李家文，曹建東,成 波

(1.浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,杭州 310014； 2.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；3.清華大學(xué)汽車(chē)工程系,汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

2016069

基于危險(xiǎn)感知機(jī)理的狀態(tài)適應(yīng)式碰撞預(yù)警策略研究*

李家文1，曹建東2,成 波3

(1.浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,杭州 310014； 2.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；3.清華大學(xué)汽車(chē)工程系,汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

從危險(xiǎn)感知機(jī)理的角度出發(fā)，對(duì)適應(yīng)駕駛員疲勞狀態(tài)的碰撞預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，分析在預(yù)警時(shí)機(jī)和預(yù)警方式上所應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則?；谛盘?hào)檢測(cè)理論的研究結(jié)果表明，駕駛員在判別危險(xiǎn)時(shí)，隨著疲勞程度的加深，駕駛員在態(tài)度上變得越來(lái)越保守，而進(jìn)入非常疲勞狀態(tài)后，其危險(xiǎn)判別的能力也明顯下降。因此碰撞預(yù)警在設(shè)計(jì)策略上應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)感知與疲勞程度的量化關(guān)系將預(yù)警時(shí)機(jī)進(jìn)行適當(dāng)提前，而在預(yù)警方式上則應(yīng)盡量采用組合式的預(yù)警信號(hào)，著重提高可理解性。

駕駛員疲勞狀態(tài)；碰撞預(yù)警；信號(hào)檢測(cè)理論；感知機(jī)理；預(yù)警策略

前言

設(shè)計(jì)符合駕駛員危險(xiǎn)感知特性的預(yù)警時(shí)機(jī)與預(yù)警方式是目前碰撞預(yù)警系統(tǒng)常用的方法[1-2]。但當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，其反應(yīng)和信息處理等方面能力都將產(chǎn)生明顯的變化[3]，車(chē)輛碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮駕駛員這種感知特性的變化，使預(yù)警時(shí)機(jī)與預(yù)警方式能夠符合不同狀態(tài)的駕駛員對(duì)危險(xiǎn)狀態(tài)的感知結(jié)果，以保證預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際效果[4]。因此對(duì)駕駛員在不同狀態(tài)下對(duì)碰撞危險(xiǎn)感知機(jī)理的把握對(duì)于預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有非常重要的作用，值得深入研究。

本文中利用駕駛模擬儀，模擬不同的駕駛危險(xiǎn)環(huán)境，針對(duì)駕駛員在不同狀態(tài)下的危險(xiǎn)判斷表現(xiàn)，引入信號(hào)檢測(cè)理論用于研究疲勞狀態(tài)對(duì)于其判斷結(jié)果的影響機(jī)理，并據(jù)此分析碰撞預(yù)警系統(tǒng)在預(yù)警時(shí)機(jī)以及預(yù)警方式上的設(shè)計(jì)策略，為碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供新的方法與理論支持。

1 研究方法

1.1 信號(hào)檢測(cè)論在駕駛員危險(xiǎn)感知研究中的應(yīng)用

信號(hào)檢測(cè)理論最初用于通信領(lǐng)域，在被引入到心理學(xué)研究之后用于研究外界刺激與內(nèi)部感知表征之間的關(guān)系[5-6]，其主要指標(biāo)是反應(yīng)偏向與敏感性，其中反應(yīng)偏向解釋了個(gè)體區(qū)分外界刺激(包含信號(hào)和噪聲)的態(tài)度，而敏感性則可以說(shuō)明個(gè)體區(qū)分刺激的能力。對(duì)于實(shí)際的駕駛過(guò)程來(lái)說(shuō)，前方車(chē)輛(或障礙物)就是外界的刺激，可以用諸如THW(time headway)、TTC(time to collision)等代表碰撞危險(xiǎn)的參數(shù)來(lái)表示。在不同的狀態(tài)下駕駛員皆須對(duì)前方的交通狀況做出“安全”與“危險(xiǎn)”的判斷，反映在實(shí)際操作中就是諸如制動(dòng)、換道等避免危險(xiǎn)的行為，通過(guò)統(tǒng)計(jì)大量駕駛員的這些判別操作行為，獲得一個(gè)面向駕駛員不同狀態(tài)，反映其判別前方環(huán)境條件是否安全的概率分布和一個(gè)平均意義上的判別閾值。由此即可對(duì)駕駛員在不同狀態(tài)下對(duì)環(huán)境是否危險(xiǎn)的反應(yīng)偏向與區(qū)分危險(xiǎn)與安全的敏感性進(jìn)行研究。通過(guò)比較清醒與疲勞狀態(tài)下駕駛員反應(yīng)偏向和敏感性的變化情況來(lái)分析駕駛員的疲勞狀態(tài)對(duì)其危險(xiǎn)感知特性的影響，從而為車(chē)輛碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略提供理論依據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于清華大學(xué)的大型駕駛模擬器開(kāi)展了相關(guān)研究，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中，被試駕駛員分別以60和90km/h的速度駕駛一輛汽車(chē)(簡(jiǎn)稱(chēng)自車(chē))在一條全長(zhǎng)50km的雙向6車(chē)道高速公路上行駛，前方有以40km/h速度行駛的車(chē)輛(簡(jiǎn)稱(chēng)前車(chē))。為更好地比較和分析不同狀態(tài)的駕駛員在縱向駕駛過(guò)程中對(duì)安全和危險(xiǎn)的判斷情況，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種危險(xiǎn)級(jí)別，一種是被試駕駛員感覺(jué)如果繼續(xù)行駛，前車(chē)對(duì)自車(chē)產(chǎn)生威脅；另一種是被試駕駛員如果繼續(xù)行駛，則兩車(chē)可能發(fā)生碰撞。為獲得這兩種結(jié)果，做了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：第一種情況要求被試駕駛員不能降低車(chē)速，在感覺(jué)到前車(chē)對(duì)自身保持車(chē)速產(chǎn)生影響時(shí)，超越前車(chē)；第二種情況要求被試駕駛員不能偏離車(chē)道，在感覺(jué)到碰撞危險(xiǎn)時(shí)以主動(dòng)制動(dòng)的方式來(lái)避免碰撞。通過(guò)對(duì)駕駛員超車(chē)和制動(dòng)時(shí)機(jī)的分布情況來(lái)把握駕駛員在不同狀態(tài)下對(duì)這兩種危險(xiǎn)的判斷變化情況。

圖1 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在本實(shí)驗(yàn)中，須確保被試駕駛員是在清醒狀態(tài)下完成實(shí)驗(yàn)。設(shè)定開(kāi)始以60km/h的速度行駛，并逐漸接近前車(chē)。超車(chē)或制動(dòng)之后，模擬儀通過(guò)對(duì)場(chǎng)景的控制，在一段時(shí)間后重復(fù)相應(yīng)工況，每種工況重復(fù)3遍。在該過(guò)程結(jié)束后，被試駕駛員的車(chē)速被調(diào)整到90km/h，然后在該車(chē)速下重復(fù)上述兩種工況。

在完成以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程后繼續(xù)駕駛，調(diào)整被試駕駛員的車(chē)速到40km/h，與前車(chē)維持200m的距離不變，以利用單調(diào)駕駛環(huán)境促使駕駛員進(jìn)入不同程度的疲勞狀態(tài)。采用對(duì)駕駛員面部表情評(píng)分的方法來(lái)實(shí)時(shí)獲取駕駛員的實(shí)際疲勞狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用安裝于駕駛員前方的攝像頭實(shí)時(shí)采集駕駛員面部視頻圖像，由兩名經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的研究人員按照表1所示的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立給出各自的評(píng)分，評(píng)價(jià)時(shí)將駕駛員的狀態(tài)分為“清醒”、“疲勞”、“非常疲勞”3級(jí)，取兩人評(píng)分的平均值作為最終結(jié)果。

表1 疲勞狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

當(dāng)兩名有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究人員判斷被試駕駛員進(jìn)入疲勞或者非常疲勞的狀態(tài)之后，重復(fù)上述所有測(cè)試。

本實(shí)驗(yàn)共測(cè)試了20名被試駕駛員(男性17名，女性3名，平均年齡26.3歲，標(biāo)準(zhǔn)差3.6歲，平均駕齡2年)。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)定

實(shí)驗(yàn)得到了被試駕駛員在不同狀態(tài)下超車(chē)和制動(dòng)時(shí)的具體時(shí)刻。由于超車(chē)工況自車(chē)車(chē)速不變，因此用THW來(lái)表示駕駛員的超車(chē)行為差異。而制動(dòng)工況涉及相對(duì)速度的變化，因此用TTC來(lái)表示駕駛員的制動(dòng)行為差異。

首先將上述兩種實(shí)驗(yàn)工況下所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，以確定不同狀態(tài)的駕駛員對(duì)不同危險(xiǎn)的判斷閾值，以及不同的THW和TTC對(duì)應(yīng)的安全和危險(xiǎn)的概率。在閾值的設(shè)定上，采取將所有被試駕駛員在同一狀態(tài)下超車(chē)時(shí)的THW或制動(dòng)時(shí)的TTC的平均值作為駕駛員對(duì)于相應(yīng)工況是否危險(xiǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在安全和危險(xiǎn)的分布統(tǒng)計(jì)中，首先將THW和TTC分成若干個(gè)區(qū)間，其中THW分成[0,1)、[1,2)、[2,3)、[3,4)、[4,5)、[5,6)、[6,7)和[7,8]8個(gè)區(qū)間；TTC分成[0,1)、[1,2)、[2,3)、[3,4)、[4,5)、[5,6)、[6,7)、[7,8)和[8,9] 9個(gè)區(qū)間。將被試駕駛員超車(chē)時(shí)的THW、制動(dòng)時(shí)的TTC定義為危險(xiǎn)狀態(tài)，將其歸入某一個(gè)區(qū)間，同時(shí)做如下假設(shè)：對(duì)于某被試駕駛員來(lái)說(shuō)，在其危險(xiǎn)狀態(tài)所在THW和TTC區(qū)間之后的各個(gè)區(qū)間代表是相對(duì)安全的。例如駕駛員在THW=3.2時(shí)進(jìn)行了超車(chē)行為，該區(qū)間屬于[3,4)區(qū)間，則對(duì)于該被試駕駛員來(lái)說(shuō)，THW=[4,5)這個(gè)區(qū)間是安全的。基于該假設(shè)，本研究計(jì)算了所有被試駕駛員在不同狀態(tài)下，對(duì)于環(huán)境安全與危險(xiǎn)的概率分布結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 超車(chē)工況

圖2為在超車(chē)工況下不同狀態(tài)的被試駕駛員在90km/h車(chē)速下對(duì)環(huán)境危險(xiǎn)的判斷結(jié)果。由圖2看出，隨著被試駕駛員疲勞程度的逐漸加深，安全和危險(xiǎn)概率曲線占據(jù)的THW區(qū)間越來(lái)越多，兩條曲線的離散程度也越來(lái)越低。根據(jù)信號(hào)檢測(cè)理論計(jì)算圖2中各種情況的敏感性和反應(yīng)偏向，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，隨著駕駛員疲勞程度的加深，駕駛員對(duì)安全和危險(xiǎn)工況判斷的敏感性下降，同時(shí)駕駛員的反應(yīng)偏向則越來(lái)越大。當(dāng)駕駛員以60km/h的車(chē)速行駛時(shí)，得到的結(jié)果也基本類(lèi)似。

圖2 超車(chē)工況中不同狀態(tài)駕駛員的危險(xiǎn)判斷情況

圖3 超車(chē)工況中不同狀態(tài)的敏感性和反應(yīng)偏向(90km/h)

2.2.2 制動(dòng)工況

圖4為制動(dòng)工況下不同狀態(tài)的被試駕駛員在60km/h車(chē)速下對(duì)危險(xiǎn)和安全的判斷結(jié)果。由圖4可以看出，隨著駕駛狀態(tài)的變化，被試駕駛員在制動(dòng)工況時(shí)對(duì)危險(xiǎn)的判斷變化趨勢(shì)和超車(chē)工況基本一致，這點(diǎn)也體現(xiàn)在制動(dòng)工況時(shí)不同狀態(tài)下的敏感性和反應(yīng)偏向的結(jié)果上，如圖5所示。說(shuō)明雖然駕駛員所面臨的危險(xiǎn)級(jí)別不同，但是隨著疲勞程度的加深，其對(duì)前向碰撞危險(xiǎn)判別的敏感性皆呈下降趨勢(shì)，而其反應(yīng)偏向則趨于上升。分析被試駕駛員以90km/h的車(chē)速進(jìn)行的制動(dòng)工況的數(shù)據(jù)，也得到類(lèi)似的結(jié)果。

圖4 制動(dòng)工況中不同狀態(tài)駕駛員的危險(xiǎn)判斷情況(60km/h)

圖5 制動(dòng)工況不同狀態(tài)時(shí)的敏感性和反應(yīng)偏向(60km/h)

2.3 狀態(tài)變化對(duì)駕駛員危險(xiǎn)感知的影響機(jī)理

上述實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果解釋了不同疲勞狀態(tài)對(duì)駕駛員具體操作的影響，即隨著駕駛員疲勞程度的加深，駕駛員的敏感性逐漸降低，造成其對(duì)交通工況維持注意的能力下降，由此使駕駛員錯(cuò)過(guò)了原本期望的超車(chē)或制動(dòng)時(shí)刻，導(dǎo)致超車(chē)時(shí)的THW值或制動(dòng)時(shí)的TTC值變小。同時(shí)由于反應(yīng)偏向逐漸增加，即變得保守，造成駕駛員在清醒狀態(tài)時(shí)的超車(chē)或制動(dòng)時(shí)刻之前就感到危險(xiǎn)，因此提前進(jìn)行超車(chē)或制動(dòng)行為，這使超車(chē)時(shí)的THW值和制動(dòng)時(shí)的TTC值變大。相對(duì)而言，疲勞程度對(duì)敏感性的影響更加突出，通過(guò)計(jì)算不同條件下駕駛員正確判斷安全工況的概率可以看到，在疲勞狀態(tài)下，敏感性下降的程度在10%左右，而在非常疲勞狀態(tài)時(shí)，敏感性下降的程度達(dá)到25%左右，如圖6所示。這說(shuō)明在疲勞狀態(tài)時(shí)，駕駛員對(duì)環(huán)境是否危險(xiǎn)的判斷能力并沒(méi)有明顯下降，只是區(qū)分安全和危險(xiǎn)的態(tài)度趨于保守。而在非常疲勞狀態(tài)時(shí)，駕駛員在對(duì)判斷安全和危險(xiǎn)的態(tài)度變得更加保守的同時(shí)，其區(qū)分安全和危險(xiǎn)的能力也明顯下降，導(dǎo)致其無(wú)法快速確定自身所處的環(huán)境特征。

圖6 敏感性結(jié)果在不同狀態(tài)下的變化差異

綜上所述，駕駛員危險(xiǎn)感知特性變化的綜合作用使其實(shí)際超車(chē)和制動(dòng)行為的分散性增加，一致性降低。掌握這種內(nèi)在機(jī)理的變化特點(diǎn)就可以為前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)提供適應(yīng)駕駛員狀態(tài)變化的設(shè)計(jì)策略。

3 適應(yīng)狀態(tài)的碰撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

預(yù)警策略主要涉及預(yù)警時(shí)機(jī)與預(yù)警方式的設(shè)計(jì)，其中預(yù)警時(shí)機(jī)應(yīng)符合駕駛員的危險(xiǎn)判別結(jié)果，因此更側(cè)重考慮駕駛員的反應(yīng)偏向結(jié)果。而預(yù)警方式則須保證駕駛員對(duì)于危險(xiǎn)狀態(tài)的理解與注意，因此更側(cè)重于提高駕駛員的敏感性。因此結(jié)合本文中的研究結(jié)果，從兩方面來(lái)歸納前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略。

3.1 預(yù)警時(shí)機(jī)的適應(yīng)式設(shè)計(jì)

在預(yù)警時(shí)機(jī)上，應(yīng)適應(yīng)駕駛員危險(xiǎn)感知態(tài)度的保守趨勢(shì)，將預(yù)警時(shí)機(jī)根據(jù)不同的疲勞狀態(tài)適當(dāng)提前，從而使預(yù)警的觸發(fā)時(shí)刻能符合駕駛員對(duì)當(dāng)時(shí)實(shí)際危險(xiǎn)的感知結(jié)果。具體預(yù)警時(shí)機(jī)的提前量設(shè)計(jì)一方面要量化駕駛員的危險(xiǎn)感知結(jié)果與預(yù)警時(shí)機(jī)之間的具體關(guān)系；另一方面要計(jì)算不同疲勞狀態(tài)對(duì)其危險(xiǎn)感知特性的影響程度。因此可將駕駛員的狀態(tài)特征與實(shí)際的預(yù)警時(shí)機(jī)通過(guò)客觀的感知結(jié)果聯(lián)系起來(lái)，從而使預(yù)警適應(yīng)駕駛員的反應(yīng)偏向。

之前筆者通過(guò)Stevens冪定律量化了駕駛員在清醒狀態(tài)時(shí)的危險(xiǎn)感知與客觀報(bào)警時(shí)機(jī)之間的關(guān)系，并結(jié)合C均值聚類(lèi)方法計(jì)算了不同疲勞狀態(tài)對(duì)駕駛員危險(xiǎn)感知的影響程度，由此設(shè)計(jì)了適應(yīng)不同疲勞狀態(tài)的預(yù)警時(shí)機(jī)，取得了較好的效果[7]。

3.2 預(yù)警方式的適應(yīng)式設(shè)計(jì)

預(yù)警方式的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)原則主要包含察覺(jué)性、理解性與接受性等3個(gè)方面[5]。從上述感知機(jī)理分析可以看到，由于疲勞狀態(tài)時(shí)駕駛員區(qū)分安全與危險(xiǎn)的能力下降不多，還能維持對(duì)環(huán)境危險(xiǎn)的注意和判斷能力，因此諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等常規(guī)的預(yù)警方式依然具有一定的預(yù)警效果。但在進(jìn)入非常疲勞狀態(tài)之后，駕駛員敏感性明顯下降，導(dǎo)致其區(qū)分安全和危險(xiǎn)的能力下降，致使其無(wú)法快速認(rèn)知自身所處的行駛環(huán)境的危險(xiǎn)狀況。而常規(guī)的預(yù)警方式中，普通的聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)信號(hào)都能夠指明當(dāng)前的危險(xiǎn)狀況，但聽(tīng)覺(jué)信息需要花費(fèi)時(shí)間去理解，視覺(jué)則無(wú)法第一時(shí)間傳遞信息，觸覺(jué)方式雖然可以快速引起駕駛員的察覺(jué)，但它無(wú)法讓駕駛員快速理解當(dāng)前危險(xiǎn)狀況，因此這些方式對(duì)于處于非常疲勞的駕駛員來(lái)說(shuō)效果很差，文獻(xiàn)[8]中對(duì)于不同預(yù)警方式的研究也證明了上述結(jié)論。

針對(duì)狀態(tài)的影響，適應(yīng)式預(yù)警方式的設(shè)計(jì)原則是：保證察覺(jué)性與接受性，同時(shí)重點(diǎn)提高理解性，突顯危險(xiǎn)狀況(或目標(biāo))，從而讓駕駛員能快速把握當(dāng)前的危險(xiǎn)狀況，彌補(bǔ)其敏感性顯著下降之后的危險(xiǎn)辨別能力。

結(jié)合常規(guī)預(yù)警方式的缺陷分析，很難提高聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)方式在快速突顯目標(biāo)事件上的作用，而視覺(jué)方式具備快速指引駕駛員注意的能力[9]，常規(guī)視覺(jué)預(yù)警信號(hào)由于置于駕駛室內(nèi)部，和駕駛員觀察道路信息之間存在視覺(jué)資源的干涉現(xiàn)象，因此對(duì)其察覺(jué)性和接受性的評(píng)價(jià)都較低，若將視覺(jué)預(yù)警信號(hào)和駕駛員需要注意的危險(xiǎn)情況重合顯示，則可引導(dǎo)駕駛員對(duì)危險(xiǎn)情況的注意，達(dá)到突顯危險(xiǎn)情況的目的。

因此基于平視顯示(head-up display, HUD)原理進(jìn)行視覺(jué)預(yù)警方式的設(shè)計(jì)，其效果如圖7所示，采用箭頭的方式指出了可能發(fā)生碰撞危險(xiǎn)的前方車(chē)輛，采用遞進(jìn)閃爍的梯形條紋來(lái)表示兩車(chē)之間相對(duì)距離的變化結(jié)果，其中當(dāng)剛觸發(fā)縱向危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)采用2Hz的閃爍頻率，在TTC=2.5時(shí)采用4Hz閃爍頻率，同時(shí)在梯形條紋附近顯示兩車(chē)之間的具體相對(duì)距離結(jié)果。

圖7 基于HUD的適應(yīng)式視覺(jué)預(yù)警方式設(shè)計(jì)

另外，考慮到視覺(jué)方案的察覺(jué)性較低，增加了能快速吸引駕駛員注意的觸覺(jué)方式和語(yǔ)音預(yù)警作為視覺(jué)方案的補(bǔ)充，最終形成的適應(yīng)式復(fù)合預(yù)警方案如表2所示。

表2 適用于不同疲勞狀態(tài)的復(fù)合式環(huán)境預(yù)警方案

基于文獻(xiàn)[8]中的方法測(cè)試了上述預(yù)警方案，并與歐洲AWAKE項(xiàng)目的疲勞預(yù)警方案(安全帶卡扣振動(dòng)、嗶嗶聲、中后視鏡處的紅色閃爍LED，3者復(fù)合預(yù)警)做了對(duì)比，圖8為比較結(jié)果?？梢钥闯?，當(dāng)駕駛員處于非常疲勞的狀態(tài)時(shí)，駕駛員對(duì)預(yù)警設(shè)計(jì)方案的理解性都得到顯著提高，同時(shí)也使可用度得到了明顯提升。在察覺(jué)性上，比較駕駛員在兩種預(yù)警方案下的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如圖9所示。由圖9可以看出，所設(shè)計(jì)的預(yù)警方案在制動(dòng)時(shí)間上快了約0.1～0.2s，這說(shuō)明根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案能夠幫助非常疲勞狀態(tài)的駕駛員快速把握當(dāng)前駕駛環(huán)境中的危險(xiǎn)狀況，在第一時(shí)間做出相應(yīng)的操作。

圖8 本文方案與AWAKE方案的效果比較

圖9 本文方案與AWAKE方案制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間比較

4 結(jié)論

利用信號(hào)檢測(cè)理論，基于駕駛模擬儀研究分析了駕駛員在不同疲勞狀態(tài)下，對(duì)于交通環(huán)境的危險(xiǎn)感知判別機(jī)理。研究結(jié)果表明，隨著疲勞程度的加深，駕駛員對(duì)于環(huán)境是否危險(xiǎn)的反應(yīng)偏向與敏感性都發(fā)生了明顯變化，其區(qū)分環(huán)境安全與危險(xiǎn)的態(tài)度變得越來(lái)越保守，而在進(jìn)入非常疲勞狀態(tài)后，其危險(xiǎn)判別能力明顯下降?；谏鲜鰴C(jī)理研究的結(jié)果，提出了適應(yīng)駕駛員不同狀態(tài)的碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略：一方面，需要量化分析駕駛員危險(xiǎn)感知的保守變化程度來(lái)設(shè)計(jì)提前報(bào)警的具體時(shí)機(jī)；另一方面，在預(yù)警方式上應(yīng)盡量采用組合式的預(yù)警信號(hào)，著重保證報(bào)警信息的可理解性，所設(shè)計(jì)的基于HUD的復(fù)合式預(yù)警方案，取得了較好的預(yù)警效果。

[1] LEBLANC D, KIEFER R J, DEERING R K, et al. Forward Collision Warning Preliminary Requirements for Crash Alert Timing[C]. SAE Paper 2001-01-0462.

[2] Mitsuteru Kokubun, Hiroyuki Konishi, et al. Assessment of Drivers’ Risk Perception Using a Simulator[J]. R&D Review of Toyota CRDL,2004,39(2).

[3] SMITH S S, HORSWILL M S, CHAMBERS B, et al. Hazard Perception in Novice and Experienced Drivers: The Effects of Sleepiness[J]. Accident Analysis & Prevention,2009,41:729-733.

[4] CAMPBELL J, et al. Crash Warning System Interfaces: Human Factors Insights and Lessons Learned[R]. Final Report DOT HS 810 697, National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), USA,2007.

[5] WICKENS C D. Engineering Psychology and Human Performance[M]. New York, HarperCollins Publishers, Inc.,1992.

[6] KUCHAR J. Methodology for Alerting-system Performance Evaluation[J]. Journal of Guidance, Control and Dynamics,1996,19:438-444.

[7] 李家文,成波.針對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)的防撞報(bào)警算法的研究[J].汽車(chē)工程,2013,35(6):490-493.

[8] 李家文,成波.駕駛員疲勞狀態(tài)適應(yīng)式預(yù)警方法的研究[J].汽車(chē)工程,2011,33(8):694-700.

[9] ERIKSEN C W, COLLINS J E. Temporal Course of Selective Attention[J]. Journal of Experimetnal Psychology,1969,80:254-261.

A Research on Collision Warning Strategy Adapted to Driver’sState Based on Hazard Perception Mechanism

Li Jiawen1, Cao Jiandong2& Cheng Bo3

1.DepartmentofVehicleEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014;2.ChinaAcademyofTransportationSciences,Beijing100029;3.DepartmentofAutomotiveEngineering,TsinghuaUniversity,StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafetyandEnergy,Beijing100084

From the angle of driver’s hazard perception mechanism, the collision warning system adapted to driver’s drowsiness state is studied and the design principles for warning timing and ways of warning are analyzed. The results of study based on signal detection theory show that when driver makes judgment on hazard, with the deepening of drowsiness extent, driver’s attitude becomes more and more conservative, and when entering into deep drowsy state, driver’s hazard judgment ability also significantly lowers. Therefore, in devising collision warning, the warning timing should reasonably advances according to the quantitative relationship between hazard perception and drowsiness extent, and for the way of warning, the combinations of different warning signals should be adopted, putting emphasis on comprehensibility.

driver drowsiness; collision warning; signal detection theory; perception mechanism; warning strategy

*國(guó)家自然科學(xué)基金(51405438)資助。

原稿收到日期為2014年12月5日，修改稿收到日期為2015年2月4日。