自动驾驶中视觉次任务对年轻驾驶人接管时间的影响

为了了解有条件的自动驾驶中,年轻驾驶人的接管反应特性,分析视觉次任务（3×3箭头次任务和4×4箭头次任务）和接管请求时间（TTC为5 s和7 s）对不同接管时间的影响,基于驾驶仿真平台,设计了包含不同的视觉次任务和接管请求时间的自动驾驶接管场景,针对29名年轻驾驶人进行模拟驾驶试验。使用双因素方差分析来研究不同次任务与不同接管请求时间对接管时间的影响,以及使用Pearson相关性检验来分析不同接管时间的相关性。研究结果表明：与无次任务相比,次任务会显著增加接管时间;不同的次任务对接管时间无影响,次任务与前方有障碍物时的接管请求时间对接管时间无交互作用;与前方无障碍物时的接管相比,前方有障碍物时的接管会显著减少接管反应时间;在驾驶人执行次任务的情况下,不同接管请求时间对转向反应时间和制动反应时间无影响;在前方有障碍物的接管中,驾驶人更倾向于采用制动加转向的组合操作来回避风险,且驾驶人接管回避操作中直接转向和制动加转向的组合操作的比例相同;接管反应时间与制动反应时间有较强的相关性。     

自动驾驶驾驶人接管特征研究进展

为自动驾驶驾驶人接管环节做出指导性的建议,从自动驾驶接管的影响因素和自动驾驶驾驶人接管绩效进行系统梳理,总结主要研究内容和方法,并展望其未来研究趋势。总结发现,现有研究缺少一套针对驾驶员在不同复杂度的交通环境下驾驶人行为准则,今后对于自动驾驶驾驶人接管特征的研究目的就是在清楚驾驶人有哪些行为后对自动驾驶安全接管设计提供理论支持。     

不同情景下自动驾驶接管行为的影响特征

为探究不同情景下自动驾驶接管行为的影响特征,面向驾驶人、自动驾驶车辆、交通环境等内容提出自动驾驶测试研究框架。基于驾驶模拟技术开发自动驾驶测试平台,通过案例验证其有效性,为自动驾驶相关技术的测试评估提供有力支撑。研究以接管场景、接管请求时间、驾驶次任务、交通流为要素设计18个高速公路接管情景,邀请被试开展驾驶模拟试验测试。从主观维度探究驾驶人对自动驾驶的适应性差异,从客观维度构建广义线性混合效应模型,研究驾驶人属性因素(性别、年龄、驾龄)和接管情景因素(接管场景、接管请求时间、驾驶次任务)的主效应及其交互作用对接管行为的影响。统计分析结果表明：①性别因素对自动驾驶的信任度和状态感知度有统计学差异,男性对自动驾驶的适应性高于女性;②驾驶人的年龄和驾龄因素对试验前和试验后的技术接受度具有显著影响,对技术信任度和状态感知度具有统计学差异,中年人和老年人、中驾龄和高驾龄人群的适应性相对较高;③不同因素水平对应的接管成功率、正确率和第一操纵行为不同。广义线性混合效应模型结果表明：①接管情景因素及其交互作用对接管行为指标具有显著影响;②模型中引入驾驶人属性因素,发现与接管情景因素存在交互效用。研究基于驾驶模拟技术开发自动驾驶测试平台的方法具有一定的推广性,研究结果可为深度挖掘自动驾驶接管行为影响因素及其作用机理奠定基础。     

险情中驾驶人接管自动驾驶车辆的驾驶行为研究

为了指导驾驶人安全地使用自动驾驶系统,在模拟驾驶仿真平台上研究驾驶人在复杂交通环境下实现自动驾驶切换到手动驾驶的绩效表现,以及影响驾驶人驾驶方式切换过程的因素。试验收集了36名驾驶人在2种险情下切换驾驶方式过程中的驾驶行为数据,包括驾驶速度、车头间距、车辆横向位移和车辆转向等数据。研究结果表明:部分驾驶人会在险情提示出现之后即刻切换驾驶方式,而部分驾驶人则在提示出现之后继续监控道路和车辆信息,直到交通冲突出现的时候才进行驾驶方式切换;对上述2种切换方式进行独立分析发现,进行第2种切换的驾驶人在接管车辆之前所处的状态(玩游戏或者听音乐)对驾驶人接管车辆所用的切换时间有显著性影响,驾驶人处于玩游戏的状态下接管车辆所用的时间会小于驾驶人在听音乐状态下接管车辆所用的时间;切换方式对车辆横向位置有显著性影响,而且进行第1种切换的驾驶人在后续的驾驶过程中能保持较小的安全速度行驶,说明"切换方式1"与"较小的安全车速"存在相关关系,但二者的因果关系尚需深一步研究。     

自动驾驶中不同变量对驾驶人接管时间和心率的影响

为研究自动驾驶中驾驶人在人机转换过程中的接管反应和生理特性,基于模拟驾驶平台设计了自动驾驶场景,对22名驾驶人进行了试验。使用双因素方差分析研究不同次任务和驾驶人性别对接管时间、驾驶人心率指标的影响,使用Pearson相关性检验分析接管时间和驾驶人心率指标的相关性。研究结果表明:与次任务为看书相比,次任务为玩手机时驾驶人的最大心率增长率、操纵时间显著增加,反应时间显著减少;与男性驾驶人相比,女性驾驶人的总接管时间显著减少;不同的次任务与性别对心率恢复平静时长无显著影响;反应时间与操纵时间之间有较小的负相关性,最大心率增长率与心率恢复平静时长有较小的正相关性。     

城市道路环境下自动驾驶车辆接管绩效分析（双语出版）

为了分析城市道路环境下高度自动驾驶中非驾驶相关任务和接管紧迫度对接管绩效的影响，基于驾驶模拟器设计了自动驾驶紧急接管场景并开展驾驶模拟试验，接管请求时间分别设定为3，4，5 s，非驾驶相关任务为读新闻、看视频、玩游戏，自动驾驶车速为50 km·h^-1，试验中共招募了49名被试（男性30名，女性19名），被试的平均年龄为31.06岁（标准差为7.1岁），驾驶人在自动驾驶阶段始终执行非驾驶相关任务，听到接管请求提示后需要接管车辆的控制权，并实施紧急避让操作。研究结果表明：在紧急接管情况下，接管紧迫度对合成加速度和最小TTC有影响，而对接管时间无影响，与5 s的接管请求时间条件相比，3，4 s的接管请求时间条件下的合成加速度明显增加，而最小TTC则随接管请求时间的减少而降低；非驾驶相关任务对接管时间和最小TTC有影响，而对合成加速度无影响，与无非驾驶相关任务相比，非驾驶相关任务会显著增加接管时间和降低最小TTC；碰撞几乎都发生在3 s和4 s的接管请求时间下，5 s的接管请求时间能够基本保证接管的安全性。     

基于自然驾驶数据的跟车场景潜在风险评估

为弥补传统风险评价指标对相对速度较小的跟车场景危险水平评价能力的不足，减少跟车场景中追尾事故的发生，提出了跟车场景潜在风险的概念。将假定前车以较大制动减速度减速条件下的风险称为潜在风险，并构建了代表驾驶人在潜在危险跟车场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间的参数时间裕度（TM）。由于追尾危险工况中常见采取的避撞操作可分为制动和制动转向两大类，分别对典型制动避撞过程和制动转向避撞过程进行了分析，从而推导出分别针对2种跟车潜在危险场景的TM计算方式。通过自动筛选与人工筛选结合，获得了中国自然驾驶数据库（China-FOT）中具有中国驾驶人特点的制动避撞危险工况87个和转向制动避撞危险工况40个进行分级，并基于图像处理方法提取了前车制动开始时刻的TM值，从而得到跟车场景潜在风险两级危险域的划分。结果表明：制动避撞场景下，本车车速过低和过高时，TM值的变化均不明显；而在制动转向避撞场景中，只有速度较高时阈值才保持不变。通过对正常驾驶视频的分析，引入对比组共计正常跟车制动工况163例和正常跟车转向变道工况151例的车头时距（THW）值，其统计分析结果与支持向量机分类结果均难以清晰描述跟车场景危险水平与本车速度之间的关系。为研究跟车场景潜在风险评价在自动驾驶中的应用，对于制动避撞场景，在设定TM值不变和相对速度不变的条件下，分别对基于TM的最小相对距离和距离碰撞时间（TTC）值进行了仿真，仿真结果显示，相比于TTC而言，TM的评价稳定性受相对速度影响小，在自动驾驶跟车策略开发和避免其发生责任追尾事故中有重要应用价值。     

驾驶次任务沉浸等级对接管行为的影响分析

为探究自动驾驶中驾驶次任务沉浸等级对接管行为的影响,基于驾驶模拟器搭建自动驾驶接管行为测试平台,设计事故接管场景,基于驾驶次任务(娱乐任务和工作任务)和接管请求时间(5 s和10 s)因素组合开发4个事故接管情景,招募被试参与驾驶模拟实验并采集驾驶人的接管行为数据,选择速度、横向偏移、接管反应时间和接管正确时间4个指标...     

自动驾驶接管绩效的影响因素、模型与评价方法综述

有条件自动驾驶系统无法应对所有驾驶场景,因而需要驾驶人在必要情况下进行接管。驾驶人的接管绩效对于有条件自动驾驶车辆的安全性、驾乘体验与接受度具有重要意义。近年来,大量文献从不同视角对驾驶人接管绩效这一主题进行了广泛研究,但仍然存在一些问题亟待解决。从驾驶人接管绩效影响因素、接管绩效模型与接管绩效评价方法3个方面综述了驾驶人接管绩效的研究现状。首先,从驾驶人因素、交通环境因素和自动驾驶系统因素3个维度对驾驶人接管绩效影响因素的相关研究进行综述。其次,对现有驾驶人接管绩效模型,包括经典统计模型、机器学习模型与结构方程模型进行总结。最后,总结了现有原始接管绩效评价指标以及接管绩效综合评价方法。分析发现：现有接管绩效影响因素的量化指标仍不够全面,现有接管绩效模型的可解释性和预测精度难以兼顾,现有接管绩效评价方法尚需进一步完善。有鉴于此,未来研究首先需要基于驾驶人群体主观评价提出接管绩效的全面评价方法,然后以此为基础从人-机-环境维度全方面探索接管绩效影响因素的量化指标,最后考虑多种影响因素的复杂关联关系,建立高精度接管绩效预测模型,从而为提升驾驶人接管绩效提供理论支持,促进有条件自动驾驶的进一...     

面向人机共驾车辆的驾驶人风险感知研究综述

面向人机共驾车辆的驾驶人风险感知是接管时正确应激反应和操作的前提,是交通安全领域的研究重点.分析了人机共驾车辆驾驶人风险感知概念及其特性;从驾驶人特性、自动驾驶系统、驾驶情景这3个方面分析了人机共驾车辆驾驶人风险感知的影响因素;从驾驶行为表现、接管绩效和主观评价这3个方面对人机共驾车辆驾驶人风险感知衡量方法进行归纳总结...     

L3级自动驾驶汽车的接管安全性评价模型

为评价L3级自动驾驶车辆接管的安全性,基于驾驶模拟器设计了双向六车道高速公路环境下的接管场景并进行驾驶模拟实验,驾驶人在自动驾驶过程中始终执行视觉次任务操作,次任务为观看3种难度等级的箭头图,接管场景为自车行驶中遇到同车道前方的一辆抛锚车辆,接管请求时间设为7 s,自动驾驶车辆的速度为110 km/h。实验共计招募了49名被试(男性30名,女性19名),平均年龄为31.06岁(标准差为7.10岁)。当车辆发出听觉+视觉的接管请求信号后,被试应通过按下转向盘上的切换按钮来获取车辆的控制权。以最小TTC的组别为因变量,设定最小TTC小于等于1 s为危险组,大于1 s为安全组,利用二元logistics回归建立接管安全性评价模型。研究结果表明:7 s的接管请求时间条件下,影响接管安全性的因素主要是接管反应时间和次任务,本文中建立的接管安全性评价模型的预测准确率达85.5%。     

手机操作类型对驾驶人跟车行为的影响（双语出版）

为了探究行车过程中手机使用模式对驾驶人跟车行为的影响,依据功能类型及使用模式将手机操作分为8类,利用驾驶模拟器开展试验,提取跟车速度、跟车间距、车头时距、横向偏移距离、方向盘转角5项指标表征车辆的横向、纵向运行状态,定义驾驶人的注视点分布信息熵、注视点区域分布比例、注视时长、扫视频率、扫视时长、眨眼频率、眨眼时长7项指标表征驾驶人眼动特性,分析驾驶人进行不同手机操作时的车辆运行特性与驾驶人视觉特性,并利用方差分析法验证上述指标作为驾驶人跟车行为衡量指标的有效性。应用灰色关联分析法对8类手机操作对驾驶人跟车行为的影响程度进行量化,并结合具体手机操作的分心内容、形式和动作时间,对具有相近功能的两两操作进行对比分析。结果表明：特定的手机操作行为对选取的各项车辆运行指标与驾驶人视觉特性指标有显著影响;对驾驶人跟车绩效影响由大到小的手机分心操作依次是发送文字信息、阅读文字信息、手持接听电话、发送语音信息、按键拨打电话、听取语音信息、语音拨打电话、免提接听电话,文字信息的编辑和阅读等操作对驾驶人跟车行为的影响大于其他手机操作;研究结果可帮助驾驶人明确不同手机操作对行车安全的危害程度。     

分心对驾驶人交通冲突反应时间的影响(双语出版)

为了研究分心对交通冲突状态下驾驶人反应时间的影响,采用驾驶模拟器构建城市道路交通环境下2种典型冲突形态：侧向行人冲突和纵向追尾冲突,设计认知、视觉以及发短信（认知+视觉复合分心）3种分心任务,在不同行驶车速、跟车时距、前车减速度等紧迫度条件下,采集30名驾驶人应对交通冲突的制动反应时间,分别采用重复测量一般线性模型及线性混合模型进行统计分析。研究结果表明：认知分心使驾驶人应对侧向行人冲突的制动反应时间增加0.09 s,但未观察到其对纵向追尾冲突反应时间的显著性影响;视觉分心与发短信都会延缓驾驶人应对侧向行人（分别增加0.31 s和0.27 s）以及纵向追尾冲突（分别增加0.47 s和0.38 s）的制动反应时间;此外,在纵向追尾冲突中,随着冲突紧迫度提高（前车减速度增大、车头时距减小以及自车速度增大）,驾驶人制动反应时间显著减小。表明驾驶分心延长了驾驶人应对交通冲突的反应时间,容易导致事故的发生,具体而言,认知分心主要延长驾驶人应对侧向冲突的反应时间,涉及视觉的分心同时延长驾驶人应对侧向及纵向冲突的反应时间;视觉分心对驾驶人反应时间的延长显著性高于认知分心,说明视觉分心对行车安全影响更大。     

手机操作类型对驾驶人跟车行为的影响

为了探究行车过程中手机使用模式对驾驶人跟车行为的影响,依据功能类型及使用模式将手机操作分为8类,利用驾驶模拟器开展试验,提取跟车速度、跟车间距、车头时距、横向偏移距离、方向盘转角5项指标表征车辆的横向、纵向运行状态,定义驾驶人的注视点分布信息熵、注视点区域分布比例、注视时长、扫视频率、扫视时长、眨眼频率、眨眼时长7项指标表征驾驶人眼动特性,分析驾驶人进行不同手机操作时的车辆运行特性与驾驶人视觉特性,并利用方差分析法验证上述指标作为驾驶人跟车行为衡量指标的有效性。应用灰色关联分析法对8类手机操作对驾驶人跟车行为的影响程度进行量化,并结合具体手机操作的分心内容、形式和动作时间,对具有相近功能的两两操作进行对比分析。结果表明:特定的手机操作行为对选取的各项车辆运行指标与驾驶人视觉特性指标有显著影响;对驾驶人跟车绩效影响由大到小的手机分心操作依次是发送文字信息、阅读文字信息、手持接听电话、发送语音信息、按键拨打电话、听取语音信息、语音拨打电话、免提接听电话,文字信息的编辑和阅读等操作对驾驶人跟车行为的影响大于其他手机操作;研究结果可帮助驾驶人明确不同手机操作对行车安全的危害程度。     

基于长短期记忆模型的跟车距离预测研究

当前不少前向碰撞预警系统以预警距离作为预警的特征量对驾驶人进行预警,因此,提高对跟车距离的预测准度能够直观有效提高该前向碰撞预警系统的预警能力。研究通过驾驶模拟器构建跟车场景,收集了41名驾驶员的跟车行为数据,按照3:1的比例将试验数据划分为训练集和测试集。将驾驶人的跟车距离与速度作为长短期记忆模型的输入,跟车距离作为模型的输出,对驾驶人的跟车距离进行了预测分析研究。结果表明,利用该数据集的模型能够很好的预测驾驶人的跟车行为,泛化性能较好,没有过度拟合现象。并且通过输入不同时间窗口长度的测试集发现,随着测试集长度的降低,预测结果的误差会更大。能够为提高前向碰撞预警系统的精准度提供理论支持,从而增加驾驶员对预警系统的接受度。     

分心对驾驶人交通冲突反应时间的影响

为了研究分心对交通冲突状态下驾驶人反应时间的影响,采用驾驶模拟器构建城市道路交通环境下2种典型冲突形态:侧向行人冲突和纵向追尾冲突,设计认知、视觉以及发短信(认知+视觉复合分心)3种分心任务,在不同行驶车速、跟车时距、前车减速度等紧迫度条件下,采集30名驾驶人应对交通冲突的制动反应时间,分别采用重复测量一般线性模型及线性混合模型进行统计分析。研究结果表明:认知分心使驾驶人应对侧向行人冲突的制动反应时间增加0.09s,但未观察到其对纵向追尾冲突反应时间的显著性影响;视觉分心与发短信都会延缓驾驶人应对侧向行人(分别增加0.31s和0.27s)以及纵向追尾冲突(分别增加0.47s和0.38s)的制动反应时间;此外,在纵向追尾冲突中,随着冲突紧迫度提高(前车减速度增大、车头时距减小以及自车速度增大),驾驶人制动反应时间显著减小。表明驾驶分心延长了驾驶人应对交通冲突的反应时间,容易导致事故的发生,具体而言,认知分心主要延长驾驶人应对侧向冲突的反应时间,涉及视觉的分心同时延长驾驶人应对侧向及纵向冲突的反应时间;视觉分心对驾驶人反应时间的延长显著性高于认知分心,说明视觉分心对行车安全影响更大。     

高速跟车状态下驾驶人最低视觉注意力需求

为了避免现有驾驶分心研究方法的局限性,从注意力需求角度入手,探索了高速跟车过程中驾驶人安全驾驶所需的最低视觉注意力。在驾驶模拟器上进行试验,记录26名驾驶人在正常驾驶和视线遮挡驾驶2种状态下的视觉行为和视线遮挡行为数据,并进行统计分析。考虑驾驶人个体差异,初步探索了最低视觉注意力需求分布。结果表明:高速跟车驾驶状态下,驾驶人可以不需观察周围交通信息安全行驶35m左右,视线遮挡距离与车速无关,可用于表征注意力需求。视线遮挡距离和遮挡频率存在个体差异,但驾驶人总体遮挡百分比基本不变。高速跟车过程中驾驶人的剩余注意力主要用于观察道路前方和其他区域。具体表现为视线遮挡驾驶状态下驾驶人对道路前方和其他区域的观察距离显著缩短,而观察频率基本不变,且仅需行驶25m左右的时间驾驶人即可完成观察周围交通状况,说明观察频率对获取交通信息更为重要。驾驶人平均每行驶20~60m(1.0~2.8s)需要观察前方道路一次,每行驶80~220m(4.1~8.6s)需要观察车速表一次,每行驶140~300m(6.7~13.5s)需要观察后视镜一次,每50~200m(2.5~9.1s)可以遮挡视线一次,但遮挡距离一般小于43.7m(约2.4s)。研究结果有助于提高分心预警系统的环境敏感性和车内人机界面设计的合理性。     

考虑驾驶人风格的跟车预警规则研究

为研究驾驶人的跟车特性及探究可适用于不同风格驾驶人的跟车预警规则,为自动驾驶车辆开发可满足不同用户驾驶需求和驾乘体验的主动安全预警系统,选取50名被试驾驶人开展实车试验,采集驾驶人跟车行为表征参数并基于雷达数据确定跟车事件提取规则。选取平均跟车时距和平均制动时距为二维向量,使用基于K-means聚类结果的高斯混合模型将驾驶人聚类为3种风格类型(冒进型、平稳型、保守型)。通过分析3组驾驶人的跟车及制动数据,将不同类型驾驶人的制动时距分位数作为跟车预警阈值,结合实际预警数据及不同制动时距分位数对应的预警正确率,对现有跟车预警规则进行调整,以适应不同类型驾驶人的驾驶需求。研究结果表明:3组驾驶人的平均跟车时距和平均制动时距差异显著,冒进型驾驶人倾向于选择较小的跟车时距和制动时距,保守型驾驶人的跟车时距和制动时距则普遍较大;3组驾驶人的实际跟车预警次数为215次,驾驶人采取制动操作而系统未予以预警的次数为329次,系统整体预警正确率为21.9%,漏警率为87.5%,通过分析信息熵等判定当前预警规则并不合理;将每类驾驶人制动时距的10%分位数作为阈值时的预警效果较好,调整后的跟车预警规则能在一定程度上适应不同的驾驶人类型。     

基于间接共享控制的智能车协同接管方法

从自动驾驶模式向手动驾驶模式切换时的控制权移交问题已成为智能车领域的研究热点.为了改善驾驶人从非驾驶任务状态接管车辆时因认知和操作能力不足而引起的安全性和稳定性问题,在总结现有研究成果的基础上,提出一种基于间接共享控制的智能车协同接管控制方法.首先,定义协同接管方法的应用对象是控制系统良好、全局感知或决策受损需要接管的...     

平直高速公路低交通量下L2自动驾驶对驾驶人心理负荷的影响

为研究驾驶人在L2自动驾驶模式下的心理负荷特性,设计了正常驾驶和次任务驾驶2种状态,进行实车高速道路试验,采集21名被试驾驶人在2种驾驶状态下分别选择手动驾驶和自动驾驶模式的眼动数据、次任务绩效和主观评价数据.采用重复测量一般线性模型,分析不同驾驶模式对上述参数的影响,从客观和主观两方面分析驾驶人的心理负荷变化.结果表...