自动驾驶接管风险评估和人机友好预警方法及预警系统与流程

本发明涉及自动驾驶领域，具体的，涉及自动驾驶接管风险评估和人机友好预警方法及预警系统。

背景技术：

自动驾驶汽车能够提高驾驶的安全性、舒适性和效率，已经成为汽车发展的重要趋势之一。然而，自动驾驶并不是一蹴而就的，根据美国汽车工程师协会(sae)制定的分级标准，车辆的自动驾驶等级分为六级：人工驾驶(l0)；辅助驾驶(l1)；部分自动驾驶(l2)；有条件自动驾驶(l3)；高度自动驾驶(l4)；完全自动驾驶(l5)。目前市场上占主导的车辆是l1和l2。l3自动驾驶车辆已经成为了新的重要的发展方向。并且由于技术等限制因素，未来将长期处于l3自动驾驶阶段。

l3自动驾驶下，驾驶人无需持续监管环境，可以做与驾驶无关的次任务，例如阅读，打电话或者使用电子设备。但在车辆自动驾驶系统失效或者系统达到极限的时候，驾驶人必须能够接管车辆。驾驶人在自动驾驶中的驾驶负荷和手动驾驶有较大差异，突发情况下，人被要求接管车辆驾驶权时，认知负荷激增。驾驶人在极低到极高的阶跃负荷中，难以应对险情，存在极大的安全隐患，很容易发生交通事故。因此，对自动驾驶接管风险进行准确评估，保障接管的安全性，为完善接管预警机制提供依据，是防止驾驶人接管驾驶权时发生交通事故的关键。同时有研究结果表明，系统提醒驾驶人接管车辆驾驶权时，分别采用听觉、视觉和触觉等不同的人机交互方式对驾驶人造成的紧迫感和烦恼程度有显著差异。在准确评估自动驾驶接管的风险，保证安全的前提下，选用驾驶人更为舒适的人机交互方式，能够提高驾驶人的驾驶舒适性。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服上述问题，本发明的目的之一是提出了自动驾驶接管风险评估和人机友好预警方法，结合驾驶人的接管反应，对自动驾驶接管风险进行准确评估，并在此基础上建立考虑驾驶人用户体验的人机友好接管预警方法；目的之二提供了基于该方法的自动驾驶接管风险评估和人机友好预警系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的有益效果是：

本发明在综合考虑多风险源的情况下，分析交通中的多物理对象对本车接管造成的风险，结合本车驾驶人的接管反应特性，对接管时刻的风险进行评估，同时考虑驾驶人的舒适度，建立了人机友好预警方法，可以保障自动驾驶接管安全性，同时提高驾驶人的用户体验，该方法还能为智能驾驶辅助系统提供技术支持。

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具体实施方式来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述：

图1示出了本发明的流程图；

图2示出了本发明的人机友好接管预警算法流程示意图。

具体实施方式

以下是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。

实施例1

本实施例提出了一种用于保障自动驾驶接管安全性的人机友好预警方法，首先判断本车是否处于自动驾驶状态，具体通过自动驾驶系统判断自动驾驶功能是否开启，如果为开启，则判断当前时刻是否有驾驶人接管的需要，具体的：当车辆处于自动驾驶状态时，判断是否接收到需要驾驶人接管车辆驾驶权的信号，该信号可能是自动化设备故障或者自动驾驶系统发出的。当两者的状态都满足时(自动驾驶功能开启和有驾驶人接管的需要)，进行自动驾驶接管风险评估和人机友好预警，具体流程如图1所示。

首先，根据交通道路中静止物理对象和运动物理对象所造成的行为场场强，获取本车位置处的接管风险总场强。其中静止物理对象为路边的障碍物、人为设置的障碍提示物或者停在路边待修理或者等待红灯的轿车。

其中，根据交通道路中静止物理对象的状态信息以及本车的相关信息，为了表征由静止物理对象造成的接管风险，计算静止物体在本车位置(xj,yj)产生的势能场场强es(静止物理对象的行为场场强的获取方法)：

dsj＝(xj-xs,yj-ys)式(2)

其中：k代表场强系数；

ms代表静止物理对象的虚拟质量；

rs代表静止物理对象所在处的道路风险影响因子；

dsj代表从静止物理对象边界s到(xj,yj)的距离矢量，(xj,yj)为本车位置。

运动物理对象包括无驾驶人操控的运动对象和有驾驶人操控的运动对象，无驾驶人操控的运动对象为完全自动驾驶汽车和无人车，根据交通道路中的运动物理对象的状态信息以及本车的相关信息，为了表征由无驾驶人操控的运动对象造成的接管风险，计算无驾驶人操控的运动对象在本车位置(xj,yj)产生的动能场场强ed(无驾驶人操控的运动对象的行为场场强的获取方式)：

ddj＝(xj-xd,yj-yd)式(4)

其中：k3代表动能场系数；

md代表无驾驶人操控的运动对象的虚拟质量；

rd代表所述无驾驶人操控的运动对象所在处的道路风险影响因子；

ddj代表所述从无驾驶人操控的运动对象边界d到(xj,yj)的距离矢量；

vd代表所述无驾驶人操控的运动对象的速度矢量；

θd代表vd和ddj的夹角；

graded,dj是ed的梯度向量。

根据交通道路中的有驾驶人操控的运动物理对象及其驾驶人的状态信息以及本车的相关信息，为了表征由该驾驶人行为特性造成的接管风险，计算其驾驶人在本车位置(xj,yj)产生的行为场场强ex(有驾驶人操控的运动对象的行为场场强的获取方式)：

其中：dx代表驾驶人的风险因子；

mx代表有驾驶人操控的运动物理对象的虚拟质量；

rx代表有驾驶人操控的运动物理对象所在处的道路风险影响因子；

dxj代表从有驾驶人操控的运动物理对象边界x到(xj,yj)的距离矢量。

根据上述步骤，计算得到交通道路中静止物理对象和运动物理对象所造成的行为场场强，通过式(1)、(3)和(5)，得到本车位置处的接管风险总场强，表示为：

et＝es+ed+ex式(6)

第二，根据本车位置处的接管风险总场强，获取本车接管风险值，具体分为以下步骤：

步骤1：基于本车的状态信息和本车位置处的接管风险总场强(式(6))，获取本车所受到的场力，本车所受到的场力可表示为：

fi＝ei·mj·rj·(1+dj)式(7)

其中：fi代表本车接管时刻在第i个所述静止对象、无驾驶人操控的运动物理对象或有驾驶人操控的运动物理对象形成的接管风险场中受的力；

ei代表单个物体形成的风险场场强；

mj代表本车的虚拟质量；

rj代表本车位置(xj,yj)处的道路风险影响因子；

dj代表本车驾驶人的风险因子。

步骤2：基于本车所受的单个风险场场力获取单个交通物理对象产生的风险值，具体的：

其中：riski和riski分别代表单个静止对象、运动物体或驾驶人对本车的场力所带来的接管风险值及其变化率；

risks、riskd和riskx分别代表本车接管时刻在所述静止对象、无驾驶人操控的运动物理对象和有驾驶人操控的运动物理对象形成的接管风险场中分别具有的风险值。

步骤3：获取本车接管时刻受到的多个所述静止对象、无驾驶人操控的运动物理对象和有驾驶人操控的运动物理对象的综合风险risk，具体的：

其中：l代表车道的宽度；

di代表交通物理对象i到本车所在车道中心线的距离；

mi是单个风险所占的权重值，代表了单个交通对象所在车道对风险的过滤作用；

步骤4：考虑驾驶人的接管反应时间(驾驶人收到接管预警后会有一个反应时间)，获取驾驶人接管车辆驾驶权时刻的风险tr：

其中：ttor代表预测的驾驶人接管反应时间。

第三，如图2所示，根据本车接管风险值tr，判断本车接管的风险处于第一场景和第二场景的风险阈值tr5和tr10，其中第一场景为本车与本车道前方障碍物碰撞时间ttc为4-6秒，且周围没有车的接管场景，本实施例设置为5s；第二场景为本车与本车道前方障碍物碰撞时间ttc为8-12秒，且周围没有车的接管场景，本实施例设置为10s。

比较式(15)所获取的驾驶人接管车辆驾驶权时刻的风险tr与tr5和tr10，当tr>tr5时，采用第一预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权，自车以-2.5～-4m/s²的减速度减速，等待驾驶人接管；当tr10<tr<tr5时，采用第二预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权；当tr10>tr时，采用第三预警方式提醒驾驶人接管车辆驾驶权，第一预警方式、第二预警方式和第三预警方式的舒适度逐渐提高(基于人机友好，选择合适的接管预警方式提醒本车驾驶人)。

本实施例中，第一预警方式为采用紧迫度高的听觉+视觉+触觉的组合预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权，自车以-4m/s²的减速度减速，等待驾驶人接管，触觉信号为驾驶人座椅振动，听觉信号为高频率和高峰值的音频信号“自动驾驶即将失效，请紧急接管”，视觉信号为显示同样的信息在中控台屏幕上。

第二预警方式为采用紧迫度适中的视觉+听觉的组合预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权。

第三预警方式为采用舒适度更高的视觉+听觉的组合预警方式提醒驾驶人接管车辆驾驶权，听觉信号为舒适度更好的音频信号“自动驾驶即将失效，请及时接管”，视觉信号为显示同样的信息在中控台屏幕上。

例如采用前述方法计算得到的驾驶人接管车辆驾驶权时刻的风险tr为15，tr5为20，tr10为10，则采用第二预警方式即采用紧迫度适中的视觉+听觉的组合预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权。

实施例2

本实施例提出了人机友好预警系统，包括自动驾驶判断模块、接管需求模块、本车接管风险值评估模块和报警模块；自动驾驶判断模块用于判断车辆是否处于自动驾驶状态；接管需求模块用于判断本车是否有驾驶人接管的需要；本车接管风险值评估模块用于当本车处于自动驾驶状态以及存在驾驶人接管的需要时，采用实施例1所述的人机友好预警方法，选择合适的接管预警方式；报警模块用于采用本车接管风险值评估模块所判断的预警方式对驾驶人进行报警提示。

例如自动驾驶判断模块通过自动驾驶系统判断自动驾驶功能开启，将该信号传递给接管需求模块，接管需求模块根据自动化设备故障或者自动驾驶系统发出的信号判断出需要驾驶员接管，进而将该信号传递给本车接管风险值评估模块，本车接管风险值评估模块通过实施例1所述的方法判断本车的驾驶人接管车辆驾驶权时刻的风险tr为10，而本车接管的风险处于第一场景和第二场景的风险阈值tr5、tr10分别为15和5，则将采用第二预警方式的信号传递给报警模块，报警模块采用紧迫度适中的视觉+听觉的组合预警方式提醒驾驶人紧急接管车辆驾驶权。

本实施例还提出了一种带有自动驾驶功能的汽车，集成人机友好预警系统。

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。