张泽权

摘 要：高度自动化驾驶系统能够在一般路况下取代驾驶员控制车辆，但是驾驶员仍需要在自动系统遇到无法处理的情况时接管汽车的控制。当需要驾驶员的接管时，自动驾驶系统将会发出接管请求警示，请求驾驶员接管汽车。文章调研了高度自动驾驶接管的研究现状，得出研究高度自动驾驶接管触觉警示研究的建议。

关键词：高度自动化；自动驾驶；接管；触觉警示

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0059-02

Abstract： A highly automated driving system can replace the driver to control both vehicles in normal road conditions， but the driver still needs to take over the control of the car when the automatic system encounters a situation that cannot be handled. When a driver's takeover is required， the autopilot system will issue a takeover request warning requesting the driver to take over the vehicle. This paper investigates the current situation of the research on high autopilot receiver， and gives some suggestions on the research on tactile warning of high autopilot receiver.

Keywords： high automation； autopilot； takeover； tactile warning

近十年来，随着移动端处理器、网络通信、大数据、机器人、传感器等新技术的不断发展，为汽车技术又带来了一个新的发展方向——自动驾驶，也将对人类的生活方式产生极大的影响。

1 高度自动化汽车

自动驾驶技术是通过使用各种汽车传感器分析道路的交通情况与环境，再通过车辆内置的电子控制系统来控制汽车的行驶速度与方向，从而实现车辆的自动行驶此项技术有着划时代的意义。

目前自动驾驶技术分为多个等级，目前国内外产业界采用较多的为汽车工程师协会（SAE）和美国高速公路安全管理局（NHTSA）推出的分类标准。按照NHTSA的标准，自动驾驶汽车视智能化、自动化程度水平为5个等级：无自动化（L0）、驾驶支援（L1）、部分自动化（L2）、有条件自动化（高度自动化）（L3）、完全自动化（L4）[1]。详细标准参加表1。本文参照NHTSA的定义，使用高度自动化汽车来表示第三阶段有限自动驾驶汽车。

根据美国国家公路交通安全管理局的定义，高度自动化驾驶系统能够在一般路况下取代驾驶员控制车俩，但是驾驶员仍需要在自动系统遇到无法处理的情况时接管汽车的控制。

由于驾驶员在驾驶高度自动化汽车时不需要长时间的监控汽车的自动化进程，因此在行驶中驾驶员可以进行非驾驶相关任务。而在当需要进行接管时，系统会发出接管请求警告，驾驶员接收到请求后，需要从非驾驶任务状态中转移到驾驶任务中。接管请求作为接管过程的第一步，需要能够明确提醒到驾驶员的同时，还需要能够帮助驾驶员保持情境意识，快速掌握路况信息，避免发生安全事故。

2 高度自动驾驶接管研究现状

驾驶员在驾驶高度自动化汽车时，可能会由于长时间进行非驾驶相关任务，例如看视频或玩游戏，导致情境意识下降，从而导致接管失败而引发事故。因此接管请求警告不仅要使驾驶员接收到信号，而且还要帮助他们重新获得情境意识。

进行非自动驾驶任务的驾驶员的接管步骤如下：

（1）将视觉注意力从当前非驾驶任务中转移到行驶道路上。

（2）评估周围的交通情况并决定如何控制车辆。

（3）手握住方向盘，脚踩刹车板，做好驾驶姿势，恢复车辆的控制。

（4）通过方向盘或者踏板控制车辆来实现之前的决

策。

Kosinski 在一篇简短的文献综述中说明了单次任务对视觉、触觉和听觉刺激的反应时间分别为190，155和150ms。因此，振动触觉刺激似乎在反应时间方面与听觉刺激同样有效[2]。在另一项研究中，Mohebbi和Gray表明，通过触觉刺激警告一名正在谈话的司机比通过听觉更有效。与视觉或听觉刺激相比，触觉刺激对汽车驾驶的影响较小。同时触觉刺激是能够有效的吸引注意力，让驾驶员难以忽视[3]。也就是说，触觉刺激与视觉或听觉刺激相比，感知资源竞争较少。当视觉刺激不在驾驶员视野中时就可能会被忽略，而当驾驶员从事非驾驶听觉任务时，听觉刺激也可能会被忽略。因为驾驶员在驾驶高度自动化汽车时，很有可能会进行休息或打电话等非驾驶相关任务，从而错过请求警告，因此传统的视觉或听觉通道的接管请求警告不适合高度自动化驾驶中的接管要求，而触觉刺激是对视觉和听觉通道的有效补充。

3 高度自动驾驶接管触觉警示研究的建议

与视觉和听觉相比，触觉有其显著的优势，例如触觉感受器基本遍布全身每个角落、能够不需要大脑的特别关注就能连续产生信息、通过触觉刺激能有效感知物体的轮廓方位等。

振动信息可以分为四个维度，即位置、振幅、持续時间和频率，其中每个维度信息可以为静态或者动态的。在汽车领域，振动主要用作警告装置，警告分为两种类型，即无方向性警告和方向警告，无方向性警告只包含警告本身的信息，而方向警告能够在警告的同时指示驾驶员应该注意的方向或位置。例如，可以通过振动腹部来警告前方的碰撞警报，振动驾驶员来警告后方的碰撞。有一些研究已经使用振动的方向警告来支持司机的驾驶任务，例如当驾驶员越过车道时，在方向盘左侧或右侧提供振动警告，他们发现触觉刺激的反应时间比视觉刺激更快[4]。

然而触觉反馈也会产生抑制效应等的问题，Gallace等人的一项实验表明，当参与者转动方向盘时，他们对触觉刺激的变化敏感度会下降。此外发动机的振动、不平坦的驾路面或者厚衣服，都可能会掩盖振动触觉警告[5]。同時，强烈的触觉刺激也可能导致不适或疼痛，从而影响驾驶员的驾驶决策。

在进行高度自动驾驶接管触觉警示研究时，建议使用150Hz-250Hz左右振动频率的振动点击进行实验，使用线性谐振马达在固定的频率段上使用不同的振幅曲线来创造更加细腻的振动接管警示。可以使用手机线性谐振纽扣马达来作为实验电机，手机线性马达频率一般在200Hz左右，同时有着体积小，封装好的优点，同时成本低，控制器可以使用德州TI的触觉驱动DRV2605LEVM-MD，可以同时控制8个线性马达。

同时由于不同年龄、性别、个体、不同身体部位的振动敏感度不同，另外人体表面的振感还与振动电机与人体表面之间的媒介物的厚度、振动传递等因素有关，因此在实验中也要充分考虑这些变量。使用振动刺激的人体部位需要不对驾驶行为产生影响，例如振动电机以可穿戴设备的形式戴在驾驶员手臂时，需要考虑是否会影响到驾驶员对汽车的控制。

汽车行驶时，路面不平产生的振动与车辆产生的振动，都会影响到驾驶员对振动警告的感知，因此在实验中也要加入这些干扰因素，在行驶的车辆上或模拟汽车振动座椅上进行实验。

参考文献：

[1]伦一.自动驾驶产业发展现状及趋势[J].电信网技术，2017，6：33-36.

[2]R.J Kosinski，A literature review on reaction time，Clemson Univ.，Clemson SC USA，2008.

[3]J.B.F.van Erp，Guidelines for the use of vibro-tactile displays in human computer interaction，in Proc.Eurohaptics，2002，pp.18-22.

[4]T.Nukarinen，J.Rantala，A.Farooq，and R.Raisamo，Delivering dir

ectional haptic cues through eyeglasses and a seat，in Proc.IEEE World Haptics Conf. 2015，pp.345-350.

[5]A.Gallace，S. Zeeden，B.Rder，and C.Spence，Lost in the mov

e？ Secondary task performance impairs tactile change detection on the body，Conscious.Cogn.，vol.19，no.1，pp.215-229，Mar.2010.