[發明專利]一種用于評價人機共駕可靠性的實驗平臺

在審

• 申請號: 201711440380.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN107871418A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 施樹明;徐超;岳柄劍;牟宇;李文茹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G09B9/04
• 分類號: G09B9/04;G09B9/052
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 姜姍姍

技術領域

本發明屬于自動駕駛模擬實驗技術領域，更具體地說，本發明涉及一種用于評價人機共駕可靠性的實驗平臺。

背景技術

隨著汽車技術的發展，無人駕駛已然成為汽車領域的一個必然趨勢。然而要實現完全自動駕駛是需要一個過程的，在這之前的自動駕駛車輛是不能完全脫離人的。一方面，當前的自動駕駛技術還不夠成熟，比如感知部分傳感器的局限性，亦或是決策部分控制算法不完善；另一方面，自動駕駛實際的道路實驗數據量還遠遠不夠。在實現完全的無人駕駛之前，自動駕駛車輛都將處于人機共駕的階段。由于人的復雜性和可靠性以及自動駕駛車輛自動化程度和可靠性的不同，導致人機共駕行為極其復雜，難以通過簡單理論計算確定其可靠性，所以進行相應的人機共駕實驗顯得尤為重要，需要開發相關的實驗平臺。

汽車駕駛實驗主要分為道路實驗和虛擬實驗兩種。在自動駕駛測試階段，車輛的可靠性尚未得到保障，這時如果在實際的道路上進行實驗，不僅會存在很大的安全隱患還需要投入大量的成本。采用虛擬實驗(駕駛員在駕駛模擬器上進行虛擬駕駛實驗)可以很好地解決這一問題，但是現有的駕駛模擬器還沒有人機共駕的功能，也沒有自動駕駛系統故障模擬的功能，這阻礙了人機共駕實驗的開展，影響了人機共駕型智能車的開發。因此，本發明提出一種用于人機共駕的人在環虛擬實驗平臺。

發明內容

本發明提出的一種用于評價人機共駕可靠性實驗平臺，基于Matlab平臺搭配市場上隨處可見的含加速踏板和制動踏板方向盤搭建了一種評價人機共駕行為的實驗系統，設計了自動駕駛模塊和人機交互界面，構建了故障生成和控制切換檢測模塊，形成了一整套人機共駕可靠性實驗方法。對照現有駕駛模擬器不具備人機共駕功能、自動駕駛系統故障模擬功能、成本高、可開發性差等問題，本發明具有結構簡單、操作簡便、易于安裝、性能可靠、價格低易于普及的優點，而且具有很好的二次開發性，對于人機共駕可靠性的研究有著重要的應用價值。

本發明的技術方案如下：

一種用于評價人機共駕可靠性實驗平臺，由虛擬場景顯示屏、裝有基于Matlab/3D animation工具箱的PC機以及含油門和制動踏板的方向盤組成；

所述顯示屏：用于以駕駛員視角向實驗駕駛人員展示駕駛車輛行駛過程中的虛擬周邊道路場景；

所述含油門和制動踏板的方向盤：方向盤上包含按鍵，可發出數字信號用于駕駛員在自動駕駛模式和手動駕駛模式間切換，同時可用于手動駕駛模式下向PC機發送駕駛員的對車輛操控的輸入信號；

所述裝有基于Matlab/3D animation工具箱的PC機：用于實時運行程序處理車輛運行信息以及駕駛員輸入參數信息；由交通場景模塊、智能車模塊以及駕駛行為管理模塊組成；所述的駕駛行為數據管理模塊包括數據記錄模塊和碰撞檢測模塊；所述的智能車模塊包括手動駕駛模塊、自動駕駛模塊、駕駛模式切換模塊、車輛動力學模塊以及故障輸入模塊；所述的交通場景模塊與數據記錄模塊連接；所述的手動駕駛模塊與方向盤的制動踏板信號連接；所述的自動駕駛模塊與交通場景模塊連接，從交通場景模塊獲取的信息按照設定的自動駕駛控制算法給出控制信號；所述的自動駕駛模塊與故障輸入模塊連接，發生故障時按照設定好的故障模式輸出錯誤的控制信號，控制信號通過駕駛模型判別輸出的方向盤轉角以及加速踏板制動踏板信號輸入車輛動力學模塊；所述車輛動力學模型與交通場景模塊連接，所述的駕駛模式切換模塊用于切換自動駕駛模式與手動駕駛模式對車輛量的控制權，與自動駕駛模塊、手動駕駛模塊和車輛動力學模塊連接；所述的數據記錄模塊用于記錄人機共駕實驗過程中車輛行駛數據以及駕駛員操作數據，與交通場景模塊、故障輸入模塊、手動駕駛模塊、碰撞檢測模塊連接；所述的碰撞檢測模塊獲取動態虛擬場景三維模型中的信息從而判別智能車是否發生碰撞，與數據記錄模塊、交通場景模塊連接。

所述的交通場景模塊包括靜態虛擬場景三維模型和動態虛擬場景三維模型，靜態虛擬場景三維模型包括道路、車道線、標識牌以及周邊環境；動態虛擬場景三維模型包括主車輛、交通流以及突發性事件。所述的交通流模型由GM跟馳模型和Gipps換道模型組成。

所述的故障輸入模塊用三參數威布爾分布來描述自動駕駛系統的失效行為，其失效概率表示為：在實驗開始時按照平均分布產生一個0到1之間隨機數，將其帶入失效概率反函數F^-1，模擬出該智能車自動駕駛系統出現故障的里程，當行駛總里程達到該里程時，判定自動駕駛系統發生故障，通過改變威布爾分布的參數，可以模擬自動駕駛系統不同的失效行為。