本公開涉及汽車控制領域，具體地，涉及一種控制車輛駕駛的方法及裝置。

背景技術：

腦-機接口技術是指不依賴于傳統外周神經和肌肉組成的運動控制通路，在大腦和外部設備間直接建立連接的人機交互方式。將腦-機接口技術應用于智能駕駛領域，可在人腦意識與汽車系統間建立直接“連結”，實現“意念”控制汽車。

目前，用于實現腦-機接口的eeg(electroencephalography，腦電信號)通常為ssvep(steady-statevisualevokedpotential，穩態視覺誘發電位)、p300等。現有“腦控汽車”方案主要是基于ssvep實現輔助駕駛功能，例如，導航以及音樂控制等?；蛲ㄟ^腦電信號判斷駕駛員疲勞狀態，觸發相應控制或警告功能。但由于腦-機接口技術在識別準確率、傳輸速率和穩定性上存在一定局限性，需要依賴外界視覺刺激系統，不但不能體現駕駛員的主觀意識，且由于駕駛員眼睛注視刺激系統而不能實時關注路況和周圍環境信息，導致安全性大大降低，以及駕駛員長時間駕駛時容易導致駕駛員的視覺疲勞。

由于目前基于腦電信號對汽車進行控制的方式存在上述缺陷，故一種有效的解決措施有待被提出。

技術實現要素：

本公開的目的是提供一種控制車輛駕駛的方法及裝置，用以解決現有技術中基于腦電信號對汽車進行控制安全性較低的問題。

為了實現上述目的，本公開提供一種控制車輛駕駛的方法，采集駕駛員的第一運動想象腦電信號；根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行。

可選的，上述方法還包括：在采集駕駛員的第一運動想象腦電信號之前，在預設時間段內多次采集駕駛員的第二運動想象腦電信號；提取多次采集的第二運動想象腦電信號的特征；使用分類器對提取到的特征進行學習訓練，得到至少兩種運動想象腦電信號的特征；將提取到的至少兩種運動想象腦電信號的特征分別與車輛的至少兩種操作建立對應關系。

可選的，根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行，包括：提取第一運動想象腦電信號的特征，根據預先建立的運動想象腦電信號的特征與車輛的操作之間的對應關系，確定與采集到的第一運動想象腦電信號對應的目標操作，控制車輛執行目標操作。

可選的，上述至少兩種運動想象腦電信號，包括：駕駛員想象控制其身體不同部位所產生的至少兩種運動想象腦電信號。

可選的，上述至少兩種操作包括：車輛左/右轉向操作、車輛前進/后退操作以及車輛停止前進/后退操作。

可選的，采集駕駛員的第一運動想象腦電信號，包括：以預設周期定期采集駕駛員的第一運動腦電想象信號。

可選的，根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行，包括：如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛左轉第一預設角度；如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其右手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛右轉第二預設角度；當車輛的行駛速度大于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛剎車；當車輛的行駛速度等于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛勻速行駛。

為了實現上述目的，本公開還提供一種控制車輛駕駛的裝置，包括：第一采集模塊，用于采集駕駛員的第一運動想象腦電信號；控制模塊，用于根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行。

可選的，上述裝置還包括：第二采集模塊，用于在采集駕駛員的第一運動想象腦電信號之前，在預設時間段內多次采集駕駛員的第二運動想象腦電信號；提取模塊，用于提取多次采集的第二運動想象腦電信號的特征；分類模塊，用于使用分類器對提取到的特征進行學習訓練，得到至少兩種運動想象腦電信號的特征；建立模塊，用于將提取到的至少兩種運動想象腦電信號的特征分別與車輛的至少兩種操作建立對應關系。

可選的，上述控制模塊用于：提取第一運動想象腦電信號的特征，根據預先建立的運動想象腦電信號的特征與車輛的操作之間的對應關系，確定與采集到的第一運動想象腦電信號對應的目標操作，控制車輛執行目標操作。

可選的，上述至少兩種運動想象腦電信號包括：駕駛員想象控制其身體不同部位所產生的至少兩種運動想象腦電信號。

可選的，上述至少兩種操作包括：車輛左/右轉向操作、車輛前進/后退操作以及車輛停止前進/后退操作。

可選的，上述第一采集模塊用于：以預設周期定期采集駕駛員第一的運動腦電想象信號。

可選的，上述控制模塊，包括：第一控制單元，用于如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛左轉第一預設角度；第二控制單元，用于如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其右手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛右轉第二預設角度；第三控制單元，用于當車輛的行駛速度大于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛剎車；第四控制單元，用于當車輛的行駛速度等于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛勻速行駛。

本實施例提供的方案，通過運動想象腦電信號控制汽車駕駛功能，由于運動想象腦電信號為自發的腦電信號，不依賴于外界刺激，避免了駕駛員由于外界視覺刺激導致的視覺疲勞，提高駕駛過程的安全性。

本公開的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本公開的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本公開，但并不構成對本公開的限制。在附圖中：

圖1是本公開涉及的控制車輛駕駛的方法的流程圖；

圖2是本公開涉及的車輛控制系統的結構框圖；

圖3是本公開涉及的訓練系統實現訓練過程的流程圖；

圖4是本公開涉及的對腦電信號進行識別的流程圖；

圖5是本公開涉及的控制車輛駕駛的裝置的結構框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本公開的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。

本公開的實施例提供了一種控制車輛駕駛的方法，圖1是該方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下處理：

步驟101：采集駕駛員的第一運動想象腦電信號；

在本實施例中，可以以預設周期定期的采集駕駛員的運動想象腦電信號，可以設置該預設周期為幾秒鐘，基于此，可以根據一段時間內持續采集到的運動想象腦電信號來實現對車輛的某一完整操作的控制，例如，假設采集周期為1秒，當在10秒鐘內采集到10次運動想象腦電信號，則在該10秒內執行10次該腦電信號對應的對車輛的控制操作。

本實施例提供的方法還可以包括將指定的腦電信號與車輛需執行的操作建立對應關系的步驟，基于此，在步驟101之前，本實施例提供的方法還可以包括：在采集駕駛員的第一運動想象腦電信號之前，在預設時間段內多次采集駕駛員的第二運動想象腦電信號；提取對多次采集的第二運動想象腦電信號的特征；使用分類器對提取到的特征進行學習訓練，得到至少兩種運動想象腦電信號的特征；將提取到的至少兩種運動想象腦電信號的特征分別與車輛的至少兩種操作建立對應關系。其中，車輛的至少兩種操作具體可以包括：車輛左/右轉向操作、車輛前進/后退操作以及車輛停止前進/后退操作。

需要說明的是，在本實施例中，對駕駛員的運動想象腦電信號進行學習訓練的操作并非在用戶每次使用車輛時都需要執行，對于同一用戶來說，在其初次使用汽車時執行完整的一次學習訓練即可。如果其他用戶需要使用當前車輛，則需要重新進行完整的一次學習訓練。

步驟102：根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行。

在采集到駕駛員的第一運動想象腦電信號之后，提取該第一運動想象腦電信號的特征，根據預先建立的運動想象腦電信號的特征與車輛的操作之間的對應關系，確定與當前采集到的運動想象腦電信號對應的目標操作，控制車輛執行目標操作。

其中，車輛的運行狀態具體可以包括車輛行駛的速度，可以通過can(controllerareanetwork，控制器局域網絡)總線得到汽車的車速信息，基于此，根據車輛當前的運行狀態以及采集到的運動想象腦電信號控制車輛運行，包括但不限于以下幾種控制方式：

如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛左轉第一預設角度；

如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其右手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛右轉第二預設角度；

當車輛的行駛速度大于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛剎車；

當車輛的行駛速度等于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛勻速行駛。

以上對本實施例提供的方法的各步驟以及實現原理進行了簡要闡述，以下則對實現該方法的系統進行介紹。

在本實施例中，可以使用腦電信號采集器、腦電信號分析器以及執行器三部分構成的車輛控制系統來實現本實施例提供的方法，該系統的結構框圖如圖2所示。

腦電信號采集器用來采集車輛駕駛員的運動想象腦電信號。該腦電信號采集器包括腦電電極，放大器和發送單元。其中，腦電電極與駕駛員頭皮接觸，用來拾取用戶的腦電信號，不同位置的多個腦電電極可做成腦電帽佩戴在用戶頭上。各腦電電極按順序通過電極線連接到放大器上，放大器對腦電信號進行放大、濾波等處理后發送給腦電信號分析器。用戶進行運動想象時，主要在其感覺運動區的頭皮腦電信號發生變化。因此，在本實施例中，將腦電電極附接到駕駛員的頭皮感覺運動區，可通過該腦電電極測量想象信號在運動神經系統間傳遞時生成的電流。

在本實施例中，在采集到駕駛員的運動想象腦電信號后，需要對該信號進行分析，具體可以利用腦電信號分析器來實現。該腦電信號分析器通過有線或無線通信方式與連接有各腦電電極連接的放大器連接。如果放大器與腦電信號分析器的連接方式為有線通信，則腦電信號采集器的發送單元為連接放大器和腦電信號分析器的電纜線。在該情況下腦電信號分析器的接收單元為與電纜線連接的端口，如usb(通用串行總線，universalserialbus)口或串口。如果放大器與腦電信號分析器的連接方式為無線通信，則腦電信號采集器的發送單元和腦電信號分析器的接收單元可以為無線通信模塊，如藍牙，zigbee，wifi等。采用無線通信方式可將放大器以及腦電電極固定在腦電帽上，允許測試者完全自由運動，避免傳統的電纜運動干擾，以獲得高質量的腦電圖記錄。其中，放大器可以內置可充電電池，允許數小時的連續記錄。

腦電信號分析器的硬件為接口齊全的工控板；其軟件系統包括接收單元、訓練系統、識別系統和控制單元。接收單元從腦電信號采集器接收到駕駛員的運動想象腦電信號；訓練系統能夠基于采集到的一定數量的運動想象腦電信號的樣本建立腦電信號分類器模型，并將模型參數傳遞給識別系統；識別系統可實現在線識別用戶的運動想象部位，發送給控制單元；控制單元進行控制優化后生成控制指令并傳輸到執行機構。

其中，訓練系統用于實現基于足夠數量的已知樣本，依據一定的學習規則尋找最優分類器的過程。圖3是訓練系統實現訓練過程的流程圖。該訓練過程包括腦電信號預處理，特征提取及分類器訓練。

預處理：由于腦電信號非常微弱，其采集過程中很容易受到噪聲的干擾，主要噪聲有：50hz/60hz的電源干擾偽跡、眼球運動偽跡以及肌肉運動偽跡。經過預處理后可降低噪聲影響，得到較為純凈的腦電信號。預處理方法可以包括頻帶濾波器(高通、低通以及帶通等)、空間濾波器(拉普拉斯濾波器以及共平均參考等)以及分離噪聲分量算法(獨立分量分析以及主成分分析)等。

特征提?。禾卣魈崛〉哪康氖钦页瞿X電信號中最能夠明確表示使用者不同意識信息的特征，通過這些特征來確定各種參數，并組成與意識任務有最大相關度的特征向量的過程。運動想象腦電信號特征提取方法可以使用erd(eventrelateddesynchronization，事件相關去同步化)、ers(eventrelateddesynchronization，事件相關同步化)以及csp(commonspecialpattern，特征和共空間模式)等方式來進行。

當大腦皮質的某個區域被激活，該區域的代謝和血流量增加，同時大腦信息加工導致alpha(8-13hz)和beta(13-30hz)頻段震蕩的幅度減低或者阻滯，這一電生理現象被稱為erd。alpha和beta頻譜在大腦靜息或惰性狀態下表現出明顯波幅增高的電活動，此即為ers。用戶在想象左手運動時，大腦皮層右側感覺運動區域將會出現erd現象；在想象右手運動時，大腦皮層左側感覺運動區域將會出現erd現象；在想象雙腳運動時，大腦皮層中央感覺運動區域將會出現erd現象。因此可以根據這些區域腦電能量的差異提取出相應的腦電特征，最終通過合適的分類器識別出各類腦電模式，即，各種腦電信號。

共空間模式的原理是通過構建一個共同的空間濾波器來尋取最優空間映射方向，使得一類信號在此方向上的能量值最大，而另一類信號在此方向上的能量值最小。

分類器訓練：將每個訓練樣本進行特征提取后，構成訓練樣本集送入分類器；根據分類準確率進行迭代，不斷調整分類器參數，最終得到最優的分類器。分類方法主要有lda(lineardiscriminantanalysis，線性判別分析)、nn(neuralnetwork，神經網絡)、elm(extremelearningmachine，極限學習機)、svm(supportvectormachines，支持向量機)等。

識別系統能夠實現對采集到的腦電信號進行實時處理，得出識別結果的目的，用以實現對汽車相應功能控制。圖4是對腦電信號進行識別的流程圖。該過程包括腦電信號預處理，特征提取及分類識別。預處理和特征提取方法與訓練系統的預處理和特征提取方法一致，在此不再贅述；分類識別是基于訓練后的最優分類器識別出用戶運動意圖，即識別出用戶的運動想象腦電信號所對應的車輛需要執行的操作。

控制單元：腦電信號分析器的控制單元與執行器的電子控制器間可以通過can總線進行通信，因此要求腦電信號分析器的控制單元要有can接口。腦電信號分析器的控制單元通過can總線得到汽車的車速信息(即上述步驟102中的車輛當前的運行狀態中的至少一種信息)，控制單元根據車速和腦電信號識別結果形成控制指令，指令具體形成過程包括但不限于以下幾種：

1、當車速為0km/h時：

腦電信號識別結果為駕駛員想象其左手運動，則控制指令為：汽車左轉10°(即對應上述預設角度，具體也可以是其他度數，此處的10°僅為示例)；

腦電信號識別結果為駕駛員想象其右手運動，則控制指令為：汽車右轉10°；

腦電信號識別結果為駕駛員想象其雙腳運動(雙腳或任意一腳均可)，則控制指令為：汽車勻速前進，速度為10km/h。

2、當車速大于0km/h時：

腦電識別結果為駕駛員想象其左手運動，則控制指令為：汽車左轉10°；

腦電識別結果為駕駛員想象其右手運動，則控制指令為：汽車右轉10°；

腦電識別結果為駕駛員想象其雙腳運動，則控制指令為：剎車至速度為0km/h。

以上控制指令經過控制優化后，通過can總線發送給執行機構的電子控制器。

通過該控制信號，可以實現對汽車控制的優化，控制優化策略具體可以包括：啟動優化，解決汽車啟動前進時靜摩擦力較大引起的問題；轉向優化，解決汽車由直行突然轉向時，轉向不到位的問題；安全性能優化，解決汽車行駛過程中遇到障礙物，識別結果錯誤等帶來的安全問題。

本實施例中的執行器包括電子控制器和汽車底層執行機構。電子控制器通過can總線接收腦電分析器傳來的控制指令，并根據控制指令驅動汽車的底層執行機構完成相應動作。其中，汽車底層執行機構包括但不限于方向盤、車輪、指示燈以及發動機等。

本實施例提供的方法，通過運動想象腦電信號控制汽車駕駛功能。由于運動想象腦電信號為自發的腦電信號，不依賴于外界刺激，避免了駕駛員由于外界視覺刺激導致的視覺疲勞，提高了用戶主動性；同時，本方法采用自發的運動想象腦電信號作為汽車的控制指令，能夠為駕駛員帶來新的體驗，解放了駕駛員的雙腳以及雙手，同時還為肢體障礙患者操控汽車帶來便利；在者，本方法通過運動想象訓練系統和合理的控制策略進一步提高了汽車控制過程的安全性。

本公開的實施例還提供了一種控制車輛駕駛的裝置，該裝置用于實現上述控制車輛駕駛的方法，該裝置可以設置與車輛內，也可以是車載設備，圖5是該裝置的結構框圖，如圖5所示，該裝置50包括如下組成部分：

第一采集模塊51，用于采集駕駛員的第一運動想象腦電信號；

該第一采集模塊51可以用于：以預設周期定期采集駕駛員的第一運動腦電想象信號。

控制模塊52，用于根據車輛當前的運行狀態以及采集到的第一運動想象腦電信號控制車輛運行。

進一步的，上述裝置50還可以包括：第二采集模塊，用于在采集駕駛員的第一運動想象腦電信號之前，在預設時間段內多次采集駕駛員的第二運動想象腦電信號；提取模塊，用于提取對多次采集的第二運動想象腦電信號的特征；分類模塊，用于使用分類器對提取到的特征進行學習訓練，得到至少兩種運動想象腦電信號的特征；建立模塊，用于將提取到的至少兩種運動想象腦電信號的特征分別與車輛的至少兩種操作建立對應關系。

其中，至少兩種運動想象腦電信號具體可以包括：駕駛員想象控制其身體不同部位所產生的至少兩種運動想象腦電信號。以及，至少兩種操作具體可以包括：車輛左/右轉向操作、車輛前進/后退操作以及車輛停止前進/后退操作。

基于上述第二采集模塊、提取模塊、分類模塊以及建立模塊所實現的功能，本實施例中的控制模塊52具體可以用于：在采集駕駛員的第一運動想象腦電信號之后，提取該第一運動想象腦電信號的特征，根據預先建立的運動想象腦電信號的特征與車輛的操作之間的對應關系，確定與當前采集到的第一運動想象腦電信號對應的目標操作，控制車輛執行目標操作。

上述控制模塊具體可以包括如下組成部分：第一控制單元，用于如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛左轉第一預設角度；第二控制單元，用于如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其右手而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛右轉第二預設角度；第三控制單元，用于當車輛的行駛速度大于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛剎車；第四控制單元，用于當車輛的行駛速度等于0時，如果當前采集到的第一運動想象腦電信號是由駕駛員想象控制其左腳和/右腳而產生的運動想象腦電信號，則控制車輛勻速行駛。

本實施例提供的裝置，通過運動想象腦電信號控制汽車駕駛功能。由于運動想象腦電信號為自發的腦電信號，不依賴于外界刺激，避免了駕駛員由于外界視覺刺激導致的視覺疲勞，提高用戶主動性；同時，本裝置采用自發的運動想象腦電信號作為汽車的控制指令，能夠為駕駛員帶來新的體驗，解放了駕駛員的雙腳以及雙手，同時還為肢體障礙患者操控汽車帶來便利；在者，本裝置通過運動想象訓練系統和合理的控制策略進一步提高了汽車控制過程的安全性。

以上結合附圖詳細描述了本公開的優選實施方式，但是，本公開并不限于上述實施方式中的具體細節，在本公開的技術構思范圍內，可以對本公開的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本公開對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本公開的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應當視為本公開所公開的內容。