CN110239556B - 一种驾驶员即时操控能力感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶员即时操控能力感知方法，所述感知方法具体为：S1：采集驾驶员操控数据和车辆行驶状态数据；S2：评价安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标；S3：建立评价驾驶员即时操控能力感知模型；S4：确定安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标的权重系数；S5：得出评价驾驶员即时操控能力感知结果。本发明提出一种驾驶员即时操控能力的感知方法，针对目前没有对驾驶员的即时操控能力进行研究的现状和驾驶员即时操控能力难以定量化描述的问题，应用驾驶员的操控行为数据和车辆运动状态数据，采用多指标感知评价的方法，定量客观的对驾驶员即时操控能力进行感知。

Description

一种驾驶员即时操控能力感知方法

技术领域

本发明涉及智能汽车技术领域，具体的，涉及一种驾驶员即时操控能力感知方法。

背景技术

随着经济的不断发展，机动车驾驶员数量在不断上升，驾驶员驾驶技能低、驾驶经验不足、驾驶状态欠佳、驾驶习性不良等原因导致的交通事故越来越多，事故占比越来越高，驾驶员成为整个汽车驾驶链中最脆弱的环节。如果能够感知一个驾驶员在驾驶过程中对车辆的动态操控能力，就能以此为依据调整车辆的控制参数，满足不同驾驶员在车辆性能和安全性方面的需求。但是由于驾驶员驾驶过程的随机性、复杂性、时变性，驾驶员在驾驶过程中对车辆实时的操控能力随时在发生着变化，所以用驾驶员的驾驶技能、速度估计能力、反应能力等固定的指标不能客观表征驾驶员的即时操控能力。

当驾驶员对车辆的即时操控能力发生变化时，驾驶员的感知、判断、执行能力也发生了不同程度的改变，导致了驾驶员对车辆的操控行为也随之发生变化，最终导致车辆的行驶状态也会发生变化。所以，驾驶员的操控行为决定了车辆的运行状态，而操控行为又体现了驾驶员对信息判断决策的执行情况。因此，分析驾驶员即时操控能力的变化，可以通过驾驶员操控行为和车辆运行状态的变化分析进行研究。

专利文献CN106361357A公开了一种根据驾驶员的各种能力测试模块中的至少两种测试结果确定驾驶员驾驶能力的测试方法，但是该方法评估的是驾驶员的静态驾驶能力，不能适应驾驶动态变化的操控能力；而且该方法测试结果的准确性严重依赖于驾驶员的反应能力、速度估计能力、空间记忆能力等测试模块和装置的准确性和有效性，同时由于驾驶员间存在较大的差异性、复杂性，这些测试模块的测试结果准确性不高。在其余的文献研究中也都没有考虑驾驶员驾驶能力的动态变化情况，大多都只是以一个静态标准来衡量驾驶操控能力，这类方法难以适应驾驶员生理心理状态变化和道路环境变化时驾驶员动态能力的改变。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：。

一种驾驶员即时操控能力感知方法，所述感知方法具体为：

S1：采集驾驶员操控数据和车辆行驶状态数据；

S2：评价安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标；

S3：建立评价驾驶员即时操控能力感知模型；

S4：确定安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标的权重系数；

S5：得出评价驾驶员即时操控能力感知结果。

进一步，所述S2中评价所述安全性指标具体方法为：

A1：计算车辆行驶的横向安全感知指标和纵向安全感知指标；

A2：根据A1，按照以下公式评价安全性感知指标：

Safety＝w_la·LateralSafety+w_long·LongitudinalSafety-βΔv(Δv＞0)

其中，w_la、w_long分别表示横向安全性和纵向安全性的权重值；

βΔv为安全性的惩罚项，如果车辆速度超过路段限速值时，会降低车辆行驶安全性；

Δv为车辆速度与道路路段限速值的差值；

LateralSafety表示驾驶员驾驶横向安全性感知指标；

LongitudinalSafety表示驾驶员驾驶纵向安全性感知指标；

Safety表示安全性感知指标。

进一步，按照以下公式评价所述横向安全感知指标：

其中，LateralSafety表示横向安全性感知指标；

d_la表示车辆左右两侧距离车道中心线的最大值；

d_l、d_r分别为车辆左、右两侧与道路中心线的最大距离；

d_max表示车辆在单车道上行驶时允许偏离的最大距离。

进一步，按照以下公式评价所述纵向安全感知指标：

其中，LongitudinalSafety表示纵向安全性感知指标；

d_long表示车辆与前车的实际距离；

d_c为纵向最小安全距离。

进一步，所述S2中评价所述舒适性感知指标的方法具体为：

B1：对舒适性指标进行归一化处理；

B2：根据B1，运用下式评价驾驶员驾驶舒适性的感知指标，得到所述舒适性感知指标：

其中，a_i为第i个车辆加速度值；

n为统计的加速度总个数；

C^*为舒适性感知指标。

进一步，所述S2中评价所述绿色性感知指标的方法如下式所示：

其中，GD为绿色性感知指标；

FC₁为车辆在该路段行驶的实际燃油消耗量平均值；

FC₀为在该路段下的燃油消耗基准值，即经济油耗值。

进一步，所述S2中评价所述效率性感知指标的方法如下式所示：

其中，v为车辆行驶速度；

v_max为道路路段限速值；

Ef为效率性感知指标指标。

进一步，所述S3中评价所述驾驶员即时操控能力指标如下式所示：

Dc＝(w_sSafety+w_cC^*+w_gGD+w_eEf)

其中，w_s、w_c、w_g、w_e分别代表安全性、舒适性、绿色性和效率性指标的权重系数；

Dc为驾驶员即时操控能力指标。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种驾驶员即时操控能力的感知方法，该方法针对目前没有对驾驶员的即时操控能力进行研究的现状和驾驶员即时操控能力难以定量化描述的问题，应用驾驶员的操控行为数据和车辆运动状态数据，采用多指标感知评价的方法，定量客观的对驾驶员即时操控能力进行感知。同时本发明能为汽车智能辅助驾驶和个性化驾驶提供参考依据。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的流程示意图；

图2为车辆与道路的位置关系图；

图3为人机共驾流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提出了一种驾驶员即时操控能力的感知方法，该方法包括以下步骤：

S1：采集驾驶员操控数据和车辆行驶状态数据。

为了全面准确的对驾驶员即时操控能力进行感知，要采集驾驶员的操控数据和车辆行驶状态数据的种类如下表所示，表1中的数据可以是通过驾驶员在驾驶模拟器上进行模拟驾驶的数据，也可以采集驾驶员实车驾驶数据，数据均可通过相应的传感设备和接口获得，数据采集设备和接口不再本发明的研究之列。

表1驾驶员操控数据和车辆行驶状态数据表

S2：评价安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标。

车辆的运动分为横向运动和纵向运动，那么车辆行驶的安全性考虑横向安全和纵向安全。横向安全是指车辆行驶过程中，车辆与两侧车辆保持安全的距离行驶，如果所有车辆都保持在车道中心行驶，则可以保证车辆的横向安全性，如果车辆偏离车道中心越远，则车辆的横向安全性越低，以车辆两侧与道路边界线的距离来衡量车辆的横向安全性。

因此评价安全性感知指标具体为：

A1：计算车辆行驶的横向安全感知指标和纵向安全感知指标；

假设车辆为一个矩形，如附图2所示，如果车辆越过两侧车道线，则必定是表示车辆矩形的四个顶点中的一个或几个越过了车道线，L_f、L_r分别表示车辆质心点到车辆前后端的距离；车辆质心点与车道中心线的距离为y_l，单位为m；车道宽度为w_r，单位是m；车辆自身宽度为w_v，单位是m；ψ为车辆偏航角，车头偏向道路左侧为正，偏向右侧为负。则根据位置几何关系，车辆左右两侧与道路中心线的最大距离d_l、d_r为：

由于车辆偏离道路中心线的距离越大，车辆行驶的危险性越大，并且距离越大时危险程度增加的越快，所以用式(2)表征车辆的横向安全性：

式中，LateralSafety表示驾驶员驾驶横向安全性感知指标，d_la＝max{d_l,d_r}，表示车辆左右两侧距离车道中心线的最大值；

表示车辆在单车道上行驶时允许偏离的最大距离。

纵向安全表示在车辆行驶方向上，与前车保持安全的行车距离，不与前车发生碰撞。根据HideoAraki纵向安全距离模型，车辆行驶时为防止前车的紧急制动引发追尾事故，应该与前车保持一个安全纵向距离d_c，如式3表示：

式中，v_f和a_f是前车的速度和加速度，v_s和a_s是自车的速度和加速度。第一个式子用于自车车速较小时，自车在停止前速度与前车速度相同的情况；第二个式子用于自车速度较大时，前车停止或比自车早停车的情况。

由于d_c是极限安全距离，没有考虑驾驶员的制动反应时间，即使与前车的距离等于或者稍微比安全距离大的时候车辆的纵向安全性依然难以得到保证，所以当驾驶员驾驶的车辆与前车的距离小于安全距离则认为车辆纵向行驶不安全，与前车的距离越大则纵向安全性越高，因此表征车辆纵向安全性的指标如下式表示：

式中，LongitudinalSafety表示驾驶员驾驶纵向安全性感知指标，d_long表示车辆与前车的实际距离，d_c纵向最小安全距离。

A2：根据A1，综和车辆横向和纵向安全性的感知，则表征驾驶员驾驶安全性的模型如式(5)所示：

其中，w_la、w_long分别表示横向安全性和纵向安全性的权重值，由于在车辆行驶过程中横向和纵向安全性都关乎车辆行驶的安全，对于安全行车来说都同等重要，因此，横向和纵向安全性指标的权重w_la、w_long都为0.5。βΔv为安全性的惩罚项，如果车辆速度超过路段限速值时，会降低车辆行驶安全性，Δv为自车速度与道路路段限速值的差值。

对于同一车辆，不同的驾驶员驾驶车辆时的动态舒适性不尽相同，这与驾驶员的驾驶习性、驾驶技能、驾驶环境等因素有关。因此，在评价驾驶员对车辆操控能力时考虑驾驶舒适性的指标。要反应驾驶中驾乘的动态舒适性，需要考虑汽车行驶过程中的运动状态。国际标准ISO 2631-1对驾驶的舒适性指标进行了详细描述，具体舒适性指标如式(6)所示：

式中，C为驾驶舒适性感知指标；a_i为第i个车辆加速度值；n为统计的加速度总个数。舒适性指标分了六个等级，如表2所示：

表2舒适性指标表

因此，评价舒适性感知指标的具体方法为：

B1：对舒适性指标进行归一化处理；

本实施例采用离差标准化方法对舒适性指标进行归一化处理，离差标准化函数为：

其中，x^*为离差标准化处理后的样本值，x是待归一化的样本值，x_max是样本数据的最大值，x_min是样本数据的最小值。

B2：公式(6)和根据B1提到的公式(7)，得到评价驾驶员驾驶舒适性的感知指标C^*如下式(8)所示：

不同的驾驶员由于驾驶风格、技术的差异，驾驶车辆消耗的燃油量也各不相同。驾驶技术娴熟的驾驶员往往比新手驾驶员能节约更多的燃油，而同一个驾驶员在不同的交通情景或是不同的心理生理状态下，在同样的道路上驾驶相同路程车辆的燃油消耗量也会存在差异。因此，在感知一个驾驶员技能驾驶能力时，有必要对驾驶的绿色性进行评价。

燃油消耗量是表现车辆行驶是否绿色的主要指标，如果可以得到车辆行驶的实际油耗值和车辆在该路段下的经济油耗值，则可以定义一个绿色性感知指标 GD来评价驾驶的绿色性，GD的计算公式为：

式中，GD为绿色性感知指标，且GD≤1,GD越是接近1则说明车辆的燃油经济性越高，驾驶方式越绿色。FC₁为车辆在该路段行驶的实际燃油消耗量平均值，FC₀为在该路段下的燃油消耗基准值，即经济油耗值，该值用车辆在该路段下以道路建议速度值行驶的平均油耗值计算。

驾驶经验丰富的驾驶员的驾驶速度往往比新手驾驶员时的快，且驾驶员在生理心理状态较好的情况下驾驶车辆的速度比状态欠佳的时候要快，驾驶速度越快意味着到达目的地的驾驶时间越短，驾驶的效率性越高。如果驾驶员驾驶车辆的行驶速度与道路限速值约接近，则表示驾驶的效率性越高，但是随着效率性的提高，车辆行驶的速度就越快，安全性就会越低。设车辆行驶速度为v，道路路段限速值为v_max，那么效率性感知指标Ef为：

S3：建立评价驾驶员即时操控能力感知模型；

结合式(5)、(8)、(9)和式(10)，可以得到评价驾驶员即时操控能力指标 Dc表达式如下：

Dc＝(w_sSafety+w_cC^*+w_gGD+w_eEf) (11)

式中，w_s、w_c、w_g、w_e分别代表安全性指标、舒适性指标、绿色性指标和效率性指标的权重系数，权重系数值将在下一步骤中确定。

S4：确定安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标的权重系数；

本实施例采用主观评价方法的专家调查法，设计调查问卷调查安全性、舒适性、绿色性和效率性四个指标对于感知驾驶员即时操控能力的重要程度和准确度，然后基于统计分析法对多个专家评分值进行统计分析，最终得出安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标的权重系数，调查问卷如表 3所示。

表3感知驾驶员即使操控能力指标重要程度调查问卷

S5：根据S3和S4，最终完成驾驶员即时操控能力的感知，人机共驾过程如图3所示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种驾驶员即时操控能力感知方法，其特征在于：所述感知方法具体为：

S1：采集驾驶员操控数据和车辆行驶状态数据；

S2：评价安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标；

S3：建立评价驾驶员即时操控能力感知模型；

S4：确定安全性感知指标、舒适性感知指标、绿色性感知指标和效率性感知指标的权重系数；

S5：得出评价驾驶员即时操控能力感知结果；

所述S2中评价所述安全性感知指标具体方法为：

A1：计算车辆行驶的横向安全感知指标和纵向安全感知指标；

A2：根据A1，按照以下公式评价安全性感知指标：

Safety＝w_la·LateralSafety+w_long·LongitudinalSafety-βΔv(Δv＞0)

其中，w_la、w_long分别表示横向安全性和纵向安全性的权重值；

βΔv为安全性的惩罚项，如果车辆速度超过路段限速值时，会降低车辆行驶安全性；

Δv为自车速度与道路路段限速值的差值；

LateralSafety表示所述横向安全感知指标；

LongitudinalSafety表示所述纵向安全感知指标；

Safety表示安全性感知指标；

所述S2中评价所述绿色性感知指标的方法如下式所示：

其中，GD为绿色性感知指标；

FC₁为车辆在该路段行驶的实际燃油消耗量平均值；

FC₀为在该路段下的燃油消耗基准值，即经济油耗值；

所述S2中评价所述效率性感知指标的方法如下式所示：

其中，v为车辆行驶速度；

v_max为道路路段限速值；

Ef为效率性感知指标。

2.根据权利要求1所述的一种驾驶员即时操控能力感知方法，其特征在于：按照以下公式评价所述横向安全感知指标：

其中，LateralSafety表示所述横向安全感知指标；

d_la表示车辆左右两侧距离车道中心线的最大值；

d_l、d_r分别为车辆左、右两侧与道路中心线的最大距离；

d_max表示车辆在单车道上行驶时允许偏离的最大距离。

3.根据权利要求1所述的一种驾驶员即时操控能力感知方法，其特征在于：按照以下公式评价所述纵向安全感知指标：

其中，LongitudinalSafety表示纵向安全感知指标；

d_long表示车辆与前车的实际距离；

d_c为纵向最小安全距离。

4.根据权利要求1所述的一种驾驶员即时操控能力感知方法，其特征在于：所述S3中建立所述评价驾驶员即时操控能力感知模型如下：

Dc＝(w_sSafety+w_cC^*+w_gGD+w_eEf)

其中，w_s、w_c、w_g、w_e分别代表安全性、舒适性、绿色性和效率性指标的权重系数；

Dc为驾驶员即时操控能力指标。

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