【汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)】面向智能汽車(chē)的人車(chē)交互設(shè)計(jì)與人車(chē)共駕控制探索---胡宏宇

吉林大學(xué)汽車(chē)仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 胡宏宇

　　1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)與輔助駕駛發(fā)展
　　去年發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖里面明確提出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的等級(jí)劃分，在等級(jí)劃分的表格中，我們看到了其中人和車(chē)控制權(quán)的問(wèn)題，這個(gè)也是目前智能汽車(chē)領(lǐng)域比較關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，如何更好地發(fā)揮人類駕駛員和智能汽車(chē)駕駛員各自的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，保證汽車(chē)能夠最優(yōu)的行駛性能，并且能夠被車(chē)內(nèi)的駕乘人員所接受，這個(gè)應(yīng)該是智能汽車(chē)發(fā)展的很關(guān)鍵的問(wèn)題。

圖1 中國(guó)制造2025智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展途徑

　　在人車(chē)路閉環(huán)系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)的核心要素，以人為中心是人機(jī)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)工作的本質(zhì)需求，無(wú)論是傳統(tǒng)的汽車(chē)人機(jī)交互設(shè)計(jì)，還是面向智能汽車(chē)駕駛輔助，包括人車(chē)協(xié)同共駕的控制，這里面的人始終是一個(gè)關(guān)注的重點(diǎn)。人的駕駛過(guò)程具有復(fù)雜性、隨機(jī)性還有時(shí)變性，駕駛?cè)似鸬绞裁醋饔眠@個(gè)是我們深入探討的。

圖2 輔助駕駛對(duì)于“人”行為的重要作用

　　2.駕駛過(guò)程人因解析
　　自動(dòng)駕駛過(guò)程中可能面臨的問(wèn)題，第一個(gè)，是從技術(shù)層面上來(lái)看，汽車(chē)智能化技術(shù)與人類駕駛的能力沖突。人類駕駛員本身是在駕駛過(guò)程中逐漸退化的作用，會(huì)疲勞、累或者會(huì)分心，但是智能汽車(chē)的系統(tǒng)由于高精度的傳感、執(zhí)行、控制，它的技術(shù)是規(guī)定好的，也不會(huì)退化，在這個(gè)過(guò)程中有一個(gè)問(wèn)題，智能化的技術(shù)對(duì)于未知環(huán)境的理解，認(rèn)知理解能力是有限的，這是人類駕駛員和汽車(chē)駕駛員的沖突。
　　第二個(gè)沖突是自動(dòng)駕駛和人工駕駛認(rèn)知方面的沖突，這可能是認(rèn)知層面的沖突，我們知道目前的一些自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)都是基于駕駛?cè)艘?guī)則執(zhí)行或者說(shuō)規(guī)則駕駛的一些模式設(shè)定的，有相關(guān)的一些邏輯參數(shù)，在自適應(yīng)方面包括人性化方面做的很不到位，人類駕駛是很隨機(jī)的，尤其遇到某些紅綠燈的時(shí)候?？赡茏詣?dòng)駕駛和人工駕駛的汽車(chē)這時(shí)候會(huì)發(fā)生一定的沖突。
第三個(gè)汽車(chē)智能化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和人類社會(huì)接受的沖突，我們真正坐上自動(dòng)駕駛的時(shí)候，是不是能夠被人所接受。2015年的時(shí)候波士頓有一個(gè)智能汽車(chē)的報(bào)告提到，除了技術(shù)本身以外，人類社會(huì)的接受形式很關(guān)鍵，目前自動(dòng)駕駛大概只有56%認(rèn)同的。
　　3.自動(dòng)駕駛中的駕駛權(quán)接管問(wèn)題
　　我們來(lái)看一下，這里主要提到的人車(chē)交互還有人車(chē)共駕的問(wèn)題，首先我們需要明確一下，梳理一下人車(chē)共駕究竟是個(gè)什么東西，我覺(jué)得是從這里提到的人車(chē)控制權(quán)的交互還有一個(gè)相應(yīng)協(xié)同，這里給劃分了幾個(gè)等級(jí)，從傳統(tǒng)的TCS、ESP、EBA等的系統(tǒng)，我們也認(rèn)為是人車(chē)協(xié)同系統(tǒng)，包括初級(jí)的ACC、LKA針對(duì)縱向和側(cè)向的功能，我們也涉及人車(chē)協(xié)同的控制。我們目前關(guān)注的焦點(diǎn)，就像我剛才提到的人車(chē)駕駛能力的差異性是什么樣的？沖突性是什么樣的？駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中行為包括狀態(tài)的演變規(guī)律是什么樣的？從自動(dòng)駕駛到人工駕駛切換，人的狀態(tài)應(yīng)該是什么樣的？如何提高智能汽車(chē)，協(xié)同共駕的體驗(yàn)感？這一系列的問(wèn)題都是我們面臨的。

　　圖3 駕駛行為分析三維結(jié)構(gòu)模型我們解析了一下常規(guī)駕駛員的行為，通常我們把駕駛的行為分為感知、決策、控制，在這個(gè)過(guò)程中，除了駕駛員的一些精神上的負(fù)荷還有產(chǎn)生體力的負(fù)荷，一方面是操作的技能這些都影響駕駛的效果，這里又把人的負(fù)荷細(xì)化了一下，精神的扶植包括認(rèn)知、判斷和情緒，體力負(fù)荷簡(jiǎn)單地劃分了一下，從肌體的角度考慮，身體的疲勞。如何能夠客觀準(zhǔn)確地測(cè)試分析并且建模駕駛員自然操作的行為，數(shù)字化地表述駕駛員的心聲，包括手腳眼的操作習(xí)性，這對(duì)人機(jī)交互協(xié)同共駕具有重要的意義。
　　在駕駛的過(guò)程中，人往往應(yīng)該處于一個(gè)駕駛的負(fù)荷較佳的范圍，在這個(gè)范圍里應(yīng)該是達(dá)到比較好的程度，無(wú)論是駕駛負(fù)荷的降低包括駕駛負(fù)荷的增大，都意味著駕駛的表現(xiàn)與績(jī)效會(huì)降低。我們?cè)賮?lái)分析一下，自動(dòng)駕駛和人工駕駛過(guò)程中我們?nèi)说囊粋€(gè)情況，在人工駕駛的條件下，自動(dòng)化的程度相對(duì)比較低的，人主要是從事一些主要的任務(wù)，那就是駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛負(fù)荷通常在相對(duì)最佳的或者適合駕駛的范圍內(nèi)，視覺(jué)的特性主要還是關(guān)注在道路的前方。人類對(duì)于未知事件的理解和認(rèn)知能力還是很強(qiáng)的，對(duì)于自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化的程度是比較高的，人類可能會(huì)從事一些次要的任務(wù)，駕駛的負(fù)荷這個(gè)時(shí)候是相對(duì)較低的，視覺(jué)的注意點(diǎn)也不是在路面上，可能會(huì)讀書(shū)、看電影、打電話，自動(dòng)駕駛?cè)狈?duì)于一些特殊事件未知環(huán)境的理解。

圖4 次任務(wù)下駕駛員認(rèn)知負(fù)荷測(cè)試-認(rèn)知分心

　　我們想從自動(dòng)駕駛切換到人工駕駛這樣的過(guò)程，怎么能夠讓人的負(fù)荷，從一個(gè)相對(duì)較小的狀態(tài)過(guò)渡到較高的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程需要我們描述出人的狀態(tài)是什么樣的？怎么樣克服負(fù)荷的突變？
　　從自動(dòng)駕駛到人工駕駛，這里可能涉及到兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，一個(gè)是駕駛負(fù)荷的評(píng)估，另外一個(gè)是情景意識(shí)的找回，這面又給出了駕駛負(fù)荷和情景意識(shí)相關(guān)的解釋。駕駛負(fù)荷我們?cè)趫?zhí)行相關(guān)的一些任務(wù)時(shí)的緊張感、壓力感，體現(xiàn)在我剛才所說(shuō)的精神負(fù)荷還有體力負(fù)荷。情景意識(shí)就是我們?cè)谝欢ǖ臅r(shí)間和空間下，駕駛員進(jìn)行環(huán)境的感知，理解周?chē)h(huán)境的意義，并能預(yù)測(cè)周?chē)磥?lái)環(huán)境的變化情況。
　　在這個(gè)過(guò)程中，怎么快速地回到駕駛場(chǎng)景里？這是我們關(guān)注的重點(diǎn)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)舒適的切換過(guò)程。
　　接下來(lái)描述一下高度自動(dòng)駕駛下駕駛員接管的情況，高速自動(dòng)駕駛下，正常來(lái)講，是不需要人來(lái)進(jìn)行監(jiān)控周?chē)能?chē)輛駕駛?cè)蝿?wù)，但是目前很多的廠商還是要求監(jiān)控，人是非常容易從事一些非駕駛?cè)蝿?wù)，這個(gè)時(shí)候就容易導(dǎo)致情景意識(shí)的喪失，這個(gè)時(shí)候如果遇到一些事故，我們來(lái)不及反應(yīng)，我們需要分析駕駛員是否具備接管能力，如果具備接管能力，我們想辦法快速找回情景意識(shí)。當(dāng)駕駛員駕駛能力在一個(gè)合理的范圍內(nèi)的時(shí)候，我們?cè)趺慈ヅ袛嗍欠裨谝粋€(gè)合理的范圍，這是我們關(guān)注的重點(diǎn)，從一些精神負(fù)荷這樣的表現(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估，然后我們進(jìn)行相應(yīng)的切換。如果這時(shí)候人不具備這樣的接管能力，這時(shí)候怎么辦？剛才也聽(tīng)到了很多專家提到的比如說(shuō)云控網(wǎng)控，可以采用第三方的控制。
　　找回情景意識(shí)就涉及到怎么去相應(yīng)地找回，進(jìn)行情景意識(shí)評(píng)估的問(wèn)題，可能從視覺(jué)、心理包括相應(yīng)的評(píng)價(jià)找回。剛才提到了整個(gè)接管過(guò)程人的行為過(guò)程描述，接下來(lái)的固件問(wèn)題就是通過(guò)什么方式請(qǐng)求，目前主要是語(yǔ)音、圖像包括體感、情感，還有現(xiàn)在在研究腦機(jī)接口的方式，這些都是智能汽車(chē)HMI的接口的方式，交互的方式。我也列幾條，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、體感、情感方面的交互，包括人性化、個(gè)性化的監(jiān)管控制模式，以及基于人體新生理信息的評(píng)價(jià)。
　　4.仿人駕駛行為ADAS研發(fā)
　　我們認(rèn)為在ADAS設(shè)計(jì)，包括一些傳統(tǒng)電工系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往在考慮車(chē)輛本身的東西之外，還要考慮運(yùn)用學(xué)特征包括一些強(qiáng)的非線性、耦合性，包括機(jī)器相應(yīng)之后的特性等，除了本身機(jī)械的汽車(chē)特性以外，我們更多的還應(yīng)該關(guān)注人的駕駛體驗(yàn)評(píng)價(jià)，這樣去進(jìn)行一個(gè)基于駕駛員行為模型駕駛控制行為數(shù)據(jù)，包括駕駛員生理體驗(yàn)一體化的人車(chē)控制策略。

圖5 ACC開(kāi)發(fā)-測(cè)試-評(píng)價(jià)

　　在駕駛員行為模型一塊，傳統(tǒng)是基于優(yōu)預(yù)瞄曲的模型，進(jìn)而到統(tǒng)一模型，2005年是做多目標(biāo)優(yōu)化的模型，面向ADAS系統(tǒng)，現(xiàn)在在做的更多考慮駕駛員的認(rèn)知能力，包括決策，包括骨肌運(yùn)用方面的駕駛員情況，包括駕駛員個(gè)性化、操作能力、操作水平、操作風(fēng)格一系列的，引入到駕駛員的模型里面。
　　最后做一個(gè)總結(jié)，我們認(rèn)為未來(lái)的人車(chē)交互設(shè)計(jì)和共駕協(xié)同控制是一種以人為本的智能化，這里可能需要的是一個(gè)多學(xué)科，比如車(chē)輛工程、人機(jī)工程、認(rèn)知科學(xué)、運(yùn)動(dòng)控制、人體醫(yī)學(xué)等相關(guān)學(xué)科交叉融合的結(jié)果，我們可能需要搭建一個(gè)駕駛行為，包括人機(jī)交互的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及去構(gòu)建駕駛能力，包括剛才提到的駕駛負(fù)荷、駕駛狀態(tài)的一些評(píng)估表征手段，同時(shí)設(shè)計(jì)人性化、個(gè)性化的多模態(tài)的自然交互的通道，搭建人機(jī)交互還有人車(chē)共駕評(píng)價(jià)測(cè)試這樣的平臺(tái)。我們需要更多的融入人工智能的技術(shù)，人工智能技術(shù)我們了解到的計(jì)算機(jī)視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)等這樣的級(jí)別，其實(shí)更多的是有一些比如說(shuō)認(rèn)知科學(xué)、腦科學(xué)、行為科學(xué)還有神經(jīng)科學(xué)交叉的學(xué)科。人機(jī)交互和人車(chē)共駕更多的是需要考慮認(rèn)知、情感、倫理、智慧還有文明。 

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