自动驾驶接管操作因素受疲劳影响分析

贠海 邹祉佶

摘 要：自动驾驶汽车的发展将处于并长期处于人机共驾阶段，该阶段内驾驶人需要对车辆进行接管，因此驾驶人疲劳状态会对接管安全性会产生直接影响。因此，本研究通过开展自动驾驶接管模拟实验，分析了驾驶人疲劳程度的对其接管操作指标的影响。通过对疲劳程度和接管操作指标的关联性分析显示：与疲劳程度最为相关的操作指标为最大SDLP和刹车输入频率，表明接管疲劳会影响驾驶人接管时的横纵向操作。研究结果可为未来自动驾驶驾驶人状态干预提供理论支持。

关键词：交通安全;自动驾驶;驾驶疲劳

1 引言

在纯手动驾驶过程中，疲劳驾驶是道路交通中的一个主要安全问题。由于驾驶疲劳的积累会致使驾驶人的驾驶绩效逐渐降低，最终在紧急情况发生时无法做出快速反应，导致交通碰撞风险的增加[1]，并危及自身及其他道路使用者。据统计，由疲劳驾驶直接或间接导致的交通事故占总事故的30%～45%[2]，更有31%的驾驶人曾表示在高速公路进行驾驶时无法保证眼睛完全睁开[3]。据美国交通事故损伤年报显示，每年有大约100，000起疲劳驾驶事故，导致1，550人死亡，71，000人受伤，并造成125亿美元的经济损失[4]。据加拿大交通损伤研究基金会调查显示，在受访的1209位加拿大驾驶人中超过半数曾疲劳驾驶，20%在驾驶时处于半睡半醒状态[5]。各种方法产生关于疲劳引起事故频率的各种估计，欧洲的疲劳驾驶被认为是大部分道路交通事故的主要因素（范围10%-20%）[6]。虽然目前的研究表明驾驶人疲劳和接管绩效有关，但研究结果并不统一。本研究的目的是探索疲劳度对接管操作指标的影响差异，确定受疲劳影响最大的操作指标。

2 实验方法

实验场景设定为正常高速公路流量，大约为100（pcu/h），同时速度限定为100KM/h。实验前所有驾驶人会进行约20分钟的手动试驾，期间驾驶人会经历多种情况，全程为手动驾驶，驾驶人必须进行干预以避免事故的发生;之后驾驶人会进行多次驾驶模式切换，同时进行多次接管，以熟悉后续的实验流程，同时熟悉整个模拟器的操作特性，降低后续数据的突变。在试驾结束后，驾驶人会现后进行两次实验，首先进行时长约40分钟的纯手动驾驶实验，期间将经历4种场景;之后驾驶人会继续进行自动驾驶接管实验，实验期间驾驶人需要每10-15分钟使用卡尔卡罗斯疲劳评定量表（KSS）对自身疲劳等级作出评价，KSS量从非常清醒到几乎睡着按九级分配

在本研究中，研究了不同疲劳度对接管操作的影响，通过传感器获取驾驶/接管期间驾驶人的各项操作参数，并选定以下操作参数：纵向加速度（Acclong）和横向加速度（Acclat），刹车输入速率（频次），方向盘转角标准偏差（SDSW）。车道位置标准偏差（SDLP），速度标准偏差（SDV）作为接管操作的评价指标。

3 疲劳对自动驾驶接管操作指标影响分析

本研究选用皮尔逊相关系数（Person correlation coefficient）法进行操作指标与疲劳的相关性分析。皮尔逊相关系数被广泛应用于度量变量之间的相关程度，其值介于-1与1之间，定义为两个变量之间的协方差和标准差的商，计算公式如下：

式中Xi为X样本数据，为X样本均值;Yi为Y样本数据，为Y样本均值，见表1。

通过上诉分析可以看出与疲劳相关的参数有纵向加速度最小值和均值、刹车输入频率、SDLP最大值和均值;与驾驶模式显著相关的参数有绝大部分，同时与疲劳等级和驾驶模式相关的参数有刹车输入频率和SDLP最大值，见图1。

通過对驾驶人刹车输入频率和SDLP最大值等操作参数进行分析，可以看出在自动驾驶和手动驾驶之间，驾驶人疲劳及操作表现存在较大差异。整体来将，手动驾驶期间驾驶人疲劳等级上升更快，且分布范围更广。针对刹车输入频率，自动驾驶接管时刹车输入分布比手动驾驶时更为广泛且集中，表明驾驶人接管时刹车输入更为密集;对于SDLP，自动驾驶接管时SDLP分布范围在0-0.08之间，且分布均匀，而手动驾驶期间，SDLP分布在0-0.06之间，且疲劳等级分布更广。通过对刹车输入频率和SDLP最大值的箱型图分析可以看出，自动驾驶接管期间，驾驶人输入频率更高，且SDLP数值更大，说明自动驾驶接管时，驾驶人的操作更为急促，车辆行驶稳定性更低。

4 展望

本文通过研究分析得到在自动驾驶接管期间，驾驶人的刹车输入频率和SDLP指标受疲劳影响最大，说明驾驶人在接管期间横纵向操作水平都比较低。

参考文献：

[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].