一种基于实车测试的驾驶行为安全性评价模型的构建方法与流程

1.本发明涉及汽车驾驶安全领域，具体的是一种基于实车测试的驾驶行为安全性评价模型的构建方法。


背景技术：

2.近年来，伴随着车辆的普及，交通安全问题日益严重。据统计，全球每年因交通事故造成的死亡人数都超过120万。相关研究表明，危险驾驶行为是引发交通事故的最主要的原因之一。在由国内外交通部门所颁布的交通事故造成因素中，因驾驶人所造成的交通事故占70％以上，驾驶员的驾驶行为对城市交通系统的安全性和可靠性有着重大影响。因此，开展构建驾驶行为安全性评价模型的研究是十分必要的，可以帮助驾驶员发现自身危险的驾驶习惯，制定对应的安全驾驶习惯养成训练方案，从而提高驾驶素质，减少交通事故和交通违章的发生。
3.目前，国内外对驾驶行为安全性的评价没有统一且明确的标准，评价方法也没有形成完备的理论体系。在以往的研究中，由于驾驶行为分析技术尚不成熟，并且驾驶员状态信息采集难度很大，驾驶行为安全性评价方法的研究主要集中在疲劳驾驶、紧急工况和次任务驾驶等特定驾驶状态。在这些研究中，驾驶行为安全性的表征方法较为单一，表征指标不够全面和系统，缺乏对驾驶员环境感知数据的分析。另外，研究数据大多是通过驾驶模拟器获取的，很少有利用车辆在真实道路环境中行驶时获取的数据对驾驶行为安全性的分析评价，并不能真实的体现出常规驾驶行为在实际驾驶环境中的安全性。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于实车测试的驾驶行为安全性评价模型的构建方法，可以通过以下技术方案实现：
5.一种基于实车测试的驾驶行为安全性评价模型的构建方法，所述方法包括如下步骤：
6.步骤1、实验对象和测试路段的选择；
7.步骤2、实车数据采集及评价指标计算；
8.步骤3、评价指标权重计算；
9.步骤4、驾驶行为安全性评价模型的构建。
10.进一步的，其特征在于，所述步骤2中实车数据采集及评价指标计算方法为：
11.步骤2.1、有效注视区域百分比计算：
12.将驾驶员在驾驶过程中眼睛注视的区域分为三个，前方区域：指驾驶员透过汽车前挡风玻璃可以观察到的区域；后视镜区域：指汽车内后视镜、左右后视镜以及透过其附近的两侧窗玻璃可以观察到的区域；其他区域：排除前方区域和后视镜区域的其他区域；
13.驾驶员注视区域判断的依据如下：
14.注视角偏差阈值：60
°
；
15.注视点移动速度：v
eye
≤15
°
/s；
16.注视持续时间：t
eye
≥0.2s；
17.当驾驶员眼动数据满足上述条件时，即认为驾驶员眼睛正注视着这个区域；
18.有效注视区域百分比的表征量用x1来表示，指的是驾驶员在驾驶过程中眼睛注视前方区域和后视镜区域的时长t
eye
与驾驶总时长t的比值，x1计算公式为：
[0019][0020]
x1无量纲；并且由0＜t
sye
≤t，可知x1∈(0，1]。
[0021]
步骤2.2、制动距离预估能力计算：
[0022]
制动距离预估能力表征量为x2，其计算过程为：由非接触式眼动仪采集驾驶员眼动信息，确定驾驶员目光注视角α，即驾驶员视线与水平面的夹角；β表示驾驶员目光注视的方向与纵向之间的夹角；同时测量驾驶员放松状态下眼部距离水平路面的垂直高度h，单位：m；根据汽车can总线和纵向加速度传感器获取汽车纵向车速v(km/h)和纵向加速度a(m/s2)；
[0023]
驾驶员目光注视点的让算公式如下：
[0024][0025]
这里，α，β∈[0，90
°
)；s
*
表示驾驶员目光注视点与自车之间的纵向距离，单位：m：
[0026]
如果s
*
太小则说明驾驶员对汽车在不同速度下的制动距离把握不足；
[0027]
汽车理论制动距离的计算公式为：
[0028][0029]
s表示汽车理论停车位置与自车的纵向距离，单位：(m)；δt为驾驶员反应时间，这里取δt＝1.2s；v0表示制动时的自车速度(km/h)；
[0030]
统计驾驶员目光注视点与自车之间的距离大于理论制动距离的时间t
l
；驾驶员目光注视点与自车之间的距离小于理论制动距离的时间ts；制动距离预估能力表征量的计算公式为：
[0031][0032]
x2无量纲，x2∈(0，1]，x2越大，则t
l
占比越大，驾驶员的驾驶行为安全性越好。
[0033]
步骤2.3、刹车合理性计算：
[0034]
设定汽车急减速过程的制动加速度为a，减速持续时间为t2；当汽车减速过程满足下面条件时，则可判定为一次刹车；
[0035]
a≤-3m/s2[0036]
t2≥3s
[0037]
通过毫米波雷达探测自车与周边车辆的距离；通过安装在汽车前挡风玻璃下方面对正前方的高清摄像头辅助判断汽车刹车的合理性，x3为刹车合理性的表征量，计算公式如下：
[0038][0039]
这里，x3∈(0，1]，无量纲；br为合理刹车次数，单位(次)；ba为实际刹车次数，单位
(次)；x3越接近1说明驾驶员的合理刹车次数越接近总的刹车次数，驾驶行为安全性越好；反之，x3越接近0，则说明驾驶员的合理刹车次数越少，驾驶行为安全性越差。
[0040]
步骤2.4、纵向安全距离保持性计算：
[0041]
通过毫米波雷达监测自车与周边车辆的间距lc，且汽车与前车车距小于dr的时长tq和大于dr的时长tw；安全距离保持性表征量用x4表示，其计算公式如下：
[0042][0043]
x4∈(0，1]，无量纲；x4越接近1，则说明驾驶员对安全距离保持性越好。
[0044]
步骤2.5、转向安全性：
[0045]
由车内高清摄像头采集驾驶员动作，判断驾驶员是否有开启转向灯的操作；车道线监测系统判断汽车是否进行了变道操作；记驾驶员开启转向灯的次数为k1；汽车变道的次数k2；
[0046]
转向安全性的表征指标为x5，x5的计算公式为：
[0047][0048]
x5无量纲，不考虑驾驶员开启转向灯却未成功变道的情况；由此可知k1≤k2，x5∈(0，1]；x5越接近1，说明驾驶员的操作越规范，安全性越高。
[0049]
进一步的，所述步骤3中评价指标权重计算方法为：
[0050]
步骤3.1、确定评价指标属性：
[0051]
由前面各评价指标表征值的分析计算可知各评价的属性；
[0052]
步骤3.2：构造原始数据矩阵，对数据进行标准化处理，消除量纲影响，公式如下：
[0053][0054]
正向指标：
[0055][0056]
反向指标：
[0057][0058]
其中，(i＝1，2，3，
…
，30)，(j＝1，2，3，4，5)；
[0059]zij
为标准化值，x
i，j
为第i个驾驶员第j项评价指标的表征量的数值，分别表示第j项指标的最大值和最小值，正、负向指标分别按公式(9)(10)处理；
[0060]
步骤3.3、计算指标下第i个驾驶员评价指标表征量的比重：
[0061][0062]
由此，建立数据的比重矩阵y＝{y
ij
}
30*5
；
[0063]
步骤3.4、计算指标信息熵值e和信息效用值d：
[0064][0065]dj
＝1-ejꢀꢀꢀ
(13)
[0066]
步骤3.5、计算指标的权重：
[0067][0068]
进一步的，所述步骤4中驾驶行为安全性评价模型的构建的方法为：
[0069]
根据前面计算得到的各评价指标表征量的权重，可得驾驶行为安全性评价模型计算式如下：
[0070][0071]
这里，ω1～ω5为各安全性评价指标表征量的权重，ω1～ω5∈(0，1)；z1～z5为驾驶员各评价指标表征量无量纲标准化后的数值；
[0072]
把驾驶行为安全性评价得分p
δ
用百分制表示：
[0073][0074]
这里为各项评价指标表征量的标准化数值的最大值；
[0075]
可得到最终的驾驶行为安全性评价模型：
[0076][0077]
进一步的，所述驾驶行为安全性评价的过程如下：
[0078]
驾驶员需要驾车通过测试道路，采集过程中驾驶员眼动信息、汽车运行信息、雷达信息和车道线信息，根据公式(1)-(7)计算得到驾驶员各驾驶行为安全性评价指标表征量数值x
′1～x
′5。然后对x
′1～x
′5进行标准化：
[0079][0080]
最终得到驾驶员的驾驶行为安全性的评分：
[0081][0082]
本发明的有益效果：
[0083]
1、本发明的技术方案通过非接触式眼动仪采集驾驶员眼动信息，确认驾驶员驾驶过程中眼睛的注视区域和注视角度；通过can总线采集方向盘转角和车速信息；通过加装在汽车b柱上的纵向加速度传感器实时采集汽车的纵向加速度信息；通过毫米波雷达确认汽车与周边车辆的相对距离；通过安装在汽车前挡风玻璃两侧正对前方的高清摄像头采集车道线的图像信息，再经车道线监测系统判别汽车是否穿过车道线。该方案所需信息容易采集，并且具有很好的可实现性。驾驶行为安全性评价模型中各评价指标表征量的权重是利用熵值法计算获得的。志愿者中男女比例为2:1，他们均视力良好或配戴眼镜后视力良好。相比于专家打分，利用熵值法计算得到权重更加科学和精确，这也使得本发明的驾驶行为安全性评价模型具有很广泛的适用性。
[0084]
2、本发明应用于驾驶安全领域，利用驾驶员实车测试的数据对其驾驶行为的安全性进行数值化评价，评价结果具有可视化，可比性的优点，且更能反应常规驾驶行为在实际驾驶环境中的安全性。本发明能够应用于驾驶考试和安全驾驶培训，驾驶员根据各评价指
标表征量的数值可以知悉自身存在的危险驾驶行为，进而有针对性地改善驾驶习惯、减少交通事故和交通违章的发生。
附图说明
[0085]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0086]
图1：驾驶员驾驶行为安全性评估模型构建过程示意图；
[0087]
图2：驾驶员目光注视点与自车距离分析图。
具体实施方式
[0088]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0089]
如图1-2所示，一种基于实车测试的驾驶行为安全性评价模型的构建方法,所述方法包括如下步骤：
[0090]
步骤1、实验对象和测试路段的选择；
[0091]
实验对象：招募30名驾驶员志愿者作为实验对象，其中20名男性、10名女性。志愿者都持有c1驾驶证，年龄在18～60岁，驾龄在1年以上，驾驶里程都超过0.3万公里。以上实验人员均视力良好或佩戴眼镜后视力良好，测试时精神饱满，并且没有受到酒精、药物的影响。
[0092]
测试路段：为了全面考察驾驶员在不同交通道路环境及车速下的驾驶行为安全性，测试路段要包括城市工况、环城快速路、高速公路、有红路灯的十字路口，测试时要避开交通高峰时期，选择交通流较为流畅的时段进行数据的采集。为了保证测试的准确性，测试路段全程应不低于50km。同时，为了保证测试结果更贴近自然驾驶状态，在汽车行驶过程中，除了正常的驾驶需要，驾驶员还要按照语音提示完成变道、掉头、转弯等操作。测试过程中，不得告知驾驶员测试的内容和需要采集哪些信息。
[0093]
步骤2、实车数据采集及评价指标计算；
[0094]
所述步骤2中实车数据采集及评价指标计算方法为：
[0095]
步骤2.1、有效注视区域百分比计算：
[0096]
将驾驶员在驾驶过程中眼睛注视的区域分为三个，前方区域：指驾驶员透过汽车前挡风玻璃可以观察到的区域；后视镜区域：指汽车内后视镜、左右后视镜以及透过其附近的两侧窗玻璃可以观察到的区域；其他区域：排除前方区域和后视镜区域的其他区域；
[0097]
驾驶员注视区域判断的依据如下：
[0098]
注视角偏差阈值：60
°
；
[0099]
注视点移动速度：v
eye
≤15
°
/s；
[0100]
注视持续时间：t
eye
≥0.2s；
[0101]
当驾驶员眼动数据满足上述条件时，即认为驾驶员眼睛正注视着这个区域；
[0102]
有效注视区域百分比的表征量用x1来表示，指的是驾驶员在驾驶过程中眼睛注视前方区域和后视镜区域的时长t
eye
与驾驶总时长t的比值，x1计算公式为：
[0103][0104]
x1无量纲；并且由0＜t
eye
≤t，可知x1∈(0，1]。
[0105]
步骤2.2、制动距离预估能力计算：
[0106]
制动距离预估能力表征的是汽车在直线行驶时，驾驶员目光注视点与理论制动停车位置之间的偏差，预估能力值越高，表示驾驶员对车速、跟车距离的把握越好，这也就说明了驾驶员的驾驶行为安全性越好。
[0107]
制动距离预估能力表征量为x2，其计算过程为：由非接触式眼动仪采集驾驶员眼动信息，确定驾驶员目光注视角α，即驾驶员视线与水平面的夹角；β表示驾驶员目光注视的方向与纵向之间的夹角；同时测量驾驶员放松状态下眼部距离水平路面的垂直高度h，单位：m；根据汽车can总线和纵向加速度传感器获取汽车纵向车速v(km/h)和纵向加速度a(m/s2)；
[0108]
驾驶员目光注视点的计算公式如下：
[0109][0110]
这里，α，β∈[0，90
°
)；s
*
表示驾驶员目光注视点与自车之间的纵向距离，单位：m：
[0111]
如果s
*
太小则说明驾驶员对汽车在不同速度下的制动距离把握不足；
[0112]
汽车理论制动距离的计算公式为：
[0113][0114]
s表示汽车理论停车位置与自车的纵向距离，单位：(m)；δt为驾驶员反应时间，这里取δt＝1.2s；v0表示制动时的自车速度(km/h)；
[0115]
统计驾驶员目光注视点与自车之间的距离大于理论制动距离的时间t
l
；驾驶员目光注视点与自车之间的距离小于理论制动距离的时间ts；制动距离预估能力表征量的计算公式为：
[0116][0117]
x2无量纲，x2∈(0，1]，x2越大，则t
l
占比越大，驾驶员的驾驶行为安全性越好。
[0118]
步骤2.3、刹车合理性计算：
[0119]
设定汽车急减速过程的制动加速度为a，减速持续时间为t2；当汽车减速过程满足下面条件时，则可判定为一次刹车；
[0120]
a≤-3m/s2[0121]
t2≥3s
[0122]
通过毫米波雷达探测自车与周边车辆的距离；通过安装在汽车前挡风玻璃下方面对正前方的高清摄像头辅助判断汽车刹车的合理性，x3为刹车合理性的表征量，计算公式如下：
[0123][0124]
这里，x3∈(0，1]，无量纲；br为合理刹车次数，单位(次)；ba为实际刹车次数，单位(次)；x3越接近1说明驾驶员的合理刹车次数越接近总的刹车次数，驾驶行为安全性越好；反之，x3越接近0，则说明驾驶员的合理刹车次数越少，驾驶行为安全性越差。
[0125]
步骤2.4、纵向安全距离保持性计算：
[0126]
纵向安全距离保持性主要体现驾驶员驾驶过程中对与纵向前方车辆车距的把控，驾驶员能够把车距保持在一个安全的范围，充分反映了驾驶员有着丰富的驾车经验和足够的安全意识。
[0127]
通过毫米波雷达监测自车与周边车辆的间距lc，车辆最小安全行驶距离dr(单位：m)的规定如下：
[0128]
①
在高速公路上
[0129]
当v＞100km/h时，dr＝100m；
[0130]
当60km/h≤v＜100km/h时，dr在数值上与汽车行驶速度相等；
[0131]
②
在城市工况下，最小安全行驶距离规定如下：
[0132]
当40km/h≤v＜60km/h时，dr在数值上与汽车行驶速度相等；
[0133]
当30km/h≤v＜40km/h，dr＝30m；
[0134]
汽车在v＜30m/s的速度范围时，可能受交通灯、交通量、道路条件等外部影响，因此不做考虑。
[0135]
这里统计汽车与前车车距小于dr的时长tq和大于dr的时长tw；安全距离保持性表征量用x4表示，其计算公式如下：
[0136][0137]
x4∈(0，1]，无量纲；x4越接近1，则说明驾驶员对安全距离保持性越好。
[0138]
步骤2.5、转向安全性：
[0139]
转向安全性表征驾驶员在进行变道、转弯、掉头等操作时是否有开转向灯的操作。常规需要使用转向灯的场景如下表1；
[0140]
表1正常需要使用转向灯的驾驶场景
[0141][0142]
由车内高清摄像头采集驾驶员动作，判断驾驶员是否有开启转向灯的操作；车道线监测系统判断汽车是否进行了变道操作；记驾驶员开启转向灯的次数为k1；汽车变道的次数k2；
[0143]
转向安全性的表征指标为x5，x5的计算公式为：
[0144][0145]
x5无量纲，不考虑驾驶员开启转向灯却未成功变道的情况；由此可知k1≤k2，x5∈(0，1]；x5越接近1，说明驾驶员的操作越规范，安全性越高。
[0146]
步骤3、评价指标权重计算；
[0147]
本发明采用熵值法确定各评价指标表征量权重。熵值法是一种利用评价指标变异
程度进而计算信息熵的客观赋权法，在一定程度上避免了主观赋值法的缺陷，可有效解决多指标综合评价问题。具体计算方法如下：
[0148]
以30名驾驶员的有效注视区域百分比、制动距离预估能力、刹车合理性、纵向安全距离保持性、转向安全性的表征量作为熵值法的评价指标。
[0149]
所述步骤3中评价指标权重计算方法为：
[0150]
步骤3.1、确定评价指标属性：
[0151]
由前面各评价指标表征值的分析计算可知各评价的属性，如表2所示；
[0152]
表2评价指标的属性分析
[0153][0154]
步骤3.2：构造原始数据矩阵，对数据进行标准化处理，消除量纲影响，公式如下：
[0155][0156]
正向指标：
[0157][0158]
反向指标：
[0159][0160]
其中，(i＝1，2，3，
…
，30)，(j＝1，2，3，4，5)；
[0161]zij
为标准化值，x
i，j
为第i个驾驶员第j项评价指标的表征量的数值，分别表示第j项指标的最大值和最小值，正、负向指标分别按公式(9)(10)处理；
[0162]
步骤3.3、计算指标下第i个驾驶员评价指标表征量的比重：
[0163][0164]
由此，建立数据的比重矩阵y＝{y
ij
}
30*5
；
[0165]
步骤3.4、计算指标信息熵值e和信息效用值d：
[0166][0167]dj
＝1-ejꢀꢀꢀ
(13)
[0168]
步骤3.5、计算指标的权重：
[0169][0170]
步骤4、驾驶行为安全性评价模型的构建。
[0171]
所述步骤4中驾驶行为安全性评价模型的构建的方法为：
[0172]
根据前面计算得到的各评价指标表征量的权重，可得驾驶行为安全性评价模型计算式如下：
[0173][0174]
这里，ω1～ω5为各安全性评价指标表征量的权重，ω1～ω5∈(0，1)；z1～z5为驾驶员各评价指标表征量无量纲标准化后的数值；
[0175]
把驾驶行为安全性评价得分p
δ
用百分制表示：
[0176][0177]
这里为各项评价指标表征量的标准化数值的最大值；
[0178]
可得到最终的驾驶行为安全性评价模型：
[0179][0180]
所述驾驶行为安全性评价的过程如下：
[0181]
驾驶员需要驾车通过测试道路，采集过程中驾驶员眼动信息、汽车运行信息、雷达信息和车道线信息，根据公式(1)-(7)计算得到驾驶员各驾驶行为安全性评价指标表征量数值x
′1～x
′5。然后对x
′1～x
′5进行标准化：
[0182][0183]
最终得到驾驶员的驾驶行为安全性的评分：
[0184][0185]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0186]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。