[發(fā)明專利]一種基于人-車-路模型的腦-控車輛的腦-機(jī)接口參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410816042.2
• 申請(qǐng)日: 2014-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN104462716A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢路拯;范新安;王明濤;滕騰;陸赟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于人-車-路模型的腦-控車輛的腦-機(jī)接口參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。具體是指，結(jié)合腦-控駕駛員車輛駕駛模型、車輛動(dòng)力學(xué)模型以及道路模型建立基于運(yùn)動(dòng)控制的人-車-路模型。通過調(diào)整腦-控駕駛員的特性——腦-控的準(zhǔn)確度和響應(yīng)時(shí)間以及車輛的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(如：車重、軸距、轉(zhuǎn)向慣量等)，分析腦-控車輛的駕駛性能。為腦-控車輛的腦-機(jī)接口參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用提供依據(jù)。本發(fā)明屬于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、信息技術(shù)領(lǐng)域和車輛工程領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。

背景技術(shù)

汽車的誕生提高了人們的交通和運(yùn)輸效率，豐富了人們的生活，改變了人們的出行方式。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和車輛生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，車輛的持有量不斷增加，地域之間的距離也在不斷的縮小。但是，對(duì)于肢體正常的人而言,在經(jīng)過一定的訓(xùn)練之后，均能夠比較安全可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的駕駛。然而，對(duì)于肢體運(yùn)動(dòng)障礙的患者而言，能夠到室外進(jìn)行活動(dòng)，則成為了其很難實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。

現(xiàn)有的助殘移動(dòng)設(shè)備中，主要輪椅為主。普通的輪椅需要有外力推動(dòng)輪椅進(jìn)行移動(dòng)，或者通過輪椅使用者自身轉(zhuǎn)動(dòng)輪椅的雙輪進(jìn)行移動(dòng)；而智能輪椅以電動(dòng)輪椅為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的電動(dòng)輪椅的基礎(chǔ)上，增加了各種計(jì)算控制單元，傳感檢測(cè)單元等智能設(shè)備，通過計(jì)算控制單元將手柄控制電壓的變化信號(hào)傳輸給電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能輪椅的控制。然而對(duì)于四肢均不能有效操作的高位截癱患者而言，操作手柄也是一件很困難的事情。因此研究者根據(jù)不同的人群，研發(fā)出不同的適合各種人群的智能輪椅，如：適合肢體能動(dòng)性比較好的人群的操作桿控制、按鍵控制等方式，適合肢體能動(dòng)性比較差的人群的語音控制、肌電信號(hào)控制以及腦電控制等方式。

基于腦電的控制方式，直接建立了人大腦和被控物理設(shè)備(例如智能輪椅)之間的溝通，能夠?qū)⒂脩舻囊鈭D直接通過大腦傳遞給運(yùn)動(dòng)控制單元。實(shí)現(xiàn)完全不通過肢體運(yùn)動(dòng)或其它身體運(yùn)動(dòng)的對(duì)外界物理設(shè)備的控制。能夠滿足肢體嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙者移動(dòng)的需求。為了能夠進(jìn)一步提高肢體殘疾患者的移動(dòng)能力，研究者在腦-控輪椅研究的基礎(chǔ)上提出了腦-控車輛的概念，并采用傳統(tǒng)的車輛實(shí)現(xiàn)了腦電信號(hào)對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)控制。

為了能夠比較快速方面的分析車輛的駕駛性能，現(xiàn)有的研究者對(duì)正常駕駛員駕駛車輛進(jìn)行建模，通過模型中各種參數(shù)的調(diào)整，分析各種不同的駕駛?cè)蝿?wù)，不同駕駛風(fēng)格以及不同特性的車輛情況下的車輛駕駛性能。而現(xiàn)有的腦-控車輛運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)旨在說明采用腦電信號(hào)控制車輛運(yùn)動(dòng)的可行性。腦-控車輛作為適用于特殊人群的一種高速移動(dòng)設(shè)備，現(xiàn)有的研究成果均沒有給出一種方法對(duì)腦-控駕駛員的要求、車輛使用的要求以及車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求提供指導(dǎo)。在這一領(lǐng)域中，基于腦-控駕駛員模型的腦-控車輛駕駛性能測(cè)試方法還是一個(gè)空白。

綜上所述，如果能夠?qū)δX-控駕駛過程進(jìn)行建模，就可以通過模型中的各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整，來模擬不同的駕駛員條件、車輛特性等，為腦-控車輛駕駛性能的測(cè)試提供理論依據(jù)，更有利于腦-控車輛的使用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于人-車-路模型的腦-控車輛的腦-機(jī)接口參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。該方法主要應(yīng)用于腦-控車輛的動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)、腦-控識(shí)別模型的參數(shù)選擇以及腦-控駕駛性能測(cè)試，借助于虛擬仿真平臺(tái)，考慮腦-控駕駛員的駕駛特性，對(duì)腦-控車輛的動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及腦-機(jī)接口參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

該測(cè)試方法及系統(tǒng)包括人-車-路模型和信息儲(chǔ)存模塊。其中人-車-路模型包括：腦-控駕駛員模型、BCI識(shí)別模型、控制規(guī)則、執(zhí)行器模型、車輛模塊以及虛擬測(cè)試道路環(huán)境模塊。

腦-控駕駛員模型模擬腦-控駕駛員決策腦-控駕駛的操作；BCI識(shí)別模型模擬駕駛員進(jìn)行具體的BCI操作；控制規(guī)則用于實(shí)現(xiàn)將定性的控制命令轉(zhuǎn)化為具體的控制量；執(zhí)行器模型用于執(zhí)行由控制規(guī)則獲得控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)；車輛模型則是由專業(yè)的汽車軟件提供的14自由度的汽車模型，該模型用于模擬真車；虛擬測(cè)試道路環(huán)境模塊是根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，通過虛擬現(xiàn)實(shí)建立測(cè)試所需的道路和路況。

信息儲(chǔ)存模塊，采集和儲(chǔ)存仿真測(cè)試過程中的數(shù)據(jù)；腦-控駕駛員模型模擬人在駕駛過程中對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入。腦-控車輛的駕駛性能是本發(fā)明方法的測(cè)試對(duì)象。

其中腦-控駕駛員模型主要包括預(yù)瞄模塊、預(yù)測(cè)模塊、方向盤轉(zhuǎn)角增量決策模塊以及預(yù)期控制命令決策模塊。方向盤轉(zhuǎn)角增量決策模塊是根據(jù)預(yù)瞄模塊得到的預(yù)期軌跡和預(yù)測(cè)模塊計(jì)算的汽車行駛的預(yù)測(cè)軌跡之間的偏差，經(jīng)PD控制決策出具體的轉(zhuǎn)角增量，然后由控制策略決策出預(yù)期的控制命令，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)BCI識(shí)別模塊的輸入。