基于駕駛員意圖及行駛場景判斷的智能駕駛模式識別策略

鄭羿方 盧萍

摘 要：目前市面上的乘用車大多具備一個以上的駕駛模式供選擇，有些車型甚至可以提供車主自定義的駕駛模式，從而滿足駕駛員不同場景下的駕駛需求。由于主機廠對駕駛模式的定義具有一定使用場景針對性，可能出現(xiàn)當(dāng)前選定駕駛模式不適合駕駛員的駕駛風(fēng)格，或者當(dāng)駕駛場景發(fā)生改變時，當(dāng)前選定的駕駛模式無法及時滿足駕駛員期望的情況。文章介紹一種駕駛模式識別策略，通過對CAN總線相關(guān)信號實時監(jiān)控，掌握駕駛員輸入，如加速、制動及轉(zhuǎn)向等動作;以及車輛的動態(tài)表現(xiàn)，如車速、縱向加速度及側(cè)向加速度等參數(shù)，并利用建立的模型，對車輛當(dāng)前的行駛交通環(huán)境，駕駛員的駕駛風(fēng)格以及駕駛員的意圖進行綜合判斷，從而實時為駕駛員智能切換更合適的駕駛模式。該策略可滿足駕駛員意圖與駕駛模式相互匹配，從而提升用戶的駕駛主觀體驗。

關(guān)鍵詞：駕駛模式;智能識別;CAN總線

中圖分類號：U467 ?文獻標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-53-05

Strategy for Intelligent Drive Mode Detection Based on Drivers Intensionand Driving Scenario Estimation

Zheng Yifang， Lu Ping

（?GAC R&D Center， Guangdong Guangzhou 511434?）

Abstract：?Nowadays most of the passenger cars on the market offer more than one drive mode， some vehicle models even offer driver self-customized mode in order to satisfy the drivers need under different driving scenarios. However when OEMs are defining those drive modes ，they are specified to be used under certain driving situations， so there are possibilities that the selected drive mode does not match with the driving style of the customers， or when the driving scenario is changed， the current selected drive mode does not satisfy the drivers expectation. This article introduces an intelligent drive mode detection strategy， which by real time monitoring related signals on CAN bus， to master drivers input， such as acceleration， brake and steer maneuver， as well as vehicle dynamic behavior such as speed， longitudinal acceleration and lateral acceleration， and then take advantage of the established model to understand the traffic environment， customer driving style and the drivers intention， in order to intelligently switch to the most appropriate drive mode for the customers. This strategy could realize a good match between the drive mode and the drivers intention， which improves the subjective driving experience of the customers.

Keywords： Drive mode;?Intelligent detection;?CAN bus

CLC NO.： U467?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-53-05

引言

本文介紹一種策略，利用CAN總線信號，獲取駕駛員輸入及車輛動態(tài)表現(xiàn)，通過模型計算，繼而獲取當(dāng)前車輛駕駛交通環(huán)境，駕駛員意圖及駕駛風(fēng)格，從而智能匹配當(dāng)前駕駛條件下的最佳駕駛模式，提升駕駛員的駕駛主觀體驗。目前市場上銷售的乘用車車型，大多提供多于一種的駕駛模式供客戶選擇，典型模式一般有三種，分別為普通模式（Nor?-mal）、經(jīng)濟模式（ECO）和運動模式（Sport）。部分車型結(jié)合配置的不同，可以提供更多的駕駛模式供使用，如越野模式（Off-road）、深雪模式（Deep snow）、全地形模式（ATS）和用戶自定義模式（Individual）等，從而匹配消費者在不同使用場景下對車輛通過性、動力性、燃油經(jīng)濟性等性能的各方面不同需求。汽車主機廠在對駕駛模式進行開發(fā)時，會參照市場目標(biāo)輸入，確定不同駕駛模式的主要使用場景，量化使用場景下性能開發(fā)的目標(biāo)，并在開發(fā)后做主客觀評價，確保駕駛模式的性能水平達成既定的開發(fā)目標(biāo)。然而消費者對每個駕駛模式的使用場景定義了解并不充分，可能出現(xiàn)駕駛行為與所選駕駛模式不相匹配，或者當(dāng)駕駛行為由于交通環(huán)境變化，駕駛風(fēng)格調(diào)整以及駕駛意圖的波動發(fā)生變化時，駕駛員未及時調(diào)整當(dāng)前駕駛模式，產(chǎn)生所選駕駛模式與駕駛意圖不相符，造成駕駛體驗感下降的情況。為了優(yōu)化上述問題，本文介紹一種策略，利用CAN總線相關(guān)信號，首先獲取駕駛員駕駛意圖的相關(guān)輸入，如加速需求，制動需求，轉(zhuǎn)向需求等，以及車輛動態(tài)表現(xiàn)，如速度，縱向加速度，側(cè)向加速度等，將上述信號輸入建立的模型中，獲取包含當(dāng)前行駛交通環(huán)境，駕駛員的駕駛風(fēng)格以及駕駛員當(dāng)前的駕駛意圖等關(guān)鍵信息;隨后根據(jù)智能駕駛模式識別策略，判斷是否需要對當(dāng)前駕駛模式進行切換或維持當(dāng)前駕駛模式，實現(xiàn)駕駛模式自動識別的效果。需要一提的是，由于駕駛模式聯(lián)動的系統(tǒng)數(shù)量隨著車輛配置的增加正在逐漸提升，不僅包含動力總成領(lǐng)域，還有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），車身穩(wěn)定系統(tǒng)（ESC），四驅(qū)系統(tǒng)（AWD），主動懸架系統(tǒng)等等。本文介紹的駕駛模式主要關(guān)聯(lián)動力系統(tǒng)領(lǐng)域，駕駛模式的切換主要改變動力的輸出特性，如發(fā)動機功率輸出曲線，加速踏板MAP等，其他領(lǐng)域系統(tǒng)的性能可根據(jù)模式的切換做適應(yīng)性變化。

1 智能駕駛模式識別策略監(jiān)控的信號

智能駕駛模式識別策略所需的總線信號主要來自六個模塊，分別有：車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESC），電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），車身控制模塊（BCM），發(fā)動機控制單元（EMS），自動變速器控制單元（TCU）以及電子駐車系統(tǒng)（EPB）。智能駕駛模式識別策略既可以集成于發(fā)動機控制單元（EMS），也可以集成于車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)中。本文將策略集成于發(fā)動機控制單元，CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D2：

由上述六個模塊獲取的相關(guān)信號見表1：

上述信號僅為最基本的信號需求，根據(jù)車型配置的不同，還可以進一步追加相關(guān)信號，如具備駕駛輔助配置車型可增加ACCActive（自適應(yīng)巡航激活狀態(tài)），AEBActive（緊急制動激活狀態(tài)）等信號，電動車型可以增加MaxDrvTorq（當(dāng)前最大驅(qū)動能力值）等信號，進一步提升智能模式識別策略的魯棒性。

2 智能駕駛模式識別策略工作框架

智能駕駛模式識別策略工作框架主要包含六大模塊，分別是：（1）功能使能判斷模塊;（2）功能禁用判斷模塊;（3）行駛交通環(huán)境判斷模塊;（4）駕駛員意圖判斷模塊;（5）駕駛風(fēng)格判斷模塊;（6）駕駛模式識別模塊，包含四個子模塊。工作框架見圖三，其中由黑框包圍的模塊為智能駕駛模式識別邏輯主模塊，包含模塊（3）-（6）：

2.1?功能使能判斷模塊

接收來自智能駕駛模式識別啟用按鍵的信號，并結(jié)合其他系統(tǒng)狀態(tài)，判斷是否可以進入智能駕駛模式識別模式，亦可稱自動模式。如出現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)故障，如TCU報過熱保護，或ESC報系統(tǒng)降級等故障，則該模塊不會發(fā)出進入Auto模式指令，車輛將維持在駕駛員選擇的駕駛模式。

2.2?功能禁用判斷模塊

當(dāng)某些功能被激活時，進行駕駛模式的切換可能造成車輛的失穩(wěn)，或駕駛體驗的下降。例如當(dāng)TCS功能激活時，進行駕駛模式切換，可能導(dǎo)致動力響應(yīng)特性（扭矩上升斜率、扭矩限值等）發(fā)生改變，影響TCS的控制邏輯。因此在這種情況下將禁止執(zhí)行駕駛模式切換，車輛維持在相關(guān)功能激活前的駕駛模式不變。

2.3?行駛交通環(huán)境判斷模塊

該模塊用于識別當(dāng)前車輛行駛的交通環(huán)境，主要對以下狀態(tài)進行識別：（1）車輛是否在等候紅綠燈或正在經(jīng)歷擁堵;（2）車輛是否行駛在順暢的城市道路中;（3）車輛是否行駛在近郊快速道;（4）車輛是否行駛在高速公路。

2.4?駕駛員意圖判斷模塊

該模塊對駕駛員的意圖進行判斷，主要對以下意圖進行識別：（1）停車;（2）前進行駛;（3）巡航;（4）超車。

2.5?駕駛風(fēng)格判斷模塊

該模塊結(jié)合行駛交通環(huán)境判斷模塊輸出的結(jié)果，識別駕駛員的駕駛風(fēng)格，例如通過相關(guān)信號識別駕駛員是否有頻繁的加減速請求等動作，最終向外輸出三個判斷結(jié)果，分別是經(jīng)濟駕駛風(fēng)格，普通駕駛風(fēng)格或運動駕駛風(fēng)格。

2.6?駕駛模式識別模塊

該模式接受上述模塊輸入的信息，經(jīng)過模型分析后，將最終輸出是否進行駕駛模式切換以及切換至哪個模式的指令。該模塊包含四個子模塊：（1）駕駛模式預(yù)判斷子模塊：根據(jù)行駛交通環(huán)境，駕駛員意圖及駕駛風(fēng)格模塊的判斷結(jié)果輸出，預(yù)先選定車輛將要進入的駕駛模式;（2）駕駛模式切換判斷子模塊：判斷當(dāng)前狀態(tài)下是否可以進行駕駛模式的切換;（3）駕駛模式切換延遲子模塊：該模塊將過濾頻繁的模式切換請求，保證駕駛主觀感的相對一致;（4）駕駛模式最終切換子模塊：最終執(zhí)行駕駛模式切換的模塊，根據(jù)上述模塊及子模塊的判斷邏輯策略，結(jié)合特定行駛場景對駕駛模式的要求，發(fā)出駕駛模式切換的指令。

3 智能駕駛模式識別策略介紹

3.1 行駛交通環(huán)境判斷模塊輸入與輸出

該模塊包含四個邏輯策略，通過對輸入信號-車速-設(shè)定不同的標(biāo)定閾值，并做計時、延時等處理后，根據(jù)輸出結(jié)果，判斷車輛當(dāng)前所處的行駛交通環(huán)境。輸入與輸出信號見圖4：

（1）紅綠燈等待及擁堵識別策略：判斷車速是否低于車輛停止的速度門限Vstopthres，同時開始計時與計數(shù)，當(dāng)停止時間Tstop大于Ttrafficlight時，判斷車輛已停止，否則則認(rèn)為車輛在等待紅綠燈。此外當(dāng)一段時間內(nèi)速度低于Vstopthres的次數(shù)Tstopcount大于門限值Ttrafficjam時，則認(rèn)為車輛處于擁堵狀態(tài)。該策略輸出三個狀態(tài)位，相互互斥：1）等待紅綠燈;2）停止;3）擁堵。

（2）城市道路行駛識別策略：判斷車速是否低于近郊快速路門限Vsuburb，且未進入等紅綠燈或擁堵，同時開始計時，若低于門限的時間Tvehspd超過門限值Tcity，則判斷車輛進入城市道路行駛，若未超過門限Tcity，則認(rèn)為在向城市道路過渡。該策略輸出兩個狀態(tài)：1）城市道路;2）城市道路過渡。

（3）近郊快速路行駛識別策略：策略同城市道路行駛識別策略，門限值相應(yīng)為Vhighway及Tsuburb。該策略輸出兩個狀態(tài)：1）近郊快速路;2）近郊快速路過渡。

（4）高速公路行駛識別策略：策略同城市道路行駛識別策略，門限值相應(yīng)為Vhighway及Tcity。該策略輸出兩個狀態(tài)：1）高速路;2）高速路過渡。

3.2 駕駛員意圖判斷模塊輸入與輸出

該模塊包含三個邏輯策略，其中最重要的是超車識別策略，通過輸入制動信號，轉(zhuǎn)向信號，轉(zhuǎn)向燈信號、車速信號等，識別當(dāng)前駕駛員是否有超車意圖。輸入與輸出信號見圖5：

前進行駛及停止識別策略較簡單，不單獨做介紹。超車識別策略：結(jié)合駕駛員在實際超車中的行為，首先判斷轉(zhuǎn)向燈是否激活，若激活，則繼續(xù)判斷此時制動燈是否激活，若激活，則駕駛員可能準(zhǔn)備拐彎，無超車意圖。若未激活，則進一步判斷車速是否超過超車速度門限，避免低速工況下，誤將部分車型為避免起步頓挫，弱化低速加速踏板map動力輸出靈敏度，導(dǎo)致駕駛員深踩加速踏板的行為認(rèn)為是在超車;同時對加速踏板開度及轉(zhuǎn)向角度進行判斷，若均超過標(biāo)定的閾值，且維持的時間Tcount大于標(biāo)定的閾值Tovertake，則認(rèn)為駕駛員此時有超車意圖，將輸出超車的狀態(tài)位。

3.3 駕駛風(fēng)格判斷模塊輸入與輸出

該模塊主要包含兩項策略，基于車輛動態(tài)的駕駛風(fēng)格判斷策略以及基于駕駛員行為的駕駛風(fēng)格判斷策略。分別基于車輛的動態(tài)，如速度，側(cè)向加速度，縱向加速度等，以及駕駛員行為，如轉(zhuǎn)向次數(shù)，踩下制動踏板次數(shù)等，對駕駛風(fēng)格進行判斷，輸入與輸出信號見圖6：

（1）基于車輛動態(tài)的駕駛風(fēng)格判斷策略：將車速，縱向加速度及側(cè)向加速度，導(dǎo)入車輛動態(tài)因子方程Dynamic_?Index（t）中，方程不展開介紹，通過方程可以得出一個反映車輛當(dāng)前駕駛動態(tài)激烈性的數(shù)值。當(dāng)該數(shù)值落入相應(yīng)區(qū)間時，則輸出對應(yīng)駕駛風(fēng)格：1）Dynamic_Index_Eco;2）Dynamic_?Index_Standard;3）Dynamic_Index_Sport。

（2）基于駕駛員行為的駕駛風(fēng)格判斷策略：通過對轉(zhuǎn)向角度，車速，制動燈激活狀態(tài)等信號大于閾值，或激活狀態(tài)的次數(shù)進行計數(shù)，當(dāng)在一段周期內(nèi)上述計數(shù)值落入相應(yīng)標(biāo)定的范圍時，則輸出對應(yīng)駕駛風(fēng)格：1）Driver_Style_Eco;2）Driver_Style_Standard;3）Driver_Style_Sport。

3.4 駕駛模式識別模塊輸入與輸出

3.4.1?駕駛模式預(yù)判斷子模塊輸入與輸出

該子模塊接受前三個模塊的輸出結(jié)果，包括行駛交通環(huán)境，駕駛風(fēng)格等狀態(tài)，通過內(nèi)部策略，對模式切換做預(yù)判斷，輸入與輸出信號見圖7：

該子模塊通過協(xié)調(diào)Drivr_Index_Y輸出的模式風(fēng)格與Dynamic_Index_X輸出的模式風(fēng)格，獲得初步的駕駛模式。首先根據(jù)行駛交通環(huán)境，區(qū)分成非高速路行駛及高速路行駛兩種策略。在高速路行駛時，初步的駕駛模式更傾向于使用Eco模式，以達到節(jié)能減排的效果。此外，基于駕駛員行為獲得的模式風(fēng)格Drivr_Index_Y優(yōu)先級高于基于車輛動態(tài)獲得的模式風(fēng)格Dynamic_Index_X，在Count（t）特定時間內(nèi)，初步的駕駛模式就為Y對應(yīng)的駕駛模式。如果在超過特定時間之后Y與X依然未能達成一致，則初步的駕駛模式切換為X對應(yīng)駕駛模式。該模塊最終輸出的結(jié)果為Pre-select Mode_?X，X可以是：1）Eco;2）Standard;3）Sport。

3.4.2?駕駛模式切換判斷子模塊輸入與輸出

該模式接受駕駛模式預(yù)判斷子模塊及行駛交通環(huán)境判斷模塊的輸出結(jié)果，對當(dāng)前行駛狀態(tài)下是否可進行駕駛模式的切換進行判斷，輸入與輸出信號見圖8：

當(dāng)車輛正在等待紅綠燈或經(jīng)歷擁堵時，不允許駕駛模式的切換。在行駛交通環(huán)境未完成切換時，也不允許駕駛模式的切換。此外，在行駛中如果踩下制動踏板，在一定時間內(nèi)，也不允許執(zhí)行模式切換。車輛維持當(dāng)前駕駛模式行駛。該模塊最終輸出的結(jié)果為Mode_check_X，X可以是：1）Eco;2）Standard;3）Sport。

3.4.3?駕駛模式切換延遲子模塊輸入與輸出

該模塊加入模式切換計時邏輯，對來自駕駛模式切換判斷子模塊的輸出結(jié)果進行計時，當(dāng)輸出結(jié)果變化過于頻繁時，將對其進行過濾處理。輸入與輸出信號見圖9：

當(dāng)t時刻從駕駛模式切換判斷子模塊接受輸出模式Mode_check_Xt，時，駕駛模式切換延遲子模塊開始計時，在t+1時刻再次接受輸出模式時，計時停止，并與標(biāo)定的模式過濾時間閾值Tfilter進行對比，如果時間間隔太短，則過濾該模式輸出，并繼續(xù)計時，直至?xí)r間間隔大于標(biāo)定的閾值。該模塊最終輸出的結(jié)果為Mode_Delay_X，X可以是：1）Eco;2）Standard;3）Sport。

3.4.4?駕駛模式最終切換子模塊輸入與輸出

該模塊主要對特定的駕駛意圖下的模式做確認(rèn)，如果處在如停車或者超車等情況下，將直接對駕駛模式進行切換，縮短邏輯判斷環(huán)節(jié)，否則將執(zhí)行上一個模塊的輸出結(jié)果。輸入與輸出信號見圖10。

本模塊接受駕駛員意圖模塊的輸出結(jié)果及駕駛模式切換延遲子模塊的輸出結(jié)果。一般情況下將直接執(zhí)行上一個模式的輸出結(jié)果，但當(dāng)車輛停止?fàn)顟B(tài)激活時，模式自動切換為Eco模式，減少能量消耗。而當(dāng)超車狀態(tài)激活時，立即切換為Sport

模式，保證車輛的動力性。由于上述兩個駕駛行為發(fā)生頻繁，尤其是超車行為，動力響應(yīng)必須及時，因此由最后一個模式進行處理，可以減少邏輯判斷過程，提升系統(tǒng)響應(yīng)時間。當(dāng)上述狀態(tài)未激活時，將輸出最終的駕駛模式狀態(tài)，車輛完成駕駛模式的切換。該模塊最終輸出的結(jié)果為Mode_Final_X，X可以是：1）Eco;2）Standard;3）Sport。

4 結(jié)論

本文介紹了一種控制策略，利用CAN總線信號，提取駕駛員行為及車輛動態(tài)表現(xiàn)，通過模型分析，獲取當(dāng)前車輛及駕駛員的狀態(tài)，判斷駕駛員是否有駕駛意圖的變化，車輛行駛環(huán)境是否改變。并將分析結(jié)果輸入智能駕駛模式識別模塊中，通過設(shè)定的邏輯，并結(jié)合延時，計時等手段，保證模式切換的魯棒性。該模式可集成與EMS，ESC等系統(tǒng)中，實現(xiàn)智能的駕駛模式識別功能。

參考文獻

[1] 高晨宵.純電動汽車駕駛行為預(yù)測和駕駛模式識別[D]，大連理工大學(xué).