駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)測試評價方法分析

摘要：隨著智能駕駛汽車的高速發(fā)展，L2級別的高級輔助駕駛系統(tǒng)裝車率也越來越高，L3級自動駕駛已逐步實現(xiàn)，而安全自動駕駛還尚未完全落地，當(dāng)前正處于人機共駕階段，盡管ADAS系統(tǒng)可以降低交通事故發(fā)生率，但疲勞駕駛、分心駕駛和危險駕駛等交通安全“隱形殺手”仍長期存在，給駕駛員和乘客帶來生命安全，駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能有效避免疲勞或者分心駕駛引發(fā)的交通事故，已經(jīng)成為避免事故和改善道路駕駛安全的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)工作原理，分析了目前國內(nèi)外駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)的測試評價方法，并總結(jié)了該系統(tǒng)的未來發(fā)展動向。

關(guān)鍵詞：駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；分心駕駛；疲勞駕駛；測試評價方法

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2023-07-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.026

1 前言

近年來隨著機動車和駕駛員人數(shù)的大量增加，交通事故率也逐年增加。在2021年，我國統(tǒng)計了交通事故原因，而37%的道路交通事故與駕駛員狀態(tài)直接相關(guān)，其中疲勞駕駛、分心駕駛與危險駕駛是三大主要因素。手機的廣泛應(yīng)用和車艙內(nèi)越來越多的娛樂系統(tǒng)也是導(dǎo)致駕駛員分心駕駛的直接原因。2010年之后，美國每年超過3 000名駕駛員因分心駕駛而失去生命，2020年年初，美國國家安全委員會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，超過1/4的車禍起因是駕駛員行駛過程中操作手機[1]。而全球所有致命的道路交通事故中，約有20%是由于駕駛員疲勞駕駛造成的[2]，因此，在車輛上搭載駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（Driver Monitoring System，DMS）對駕駛員進行實時監(jiān)測，防止其因為分心或疲勞而失去對車輛的控制，已經(jīng)成為一項強制性法規(guī)。我國在2018年率先強制要求“兩客一危”商用車量安裝DMS系統(tǒng)，歐盟也要求新車型必須配備疲勞監(jiān)測系統(tǒng)（DDAW）[3]和分心監(jiān)測系統(tǒng)（ADDW），相關(guān)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也在2022年10月發(fā)布，隨著政策法規(guī)頻頻出臺，駕駛員監(jiān)測將顯得尤為重要。

2 駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

2.1 間接式DMS系統(tǒng)

間接式DMS系統(tǒng)根據(jù)駕駛員在特定駕駛模式下的駕駛行為、人類晝夜節(jié)律、駕駛持續(xù)時間和駕駛行程單調(diào)度等情境變量來估計駕駛員的困倦程度[4]。首先將方向盤角速度、車速、距離車道線位置和車輛駕駛時長作為主要參數(shù)輸入，將安全帶狀態(tài)（判斷駕駛是否重新上車）、車門開關(guān)、點火狀態(tài)等參數(shù)作為次要參數(shù)輸入，具體工作原理見圖1。綜合考慮以上因素進行分析測算，得到該駕駛員當(dāng)前的疲勞狀態(tài)等級，這也是早期疲勞監(jiān)測系統(tǒng)主流的技術(shù)方案。

2.2 直接式DMS系統(tǒng)

直接式DMS系統(tǒng)是通過安裝在車輛A柱或者儀表盤附近的紅外攝像頭，來實時監(jiān)測駕駛員的頭部、眼部和面部等動作細(xì)節(jié)，然后對獲取的數(shù)據(jù)進行模式識別，進而做出駕駛員疲勞或者分心行為的判斷[5]，圖2為直接式DMS系統(tǒng)原理圖。

駕駛員疲勞監(jiān)測：主要考慮眼瞼開合度、眨眼頻率、閉眼時間占比（PERCLOS）等因素，通過機器學(xué)習(xí)算法，得出當(dāng)前疲勞困倦等級。

駕駛員分心監(jiān)測：主要考慮駕駛員注視前方視線、頭部多自由度姿態(tài)角以及手部動作等參數(shù)，通過計算視線停留在駕駛不同區(qū)域時間長短，進而判斷駕駛員是否分心駕e592fea10c4b99846fdbb81d9c34d689駛[6]。

3 國外測試評價方法

3.1 基于EU 2021/1341DDAW的測試方法

歐盟在2019年12月發(fā)布了新的GSR2.0安全法規(guī)，要求在2022年7月6號新車型裝配DDAW系統(tǒng)，2024年7月6號新上牌車輛裝配DDAW系統(tǒng)，在DDAW法規(guī)中歐盟采用了一種非常規(guī)的測試方法，要求駕駛員使用KSS對DDAW系統(tǒng)進行評價，KSS等級評價如表1所示，當(dāng)KSS等級為7級或以上時，系統(tǒng)應(yīng)該向駕駛員發(fā)出報警。

法規(guī)中要求OEM使用KSS方法或等同于KSS評級的方法充分驗證DDAW系統(tǒng)，并對驗證試驗做了如下要求：

a.驗證試驗采用真人參與者。

b.分別在白天和黑夜進行驗證。

c.在公開道路或者封閉道路進行，且測試車應(yīng)該有安全備份（如雙踏板）。

d.測試人員最小樣本量為10人（開發(fā)人員不得參與），測試前將會參加統(tǒng)一的KSS培訓(xùn)，所有學(xué)員的培訓(xùn)過程應(yīng)相同，培訓(xùn)過程應(yīng)清楚地記錄在提供給技術(shù)部門的證據(jù)檔案中。

e.在道路試驗過程中，將DDAW系統(tǒng)處于靜音狀態(tài)，用讀取車輛報文的方式判斷車輛是否報警。

f.每個測試人員必須產(chǎn)生一個真陽性的結(jié)果（如測試人員報告為7級，DDAW系統(tǒng)識別也為7級）或一個假陰性結(jié)果（如測試人員報告為7級，DDAW系統(tǒng)識別為6級）。

驗證試驗的結(jié)果采用統(tǒng)計學(xué)的方法進行計算，可接受的準(zhǔn)則為：

a.DDAW系統(tǒng)滿足平均敏感度在40%以上，敏感度結(jié)果的90%置信區(qū)間的下限應(yīng)高于20%，則視為有效。

b.若試驗間隔時間大于15 min，平均敏感度在45%以上，敏感度結(jié)果90%置信區(qū)間的下限應(yīng)高于22.5%，則視為有效。

c.若在公開道路上進行測試，平均敏感度在35%以上，敏感度結(jié)果90%置信區(qū)間的下限應(yīng)高于17.5%，則視為有效。

除了采用KSS對DDAW系統(tǒng)進行評級外，也可以采用直接監(jiān)測駕駛員的狀態(tài)（腦電波等）或者由三位睡眠專家觀看睡眠視頻分析結(jié)果來證明DDAW系統(tǒng)的有效性。

3.2 基于ENCAP DMS的測試方法

在ENCAP2023版安全駕駛版塊，將DMS正式納入評分中，并要求OEM提交詳細(xì)的技術(shù)文檔來證明系統(tǒng)的有效性。

評價規(guī)程中將駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分為駕駛員分心監(jiān)測、疲勞監(jiān)測和駕駛反應(yīng)遲鈍三部分，其中分心監(jiān)測又包含長時間分心、短時間分心和使用手機三類，如表2所示，將分心動作做了詳細(xì)的規(guī)定，并且規(guī)定了不同的注視區(qū)域。

規(guī)程中使用KSS等級和閉眼時間將疲勞狀態(tài)分為困倦、淺睡眠和睡眠三類，如表3所示。

4 國內(nèi)測試方法

4.1 基于GB/T 41797的測試方法

國標(biāo)GB/T 41797-2022《駕駛員注意力監(jiān)測系統(tǒng)性能要求及試驗方法》[7]已于2022年10月14日發(fā)布，并于2023年5月1日正式實施。該標(biāo)準(zhǔn)將成為國內(nèi)DMS領(lǐng)域的第一個標(biāo)準(zhǔn)，對國內(nèi)DMS系統(tǒng)開發(fā)和測試具有重要意義。該標(biāo)準(zhǔn)主要分為真人測試和仿真機器人測試兩部分，完成表4中的行為動作，首先用真人測試DMS系統(tǒng)的基本識別能力，然后用仿真機器人測試DMS系統(tǒng)的準(zhǔn)確率和檢出率，分別在白天、夜晚兩種條件下進行測試，同時包括裸眼、戴墨鏡、戴眼鏡三種條件，每個場景進行20次測試。

4.2 基于C-NCAP和IVISTA的測評方法

在2024版中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）主動安全測評項目中，將DMS功能納入評價項目，將DMS系統(tǒng)分為疲勞駕駛和長時間分心駕駛，草案初步規(guī)定完全閉眼3s為疲勞行為，注視后視鏡、車載娛樂系統(tǒng)等區(qū)域3s為長分心行為，在駕駛員開始動作后，系統(tǒng)應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)出報警。

中國智能汽車指數(shù)（IVISTA）也發(fā)布了2023版的征求意見稿，評測規(guī)程中將駕駛員注意力監(jiān)測分為分心監(jiān)測、頭部異常和疲勞監(jiān)測三部分，不同的是將疲勞監(jiān)測定義為駕駛員閉眼值持續(xù)時間等于2 s，將分心監(jiān)測定義為長時間注視車載娛樂系統(tǒng)3 s，根據(jù)報警成功率對系統(tǒng)進行評價。

5 未來座艙系統(tǒng)的發(fā)展

早期駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）僅僅出現(xiàn)在少數(shù)高端車型上，而目前法規(guī)已經(jīng)要求即將上市的新車都要配置駕駛員分心監(jiān)測和疲勞駕駛監(jiān)測的DMS系統(tǒng)，而駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)只屬于座艙內(nèi)監(jiān)測駕駛員區(qū)域，可以預(yù)見未來座艙監(jiān)測系統(tǒng)的普及是必然趨勢。座艙監(jiān)測系統(tǒng)在提升駕駛安全性的同時還提供更舒適的出行體驗，未來座艙監(jiān)測系統(tǒng)將會提供主動式服務(wù)，主動觀察用戶痛點，思考用戶需求，如主動識別乘員和駕駛員的面部情緒變化和語音分析，判斷當(dāng)前乘員情緒狀態(tài)，然后通過ADAS系統(tǒng)降低車速、語音提示駕駛員休息、播放用戶喜歡的音樂等方式進行干預(yù)和緩解艙內(nèi)人的情緒。

隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，座艙監(jiān)控系統(tǒng)的重要性也越來越重要，當(dāng)自動駕駛技術(shù)允許駕駛員雙手可以離開方向盤時，座艙監(jiān)控系統(tǒng)對于車輛來說就從一項重要配置變成必需配置。

6 結(jié)語

本文分析了當(dāng)前主流的DMS系統(tǒng)工作原理，對國內(nèi)外DMS系統(tǒng)測試方法進行了分析和總結(jié)，在測試評價方法上存在差異，歐盟的疲勞監(jiān)測評采用真人KSS自我評價，然后使用統(tǒng)計學(xué)方法來評價，而國內(nèi)主要使用一些疲勞的動作（打哈欠、閉眼）來定義疲勞，將執(zhí)行動作時長作為評價準(zhǔn)則。相比較而言，國外的測試評價方法更加貼近現(xiàn)實，但是存在KSS評價不一致的問題，如何對駕駛員進行有效的KSS培訓(xùn)將成為關(guān)鍵，而國內(nèi)采用了真人和假人組合的方法，可以提高測試效率和精度，可以全面驗證系統(tǒng)的功能和性能表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高馳.強制標(biāo)準(zhǔn)啟動在即，DMS市場進入爆發(fā)期[J].汽車與配件，2023（7）：38-39.

[2]Bakker B，Zablocki B，Baker A，et al. A multi-stage， multi-feature machine learning approach to detect driver sleepiness in naturalistic Road Driving Conditions[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems， 2021，99：1-10.

[3]（EU） 1341/2021，Supplementing Regulation （EU） 2019/2144 of the European Parliament and of the Council by laying down detailed rules concerning the specific test procedures and technical requirements for the type-approval of motor vehicles with regard to their driver drowsiness and attention warning systems and amending Annex II to that Regulation[S].

[4]于立嬌，吳振昕，王文彬等.駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)綜述[J].汽車文摘，2019（3）：24-30.

[5]高波.攝像頭的位置對駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)影響的探究[J].汽車知識，2022（3）：81-83.

[6]張佐營，葉桂荀.駕駛疲勞監(jiān)測技術(shù)研究綜述[J].汽車科技，2022（1）：8-14.

[7]GB/T 41797-2022 駕駛員注意力監(jiān)測系統(tǒng)性能要求及試驗方法[S].

作者簡介：

王曉亮，男，1993年生，工程師，研究方向為智能駕駛實車測試評價。