。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，可以在多种复杂 交通路况下工作，对驾驶员向左侧换道或向右换道提供预警作用；在工作时， 根据驾驶员驾驶意图，并根据驾驶意图开启即将转向一侧的转向灯，为后方 车辆提供预警作用；同时通过激光雷达监测目标车道后方车辆的行驶状态， 为驾驶员进行换道动作时，提供辅助预警，降低交通风险。

本发明一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警装置，通过车速传感器 实时采集车速，作为驾驶意图识别程序的触发条件；通过对驾驶员头部运动 信息采集仪采集驾驶员的头部水平运动信息，作为初步驾驶意图的判别条件； 通过方向盘力矩传感器和车道线识别系统采集方向盘转角、方向盘转角速度 和车辆与车道线的距离，以及通过速度传感器采集到的车辆横向速度，作为 确认驾驶意图模型的输入；通过激光雷达采集目标车道后方的行驶工况，得 到目标车辆与本车的相对速度和相对距离，得到当前换道动作是否具有风险， 通过预警器进行换道风险提示，提高交通安全程度。该装置智能化程度高， 工作可靠，无需驾驶员的额外操作，即可自行开启，给驾驶员提供辅助驾驶 功能，降低交通风险。

附图说明

图1为本发明的预警装置结构示意图；

图2为本发明的预警方法流程图；

图3为本发明的换道场景示意图；

图4为本发明在换道时车道线识别系统采集的车辆前轮与车道线距离示 意图；

图5为本发明在换道时faceLAB5头部运动追踪仪对驾驶员头部运动区 域进行划分示意图；

图中：1、车速传感器，2、驾驶员头部运动信息采集仪，3、方向盘力 矩传感器，4、车道线识别系统，5、激光雷达，6、数据信息处理器，7、预 警器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。

如图1，一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警装置，包括车速传感 器1、驾驶员头部运动信息采集仪2、方向盘力矩传感器3、车道线识别系 统4、激光雷达5、数据信息处理器6和预警器7。

速度传感器1，用于采集车辆前进的速度以及侧向移动速度。

驾驶员头部运动信息采集仪器2，用于采集驾驶员的头部运动信息，包 括头部运动转角，以及头部运动从开始转动到回正时的持续时间。

方向盘力矩传感器3，用于采集车辆方向盘转角和方向盘转角速度。

车道线识别系统4，用于采集车辆两侧与车道线的距离。

激光雷达5，用于采集目标车道后方车辆与本车的相对速度和相对距离。

数据信息处理器6，包括接收单元、处理单元和输出单元。

接收单元分别与速度传感器1、驾驶员头部运动信息采集仪器2、方向 盘力矩传感器3、车道线识别系统4、激光雷达5的连接，用于接收上述设 备采集的信息。

接收单元，用于接收车辆的行驶速度、头部运动转角、转动时间、车辆 方向盘转角、方向盘转角速度、车辆与车道线的距离以及后车与本车的相对 速度和相对距离的参数，并输出给处理单元。

处理单元，当行驶速度大于预设行驶速度时，根据驾驶员的头部运动信 息确定驾驶员的初步换道意图。

确认初步换道意图后，将车辆方向盘转角、方向盘转角速度、车辆侧边 与车道线的距离，以及车辆侧向速度输入至训练过的神经网络意图识别模型 中，确认驾驶员的换道意图。

确认换道意图后，根据同车道的后车与本车的相对速度△V和相对距离 △L，输出当前换道动作的风险评定结果。

输出单元用于输出处理单元的风险评定结果。

预警器7根据接收的风险评定结果输出预警提示，即提示驾驶员当前换 道动作是否具有风险。

在本发明的优选实施例中，速度传感器1安装于车辆右前轮上采集车辆 的速度信息；驾驶员头部运动信息采集仪器2为faceLAB5头部运动追踪仪， 其安装固定于仪表板上方，摄像头朝向驾驶员头部，采集驾驶员头部运动信 息；方向盘力矩传感器3安装于方向盘后方，并与方向盘连接，采集方向盘 转角和方向盘转角速度；车道线识别系统4安装于前挡风玻璃的上端，采集 车辆两侧与车道线的距离；激光雷达5安装于车辆后保险杠上方位置；数据 信息处理器6设置在车体内；预警器7安装于车内仪表盘一侧。

如图2-5，一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，包括以下步 骤；

步骤1，车速传感器1采集当前车辆的行驶速度进行采集，作为后续驾 驶员意图识别程序的触发条件，当车辆速度大于30km/h时，驾驶员头部运 动信息采集仪器2采集驾驶员头部运动信息；反之，则不采集。

步骤2，确定初步换道意图。

具体为：当驾驶员头部运动信息采集仪器2检测驾驶员第一次转动头部 至左侧或右侧区域时，设转动时刻为时间窗口的起始点，设定的时间窗口为 5s；对时间窗口内采集到的驾驶员头部转动信息进行分析，得到水平转角标 准差SD和头部开始转动至回正持续时间T，将采集的水平转角标准差SD和 持续时间T与预设的水平转角标准差SD和持续时间T进行比较，判定驾驶 员的初步换道意图：若SD≥8.9°且T≥1s，则认为驾驶员有初步换道意图。

在时间窗口内，若驾驶员头部运动落在左侧区域，则认为驾驶员有向左 换道的意图；若驾驶员头部运动落在右侧区域，则认为驾驶员有向右侧换道 的意图。

步骤3，确定换道意图。

具体为：方向盘力矩传感器3采集车辆方向盘转角和方向盘转角速度， 车道线识别系统4采集车辆前轮与车道线的距离，车速传感器1采集的车辆 侧向速度，输出到数据信息处理器6中的经过离线训练过的神经网络意图识 别模型中，神经网络模型为三层结构，其输入层神经元个数为4个，隐藏层 神经元个数为9个，输出层为1个神经元；

具体的，所述的神经网络为BP神经网络，输入有四个，分别为车辆方 向盘转角、方向盘转角速度、车辆前轮距车道线的距离和车辆侧向速度，神 经网络的输出为1或0，1表示确认换道意图，0表示无换道。

神经网络的学习训练过程由正向传播和反向传播组成；

正向传播是计算网络的输出。

首先：隐层神经元的输入为所有输入的加权之和，如下；

其中，x_i和x_j分别为输入层和隐藏层的神经元，w_ij为输入层和隐藏层之 间的权值；i∈[1,2,3,4]，j∈[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。

隐层神经元的输出x_j′采用sigmoid激活函数，e为自然对数； 可知输出层神经元的输出为

其中，o为输出层神经元的输出；w_jo为隐藏层和输出层之间的权值， j∈[1,2,3,4,5,6,7,8,9]；由于输出层只有一个神经元，所以o的编号不变。

网络输出与理想输出o_i的误差为e＝o_i-o；损失函数为

其中，e为网络输出与理想输出的误差，o_i为理想输出，E为损失函数 表征符号。

反向传播调整各层间的权值，采用梯度下降法，输出层及隐层的连接权 值w_jo学习算法为

其中，η为学习速率，η∈[0,1]；

隐层和输入层连接权值

其中，

进一步的，在训练过程中，正向传播时，输入信息从输入层经过隐层逐 层处理，并传向输出层，每层神经元的状态只影响下一层神经元状态。如果 不能得到所期望的输出，开始反向传播，将误差信号按反方向计算，由梯度 下降法调整各层神经元的权值，将误差信息减小。

步骤4，当确认换道意图后，检测车辆转向灯是否开启，如果没有开启， 则开启相应一侧转向灯，同时开启车辆后方的激光雷达5,如图3所示的换 道场景示意图。

数据信息处理器6接收到激光雷达5发送过来的目标车道后方车辆与本 车的相对速度△V和相对距离△L，在换道过程中，目标车道后方的目标车 辆与本车的相对运动参数，该运动参数直接影响着本车当前换道动作的风险 程度。

其阈值划分为：当△L≤40m，△V＞10km/h；△L≤80m，△V＞20km/h； △L≤100m，△V＞30km/h；当相对速度△V和相对距离△L满足其中任一阈 值范围，则认为当前换道动作存在风险。

工作时，通过车速传感器1实时采集当前车速，数据信息处理器6对当 前车速进行判断是否可以进行意图识别初步识别，当车速满足设定阈值后， 在设定的时间窗口内，通过驾驶员运动信息采集仪器2对驾驶员头部转动信 息进行分析，并根据设定的阈值判断是否能形成初步换道意图，当形成初步 换道意图后，通过将方向盘力矩传感器3采集车辆方向盘转角和方向盘转角 速度、车道线识别系统4采集车辆前轮与车道线的距离、车速传感器1采集 的车辆侧向速度数据输入到数据信息处理器6中经过离线训练过的神经网络 意图识别模型中，得到确定的换道意图，此时打开转向灯，同时开启车辆后 方的激光雷达5，通过激光雷达5检测目标车道后方车辆与本车的相对行驶 参数，数据信息处理器6通过分析等到当前换道动作是否具有风险，将判定 结果发送到预警器7，通过预警器7提醒驾驶员当前换道动作是否存在风险， 辅助驾驶员进行换道动作。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落 入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1，采集车辆的行驶速度，当行驶速度大于预设值时，采集驾驶员头部运动信息；

步骤2，驾驶员头部运动信息采集仪器(2)采集设定时间内驾驶员头部转动信息，得到水平转角标准差SD和头部开始转动至回正持续时间T；

当水平转角标准差SD和持续时间T均大于预设的对应值，则确定驾驶员有初步换道意图，执行步骤3，否则执行步骤1；

步骤3，采集车辆方向盘转角、方向盘转角速度、车辆与车道线的距离和车辆侧向速度，输入至神经网络意图识别模型中，神经网络意图识别模型输出为1时，确认换道意图，执行步骤4，输出为0时，则执行步骤1；

步骤4，采集车辆与后车的相对速度△V和相对距离△L，并与预设的相对速度△V和相对距离△L进行比较，输出换道风险结果。

2.根据权利要求1所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，其特征在于，步骤1中当车辆速度大于30km/h时，采集驾驶员头部运动信息。

3.根据权利要求1所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，步骤2中水平转角标准差SD≥8.9°，且持续时间T≥1s时，确定驾驶员有初步换道意图。

4.根据权利要求1所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，其特征在于，步骤3确定换道意图后，检测车辆是否开启转向灯，如果没有开启，则开启转向侧的转向灯。

5.根据权利要求1所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法，其特征在于，步骤4中当△L≤40m且△V＞10km、△L≤80m且△V＞20km/h或△L≤100m且△V＞30km/h时，则当前换道动作存在风险。

6.一种用于实现权利要求1-5任一项基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法的装置，其特征在于，包括车速传感器(1)、驾驶员头部运动信息采集仪(2)、方向盘力矩传感器、车道线识别系统(4)、激光雷达(5)和数据信息处理器(6)；

速度传感器(1)，用于采集车辆前进的速度以及侧向移动速度；

驾驶员头部运动信息采集仪器(2)，用于采集头部从转动到回正的转动时间T，以及驾驶员的头部运动转角，并根据运动转角得到水平转角标准差SD；

方向盘力矩传感器(3)，用于采集车辆方向盘转角和方向盘转角速度；

车道线识别系统(4)，用于采集车辆与车道线的距离；

激光雷达(5)，用于采集车辆与后车的相对速度和相对距离；

数据信息处理器(6)根据接收的车辆参数和驾驶员的运动参数确定驾驶员的换道意图，并输出换道风险结果。

7.根据权利要求6所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法的装置，其特征在于，所述速度传感器(1)安装于车辆前轮；驾驶员头部运动信息采集仪器(2)安装于仪表板上方，且摄像头朝向驾驶员头部；方向盘力矩传感器(3)安装于方向盘后方并与方向盘连接；车道线识别系统(4)安装于前挡风玻璃的上端；激光雷达(5)安装于车辆后保险杠上。

8.根据权利要求6所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法的装置，其特征在于，还包括用于输出语音提醒的预警器(7)，其安装于车内仪表盘上，预警器(7)与数据信息处理器(6)连接。

9.根据权利要求6所述基于驾驶员意图识别的换道辅助预警方法的装置，其特征在于，所述驾驶员头部运动信息采集仪器(2)为faceLAB5头部运动追踪仪。