自動駕駛接管操作因素受疲勞影響分析

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摘 要：自動駕駛汽車的發展將處于并長期處于人機共駕階段，該階段內駕駛人需要對車輛進行接管，因此駕駛人疲勞狀態會對接管安全性會產生直接影響。因此，本研究通過開展自動駕駛接管模擬實驗，分析了駕駛人疲勞程度的對其接管操作指標的影響。通過對疲勞程度和接管操作指標的關聯性分析顯示：與疲勞程度最為相關的操作指標為最大SDLP和剎車輸入頻率，表明接管疲勞會影響駕駛人接管時的橫縱向操作。研究結果可為未來自動駕駛駕駛人狀態干預提供理論支持。

關鍵詞：交通安全;自動駕駛;駕駛疲勞

1 引言

在純手動駕駛過程中，疲勞駕駛是道路交通中的一個主要安全問題。由于駕駛疲勞的積累會致使駕駛人的駕駛績效逐漸降低，最終在緊急情況發生時無法做出快速反應，導致交通碰撞風險的增加[1]，并危及自身及其他道路使用者。據統計，由疲勞駕駛直接或間接導致的交通事故占總事故的30%～45%[2]，更有31%的駕駛人曾表示在高速公路進行駕駛時無法保證眼睛完全睜開[3]。據美國交通事故損傷年報顯示，每年有大約100，000起疲勞駕駛事故，導致1，550人死亡，71，000人受傷，并造成125億美元的經濟損失[4]。據加拿大交通損傷研究基金會調查顯示，在受訪的1209位加拿大駕駛人中超過半數曾疲勞駕駛，20%在駕駛時處于半睡半醒狀態[5]。各種方法產生關于疲勞引起事故頻率的各種估計，歐洲的疲勞駕駛被認為是大部分道路交通事故的主要因素（范圍10%-20%）[6]。雖然目前的研究表明駕駛人疲勞和接管績效有關，但研究結果并不統一。本研究的目的是探索疲勞度對接管操作指標的影響差異，確定受疲勞影響最大的操作指標。

2 實驗方法

實驗場景設定為正常高速公路流量，大約為100（pcu/h），同時速度限定為100KM/h。實驗前所有駕駛人會進行約20分鐘的手動試駕，期間駕駛人會經歷多種情況，全程為手動駕駛，駕駛人必須進行干預以避免事故的發生;之后駕駛人會進行多次駕駛模式切換，同時進行多次接管，以熟悉后續的實驗流程，同時熟悉整個模擬器的操作特性，降低后續數據的突變。在試駕結束后，駕駛人會現后進行兩次實驗，首先進行時長約40分鐘的純手動駕駛實驗，期間將經歷4種場景;之后駕駛人會繼續進行自動駕駛接管實驗，實驗期間駕駛人需要每10-15分鐘使用卡爾卡羅斯疲勞評定量表（KSS）對自身疲勞等級作出評價，KSS量從非常清醒到幾乎睡著按九級分配

在本研究中，研究了不同疲勞度對接管操作的影響，通過傳感器獲取駕駛/接管期間駕駛人的各項操作參數，并選定以下操作參數：縱向加速度（Acclong）和橫向加速度（Acclat），剎車輸入速率（頻次），方向盤轉角標準偏差（SDSW）。車道位置標準偏差（SDLP），速度標準偏差（SDV）作為接管操作的評價指標。

3 疲勞對自動駕駛接管操作指標影響分析

本研究選用皮爾遜相關系數（Person correlation coefficient）法進行操作指標與疲勞的相關性分析。皮爾遜相關系數被廣泛應用于度量變量之間的相關程度，其值介于-1與1之間，定義為兩個變量之間的協方差和標準差的商，計算公式如下：

式中Xi為X樣本數據，為X樣本均值;Yi為Y樣本數據，為Y樣本均值，見表1。

通過上訴分析可以看出與疲勞相關的參數有縱向加速度最小值和均值、剎車輸入頻率、SDLP最大值和均值;與駕駛模式顯著相關的參數有絕大部分，同時與疲勞等級和駕駛模式相關的參數有剎車輸入頻率和SDLP最大值，見圖1。

通過對駕駛人剎車輸入頻率和SDLP最大值等操作參數進行分析，可以看出在自動駕駛和手動駕駛之間，駕駛人疲勞及操作表現存在較大差異。整體來將，手動駕駛期間駕駛人疲勞等級上升更快，且分布范圍更廣。針對剎車輸入頻率，自動駕駛接管時剎車輸入分布比手動駕駛時更為廣泛且集中，表明駕駛人接管時剎車輸入更為密集;對于SDLP，自動駕駛接管時SDLP分布范圍在0-0.08之間，且分布均勻，而手動駕駛期間，SDLP分布在0-0.06之間，且疲勞等級分布更廣。通過對剎車輸入頻率和SDLP最大值的箱型圖分析可以看出，自動駕駛接管期間，駕駛人輸入頻率更高，且SDLP數值更大，說明自動駕駛接管時，駕駛人的操作更為急促，車輛行駛穩定性更低。

4 展望

本文通過研究分析得到在自動駕駛接管期間，駕駛人的剎車輸入頻率和SDLP指標受疲勞影響最大，說明駕駛人在接管期間橫縱向操作水平都比較低。

參考文獻：

[1]G. Zhang， K. K. W. Yau， X. Zhang， and Y. Li，“Traffic accidents involving fatigue driving and their extent of casualties，” Accid. Anal. Prev.， vol. 87， pp. 34–42， 2016， doi： 10.1016/j.aap.2015.10.033.

[2]A. W.MacLean， D. R. T. Davies， and K. Thiele，“The hazards and prevention of driving while sleepy，”Sleep Med. Rev.， vol.7，no.6，pp. 507–521， 2003， doi： 10.1016/S1087-0792（03）90004-9.

[3]S. MURDOCK，“NTSBs 10 Most Wanted List，Reduce Fatigue-Related Accidents.，”2018. [Online]. Available： http：//jdasolutions.aero/blog/ntsb-most-wanted-list-2017-2018/. [Accessed： 20-Jun-2019].