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原文传递自动车道保持系统人机交互安全分析与评价

论文题名：	自动车道保持系统人机交互安全分析与评价
关键词：	汽车自动车道保持系统;人机交互;安全评价;接管策略
摘要：	随着当代汽车搭载的驾驶自动化系统逐渐增多，相关系统涉及到前沿技术越来越多，其人机交互设计和使用过程也变得更加复杂。由于驾驶员对系统的了解程度与设计者期望可能存在不一致，导致人机交互失误越来越多，进而引发交通事故。随着驾驶自动化等级的提升，会增加驾驶员对系统的信任程度，甚至过于信任，将辅助驾驶误当作无人驾驶，导致驾驶分心或处理其他非驾驶任务，使驾驶员和乘客的生命安全受到潜在的威胁，在安全方面带来重大挑战。如何保证自动驾驶人机交互安全，是目前亟待解决的关键问题。　　联合国欧洲经济委员会（UNECE）颁布了首个针对L3级别自动车道保持系统（Automated Lane Keeping Systems，ALKS）的法规，该法规对ALKS系统的功能规范、信息安全、运行设计域和人机交互等提出了详细要求。针对上述安全要求，为保证自动车道保持系统的人机交互安全，本文基于UNECE法规，对ALKS系统人机交互方面展开如下研究：　　（1）进行ALKS系统人为误用安全分析。包括对ALKS进行相关项定义，形成ALKS系统的初始架构，作为后续分析的基础；基于ALKS驾驶员交互功能描述，根据STPA-1定义分析的目的，包括驾驶员人为误用可能导致的事故，导致事故的潜在整车级别危险；利用STPA-3引导词识别与驾驶员相关的不安全控制行为，更新迭代所导致的整车级别危险；进行危险事件识别和风险评估，并定义风险可接受标准；进行不安全控制行为的致因场景分析，提出接管过程安全设计需求，作为后续接管策略设计和接管界面设计的依据。　　（2）基于前文导出的安全设计需求进行接管过程的安全设计，包括接管时刻分级警示人机交互界面设计和接管策略设计。首先，阐述人机交互界面设计原则和流程，定义典型接管场景，选取承载界面的媒介以及设计接管警示界面结构框架；其次，对接管过程安全设计需求进行提炼总结，用于接管过程人机交互界面设计和接管策略设计，完成对自动驾驶系统发出接管警示信号时进行不同层级的接管界面设计；最后，根据不同的驾驶员状态设计相应的接管策略，为下一步接管策略验证做输入。　　（3）对接管策略进行验证并对接管绩效进行评价。首先，使用MATLAB/Simulink设计接管预警模块和控制权切换模块，利用PreScan完成实验场景的设计及搭建，进而进行接管过程的联合仿真；其次，阐述了接管绩效评价方法及关键指标，并进行实验方案设计；最后，通过接管警示平台验证在驾驶员分心状态（如玩游戏、聊天）下接管策略设计的是否合理有效，通过接管反应时间和最大横向加速度两个指标，探索驾驶员次任务参与模式与次任务沉浸时间对接管绩效的影响。　　本文的ALKS系统人为误用安全分析与评价和接管策略设计对提高自动驾驶汽车人机交互安全和接管设计有一定参考价值。
作者：	马海涛
专业：	机械工程
导师：	李学飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022