自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下駕駛?cè)私庸苣芰ρ芯?/h1>
2023-06-25 05:07:05吳政韓冰馬永豐
專(zhuān)用汽車(chē) 2023年6期 關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕駛
吳政 韓冰 馬永豐
摘要：在人機(jī)共駕環(huán)境下，提出了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中主動(dòng)制動(dòng)技術(shù)的執(zhí)行方案，駕駛及交通環(huán)境下的自動(dòng)駕駛與手動(dòng)駕駛切換性能、駕駛員駕駛能力的評(píng)估方法，以及人機(jī)共駕系統(tǒng)的接管策略；研究了有條件自動(dòng)駕駛對(duì)非駕駛相關(guān)任務(wù)的允準(zhǔn)邊界。研究結(jié)論對(duì)駕駛?cè)私庸苣芰Φ奶嵘妥詣?dòng)駕駛共存的發(fā)展具有一定的實(shí)際意義，可以為自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用和交通安全提供重要參考。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕駛；人機(jī)共駕；駕駛?cè)私庸苣芰?/p>
中圖分類(lèi)號(hào)：U471.1? 收稿日期：2023-01-04
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.023
1 前言
在自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展的背景下，越來(lái)越多的研究關(guān)注于自動(dòng)駕駛的可行性和安全性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究主要集中在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和評(píng)估等方面，其中涉及駕駛員接管能力的研究是其中重要的一環(huán)。在當(dāng)前研究階段，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)或是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的自動(dòng)化等級(jí)大多處于2/3等級(jí)，這一等級(jí)也被稱為部分/條件自動(dòng)化等級(jí)，涉及人員的接管，即通過(guò)人機(jī)相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)化駕駛。因此，探究駕駛員在自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下的接管能力對(duì)于提高道路安全、促進(jìn)自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)
2.1 人機(jī)共駕的接管策略
人機(jī)共駕環(huán)境下，駕駛員接收自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的接管指令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)接管和被動(dòng)接管兩種不同的接管方式。主動(dòng)接管是指在系統(tǒng)收到駕駛員的接管指令時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)立即執(zhí)行相應(yīng)操作，比如進(jìn)行制動(dòng)或轉(zhuǎn)向，且自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作；被動(dòng)接管是指當(dāng)駕駛員沒(méi)有收到任何接管指令時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，它會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的反饋信息來(lái)判斷駕駛員是否需要接管車(chē)輛[1]。
對(duì)于人機(jī)共駕環(huán)境下的主動(dòng)接管，其執(zhí)行策略是根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)、道路環(huán)境情況以及駕駛員的駕駛風(fēng)格等來(lái)制定的。根據(jù)駕駛員對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，若不正確則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作；若正確則由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成相應(yīng)操作。當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生事故時(shí)，駕駛員在發(fā)現(xiàn)后還可主動(dòng)啟動(dòng)人工駕駛模式以保證車(chē)輛行駛安全。
2.2 接管的分類(lèi)
對(duì)于人機(jī)共駕的接管，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般將其分為兩類(lèi)，即主動(dòng)接管和被動(dòng)接管。主動(dòng)接管是指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在接收到駕駛員的接管指令后，會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)操作以保證車(chē)輛安全行駛；被動(dòng)接管是指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在接收到駕駛員的接管指令后，不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，而是繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作，直至出現(xiàn)事故或故障時(shí)再進(jìn)行人工干預(yù)[2]。
主動(dòng)接管的分類(lèi)主要包括兩個(gè)方面：a.針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷；b.系統(tǒng)接收到指令后是否會(huì)立即執(zhí)行。對(duì)于第一種情況，其主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，此時(shí)要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具有較高的自主性以及對(duì)駕駛員的意圖進(jìn)行準(zhǔn)確理解和判斷，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況作出正確的反應(yīng)。但由于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)本身還未完全建立起完善的知識(shí)體系，且缺乏相應(yīng)的場(chǎng)景輸入來(lái)輔助其進(jìn)行判斷，因此系統(tǒng)在接收到指令時(shí)能否正確執(zhí)行也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
而對(duì)于第二種情況，主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，若判斷錯(cuò)誤則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，而是繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作。
2.3 接管時(shí)的狀態(tài)判斷
對(duì)于人機(jī)共駕環(huán)境下的被動(dòng)接管，其狀態(tài)判斷主要是基于駕駛?cè)耸欠袷盏浇庸苤噶?，而不是自?dòng)駕駛系統(tǒng)的控制。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接收到接管指令時(shí)，若駕駛員不按接管指令操作，則系統(tǒng)將執(zhí)行人工駕駛模式。例如在車(chē)道偏離預(yù)警功能中，如果車(chē)輛出現(xiàn)車(chē)道偏離情況，駕駛員不按接管指令操作，系統(tǒng)將執(zhí)行人工駕駛模式。
對(duì)于主動(dòng)接管過(guò)程中的狀態(tài)判斷主要根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)進(jìn)行判斷。首先需要判斷車(chē)輛是否處于正常狀態(tài)，如果不是則說(shuō)明駕駛員沒(méi)有接收到系統(tǒng)發(fā)出的接管指令；如果車(chē)輛處于緊急狀態(tài)，則說(shuō)明駕駛員接收到了系統(tǒng)發(fā)出的接管指令；若車(chē)輛處于正常狀態(tài)，則說(shuō)明駕駛員接收到了系統(tǒng)發(fā)出的接管指令。
2.4 接管執(zhí)行策略
當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接收到駕駛員的接管指令時(shí)，它會(huì)根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及道路情況來(lái)判斷是否需要進(jìn)行相應(yīng)操作，如果需要進(jìn)行相關(guān)操作則會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作；如果不需要進(jìn)行相關(guān)操作則會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作。在此過(guò)程中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的接管指令是否正確來(lái)判斷駕駛員需要接管車(chē)輛。如果不需要進(jìn)行相應(yīng)操作則會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作，如轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等；如果需要進(jìn)行相應(yīng)操作，則會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作。
3 駕駛員駕駛能力的評(píng)估方法
駕駛能力是指駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中的感知能力、判斷能力、決策能力、執(zhí)行能力等，是影響自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)行安全的重要因素，評(píng)估駕駛員的駕駛能力能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供重要參考[3]。
目前，國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行駕駛員駕駛能力評(píng)估方面主要有以下三種方法：a.生理指標(biāo)評(píng)估法；b.行為指標(biāo)評(píng)估法；c.心理指標(biāo)評(píng)估法。生理指標(biāo)評(píng)估法主要包括心率、血壓、血氧飽和度以及加速度等。行為指標(biāo)評(píng)估法主要包括緊急情況下的接管操作動(dòng)作以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號(hào)等。心理指標(biāo)評(píng)估法主要包括注意力集中時(shí)間、反應(yīng)速度等。本節(jié)將對(duì)以上三種方法進(jìn)行分析對(duì)比，并基于層次分析法和多元線性回歸對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行分析。
3.1 生理指標(biāo)評(píng)估法
生理指標(biāo)評(píng)估法是基于生理指標(biāo)對(duì)駕駛員進(jìn)行駕駛能力的評(píng)估，通過(guò)對(duì)駕駛員生理指標(biāo)的測(cè)量，可以了解其身體狀況以及心理狀況。心率、血壓和血氧飽和度等生理指標(biāo)可以反映出駕駛員在駕駛過(guò)程中的健康狀況，也是被廣泛使用的反映駕駛能力的生理指標(biāo)。但是，這些生理指標(biāo)只能反映出駕駛員在駕駛過(guò)程中的生理狀態(tài)，而無(wú)法全面反映駕駛員在駕駛過(guò)程中的能力。另外，在自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕系統(tǒng)中，駕駛員往往需要進(jìn)行接管操作以保證車(chē)輛安全，因此，無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)出接管過(guò)程中車(chē)輛是否出現(xiàn)異常情況。同時(shí)，上述生理指標(biāo)只能用于在靜態(tài)駕駛環(huán)境下評(píng)估駕駛員的駕駛能力，無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)駕駛環(huán)境下對(duì)駕駛員能力評(píng)估的需求。
3.2 行為指標(biāo)評(píng)估法
行為指標(biāo)評(píng)估法主要是對(duì)接管過(guò)程中的接管動(dòng)作進(jìn)行研究，在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)收到預(yù)警信號(hào)后，通過(guò)駕駛?cè)私庸懿僮鲃?dòng)作的數(shù)據(jù)，對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行評(píng)估。行為指標(biāo)評(píng)估法一般包含以下幾個(gè)步驟：
a.對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號(hào)進(jìn)行分析。
b.對(duì)駕駛員進(jìn)行接管操作動(dòng)作分析。
c.獲取駕駛員在接管操作過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。
d.對(duì)駕駛?cè)说慕庸苣芰M(jìn)行分析。
基于以上步驟，行為指標(biāo)評(píng)估法可以較為準(zhǔn)確地評(píng)估出駕駛員在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)時(shí)所處的狀態(tài)。但是，該方法需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就考慮到駕駛員接管操作動(dòng)作，而在人機(jī)共駕模式下，由于人機(jī)交互較少，該方法很難用于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3.3 心理指標(biāo)評(píng)估法
隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)駕駛員的駕駛能力提出了更高的要求，因此需要從駕駛員的心理方面進(jìn)行研究。心理指標(biāo)評(píng)估法主要通過(guò)檢測(cè)駕駛員在接收到前方車(chē)輛發(fā)出的預(yù)警信號(hào)后的反應(yīng)速度、注意力集中時(shí)間等來(lái)判斷駕駛員對(duì)預(yù)警信息的接受程度，以評(píng)估其駕駛能力。該方法考慮了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)于接管預(yù)警信號(hào)的響應(yīng)速度，并且能夠從多個(gè)維度對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行綜合評(píng)估。
由于不同類(lèi)型車(chē)輛對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間存在差異，因此通過(guò)在不同車(chē)輛之間進(jìn)行對(duì)比，從而分析自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)于不同類(lèi)型車(chē)輛預(yù)警信號(hào)的響應(yīng)速度，可以更加客觀地反映駕駛員在接收到預(yù)警信號(hào)后對(duì)其接管能力的判斷。
4 人機(jī)共駕接管策略研究及非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界
為了研究人機(jī)共駕場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與人類(lèi)駕駛員的接管策略，設(shè)計(jì)了一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，該實(shí)驗(yàn)方案包括了對(duì)危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段、決策控制階段和自主接管階段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)采用多因素方差分析、層次分析法以及多元線性回歸等方法分析了不同影響因素對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的影響，同時(shí)基于相關(guān)法規(guī)和規(guī)范對(duì)人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界進(jìn)行了分析[4]。
結(jié)果表明：在危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的駕駛員接管信號(hào)強(qiáng)度對(duì)接管成功率的影響顯著；在決策控制階段，駕駛員對(duì)危險(xiǎn)警告信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間會(huì)直接影響其接管成功率；在自主接管階段，駕駛員是否成功接管與其接管策略之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。由此可見(jiàn)，針對(duì)不同等級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的影響程度存在顯著差異。因此，應(yīng)根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所提供的信號(hào)強(qiáng)度情況和駕駛員自身駕駛能力，合理地確定人機(jī)共駕系統(tǒng)的接管策略。
為了明確人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界問(wèn)題，分別從“系統(tǒng)安全”和“人機(jī)共駕規(guī)范”兩個(gè)角度對(duì)人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界進(jìn)行了分析。
4.1 基于系統(tǒng)安全的接管策略
依據(jù)《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》中關(guān)于駕駛?cè)私庸艿南嚓P(guān)規(guī)定，駕駛員應(yīng)在系統(tǒng)發(fā)出接管指令后，通過(guò)適當(dāng)方式主動(dòng)采取相應(yīng)的行為來(lái)保證車(chē)輛的安全行駛。因此，認(rèn)為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在收到駕駛員發(fā)出的接管指令后，應(yīng)及時(shí)向駕駛員發(fā)出接管提示信息，以確保人類(lèi)駕駛員能夠順利完成對(duì)車(chē)輛的接管操作。
其中，當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度較小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)適當(dāng)方式向人類(lèi)駕駛員發(fā)出接管信號(hào)；當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度較大時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)更直接的方式向人類(lèi)駕駛員發(fā)出接管指令；當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)人類(lèi)駕駛員能夠承受的范圍時(shí)，則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)終止與人類(lèi)駕駛員之間的交互，從而避免造成不必要的人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。
然而，由于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通常采用高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)，其在接管過(guò)程中對(duì)環(huán)境信息的采集、處理和執(zhí)行速度都相對(duì)較快，因此需要根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的接管信號(hào)強(qiáng)度情況和人類(lèi)駕駛員自身駕駛能力等因素合理確定人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界。
4.2 基于人機(jī)共駕規(guī)范的允許邊界分析
對(duì)于非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界的確定，參考《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛信息交互系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 35378-2017）中對(duì)系統(tǒng)可接管能力的定義，并結(jié)合人機(jī)共駕場(chǎng)景下車(chē)輛與駕駛?cè)酥g的交互關(guān)系，明確了非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界的具體內(nèi)容。
在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，人機(jī)共駕系統(tǒng)的可接管能力主要受以下因素影響：系統(tǒng)自身特性、安全冗余、人機(jī)交互過(guò)程以及用戶對(duì)車(chē)輛接管需求等。其中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能越高，系統(tǒng)自身特性對(duì)人機(jī)共駕系統(tǒng)接管能力的影響程度越低；而安全冗余、人機(jī)交互過(guò)程以及用戶對(duì)車(chē)輛的接管需求等因素，對(duì)人機(jī)共駕系統(tǒng)接管能力的影響程度較高。
由于所研究的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)僅支持在其決策控制階段提供輔助駕駛功能，因此根據(jù)其決策控制階段的運(yùn)行邏輯和主要任務(wù)，可以將其分為兩類(lèi)：a.基于人工駕駛模式的輔助駕駛功能；b.基于自動(dòng)駕駛模式的輔助駕駛功能。對(duì)于第一類(lèi)輔助駕駛功能，若用戶期望由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成全部或部分任務(wù)，則可將其視為非駕駛相關(guān)任務(wù)；對(duì)于第二類(lèi)輔助駕駛功能，則應(yīng)基于人機(jī)共駕規(guī)范確定允許邊界。在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供了全部或部分非駕駛相關(guān)任務(wù)時(shí)，若用戶仍希望由人來(lái)完成全部或部分任務(wù)，則可將該功能視為非駕駛相關(guān)任務(wù)。值得注意的是，由于非駕駛相關(guān)任務(wù)不直接與車(chē)輛安全性相關(guān)聯(lián)，因此其允許邊界不宜過(guò)寬；同時(shí)，在滿足人機(jī)共駕規(guī)范前提下應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化非駕駛相關(guān)任務(wù)。
5 接管能力關(guān)鍵因素分析
本節(jié)首先利用層次分析法對(duì)各因素對(duì)接管能力的影響程度進(jìn)行權(quán)重分析，其中影響程度從大到小依次為：駕駛員特征（0.65）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)特性（0.63）、車(chē)輛特性（0.55）、駕駛環(huán)境特性（0.55）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能（0.55）。
然后，利用多元線性回歸法建立各因素對(duì)接管能力的影響模型，其中自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能的影響系數(shù)最大，其次是駕駛員特征，車(chē)輛特性的影響系數(shù)最小。模型中的自變量分別為：駕駛員特征（n=3）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能（n=4）、車(chē)輛特性（n=5）。模型回歸系數(shù)由大到小依次為：駕駛員特征>自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能>車(chē)輛特性>自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能。
最后，基于該模型利用MATLAB軟件，從數(shù)據(jù)中提取影響接管能力的關(guān)鍵因素，并通過(guò)方差分析、層次分析法以及多元線性回歸等方法對(duì)提取出的關(guān)鍵因素進(jìn)行進(jìn)一步分析。
5.1 方差分析
方差分析是一種多因素的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能將多個(gè)因素的差異予以區(qū)分。方差分析就是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出變量間的差異。在本節(jié)中，我們采用方差分析法對(duì)接管能力各因素進(jìn)行比較和分析，目的在于找出各因素對(duì)接管能力影響的顯著性差異，其中“駕駛員特征”顯著性水平為0.05，“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”顯著性水平為0.10，“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”顯著性水平為0.05，“駕駛環(huán)境特性”顯著性水平為0.10。由此可以看出，在接管過(guò)程中“駕駛員特征”和“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”對(duì)接管能力的影響最為顯著，而“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”對(duì)接管能力的影響最小。
5.2 層次分析法
層次分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的決策方法，它主要是將一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，根據(jù)各層因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，從而得出各個(gè)因素相對(duì)于目標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重，通過(guò)計(jì)算得出結(jié)果。該方法可以使人們對(duì)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)化、層次化分析，從而將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，通過(guò)兩兩比較來(lái)確定要素之間的相對(duì)重要性，最終形成一個(gè)決策方案。在本研究中，接管能力因素也是一個(gè)層次分明、結(jié)構(gòu)明確的系統(tǒng)，采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算可得到各因素對(duì)接管能力影響程度的權(quán)重大小。通過(guò)對(duì)各因素對(duì)接管能力影響程度進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得出各因素對(duì)接管能力影響程度的排序情況。
5.3 多元線性回歸
將接管能力評(píng)價(jià)指標(biāo)作為自變量，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能、車(chē)輛特性和駕駛員特征為因變量，構(gòu)建多元線性回歸模型，其中，接管能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)與接管時(shí)間和車(chē)輛特性有顯著性相關(guān)關(guān)系，與駕駛員特征的相關(guān)性較小。由回歸結(jié)果可知，駕駛員特征、車(chē)輛特性以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能對(duì)接管時(shí)間均具有顯著影響。其中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能對(duì)接管時(shí)間的影響最大，其次是駕駛員特征、車(chē)輛特性，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能的影響系數(shù)最小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在不同的駕駛環(huán)境下，對(duì)接管時(shí)間影響較大的因素有所不同。當(dāng)所處駕駛環(huán)境中含有緊急事件時(shí)，對(duì)接管時(shí)間的影響程度較高。當(dāng)處于擁堵路況時(shí)，對(duì)接管時(shí)間影響最大的因素為車(chē)輛特性。
6 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕的場(chǎng)景，基于人類(lèi)駕駛員對(duì)危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段、決策控制階段以及自主接管階段的接管特征，構(gòu)建了包含駕駛?cè)藗€(gè)體特征、接管策略以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)三個(gè)維度的接管能力評(píng)估模型，并通過(guò)多因素方差分析，得到影響自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下人類(lèi)駕駛員接管能力的關(guān)鍵因素，分別為年齡、性別、駕齡、性格類(lèi)型以及情感因素?；谀Ｐ头治鼋Y(jié)果，從理論上提出了提升人類(lèi)駕駛員接管能力的建議，未來(lái)人機(jī)共駕技術(shù)對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的提升提供了理論依據(jù)。未來(lái)研究可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
a.開(kāi)發(fā)更為合理的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以更好地模擬人類(lèi)駕駛員的駕駛行為。
b.從微觀層面進(jìn)行研究，以更全面地分析人類(lèi)駕駛員接管能力與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接管能力之間的交互關(guān)系。
c.對(duì)未來(lái)人機(jī)共駕技術(shù)進(jìn)行展望，為人機(jī)共駕技術(shù)的發(fā)展提供參考。
參考文獻(xiàn)：
[1]張暉，倪定安，曾科，等人機(jī)共駕環(huán)境下駕駛疲勞研究綜述[J]中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2023，33（3）：204-211
[2]曾嘉賓，李靖宇，尤志棟自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下駕駛?cè)私庸苣芰ρ芯窟M(jìn)展[J]交通科技與經(jīng)濟(jì)，2022，24（5）：30-37
[3]尹娟自動(dòng)駕駛中次任務(wù)參與模式對(duì)年輕駕駛?cè)私庸芸?jī)效的影響[D]長(zhǎng)安：長(zhǎng)安大學(xué)，2021
[4]肖逸影人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛?cè)蝿?wù)對(duì)駕駛認(rèn)知及接管績(jī)效的影響[D]武漢：武漢理工大學(xué)，2021
作者簡(jiǎn)介：
吳政，男，1979年生，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。
猜你喜歡
解除人的“自動(dòng)駕駛”模式南風(fēng)窗(2017年23期)2017-11-23 11:15:33 MA600飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀及典型故障淺析科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)(2017年26期)2017-11-08 08:42:58 汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展方向及前景科學(xué)與財(cái)富(2017年28期)2017-10-14 14:15:17 網(wǎng)絡(luò)帶給你“自動(dòng)駕駛”的體驗(yàn)中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)(2017年22期)2017-09-16 22:10:44 智能船舶技術(shù)和無(wú)人駕駛技術(shù)研究山東工業(yè)技術(shù)(2017年15期)2017-09-05 06:02:15 無(wú)人駕駛汽車(chē)的概念及發(fā)展中國(guó)科技術(shù)語(yǔ)(2017年3期)2017-07-10 10:59:13 “自動(dòng)駕駛”熱潮背后的擔(dān)心和疑慮汽車(chē)周刊(2017年5期)2017-06-06 14:02:49 汽車(chē)自動(dòng)駕駛的發(fā)展中國(guó)科技縱橫(2017年4期)2017-05-16 08:29:17 基于自動(dòng)駕駛下的車(chē)道規(guī)劃對(duì)交通擁堵的改善中國(guó)科技博覽(2017年5期)2017-04-25 16:37:32 LTE—V車(chē)路通信技術(shù)淺析與探討移動(dòng)通信(2016年24期)2017-03-04 22:12:26
吳政 韓冰 馬永豐
摘要：在人機(jī)共駕環(huán)境下，提出了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中主動(dòng)制動(dòng)技術(shù)的執(zhí)行方案，駕駛及交通環(huán)境下的自動(dòng)駕駛與手動(dòng)駕駛切換性能、駕駛員駕駛能力的評(píng)估方法，以及人機(jī)共駕系統(tǒng)的接管策略；研究了有條件自動(dòng)駕駛對(duì)非駕駛相關(guān)任務(wù)的允準(zhǔn)邊界。研究結(jié)論對(duì)駕駛?cè)私庸苣芰Φ奶嵘妥詣?dòng)駕駛共存的發(fā)展具有一定的實(shí)際意義，可以為自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用和交通安全提供重要參考。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕駛；人機(jī)共駕；駕駛?cè)私庸苣芰?/p>
中圖分類(lèi)號(hào)：U471.1? 收稿日期：2023-01-04
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.023
1 前言
在自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展的背景下，越來(lái)越多的研究關(guān)注于自動(dòng)駕駛的可行性和安全性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究主要集中在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和評(píng)估等方面，其中涉及駕駛員接管能力的研究是其中重要的一環(huán)。在當(dāng)前研究階段，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)或是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的自動(dòng)化等級(jí)大多處于2/3等級(jí)，這一等級(jí)也被稱為部分/條件自動(dòng)化等級(jí)，涉及人員的接管，即通過(guò)人機(jī)相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)化駕駛。因此，探究駕駛員在自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下的接管能力對(duì)于提高道路安全、促進(jìn)自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)
2.1 人機(jī)共駕的接管策略
人機(jī)共駕環(huán)境下，駕駛員接收自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的接管指令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)接管和被動(dòng)接管兩種不同的接管方式。主動(dòng)接管是指在系統(tǒng)收到駕駛員的接管指令時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)立即執(zhí)行相應(yīng)操作，比如進(jìn)行制動(dòng)或轉(zhuǎn)向，且自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作；被動(dòng)接管是指當(dāng)駕駛員沒(méi)有收到任何接管指令時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，它會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的反饋信息來(lái)判斷駕駛員是否需要接管車(chē)輛[1]。
對(duì)于人機(jī)共駕環(huán)境下的主動(dòng)接管，其執(zhí)行策略是根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)、道路環(huán)境情況以及駕駛員的駕駛風(fēng)格等來(lái)制定的。根據(jù)駕駛員對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，若不正確則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作；若正確則由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成相應(yīng)操作。當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生事故時(shí)，駕駛員在發(fā)現(xiàn)后還可主動(dòng)啟動(dòng)人工駕駛模式以保證車(chē)輛行駛安全。
2.2 接管的分類(lèi)
對(duì)于人機(jī)共駕的接管，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般將其分為兩類(lèi)，即主動(dòng)接管和被動(dòng)接管。主動(dòng)接管是指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在接收到駕駛員的接管指令后，會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)操作以保證車(chē)輛安全行駛；被動(dòng)接管是指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在接收到駕駛員的接管指令后，不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，而是繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作，直至出現(xiàn)事故或故障時(shí)再進(jìn)行人工干預(yù)[2]。
主動(dòng)接管的分類(lèi)主要包括兩個(gè)方面：a.針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷；b.系統(tǒng)接收到指令后是否會(huì)立即執(zhí)行。對(duì)于第一種情況，其主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，此時(shí)要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具有較高的自主性以及對(duì)駕駛員的意圖進(jìn)行準(zhǔn)確理解和判斷，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況作出正確的反應(yīng)。但由于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)本身還未完全建立起完善的知識(shí)體系，且缺乏相應(yīng)的場(chǎng)景輸入來(lái)輔助其進(jìn)行判斷，因此系統(tǒng)在接收到指令時(shí)能否正確執(zhí)行也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
而對(duì)于第二種情況，主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的指令是否正確進(jìn)行判斷，若判斷錯(cuò)誤則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何控制，而是繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作。
2.3 接管時(shí)的狀態(tài)判斷
對(duì)于人機(jī)共駕環(huán)境下的被動(dòng)接管，其狀態(tài)判斷主要是基于駕駛?cè)耸欠袷盏浇庸苤噶?，而不是自?dòng)駕駛系統(tǒng)的控制。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接收到接管指令時(shí)，若駕駛員不按接管指令操作，則系統(tǒng)將執(zhí)行人工駕駛模式。例如在車(chē)道偏離預(yù)警功能中，如果車(chē)輛出現(xiàn)車(chē)道偏離情況，駕駛員不按接管指令操作，系統(tǒng)將執(zhí)行人工駕駛模式。
對(duì)于主動(dòng)接管過(guò)程中的狀態(tài)判斷主要根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)進(jìn)行判斷。首先需要判斷車(chē)輛是否處于正常狀態(tài)，如果不是則說(shuō)明駕駛員沒(méi)有接收到系統(tǒng)發(fā)出的接管指令；如果車(chē)輛處于緊急狀態(tài)，則說(shuō)明駕駛員接收到了系統(tǒng)發(fā)出的接管指令；若車(chē)輛處于正常狀態(tài)，則說(shuō)明駕駛員接收到了系統(tǒng)發(fā)出的接管指令。
2.4 接管執(zhí)行策略
當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接收到駕駛員的接管指令時(shí)，它會(huì)根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及道路情況來(lái)判斷是否需要進(jìn)行相應(yīng)操作，如果需要進(jìn)行相關(guān)操作則會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作；如果不需要進(jìn)行相關(guān)操作則會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作。在此過(guò)程中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的接管指令是否正確來(lái)判斷駕駛員需要接管車(chē)輛。如果不需要進(jìn)行相應(yīng)操作則會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他操作，如轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等；如果需要進(jìn)行相應(yīng)操作，則會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作。
3 駕駛員駕駛能力的評(píng)估方法
駕駛能力是指駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中的感知能力、判斷能力、決策能力、執(zhí)行能力等，是影響自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)行安全的重要因素，評(píng)估駕駛員的駕駛能力能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供重要參考[3]。
目前，國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行駕駛員駕駛能力評(píng)估方面主要有以下三種方法：a.生理指標(biāo)評(píng)估法；b.行為指標(biāo)評(píng)估法；c.心理指標(biāo)評(píng)估法。生理指標(biāo)評(píng)估法主要包括心率、血壓、血氧飽和度以及加速度等。行為指標(biāo)評(píng)估法主要包括緊急情況下的接管操作動(dòng)作以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號(hào)等。心理指標(biāo)評(píng)估法主要包括注意力集中時(shí)間、反應(yīng)速度等。本節(jié)將對(duì)以上三種方法進(jìn)行分析對(duì)比，并基于層次分析法和多元線性回歸對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行分析。
3.1 生理指標(biāo)評(píng)估法
生理指標(biāo)評(píng)估法是基于生理指標(biāo)對(duì)駕駛員進(jìn)行駕駛能力的評(píng)估，通過(guò)對(duì)駕駛員生理指標(biāo)的測(cè)量，可以了解其身體狀況以及心理狀況。心率、血壓和血氧飽和度等生理指標(biāo)可以反映出駕駛員在駕駛過(guò)程中的健康狀況，也是被廣泛使用的反映駕駛能力的生理指標(biāo)。但是，這些生理指標(biāo)只能反映出駕駛員在駕駛過(guò)程中的生理狀態(tài)，而無(wú)法全面反映駕駛員在駕駛過(guò)程中的能力。另外，在自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕系統(tǒng)中，駕駛員往往需要進(jìn)行接管操作以保證車(chē)輛安全，因此，無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)出接管過(guò)程中車(chē)輛是否出現(xiàn)異常情況。同時(shí)，上述生理指標(biāo)只能用于在靜態(tài)駕駛環(huán)境下評(píng)估駕駛員的駕駛能力，無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)駕駛環(huán)境下對(duì)駕駛員能力評(píng)估的需求。
3.2 行為指標(biāo)評(píng)估法
行為指標(biāo)評(píng)估法主要是對(duì)接管過(guò)程中的接管動(dòng)作進(jìn)行研究，在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)收到預(yù)警信號(hào)后，通過(guò)駕駛?cè)私庸懿僮鲃?dòng)作的數(shù)據(jù)，對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行評(píng)估。行為指標(biāo)評(píng)估法一般包含以下幾個(gè)步驟：
a.對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出的預(yù)警信號(hào)進(jìn)行分析。
b.對(duì)駕駛員進(jìn)行接管操作動(dòng)作分析。
c.獲取駕駛員在接管操作過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。
d.對(duì)駕駛?cè)说慕庸苣芰M(jìn)行分析。
基于以上步驟，行為指標(biāo)評(píng)估法可以較為準(zhǔn)確地評(píng)估出駕駛員在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)時(shí)所處的狀態(tài)。但是，該方法需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就考慮到駕駛員接管操作動(dòng)作，而在人機(jī)共駕模式下，由于人機(jī)交互較少，該方法很難用于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3.3 心理指標(biāo)評(píng)估法
隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)駕駛員的駕駛能力提出了更高的要求，因此需要從駕駛員的心理方面進(jìn)行研究。心理指標(biāo)評(píng)估法主要通過(guò)檢測(cè)駕駛員在接收到前方車(chē)輛發(fā)出的預(yù)警信號(hào)后的反應(yīng)速度、注意力集中時(shí)間等來(lái)判斷駕駛員對(duì)預(yù)警信息的接受程度，以評(píng)估其駕駛能力。該方法考慮了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)于接管預(yù)警信號(hào)的響應(yīng)速度，并且能夠從多個(gè)維度對(duì)駕駛員的駕駛能力進(jìn)行綜合評(píng)估。
由于不同類(lèi)型車(chē)輛對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間存在差異，因此通過(guò)在不同車(chē)輛之間進(jìn)行對(duì)比，從而分析自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)于不同類(lèi)型車(chē)輛預(yù)警信號(hào)的響應(yīng)速度，可以更加客觀地反映駕駛員在接收到預(yù)警信號(hào)后對(duì)其接管能力的判斷。
4 人機(jī)共駕接管策略研究及非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界
為了研究人機(jī)共駕場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與人類(lèi)駕駛員的接管策略，設(shè)計(jì)了一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，該實(shí)驗(yàn)方案包括了對(duì)危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段、決策控制階段和自主接管階段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)采用多因素方差分析、層次分析法以及多元線性回歸等方法分析了不同影響因素對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的影響，同時(shí)基于相關(guān)法規(guī)和規(guī)范對(duì)人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界進(jìn)行了分析[4]。
結(jié)果表明：在危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的駕駛員接管信號(hào)強(qiáng)度對(duì)接管成功率的影響顯著；在決策控制階段，駕駛員對(duì)危險(xiǎn)警告信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間會(huì)直接影響其接管成功率；在自主接管階段，駕駛員是否成功接管與其接管策略之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。由此可見(jiàn)，針對(duì)不同等級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的影響程度存在顯著差異。因此，應(yīng)根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所提供的信號(hào)強(qiáng)度情況和駕駛員自身駕駛能力，合理地確定人機(jī)共駕系統(tǒng)的接管策略。
為了明確人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界問(wèn)題，分別從“系統(tǒng)安全”和“人機(jī)共駕規(guī)范”兩個(gè)角度對(duì)人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界進(jìn)行了分析。
4.1 基于系統(tǒng)安全的接管策略
依據(jù)《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》中關(guān)于駕駛?cè)私庸艿南嚓P(guān)規(guī)定，駕駛員應(yīng)在系統(tǒng)發(fā)出接管指令后，通過(guò)適當(dāng)方式主動(dòng)采取相應(yīng)的行為來(lái)保證車(chē)輛的安全行駛。因此，認(rèn)為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在收到駕駛員發(fā)出的接管指令后，應(yīng)及時(shí)向駕駛員發(fā)出接管提示信息，以確保人類(lèi)駕駛員能夠順利完成對(duì)車(chē)輛的接管操作。
其中，當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度較小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)適當(dāng)方式向人類(lèi)駕駛員發(fā)出接管信號(hào)；當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度較大時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)更直接的方式向人類(lèi)駕駛員發(fā)出接管指令；當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)警告信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)人類(lèi)駕駛員能夠承受的范圍時(shí)，則自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)終止與人類(lèi)駕駛員之間的交互，從而避免造成不必要的人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。
然而，由于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通常采用高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)，其在接管過(guò)程中對(duì)環(huán)境信息的采集、處理和執(zhí)行速度都相對(duì)較快，因此需要根據(jù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供的接管信號(hào)強(qiáng)度情況和人類(lèi)駕駛員自身駕駛能力等因素合理確定人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界。
4.2 基于人機(jī)共駕規(guī)范的允許邊界分析
對(duì)于非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界的確定，參考《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛信息交互系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 35378-2017）中對(duì)系統(tǒng)可接管能力的定義，并結(jié)合人機(jī)共駕場(chǎng)景下車(chē)輛與駕駛?cè)酥g的交互關(guān)系，明確了非駕駛相關(guān)任務(wù)允許邊界的具體內(nèi)容。
在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，人機(jī)共駕系統(tǒng)的可接管能力主要受以下因素影響：系統(tǒng)自身特性、安全冗余、人機(jī)交互過(guò)程以及用戶對(duì)車(chē)輛接管需求等。其中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能越高，系統(tǒng)自身特性對(duì)人機(jī)共駕系統(tǒng)接管能力的影響程度越低；而安全冗余、人機(jī)交互過(guò)程以及用戶對(duì)車(chē)輛的接管需求等因素，對(duì)人機(jī)共駕系統(tǒng)接管能力的影響程度較高。
由于所研究的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)僅支持在其決策控制階段提供輔助駕駛功能，因此根據(jù)其決策控制階段的運(yùn)行邏輯和主要任務(wù)，可以將其分為兩類(lèi)：a.基于人工駕駛模式的輔助駕駛功能；b.基于自動(dòng)駕駛模式的輔助駕駛功能。對(duì)于第一類(lèi)輔助駕駛功能，若用戶期望由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成全部或部分任務(wù)，則可將其視為非駕駛相關(guān)任務(wù)；對(duì)于第二類(lèi)輔助駕駛功能，則應(yīng)基于人機(jī)共駕規(guī)范確定允許邊界。在人機(jī)共駕場(chǎng)景下，當(dāng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供了全部或部分非駕駛相關(guān)任務(wù)時(shí)，若用戶仍希望由人來(lái)完成全部或部分任務(wù)，則可將該功能視為非駕駛相關(guān)任務(wù)。值得注意的是，由于非駕駛相關(guān)任務(wù)不直接與車(chē)輛安全性相關(guān)聯(lián)，因此其允許邊界不宜過(guò)寬；同時(shí)，在滿足人機(jī)共駕規(guī)范前提下應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化非駕駛相關(guān)任務(wù)。
5 接管能力關(guān)鍵因素分析
本節(jié)首先利用層次分析法對(duì)各因素對(duì)接管能力的影響程度進(jìn)行權(quán)重分析，其中影響程度從大到小依次為：駕駛員特征（0.65）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)特性（0.63）、車(chē)輛特性（0.55）、駕駛環(huán)境特性（0.55）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能（0.55）。
然后，利用多元線性回歸法建立各因素對(duì)接管能力的影響模型，其中自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能的影響系數(shù)最大，其次是駕駛員特征，車(chē)輛特性的影響系數(shù)最小。模型中的自變量分別為：駕駛員特征（n=3）、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能（n=4）、車(chē)輛特性（n=5）。模型回歸系數(shù)由大到小依次為：駕駛員特征>自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能>車(chē)輛特性>自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能。
最后，基于該模型利用MATLAB軟件，從數(shù)據(jù)中提取影響接管能力的關(guān)鍵因素，并通過(guò)方差分析、層次分析法以及多元線性回歸等方法對(duì)提取出的關(guān)鍵因素進(jìn)行進(jìn)一步分析。
5.1 方差分析
方差分析是一種多因素的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能將多個(gè)因素的差異予以區(qū)分。方差分析就是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出變量間的差異。在本節(jié)中，我們采用方差分析法對(duì)接管能力各因素進(jìn)行比較和分析，目的在于找出各因素對(duì)接管能力影響的顯著性差異，其中“駕駛員特征”顯著性水平為0.05，“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”顯著性水平為0.10，“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”顯著性水平為0.05，“駕駛環(huán)境特性”顯著性水平為0.10。由此可以看出，在接管過(guò)程中“駕駛員特征”和“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”對(duì)接管能力的影響最為顯著，而“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能”對(duì)接管能力的影響最小。
5.2 層次分析法
層次分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的決策方法，它主要是將一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，根據(jù)各層因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，從而得出各個(gè)因素相對(duì)于目標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重，通過(guò)計(jì)算得出結(jié)果。該方法可以使人們對(duì)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)化、層次化分析，從而將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，通過(guò)兩兩比較來(lái)確定要素之間的相對(duì)重要性，最終形成一個(gè)決策方案。在本研究中，接管能力因素也是一個(gè)層次分明、結(jié)構(gòu)明確的系統(tǒng)，采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算可得到各因素對(duì)接管能力影響程度的權(quán)重大小。通過(guò)對(duì)各因素對(duì)接管能力影響程度進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得出各因素對(duì)接管能力影響程度的排序情況。
5.3 多元線性回歸
將接管能力評(píng)價(jià)指標(biāo)作為自變量，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能、車(chē)輛特性和駕駛員特征為因變量，構(gòu)建多元線性回歸模型，其中，接管能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)與接管時(shí)間和車(chē)輛特性有顯著性相關(guān)關(guān)系，與駕駛員特征的相關(guān)性較小。由回歸結(jié)果可知，駕駛員特征、車(chē)輛特性以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能對(duì)接管時(shí)間均具有顯著影響。其中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能對(duì)接管時(shí)間的影響最大，其次是駕駛員特征、車(chē)輛特性，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能的影響系數(shù)最小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在不同的駕駛環(huán)境下，對(duì)接管時(shí)間影響較大的因素有所不同。當(dāng)所處駕駛環(huán)境中含有緊急事件時(shí)，對(duì)接管時(shí)間的影響程度較高。當(dāng)處于擁堵路況時(shí)，對(duì)接管時(shí)間影響最大的因素為車(chē)輛特性。
6 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕的場(chǎng)景，基于人類(lèi)駕駛員對(duì)危險(xiǎn)警告響應(yīng)階段、決策控制階段以及自主接管階段的接管特征，構(gòu)建了包含駕駛?cè)藗€(gè)體特征、接管策略以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)三個(gè)維度的接管能力評(píng)估模型，并通過(guò)多因素方差分析，得到影響自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下人類(lèi)駕駛員接管能力的關(guān)鍵因素，分別為年齡、性別、駕齡、性格類(lèi)型以及情感因素?；谀Ｐ头治鼋Y(jié)果，從理論上提出了提升人類(lèi)駕駛員接管能力的建議，未來(lái)人機(jī)共駕技術(shù)對(duì)人類(lèi)駕駛員接管能力的提升提供了理論依據(jù)。未來(lái)研究可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
a.開(kāi)發(fā)更為合理的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以更好地模擬人類(lèi)駕駛員的駕駛行為。
b.從微觀層面進(jìn)行研究，以更全面地分析人類(lèi)駕駛員接管能力與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)接管能力之間的交互關(guān)系。
c.對(duì)未來(lái)人機(jī)共駕技術(shù)進(jìn)行展望，為人機(jī)共駕技術(shù)的發(fā)展提供參考。
參考文獻(xiàn)：
[1]張暉，倪定安，曾科，等人機(jī)共駕環(huán)境下駕駛疲勞研究綜述[J]中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2023，33（3）：204-211
[2]曾嘉賓，李靖宇，尤志棟自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)共駕環(huán)境下駕駛?cè)私庸苣芰ρ芯窟M(jìn)展[J]交通科技與經(jīng)濟(jì)，2022，24（5）：30-37
[3]尹娟自動(dòng)駕駛中次任務(wù)參與模式對(duì)年輕駕駛?cè)私庸芸?jī)效的影響[D]長(zhǎng)安：長(zhǎng)安大學(xué)，2021
[4]肖逸影人機(jī)共駕環(huán)境下非駕駛?cè)蝿?wù)對(duì)駕駛認(rèn)知及接管績(jī)效的影響[D]武漢：武漢理工大學(xué)，2021
作者簡(jiǎn)介：
吳政，男，1979年生，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。
猜你喜歡
南風(fēng)窗(2017年23期)2017-11-23 11:15:33
科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)(2017年26期)2017-11-08 08:42:58
科學(xué)與財(cái)富(2017年28期)2017-10-14 14:15:17
中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)(2017年22期)2017-09-16 22:10:44
山東工業(yè)技術(shù)(2017年15期)2017-09-05 06:02:15
中國(guó)科技術(shù)語(yǔ)(2017年3期)2017-07-10 10:59:13
汽車(chē)周刊(2017年5期)2017-06-06 14:02:49
中國(guó)科技縱橫(2017年4期)2017-05-16 08:29:17
中國(guó)科技博覽(2017年5期)2017-04-25 16:37:32
移動(dòng)通信(2016年24期)2017-03-04 22:12:26
