高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法技术

本发明专利技术公开了高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，具体步骤为：构建自动驾驶接管实验平台；设计并搭建典型的高速公路自动驾驶接管场景；招募驾驶人进行接管仿真实验，采集实验过程中的车辆轨迹数据；提取并筛选能反映驾驶状态的指标；构建基于高斯混合模型的驾驶状态辨识方法；结合所筛选的驾驶状态表征指标组合进行驾驶状态辨识分析，确定驾驶人的驾驶能力恢复时间；利用该方法可以准确地确定接管过程中每位驾驶人的驾驶能力恢复时间，为自动驾驶系统的优化设计提供理论依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，具体涉及高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法。

技术介绍

[0002]有条件自动驾驶车辆可在设计运行域内独立地监测道路交通环境并进行横向和纵向的运动学控制，允许驾驶人参与非驾驶相关的次任务，当遇到系统无法处理的交通情况时，系统会提示驾驶人接管，驾驶人需要在规定的时间内接管车辆。自动驾驶时驾驶人参与非驾驶相关的次任务会导致其感知、决策与驾驶能力降低，进而影响驾驶人对车辆的操控状态。接管后随着驾驶人对环境信息感知的增加及持续的手动操作，其驾驶能力随时间不断恢复至稳定的正常驾驶状态。驾驶能力恢复时间的长短会影响驾驶人的接管绩效，理解接管后驾驶人需要多久能恢复驾驶能力至正常驾驶状态，有助于自动驾驶系统及人机交互界面的优化设计，提高驾驶人的接管绩效。
[0003]当前研究主要聚焦于确定自动驾驶接管过程中驾驶人接管车辆控制权所用时间的长短以及不同因素对接管绩效的影响情况，很少有研究关注接管后驾驶人需要多长时间才能恢复其驾驶能力至正常状态，针对确定驾驶能力恢复时间的方法研究就更少。因此，有必要利用驾驶模拟实验的方法，综合考虑不同因素的影响设计自动驾驶接管仿真场景，招募驾驶人参与模拟器实验，采集实验过程中车辆的轨迹数据，提出一种面向高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，确定每位驾驶人的驾驶能力恢复时长。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的：在于提供高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，为自动驾驶系统人机交互界面的优化设计提供理论依据，提高驾驶人的接管绩效。
[0005]为实现以上功能，本专利技术设计高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，针对高速公路上执行自动驾驶的车辆，由自动驾驶状态转换至驾驶员驾驶状态的接管过程，执行如下步骤S1
‑
步骤S6，完成驾驶员的驾驶能力恢复时间的确定：
[0006]步骤S1：基于驾驶模拟器构建自动驾驶接管仿真平台，考虑预设的不同实验因素的影响，搭建接管仿真测试场景；
[0007]步骤S2：基于所搭建的接管仿真测试场景，针对不同驾驶员进行接管仿真实验，接管仿真实验包括预设接管触发事件，当预设接管触发事件发生时，驾驶员所驾驶的车辆由自动驾驶状态转换至驾驶员驾驶状态，采集各驾驶员所驾驶的车辆在接管仿真实验中的车辆轨迹数据；
[0008]步骤S3：根据所采集的接管仿真实验中车辆轨迹数据，提取各反映驾驶状态的指标；
[0009]步骤S4：根据预设规则将各反映驾驶状态的指标进行组合，对各指标组合反映驾驶状态的效果进行评估和量化，对各指标组合反映驾驶状态的效果进行排序，选取其中反
映驾驶状态的效果最佳的指标组合；
[0010]步骤S5：构建基于机器学习算法的驾驶状态辨识方法，基于步骤S4所获得的反映驾驶状态的效果最佳的指标组合，判定驾驶员接管车辆后的驾驶状态为稳定或不稳定；
[0011]步骤S6：应用驾驶状态辨识方法，分析并确定各驾驶员驾驶能力恢复时间。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S1中所考虑预设的不同实验因素的影响包括自动驾驶持续时间、接管请求时间、自动驾驶速度、前车速度；
[0013]其中自动驾驶持续时间为自动驾驶系统独立操控车辆运行的时间，或自动驾驶时驾驶员执行次任务的时间，其中，所述次任务为使驾驶员分心的行为，接管请求时间为车辆发出接管请求的提前预警时间，自动驾驶速度为车辆自动驾驶时的运行速度，前车速度为车辆发出接管请求时前方车辆的运行速度。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S2中预设接管触发事件包括前车换道并减速事件，具体为自动驾驶的车辆以预设速度行驶在中间车道上，左前方行驶的前车换道至中间车道并减速行驶。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S2中所采集的车辆轨迹数据包括驾驶员接管车辆后，车辆与前车的运行轨迹数据，运行轨迹数据的片段长度为60s，采集频率为100Hz。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S3中所提取的反映驾驶状态的指标包括平均纵向速度x1、纵向速度的标准差x2、平均纵向加速度x3、平均跟驰间距x4、跟驰间距的标准差x5、前后车速度差的均值x6、前后车速度差的标准差x7、平均车头时距x8、接管后的时间x9、平均横向速度x
10
、横向速度标准差x
11
、平均横向加速度x
12
、平均车道偏移量x
13
、车道偏移量的标准差x
14
；其中接管后的时间x9以驾驶员接管车辆的时刻为计时的0时刻。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S3中采用组合寻优法对各反映驾驶状态的指标进行组合，采用推土距离评估各组合反映驾驶状态的效果，其中推土距离为将一种分布转换为另一种分布所需的最小代价，其计算方法如下：
[0018]假定为具有m类的第一种分布，其中p
i
为P的第i个类别，为p
i
对应的权重，i∈{1,2,
…
,m}；假定为具有n类的另一种分布，其中q
j
为Q的第j个类别，为q
j
对应的权重，j∈{1,2,
…
,n}；，D＝[d
ij
]为距离矩阵，d
ij
为类别p
i
和类别q
j
之间的距离，将分布P转换为分布Q所需的总代价l
cost
如下式：
[0019][0020]式中，f
i,j
为类别p
i
和类别q
j
之间土的数量，根据如下约束条件获得将分布P转换为分布Q所需的最小代价：
[0021]f
i,j
≥0,1≤i≤m,1≤j≤n
[0022][0023][0024][0025]求解上述线性化问题，获得最优推土距离如下式：
[0026][0027]式中，EMD(P,Q)为由分布P转换为分布Q的推土距离。
[0028]作为本专利技术的一种优选技术方案：组合寻优法步骤如下：
[0029]步骤S31：从所采集的接管仿真实验中驾驶员接管车辆后60s范围内的车辆轨迹数据，并从中提取各反映驾驶状态的指标，进行正态化转换；
[0030]步骤S32：选取各反映驾驶状态的指标中的K项指标，所述的K项指标不包含接管后的时间x9，采用排列组合原理对其进行组合，获得组指标组合及其对应的车辆轨迹数据，将接管后的时间x9分别添加到各组指标组合中，并对车辆轨迹数据进行编号，以K项指标和接管后的时间x9的组合作为参考数据；
[0031]步骤S33：采用t
‑
SNE算法将步骤S32所获得的各组指标组合对应的高维车辆轨迹数据降维到二维数据，并分别计算各组指标组合对应的二维数据与参考数据对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，针对高速公路上执行自动驾驶的车辆，由自动驾驶状态转换至驾驶员驾驶状态的接管过程，执行如下步骤S1
‑
步骤S6，完成驾驶员的驾驶能力恢复时间的确定：步骤S1：基于驾驶模拟器构建自动驾驶接管仿真平台，考虑预设的不同实验因素的影响，搭建接管仿真测试场景；步骤S2：基于所搭建的接管仿真测试场景，针对不同驾驶员进行接管仿真实验，接管仿真实验包括预设接管触发事件，当预设接管触发事件发生时，驾驶员所驾驶的车辆由自动驾驶状态转换至驾驶员驾驶状态，采集各驾驶员所驾驶的车辆在接管仿真实验中的车辆轨迹数据；步骤S3：根据所采集的接管仿真实验中车辆轨迹数据，提取各反映驾驶状态的指标；步骤S4：根据预设规则将各反映驾驶状态的指标进行组合，对各指标组合反映驾驶状态的效果进行评估和量化，对各指标组合反映驾驶状态的效果进行排序，选取其中反映驾驶状态的效果最佳的指标组合；步骤S5：构建基于机器学习算法的驾驶状态辨识方法，基于步骤S4所获得的反映驾驶状态的效果最佳的指标组合，判定驾驶员接管车辆后的驾驶状态为稳定或不稳定；步骤S6：应用驾驶状态辨识方法，分析并确定各驾驶员驾驶能力恢复时间。2.根据权利要求1所述的高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，步骤S1中所考虑预设的不同实验因素的影响包括自动驾驶持续时间、接管请求时间、自动驾驶速度、前车速度；其中自动驾驶持续时间为自动驾驶系统独立操控车辆运行的时间，或自动驾驶时驾驶员执行次任务的时间，其中，所述次任务为使驾驶员分心的行为，接管请求时间为车辆发出接管请求的提前预警时间，自动驾驶速度为车辆自动驾驶时的运行速度，前车速度为车辆发出接管请求时前方车辆的运行速度。3.根据权利要求1所述的高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，步骤S2中预设接管触发事件包括前车换道并减速事件，具体为自动驾驶的车辆以预设速度行驶在中间车道上，左前方行驶的前车换道至中间车道并减速行驶。4.根据权利要求1所述的高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，步骤S2中所采集的车辆轨迹数据包括驾驶员接管车辆后，车辆与前车的运行轨迹数据，运行轨迹数据的片段长度为60s，采集频率为100Hz。5.根据权利要求4所述的高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，步骤S3中所提取的反映驾驶状态的指标包括平均纵向速度x1、纵向速度的标准差x2、平均纵向加速度x3、平均跟驰间距x4、跟驰间距的标准差x5、前后车速度差的均值x6、前后车速度差的标准差x7、平均车头时距x8、接管后的时间x9、平均横向速度x
10
、横向速度标准差x
11
、平均横向加速度x
12
、平均车道偏移量x
13
、车道偏移量的标准差x
14
；其中接管后的时间x9以驾驶员接管车辆的时刻为计时的0时刻。6.根据权利要求5所述的高速公路自动驾驶接管过程的驾驶能力恢复时间确定方法，其特征在于，步骤S3中采用组合寻优法对各反映驾驶状态的指标进行组合，采用推土距离评估各组合反映驾驶状态的效果，其中推土距离为将一种分布转换为另一种分布所需的最小代价，其计算方法如下：
假定为具有m类的第一种分布，其中p
i
为P的第i个类别，为p
i
对应的权重，i∈{1,2,
…
,m}；假定为具有n类的另一种分布，其中q
j
为Q的第j个类别，为q
j
对应的权重，j∈{1,2,

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铖铖，王长帅，彭畅，任卫林，佟昊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：