摘要：汽車自動駕駛技術(shù)是智能交通的關(guān)鍵組成部分，其中人機切換駕駛技術(shù)對于實現(xiàn)安全、高效的駕駛至關(guān)重要。通過公開文獻(xiàn)和技術(shù)報告，分析了汽車自動駕駛中人機切換駕駛技術(shù)的發(fā)展背景、技術(shù)現(xiàn)狀，明確了人機協(xié)同駕駛在提升駕駛安全性、改善用戶體驗及推動技術(shù)創(chuàng)新方面的重要作用，指出了實現(xiàn)自動駕駛過程中面臨的主要挑戰(zhàn)，并從人機交互、駕駛模式切換以及座艙智能化等多個視角，探討了人機切換駕駛技術(shù)的未來發(fā)展方向。
0前言
隨著智能交通的發(fā)展與逐步推進(jìn)，汽車自動駕駛技術(shù)正從最初的輔助駕駛向全自動駕駛演進(jìn)，而在未來較長的一段時間內(nèi)，人機共駕的狀態(tài)將持續(xù)存在。在此背景下，保障自動駕駛系統(tǒng)和駕駛員間權(quán)限的順利切換以及人機交互的合理性和流暢度，對于保障車輛的運行安全性和提升駕乘舒適性至關(guān)重要［1-3］。人機切換駕駛技術(shù)關(guān)注的是如何在人與機器之間實現(xiàn)控制權(quán)的平滑、安全轉(zhuǎn)移，人機切換駕駛技術(shù)所涉及的接管、切換過程如圖 1 所示。
1發(fā)展現(xiàn)狀
1. 1 自動駕駛技術(shù)現(xiàn)狀
汽車自動駕駛技術(shù)根據(jù)自動化程度不同一般可 分為 L0~L5 級 ，具 體分級類型如圖 2 所 示 。 其中 ，L3 級 及以上的自動駕駛系統(tǒng)涉及人機切換駕駛技術(shù)［4］。具體來說，L3 級別的自動駕駛系統(tǒng)可以在特定條件下實現(xiàn)對車輛的完全控制，但遇到緊急情 況或者突發(fā)情況時仍需駕駛員接管駕駛權(quán)限 。相比之下，L4、L5 級別的自動駕駛系統(tǒng)則能在更廣泛場景下實現(xiàn)無人駕駛，甚至全程不需要駕駛員的干預(yù)。目前 ，市面上廣泛使用的自動駕駛是 L1 和L2 級別的輔助駕駛，這些輔助駕駛已相對成熟，成為很多車型的標(biāo)配。隨著技術(shù)進(jìn)步和政策的放開，部分國家已經(jīng)開始準(zhǔn)許 L3 級別及以上自動駕駛車輛開展上路試點。
得益于國家政策的支持 ，我 國已開始 L3級別及 以上自動駕駛的試點示范運營 ，預(yù) 計于 2025 年將實現(xiàn)商業(yè)化落地 。 2023 年 ，工業(yè)和信息化部與國 家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會共同發(fā)布了修訂版的《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）（2023 版）》。 該 指南旨在進(jìn)一步規(guī)范車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè) ，對 智能汽車 、網(wǎng) 聯(lián)汽車的通用配置 、核心技術(shù)以及關(guān)鍵產(chǎn)品應(yīng)用等提供指導(dǎo) ，從而構(gòu)筑全面覆蓋智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品、技術(shù)、試驗標(biāo)準(zhǔn)等各方面的保障體系 。 盡 管如此 ，要 達(dá)到真正的全自動駕駛狀態(tài)（即 L5 級別），目前仍面臨許多技術(shù)性和非技術(shù)性障礙 。 因此 ，人 機協(xié)同控制的駕駛模式仍將作為重要的過渡階段駕駛模式繼續(xù)存在，這既為技術(shù)創(chuàng)新提供了廣闊的空間，也帶來了一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)。
1. 2 人機協(xié)同控制技術(shù)現(xiàn)狀
在智能汽車自動駕駛領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員普遍認(rèn)為，在實現(xiàn)完全無人駕駛之前，未來一定時間內(nèi)將處于駕駛員與自動駕駛系統(tǒng)或輔助駕駛系統(tǒng)的協(xié)同控制階段。鑒于相關(guān)政策尚未完全落地，以及可靠性與安全性仍需驗證，自動駕駛汽車人機協(xié)同控制的定義及其協(xié)同控制的形式還沒有達(dá)成統(tǒng)一共識。目前，自動駕駛汽車的人機協(xié)同控制主要分為人機切換型和人機共駕型兩種方式。理想的自動駕駛?cè)藱C協(xié)同駕駛方案是讓車輛自動駕駛系統(tǒng)和駕駛員共同作為駕駛參與主體，通過兩者間的互補合作，實現(xiàn)更優(yōu)的控制效果。自動駕駛系統(tǒng)能夠利用其精準(zhǔn)的數(shù)字控制能力和感知能力等優(yōu)勢，在駕駛員感到疲勞、失去知覺、走神或突發(fā)疾病無法操作時提供及時有效的處理，減少事故發(fā)生的可能性。駕駛員可以憑借自身的思考和應(yīng)變能力，彌補自動駕駛系統(tǒng)在面對突發(fā)場景和未知狀況處理能力的不足，提升對突發(fā)狀況的應(yīng)對水平。然而，有研究指出，當(dāng)車輛處于自動駕駛模式時，人類駕駛員更容易出現(xiàn)注意力分散的情況，這可能會影響他們 在必要時接管車輛控制權(quán)的準(zhǔn)確性和及時性 。相比人機共駕型駕駛方式，人機切換型駕駛方式因其技術(shù)穩(wěn)定性高、安全性好被視為更有前景的發(fā)展方向。人機切換型駕駛方式的優(yōu)點在于自然人和機器之間沒有直接的交互和耦合，車輛的控制過程更加清晰明確。同時，這種駕駛方式的變化相對較小，使得人類更容易適應(yīng)，因此這也是目前最常用的人機協(xié)同駕駛方式。切換型人機協(xié)同控制的缺點主要在于駕駛權(quán)從自動駕駛系統(tǒng)切換到人類駕駛員的過程中，難以確保后者處于良好的工作狀態(tài)。長時間不參與駕駛活動可能導(dǎo)致駕駛員的注意力分散，當(dāng)駕駛員接手控制權(quán)時，需要重新集中注意力并適應(yīng)周圍的駕駛環(huán)境。這一過程充滿了不確定性，限制了控制權(quán)的自由切換。因此，該模式的主要設(shè)計難點在于如何評估駕駛員和自動駕駛系統(tǒng)哪一方的表現(xiàn)更優(yōu)，并基于駕駛員的狀態(tài)等因素合理確定控制權(quán)切換的最佳時機，以實現(xiàn)控制權(quán)的平穩(wěn)過渡，這也是目前自動駕駛技術(shù)重點關(guān)注的方向。
1. 3 人機交互技術(shù)現(xiàn)狀
自動駕駛系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括自動駕駛控制單元、駕駛?cè)吮O(jiān)控模塊及環(huán)境感知模塊，人機交互是自動駕駛?cè)藱C切換控制的關(guān)鍵。自動駕駛系統(tǒng)通過解析駕駛員的行為數(shù)據(jù)，并結(jié)合車輛狀態(tài)和周邊環(huán)境感知信息，來確定駕駛權(quán)分配的權(quán)重或適時進(jìn)行切換。此外，人機交互作為機器與駕駛員間的橋梁，促進(jìn)了雙方的有效溝通，增強了人機共駕系統(tǒng)的交互性。未來，隨著汽車集成更多高級的輔助駕駛系統(tǒng)，其功能也將變得更加復(fù)雜。人機交互模塊作為自動駕駛汽車安全可靠行駛的關(guān)鍵組件，提供了機器與人類駕駛員交換駕駛信息和操作反饋的 渠道 ，使 自動駕駛執(zhí)行過程變得更加透明和直觀。在人機切換型駕駛方式中，人機交互技術(shù)發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人機交互技術(shù)正從傳統(tǒng)的二維交互向三維交互轉(zhuǎn)變，旨在提供更加自然、更加直觀的交互體驗，如語音識別、手勢識別、頭部跟蹤和視覺跟蹤等多模態(tài)交互技術(shù)的應(yīng)用，顯著提升了駕駛員與自動駕駛系統(tǒng)之間溝通的效率和準(zhǔn)確性。人機協(xié)同駕駛控制是指自動駕駛系統(tǒng)和駕駛員同步參與車輛控制，共同協(xié)作完成駕駛?cè)蝿?wù)的過程，其主要由環(huán)境感知、自動駕駛和人機協(xié)同三者構(gòu)成，如圖 3 所示。這種協(xié)同控制模式不僅實現(xiàn)了駕駛員與自動駕駛系統(tǒng)的共同車輛運動控制，完成了駕駛?cè)蝿?wù)，而且有效規(guī)避了高級別自動駕駛車輛面臨的技術(shù)難點，推動了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。感知定位技術(shù)作為自動駕駛中的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)的車輛控制和決策奠定了基礎(chǔ)。人機切換型駕駛方式不僅要求系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)感知周圍交通環(huán)境，還需要確保駕駛員至少維持對交通環(huán)境的基本感知。這樣不僅能提高系統(tǒng)的安全性，還能增強系統(tǒng)的可解釋性和可靠性。
2發(fā)展方向
2. 1 強化學(xué)習(xí)訓(xùn)練
在自動駕駛領(lǐng)域，深度強化學(xué)習(xí)展現(xiàn)出了巨大潛力，特別是在人機切換型駕駛技術(shù)的應(yīng)用方面。該技術(shù)能夠訓(xùn)練自動駕駛系統(tǒng)在復(fù)雜的交通環(huán)境中作出更優(yōu)的決策，并優(yōu)化人機切換策略。人機切換型駕駛技術(shù)研究的首要任務(wù)是自動駕駛系統(tǒng)的接管機制智能化。深度強化學(xué)習(xí)被應(yīng)用于自動駕駛系統(tǒng)智能體，以實現(xiàn)更高效和更安全的駕駛權(quán)交互 。 通 過建立綜合考慮駕駛員狀態(tài) 、自 動駕駛策略、駕駛權(quán)切換邏輯的強化學(xué)習(xí)框架，可以在保障安全性的前提下，適應(yīng)復(fù)雜多變的實時路況，提高人機切換過程的舒適性和效率。例如，可以通過引入駕駛干預(yù)機制和基于駕駛員指導(dǎo)的經(jīng)驗回放機制，在模型訓(xùn)練的早期階段或當(dāng)模型陷入局部最優(yōu)解困境時實施干預(yù)，以此提升駕駛權(quán)切換模型的學(xué)習(xí)效率和泛化能力。
2. 2 個性化交互
駕駛控制權(quán)的切換過程較為復(fù)雜，涉及到車輛狀態(tài)傳感器、車外環(huán)境傳感器和駕駛員狀態(tài)傳感器的綜合評估，以及車輛硬件與軟件的協(xié)同。在駕駛過程中，任何環(huán)節(jié)的疏忽或者偏差都有可能導(dǎo)致判斷失誤，從而引發(fā)潛在風(fēng)險。因此，提高切換過程的平穩(wěn)性，增強駕乘的主觀舒適度是未來自動駕駛技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。這包括對駕駛員提醒系統(tǒng)的個性化設(shè)置，允許用戶根據(jù)自己的習(xí)慣和喜好自由選擇或定制提醒方式和頻率。未來自動駕駛技術(shù)發(fā)展將更加側(cè)重于個性化設(shè)置，允許用戶自由選擇適合自己的切換方式。
2. 3 切換邏輯升級
控制權(quán)的切換決策是自動駕駛系統(tǒng)的核心功能之一。在系統(tǒng)無法順利切換至目標(biāo)駕駛模式時，應(yīng)選擇退避策略，通過制動減速直至停止，讓車輛停靠在相對安全的區(qū)域。這種制動減速停車的行為雖然與駕駛至目的地的目標(biāo)相悖，但在無法安全切換駕駛模式時是必要的安全措施。為了實現(xiàn)真正意義上的人機共駕，自動駕駛系統(tǒng)需要根據(jù)不同的外界環(huán)境、車輛狀態(tài)和駕駛員狀態(tài)，為自動駕駛系統(tǒng)和駕駛員的操作分配不同的權(quán)重，這在本質(zhì)上屬于人機協(xié)同駕駛的范疇。在面對駕駛場景中突然出現(xiàn)的物體時，自動駕駛系統(tǒng)可能需要依賴駕駛員的觀察和反應(yīng)，通過駕駛員對踏板或方向盤的操作，緊急切換到手動駕駛模式。如果在自動駕駛過程中，駕駛員未能注意到這些突然出現(xiàn)的物體，車輛可能會面臨危險狀態(tài)，因此在設(shè)計切換邏輯時，對于部分切換和過渡切換方式的界定是人機完全協(xié)同共駕技術(shù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。
2. 4 智能座艙
智能座艙在自動駕駛中扮演著至關(guān)重要的角色，它不僅優(yōu)化乘車體驗，同時也是連接駕駛員與汽車的橋梁，是確保駕駛員可以隨時接管車輛的重要對象［5］。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷進(jìn)步，駕駛座艙已不僅是駕駛員的工作區(qū)域，更演變?yōu)槌塑囌叩男蓓蛫蕵房臻g。為了提供更加舒適、方便的駕乘體驗，智能座艙已開始采用更加智能化、人性化的交互方式［6］。目前，多數(shù)智能座艙操作平臺仍依賴于預(yù)設(shè)的固定規(guī)則或?qū)我恍袨榈暮唵晤A(yù)測，這種模式在應(yīng)對復(fù)雜變量如面部表情變化、眼睛視角和認(rèn)知水平變化時存在顯著的局限性。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷演進(jìn)，增強座艙的智能性成為必然趨勢。智能座艙可以通過實時監(jiān)測駕駛員的細(xì)微變化，并利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建出駕駛員的動態(tài)模型，同時深入理解駕駛員在不同狀態(tài)的實際表現(xiàn)和行為模式，通過分析人機交互的歷史數(shù)據(jù)，評估駕駛員對自動駕駛系統(tǒng)的依賴程度和信任水平。無論駕駛員是主動參與駕駛還是選擇讓自動駕駛系統(tǒng)接管 ，智 能座艙系統(tǒng)都能夠根據(jù)駕駛員的偏好和習(xí)慣，提供個性化的智能人機交互方案［7-9］。例如，在高速公路場景下，如果駕駛員突然停用自動駕駛功能，智能座艙系統(tǒng)不僅要迅速響應(yīng)，還應(yīng)能夠深入分析當(dāng)時的駕駛場景，進(jìn)而判斷該操作是否出自駕駛員的主動決策，或是因誤操作所致，以提高人機切換駕駛接管的安全性。
3結(jié)語
本文主要論述了汽車自動駕駛中人機切換駕駛技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，論述了人機切換駕駛技術(shù)在保障交通安全和提升交通效率方面的重要作用。人機交互技術(shù)正不斷進(jìn)步，提供了自然、直觀的交互體驗，而深度強化學(xué)習(xí)的應(yīng)用則展示了其在訓(xùn)練自動駕駛系統(tǒng)作出更優(yōu)決策方面的巨大潛力。未來的汽車自動駕駛技術(shù)發(fā)展方向主要集中在個性化交互、切換邏輯再升級和智能座艙的研發(fā)等領(lǐng)域，目標(biāo)是實現(xiàn)更安全、更舒適的人機共駕體驗。這些技術(shù)的進(jìn)步不僅推動了汽車智能化的發(fā)展，也可確保駕駛員在必要時能夠安全、有效地接管車輛控制權(quán)。未來的研究將更加關(guān)注深度學(xué)習(xí)、人 機交互和安全駕駛等多個領(lǐng)域 ，力 求實現(xiàn)更智能、更可靠的自動駕駛解決方案。
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