基于多感官协同疲劳驾驶预警方案探究

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1、基于多感官协同疲劳驾驶预警方案探究　　摘要：疲劳驾驶已成为社会的一个绝症“毒瘤”，严重威胁人们的生命和财产安全。以驾驶员为研究对象，结合交通心理学、车辆人机工程学相关理念，利用驾驶员听觉、触觉、嗅觉，设计一套三位一体多感官协同的预警方案。方案从微观出发，注重本体感受，结构简单、便捷，并充分利用车上的设备，经济性好，适合市场的推广。关键词：疲劳驾驶；驾驶员；人机工程；多感官协同中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）05?0117?040引言随着社会的发展与进步，人民生活水平的不断提高，汽车进入千家万户，已然成为了人

2、们出行的主要代步工具，但同时也伴随交通事故频发。仅就2011年的上半年，全国交通事故1840998起，比2010年同期增长1%，直接导致了经济损失4.4亿元[1]。根据表1近几年的交通事故数据统计情况[1]，可见道路交通事故在逐年的攀升，给我国国民经济和社会发展带来了巨大的影响。1国内外研究现状8疲劳驾驶报警系统的研究，这一方面在国外开展得比较早，而且有了很大的技术上突破，并在某一程度上技术的垄断；相比国外，国内这一方面由于起步较晚，且技术有限，虽在一些方面也有了一定的进步，但技术上还跟国外差距较远[7]。目前国内的疲劳报警系统可以分为以下几类：（1）眼镜

3、式报警器，针对驾驶员行车时眨眼的频率变化进行判断。（2）车道偏移报警系统，针对所驾驶员行车偏离行驶路线进行判断。（3）挂在耳部，主要检测驾驶员行车打瞌睡时低头的频率进行判断。（4）方向盘触摸式，主要通过监测驾驶员握方向盘力的变化进行判断。（5）手表式报警器，主要是针对驾驶员出现疲劳时脉搏的速率变化来进行判断。8这些系统大多都是采用单一的语音、灯光或振动等预警手段来实现，对驾驶员的察觉性、理解性和接受性都具有一定的局限性，很难体现其适用的广泛性。如单一的灯光报警，在白天时效果就不是很明显，往往被驾驶员所忽略，有时灯光闪烁太刺眼，引起眩光反而对驾驶不利；单是语

4、音报警，由于汽车本身驾驶时噪音就很大，容易被噪音掩蔽而达不到预期的效果。为此，针对这些预警手段的局限性，本文提出从微观出发，注重驾驶员感受，结合听觉、触觉、嗅觉建立一套三位一体的多感官协同复合式的预警方案。2预警效果的评价及方案的设计2.1预警效果的评价指标从微观出发，本着以人为本的理念，注重驾驶员主体的感受，保证疲劳状态下的驾驶员能够快速地察觉和理解到报警信号。因此，本文将从驾驶员的察觉性、理解性和接受性等三方面对各种预警方式的特性进行系统地评价。（1）察觉性。驾驶员察觉预警方式的快慢是对其实施有效预警的前提。本文选用驾驶员对预警刺激的反应时间作为评价预

5、警的察觉性。（2）理解性。理解性主要评价指标有信号理解和知觉匹配[8]。信号理解，用来评价驾驶员能否正确的理解预警方式所传来的信号；知觉匹配，用来评价驾驶员自身状态是否和预警方式给予驾驶员的感觉相符合的判断。（3）接受性。VanderLaan设计驾驶员的接受性量表共包含有9项指标[9]。为了避免实验时过多的评价指标会对驾驶员的状态形成影响。为此，本文只选用两个较为常用的指标：烦扰度和可用度，作为评价预警方式的接受性，并采用5级量表的形式来评价上述两个指标，见表2。2.2预警方案的设计本文选用的疲劳预警方式是由听觉、触觉和嗅觉组成的三位一体多感官协同的预警形

6、式。8（1）听觉预警。声音具有迫听性，容易收集人的注意力。言语对人的知觉具有指导作用。言语提示能在环境相当复杂、外部标志不很明显的情况下，唤起人的回忆，运用过去的经验来进行知觉。言语提示越准确、越具体，对知觉对象的理解也越深刻、越广泛。目前比较常用的听觉预警信号主要有抽象音、语音等，其参数主要包括振幅、频率和波形等。本文通过预备实验，选用了语音预警方案。实验中发现车内的噪音一般在50dB（A）左右，考虑到听觉预警音必须要高出车内背景噪音[6]的（8[±]3）dB（A），驾驶员才能清晰的听见而又不被惊吓。因此，本设计预警音的声强为61dB（A）。（2）8触觉

7、预警。皮肤感觉是仅次于听觉的一种感觉，皮肤受到很小的机械刺激就能产生触觉。目前较为常用的触觉预警信号主要有表面压力、振动和温度等三种类型。考虑到脚踏板的触觉预警则有可能造成驾驶员的错误制动，另外汽车在行驶过程中，特别是道路不平的时候车辆振动特别厉害，容易使路面上传的反力信号与转向盘振动的预警方式相混淆，为此，通过腿部和背部的振动为驾驶员提供预警就显得不明显。身体不同部位的触觉感受性也不同，腹部是相对比较敏感区，其刺激阈值[10]为26。于是文中选择了2种触觉预警方案：通过利用电机拉动安全带，给驾驶员的腹部施加向下的压力（见图1（a））；通过利用气泵向驾驶员

8、头颈处吹风（见图1（b））。（3）嗅觉预警。嗅觉的感受器是鼻腔黏膜