高振海 金勵(lì)辛 高菲 趙睿 張?zhí)飕?/p>

（吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022）

主題詞：自動(dòng)駕駛 暈動(dòng)癥 感覺(jué)沖突 客觀測(cè)量 運(yùn)動(dòng)算法優(yōu)化

1 前言

暈動(dòng)癥（Motion Sickness，MS）是一種常見(jiàn)病癥，在醫(yī)學(xué)上表示人體暴露在刺激性的運(yùn)動(dòng)環(huán)境中時(shí)，出現(xiàn)面部蒼白、出冷汗、胃部不適、頭暈、惡心以及嘔吐等反應(yīng)。暈動(dòng)癥持續(xù)時(shí)間為幾分鐘至數(shù)小時(shí)，通常不會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的健康危害，但癥狀嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)由感覺(jué)系統(tǒng)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙引起的平衡器官衰竭、脫水以及礦物質(zhì)平衡紊亂等現(xiàn)象。

車輛乘員暈動(dòng)癥問(wèn)題由來(lái)已久，Turner 和Griffin通過(guò)使3 256名乘客乘坐由不同駕駛員在不同路線上駕駛的56 輛公交車，對(duì)乘客的個(gè)體特征、外部視野、乘車活動(dòng)、乘坐規(guī)律以及使用抗暈動(dòng)癥藥物的影響進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明，在乘車時(shí)，有28.4%的乘客感到不適，12.8%的乘客感到惡心，1.7%的乘客嘔吐。

隨著車輛智能化研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛中暈動(dòng)癥的發(fā)生率和嚴(yán)重程度進(jìn)一步增加。Sivak和Schoette在美國(guó)、中國(guó)、印度、日本、英國(guó)和澳大利亞針對(duì)成年人在乘坐自動(dòng)駕駛汽車時(shí)參與的活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查，并分析乘客參與的活動(dòng)對(duì)暈動(dòng)癥發(fā)生率和嚴(yán)重程度的影響。結(jié)果顯示，暈動(dòng)現(xiàn)象多發(fā)生在行駛過(guò)程中看書(shū)或盯著小屏幕時(shí)，超過(guò)40.25%的乘客在乘坐自動(dòng)駕駛車輛時(shí)會(huì)進(jìn)行閱讀、發(fā)信息、看電視、工作、玩游戲等不觀察道路條件的活動(dòng)。其中有14%的乘客經(jīng)常經(jīng)歷暈動(dòng)癥，17%的乘客會(huì)經(jīng)歷中度或嚴(yán)重的暈動(dòng)癥，與傳統(tǒng)車輛相比，暈動(dòng)癥的發(fā)生率增加了17.24%。

乘客評(píng)判自動(dòng)駕駛出行服務(wù)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)除了安全到達(dá)目的地外，最重要的是乘坐舒適性。因此，自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的研究對(duì)于自動(dòng)駕駛出行服務(wù)的普及與服務(wù)水平的提升具有重要意義。

本文介紹自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的發(fā)生機(jī)理和測(cè)量方法，并從感覺(jué)線索獲取和運(yùn)動(dòng)算法優(yōu)化2個(gè)方面討論其減緩方法，最后提出現(xiàn)有研究的不足，并對(duì)自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥研究的未來(lái)方向進(jìn)行展望。

2 自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理

2.1 暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理

國(guó)內(nèi)外研究者提出了若干學(xué)說(shuō)來(lái)解釋暈動(dòng)癥的發(fā)生機(jī)理。中樞神經(jīng)遞質(zhì)功能失調(diào)假說(shuō)認(rèn)為，乙酰膽堿、組胺、5-羥色胺以及去甲腎上腺素等中樞神經(jīng)遞質(zhì)出現(xiàn)功能失衡導(dǎo)致暈動(dòng)癥的發(fā)生。耳石不對(duì)稱假說(shuō)認(rèn)為，位于耳石內(nèi)的位覺(jué)砂由于機(jī)體兩側(cè)的耳石出現(xiàn)功能不對(duì)稱而發(fā)生質(zhì)量變化引發(fā)暈動(dòng)癥?；蜻z傳假說(shuō)認(rèn)為，α2-腎上腺素能受體的單核苷酸多態(tài)性導(dǎo)致了不同個(gè)體對(duì)刺激性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生差異性自主反應(yīng)。內(nèi)分泌功能異常假說(shuō)認(rèn)為，機(jī)體產(chǎn)生暈動(dòng)癥往往與應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，而應(yīng)激反應(yīng)通常會(huì)引發(fā)內(nèi)分泌系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的變化，如生長(zhǎng)激素、血管活性腸肽、皮質(zhì)醇及精氨酸加壓素等。

感覺(jué)沖突假說(shuō)被廣泛接受。早期，Held通過(guò)試驗(yàn)研究證明了機(jī)體的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)在暈動(dòng)癥過(guò)程中的重要性，為暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理模型提出了一個(gè)假想的結(jié)構(gòu)元件，稱為“相關(guān)存儲(chǔ)器”，用來(lái)保留中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制身體運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的控制指令與身體執(zhí)行指令后感覺(jué)系統(tǒng)感知到的感覺(jué)信息之間的組合痕跡，并提出“感官重排”這一概念，用來(lái)描述一個(gè)或多個(gè)感覺(jué)器官感知到的感覺(jué)信息被系統(tǒng)地扭曲的運(yùn)動(dòng)情境。

在此基礎(chǔ)上，Reason提出了感覺(jué)沖突假說(shuō)，將暈動(dòng)癥定義為人體各種感覺(jué)器官感知到的信息不一致導(dǎo)致機(jī)體不協(xié)調(diào)而引發(fā)的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。當(dāng)機(jī)體受到異常的運(yùn)動(dòng)刺激時(shí)，其前庭系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)與本體感受器感知到的運(yùn)動(dòng)信息互相矛盾，引起半規(guī)管感知到的旋轉(zhuǎn)加速度和耳石感知到的線性平移加速度（包括重力）之間的前庭內(nèi)沖突，沖突持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)并且強(qiáng)度足夠大，就會(huì)導(dǎo)致暈動(dòng)癥的發(fā)生。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究與完善，感覺(jué)沖突假說(shuō)發(fā)展為除了感覺(jué)系統(tǒng)感知的運(yùn)動(dòng)信息相互矛盾，視覺(jué)、動(dòng)覺(jué)以及位置覺(jué)等實(shí)際傳入的感覺(jué)信息和人體根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)所預(yù)期的感覺(jué)信息之間的差異也會(huì)引發(fā)感覺(jué)沖突，模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。人腦中存在“神經(jīng)存儲(chǔ)器”用來(lái)儲(chǔ)存以往的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，人體在主動(dòng)運(yùn)動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將眼睛和前庭器官等傳入的感覺(jué)信息與神經(jīng)存儲(chǔ)器中的經(jīng)驗(yàn)信息進(jìn)行對(duì)比，二者之間的差異即為引發(fā)暈動(dòng)的感覺(jué)沖突。同時(shí)，感覺(jué)沖突信號(hào)也被反饋給神經(jīng)存儲(chǔ)器，用于更新經(jīng)驗(yàn)信息，以幫助人體適應(yīng)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)刺激。人體自主控制運(yùn)動(dòng)時(shí)，神經(jīng)存儲(chǔ)器中的經(jīng)驗(yàn)信息與傳入的感覺(jué)信息將更快地匹配，產(chǎn)生的刺激或沖突較小。

圖1 感覺(jué)沖突假說(shuō)定性模型

通過(guò)引入控制理論的思想，Oman對(duì)Reason提出的感覺(jué)沖突假說(shuō)進(jìn)行了細(xì)化，模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。將人體視為控制系統(tǒng)，其中大腦與肌肉等控制身體各部分的運(yùn)動(dòng)，眼睛和前庭器官等感知身體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)人腦中存在身體各部分的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停础皟?nèi)部模型”，用于估計(jì)身體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際感知的感覺(jué)傳入與內(nèi)部模型估計(jì)的感覺(jué)傳入之間的差異即為引發(fā)暈動(dòng)的感覺(jué)沖突。感覺(jué)沖突反饋至內(nèi)部模型，以提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度。人體自主控制運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部模型將模擬控制指令下的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，對(duì)未來(lái)的感覺(jué)傳入進(jìn)行額外的預(yù)測(cè)，更快地減小感覺(jué)沖突。當(dāng)外力引起的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)使沖突無(wú)法消除時(shí)，暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度就會(huì)加劇。

圖2 基于內(nèi)部模型假設(shè)的感覺(jué)沖突假說(shuō)定性模型

Oman和Cullen在人體大腦中發(fā)現(xiàn)了與感覺(jué)沖突假說(shuō)中的元件相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，驗(yàn)證了假說(shuō)的有效性。與存儲(chǔ)以往經(jīng)驗(yàn)的“內(nèi)部模型”相對(duì)應(yīng)的是具有記憶存儲(chǔ)功能的海馬體和前庭皮質(zhì)區(qū)域，與感覺(jué)沖突神經(jīng)元相對(duì)應(yīng)的是接收各種傳入感覺(jué)信息的前庭核和小腦神經(jīng)元。

Bles 和Bos 等人在感覺(jué)沖突假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出了更為簡(jiǎn)化的主觀垂直沖突（Subjective Vertical Conflict，SVC）假說(shuō)，將感覺(jué)沖突簡(jiǎn)化為主觀（或內(nèi)部模型預(yù)測(cè)）的垂直或重力方向與實(shí)際感知到的垂直或重力方向之間的差異，簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)模型如圖3 所示。其中，LP 為將重力加速度與其他加速度分離的低通濾波器。SVC假說(shuō)認(rèn)為，以往經(jīng)驗(yàn)中重力加速度的大小和方向是不變的，人體傾向于通過(guò)重力加速度來(lái)判斷姿態(tài)的變化，實(shí)際感知的重力加速度與預(yù)期的重力加速度之間的差異即為引發(fā)暈動(dòng)的感覺(jué)沖突。SVC假說(shuō)還認(rèn)為，內(nèi)部模型不僅在人體自主控制運(yùn)動(dòng)時(shí)能預(yù)測(cè)感覺(jué)傳入，當(dāng)人體被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若能根據(jù)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)信息預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部模型也能被激活，對(duì)感覺(jué)傳入進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖3 簡(jiǎn)化后的SVC假說(shuō)定性模型

2.2 自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理

自動(dòng)駕駛車輛中駕駛員角色的轉(zhuǎn)變、自動(dòng)化的駕駛風(fēng)格以及乘客乘車行為姿態(tài)的改變，都將導(dǎo)致乘員暈動(dòng)癥發(fā)生率和嚴(yán)重程度的增加。

隨著自動(dòng)駕駛車輛自動(dòng)化級(jí)別的提高，駕駛員轉(zhuǎn)變?yōu)槌丝?，自?dòng)化的駕駛風(fēng)格，尤其是急加速、急減速與急轉(zhuǎn)彎等駕駛行為，使乘客經(jīng)歷不習(xí)慣的運(yùn)動(dòng)刺激。Griffin 等人針對(duì)地面車輛的運(yùn)動(dòng)加速度刺激，以水平方向?yàn)橹?，?duì)受試者施加水平方向上不同頻率與幅值的加速度刺激進(jìn)行暈動(dòng)測(cè)試。結(jié)果表明：在相同頻率下，暈動(dòng)癥發(fā)生率隨運(yùn)動(dòng)刺激幅值的增加而增加；在相同幅值下，暈動(dòng)癥發(fā)生率隨運(yùn)動(dòng)刺激頻率的增加先增加后減小，并在0.03～0.25 Hz達(dá)到峰值。根據(jù)感覺(jué)沖突假說(shuō)，若車輛駕駛行為給乘客施加低頻加速運(yùn)動(dòng)等人體不習(xí)慣的運(yùn)動(dòng)刺激，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的內(nèi)部模型所預(yù)期的運(yùn)動(dòng)信息與實(shí)際感知的運(yùn)動(dòng)信息將出現(xiàn)較大差異，從而產(chǎn)生易引發(fā)暈動(dòng)癥的感覺(jué)沖突。同時(shí)，已有研究指出，同乘一輛車時(shí)，乘客通常比駕駛員更易患暈動(dòng)癥。Rolnick 和Lubow針對(duì)駕駛員與乘客暈動(dòng)癥發(fā)生率的不同進(jìn)行試驗(yàn)研究，將22 對(duì)受試者暴露在刺激的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，每一對(duì)受試者中的一人可以控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和頭部運(yùn)動(dòng)，另一人只能被動(dòng)地進(jìn)行相同的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和頭部運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組暈動(dòng)癥的發(fā)生率比控制運(yùn)動(dòng)組暈動(dòng)癥的發(fā)生率提高了78%。根據(jù)感覺(jué)沖突假說(shuō)，駕駛員通過(guò)控制車輛運(yùn)動(dòng)能夠?qū)ξ磥?lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以更快地減小內(nèi)部模型預(yù)期感覺(jué)傳入與實(shí)際感覺(jué)傳入的感覺(jué)沖突，而乘客無(wú)法控制運(yùn)動(dòng)，使得感覺(jué)沖突存在時(shí)間較長(zhǎng)或無(wú)法消除，暈動(dòng)癥的發(fā)生率和嚴(yán)重程度提高。

大多數(shù)乘客在乘坐自動(dòng)駕駛車輛時(shí)選擇進(jìn)行閱讀、看電視、工作等將視線集中于車內(nèi)顯示器的活動(dòng)，為便于乘客間的交流，自動(dòng)駕駛車輛中通常會(huì)設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的座椅，乘客乘坐時(shí)可朝向側(cè)方或背離行駛方向。Cowings 和Toscano 等人的試驗(yàn)結(jié)果表明，受試者在車輛行駛過(guò)程中觀看顯示器，暈動(dòng)癥發(fā)生率提高。根據(jù)感覺(jué)沖突假說(shuō)：若車輛以恒定速度行駛，前庭系統(tǒng)感知到身體處于靜止?fàn)顟B(tài)，與注視車內(nèi)靜態(tài)場(chǎng)景或觀看靜態(tài)圖像的顯示器時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)感知到的靜止景象一致，產(chǎn)生感覺(jué)沖突引發(fā)暈動(dòng)癥的可能性并不大；而在以恒定速度行駛的車輛上觀看具有動(dòng)態(tài)內(nèi)容的顯示器，或視線集中于靜態(tài)場(chǎng)景時(shí)車輛速度發(fā)生變化，前庭系統(tǒng)與視覺(jué)系統(tǒng)感知到的運(yùn)動(dòng)不一致，就會(huì)產(chǎn)生易引發(fā)暈動(dòng)癥的感覺(jué)沖突。同時(shí)，這些非駕駛活動(dòng)場(chǎng)景都將使乘客無(wú)法充分獲取關(guān)于前方道路的視覺(jué)信息。Feenstra 和Bos 等人針對(duì)視覺(jué)信息預(yù)測(cè)未來(lái)運(yùn)動(dòng)軌跡的有效性，在駕駛模擬器中進(jìn)行暈動(dòng)測(cè)試，結(jié)果表明行駛軌跡未知時(shí)受試者的暈動(dòng)癥發(fā)生率提高了4 倍。根據(jù)SVC假說(shuō)，乘客在被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況下無(wú)法獲取充分的視覺(jué)信息以預(yù)測(cè)未來(lái)運(yùn)動(dòng)軌跡，使得感覺(jué)沖突持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)或無(wú)法消除，暈動(dòng)癥的發(fā)生率和嚴(yán)重程度提高。

3 自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥測(cè)量方法

自動(dòng)駕駛車輛中個(gè)體患暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度的差異與運(yùn)動(dòng)刺激和個(gè)體暈動(dòng)癥易感性等因素有關(guān)。評(píng)價(jià)個(gè)體暈動(dòng)癥易感性強(qiáng)弱與測(cè)量個(gè)體暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度的方法分為主觀測(cè)量法和客觀測(cè)量法。

3.1 主觀測(cè)量法

主觀測(cè)量法主要有問(wèn)卷調(diào)查法和癥狀診斷法。

目前使用最廣泛的調(diào)查問(wèn)卷是Golding提出的暈動(dòng)癥易感性問(wèn)卷（Motion Sickness Susceptibility Questionnaier，MSSQ）。MSSQ 根據(jù)個(gè)體在兒童時(shí)期和成人時(shí)期是否會(huì)在乘坐交通工具或者游樂(lè)設(shè)施時(shí)發(fā)生暈動(dòng)癥癥狀，以及癥狀發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度，利用計(jì)算公式對(duì)個(gè)體暈動(dòng)癥易感性進(jìn)行量化。Meschtscherjakov 和Strumegger 等人針對(duì)21～60 歲的人群進(jìn)行了廣泛的MSSQ問(wèn)卷調(diào)查研究，結(jié)果顯示，受試人群MSSQ評(píng)分范圍為28.6～100，均值為77.85。MSSQ通常在運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)前使用，以了解受試者易感性的整體水平，判斷所選受試者是否具有群體代表性。

常用的調(diào)查問(wèn)卷還包括暈動(dòng)癥評(píng)估問(wèn)卷（Motion Sickness Assessment Questionnaire，MSAQ）和痛苦程度量表（Misery Scale，MISC）。MSAQ 分為胃腸道（胃部不適、惡心）、中樞（昏厥、頭暈）、外圍（冷汗、發(fā)熱）、睡眠（困倦、疲勞）4個(gè)方面，由16個(gè)問(wèn)題組成，通過(guò)受試者對(duì)各癥狀從1分（完全沒(méi)有）到9分（嚴(yán)重）的評(píng)分，評(píng)估暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度。MSAQ 通常在試驗(yàn)開(kāi)始前和結(jié)束后使用，以評(píng)估試驗(yàn)的有效性，但無(wú)法記錄試驗(yàn)過(guò)程中癥狀的變化情況。MISC 則允許在試驗(yàn)期間的不同時(shí)間點(diǎn)使用，以11分制衡量暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度，通常在受試者的評(píng)分達(dá)到6時(shí)停止運(yùn)動(dòng)刺激。

癥狀診斷法通過(guò)觀察暈動(dòng)癥患者的臨床癥狀和表現(xiàn)評(píng)定患者的暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度。早期只通過(guò)嘔吐的癥狀來(lái)診斷暈動(dòng)癥，目前的診斷量表通過(guò)患者的各種癥狀和體征進(jìn)行綜合診斷。

主觀測(cè)量法因?qū)嵤┓奖?、成本低、有效性高被廣泛采用，但多用于試驗(yàn)開(kāi)始前和結(jié)束后，無(wú)法記錄暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度隨時(shí)間的推移而可能存在的非線性變化。

3.2 客觀測(cè)量法

客觀測(cè)量法通過(guò)測(cè)量個(gè)體的各種生理信號(hào)與指標(biāo)反映該個(gè)體暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度，并評(píng)價(jià)其暈動(dòng)癥易感性。

前庭-眼動(dòng)反射（Vestibulo-Ocular Reflex，VOR）是目前臨床上測(cè)量暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度的比較常用的方法。前庭器官是與視覺(jué)有關(guān)的主要器官，前庭器官與單突觸和多突觸動(dòng)眼神經(jīng)核聯(lián)系、小腦與各種中樞聯(lián)系時(shí)，前庭半規(guī)管的神經(jīng)活動(dòng)影響動(dòng)眼肌的收縮與放松活動(dòng)。

胃電圖（Electrogastrogram，EGG）用于檢測(cè)暈動(dòng)癥發(fā)生后的胃部活動(dòng)變化，Hu 和McChesney 等人發(fā)現(xiàn)EGG活動(dòng)增加，即胃節(jié)律失常，是反映暈動(dòng)癥癥狀嚴(yán)重程度最敏感的生理指標(biāo)。

心率變異率（Heart Rate Variability，HRV）用于檢測(cè)暈動(dòng)癥發(fā)生后交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的活動(dòng)性。Ishii和Igarashi等人發(fā)現(xiàn)在前庭-視覺(jué)沖突情境下，通過(guò)交感神經(jīng)活動(dòng)引起的心率變化增加。Lin和Jung等人通過(guò)檢測(cè)HRV證明暈動(dòng)癥嚴(yán)重程度的增加會(huì)提高交感神經(jīng)活性，降低迷走神經(jīng)活性。

Gruden 和Popovic 等人通過(guò)EGG 與HRV 信號(hào)測(cè)量暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度，結(jié)果表明，在駕駛模擬器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，EGG與HRV信號(hào)幅值隨運(yùn)動(dòng)刺激的增加而增加，但與對(duì)照組差異并不顯著，沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Schartmuller 和Riener通過(guò)EGG 信號(hào)測(cè)量暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度，結(jié)果表明，一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的EGG信號(hào)幅值增加可以作為準(zhǔn)確的短時(shí)指標(biāo)，但試驗(yàn)前測(cè)和試驗(yàn)后測(cè)的信號(hào)幅值差異并不顯著，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

客觀測(cè)量法通常需要測(cè)量VOR、EGG 與HRV 等參數(shù)的組合，無(wú)法只使用一個(gè)有效的生理參數(shù)準(zhǔn)確地表征暈動(dòng)。而且生理信號(hào)易受到噪聲與受試個(gè)體的影響，測(cè)量結(jié)果難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4 自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥減緩方法

減緩自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的關(guān)鍵在于減少易引發(fā)暈動(dòng)癥的感覺(jué)沖突。目前減緩自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的方法分為感覺(jué)線索獲取與運(yùn)動(dòng)算法優(yōu)化。

4.1 感覺(jué)線索獲取

感覺(jué)線索包括視覺(jué)線索、聽(tīng)覺(jué)線索、觸覺(jué)線索等。有關(guān)視覺(jué)線索的研究最為廣泛。根據(jù)感覺(jué)沖突假說(shuō)，視覺(jué)系統(tǒng)與前庭系統(tǒng)感知到的運(yùn)動(dòng)一致時(shí)，能夠避免產(chǎn)生易引發(fā)暈動(dòng)癥的感覺(jué)沖突。密歇根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出防暈車眼鏡架，在乘客的視覺(jué)邊緣設(shè)置4個(gè)含有色液體的圓環(huán)，當(dāng)車輛進(jìn)行加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、顛簸等運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓環(huán)內(nèi)液體隨之流動(dòng)。Bos和MacKinnon等人提出在顯示器周圍施加與車輛運(yùn)動(dòng)一致的視覺(jué)刺激，或控制顯示器的位置與車輛運(yùn)動(dòng)同步，以提供與車輛運(yùn)動(dòng)相一致的穩(wěn)定圖像。同時(shí)，根據(jù)SVC 假說(shuō)，通過(guò)視覺(jué)線索獲取未來(lái)運(yùn)動(dòng)軌跡信息時(shí)，能夠更快地減小或消除感覺(jué)沖突。Diels和Bos等人提出將顯示器定位在窗口附近，使乘客在利用中心視覺(jué)查看顯示內(nèi)容的同時(shí)，利用周邊視覺(jué)獲取路徑信息，并且限制顯示器的尺寸以提供足夠的外圍視覺(jué)信息，或使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）顯示器，將顯示內(nèi)容疊加在前方道路的視圖上。Meschtscherjakov 和Strumegger 等人提出，在車內(nèi)使用有機(jī)發(fā)光二極管（Oganic Light Emitting Diodes，OLED）等照明技術(shù)，通過(guò)不同的燈光顯示，提示車輛即將進(jìn)行的操作。Winkel和Pretto 等人提出設(shè)計(jì)與車輛運(yùn)動(dòng)路徑相一致的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）游戲的方法。

除了視覺(jué)線索，聽(tīng)覺(jué)線索與觸覺(jué)線索等也能達(dá)到提供未來(lái)運(yùn)動(dòng)軌跡信息的目的。與視覺(jué)線索相比，當(dāng)乘客在進(jìn)行閱讀、看電視等以視覺(jué)任務(wù)為主的非駕駛活動(dòng)時(shí)，獲取非視覺(jué)線索所需的注意力更少。Kuiper 和Bos等人提出在車輛運(yùn)動(dòng)前通過(guò)車內(nèi)音頻向乘客告知車輛即將進(jìn)行的操作。Yusof 和Karjanto 等人提出在乘車時(shí)穿戴裝有電機(jī)的袖套，通過(guò)不同的振動(dòng)模式，提示車輛即將進(jìn)行的操作。優(yōu)步（Uber）研究團(tuán)隊(duì)提出車內(nèi)感官模擬系統(tǒng)，通過(guò)AR技術(shù)將車外環(huán)境信息呈現(xiàn)在車內(nèi)，并在車輛加速、減速和轉(zhuǎn)彎時(shí)給出相應(yīng)的氣流以同步乘客的體感信息。

4.2 運(yùn)動(dòng)算法優(yōu)化

運(yùn)動(dòng)算法優(yōu)化包括運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法優(yōu)化與運(yùn)動(dòng)控制算法優(yōu)化。

通過(guò)優(yōu)化自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，可在完成特定行駛目標(biāo)的同時(shí)，選取最小化乘客暈動(dòng)癥發(fā)生率的行駛方案。Waymo研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)車輛在擁堵路段行駛時(shí)急加速、緊急制動(dòng)行為較多的問(wèn)題，提出根據(jù)備選路徑擁堵情況判斷暈動(dòng)癥發(fā)生率的算法，選擇暈動(dòng)癥發(fā)生率最小的路徑，并通過(guò)顯示面板與乘客交流，獲取乘客的暈動(dòng)反饋以及時(shí)調(diào)整駕駛風(fēng)格。Htike和Papaioannou等人基于不同頻率的加速度刺激對(duì)暈動(dòng)癥發(fā)生率影響不同的現(xiàn)象，提出了對(duì)任意路徑規(guī)劃最優(yōu)加速度軌跡的最優(yōu)控制算法，最小化固定行駛時(shí)間內(nèi)乘客的暈動(dòng)癥發(fā)生率。通過(guò)優(yōu)化自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)控制算法，優(yōu)化車輛加速度信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、前輪轉(zhuǎn)角等運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，以避免急加速、急減速與急轉(zhuǎn)彎等刺激性駕駛行為。Saruchi 和Mohammed 等人基于彎道行駛時(shí)車輛橫向加速度與乘客頭部?jī)A斜角度相關(guān)性，針對(duì)暈動(dòng)癥發(fā)生率隨頭部?jī)A斜角度增加而提高的現(xiàn)象，提出根據(jù)車輛橫向加速度預(yù)測(cè)乘客頭部?jī)A斜角度、通過(guò)調(diào)整車輛前輪轉(zhuǎn)角降低乘客暈動(dòng)癥發(fā)生率的算法。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理、測(cè)量方法和減緩方法3個(gè)方面展開(kāi)，通過(guò)分析近年來(lái)的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有的理論、方法與技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，得到如下結(jié)論和展望：

a.目前自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理的研究多建立在感覺(jué)沖突假說(shuō)與SVC假說(shuō)定性模型的基礎(chǔ)上，且多為人體感覺(jué)系統(tǒng)生理模型，缺乏結(jié)合易引發(fā)暈動(dòng)癥的車輛運(yùn)動(dòng)特性的定量模型，無(wú)法對(duì)乘客暈動(dòng)程度進(jìn)行量化。探究自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)乘客暈動(dòng)癥的作用機(jī)制與定量關(guān)系，建立感覺(jué)系統(tǒng)與車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)相聯(lián)合的暈動(dòng)癥發(fā)生機(jī)理模型，將為減緩自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的研究奠定理論基礎(chǔ)。

b.目前在自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥研究或試驗(yàn)中采用的測(cè)量方法多為主觀測(cè)量法，存在隨機(jī)性與非實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，客觀測(cè)量法可以實(shí)時(shí)采集人體生理數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化評(píng)估，但穩(wěn)定性不高且測(cè)量體系不夠全面。進(jìn)一步在大規(guī)模數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)分析人體發(fā)生暈動(dòng)癥時(shí)生理信號(hào)的多模態(tài)特征與動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，并建立統(tǒng)一的自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥客觀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥減緩技術(shù)的發(fā)展起到較大的推動(dòng)作用。

c.目前減緩自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥的方法多為視野范圍、注視方向、車內(nèi)環(huán)境與座艙布置的優(yōu)化，有效但并不只針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛，在傳統(tǒng)車輛中同樣能達(dá)到減緩暈動(dòng)癥的目的。結(jié)合自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可控的特點(diǎn)，優(yōu)化自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)算法主動(dòng)減緩暈動(dòng)癥的研究較少，且大多數(shù)研究未通過(guò)實(shí)車或人體試驗(yàn)驗(yàn)證有效性。優(yōu)化自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法與運(yùn)動(dòng)控制算法，使車輛在保證行駛安全性和操縱穩(wěn)定性的同時(shí)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改善車輛對(duì)乘客的運(yùn)動(dòng)刺激以降低乘客暈動(dòng)癥發(fā)生率，將是自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥減緩技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

自動(dòng)駕駛車輛暈動(dòng)癥研究的發(fā)展與完善，將對(duì)改進(jìn)自動(dòng)駕駛車輛算法和提升乘坐舒適性起到推進(jìn)作用，提高大眾對(duì)自動(dòng)駕駛出行服務(wù)的認(rèn)可程度，促進(jìn)自動(dòng)駕駛出行服務(wù)的正向發(fā)展，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。