技术文章 | 基于道路投影的汽车驾驶员信息系统原文标题： Information System for Car Drivers Based onProjections on the Road. 原文作者： Marina Budanow 1, 2*, Stefan Weber 2, Thomas Hausmann2, Prof. Dr. Cornelius Neumann1 1 Karlsruhe Institute of Technology, Light Technology Institute, Karlsruhe, Germany 2 BMW Group, Munich, Germany *Contact email address: Marina.Budanow@bmw.de 编译：李奕帆 井硕 指导老师：林燕丹 与汽车中的许多其他部件一样，传感器和显示器也在持续地进步。越来越多的传感器为越来越多的系统提供更加丰富的信息，从而提高驾驶员的驾驶体验。在夜晚行车时，驾驶员易产生疲惫和注意力不集中的情况，这导致了比例较高的交通事故。我们设计了一个方案，利用传感器来辅助驾驶员在夜间行驶。 汽车通过狭窄的空间，就是一个关键且具有挑战的情况，例如：汽车通过较窄的建筑区域。驾驶员不确定汽车与两侧物体的间距，不确定能否穿过这个空间，这种情况降低了驾驶的安全性。目前的信息系统只能提供相对的而不是绝对的信息，例如：HUD。我们的设计方案可以很好的解决此类问题。 根据驾驶员眼睛的位置，在道路上的不同位置显示相应的符号和信息。在驾驶员的视野中显示精确定位的信息将使汽车内部复杂的眼球跟踪系统成为必要。 A、布景 这项研究是在日落之后在Hockenheimring进行的，这个场地相当于一条真正的道路场景。测试车辆为一辆BMW 5系汽车（图1）。在汽车前部安装一个传统的投影仪，该投影具有较高舒适度和视觉对比度，布景多变但无法从内部看见，其安装高度与普通大灯相当。
图1：一辆车前安装有投影仪的BMW 5系 此次实验共有83名被试，被分为不同的测试组进行测试。其中包括67名男性和16名女性。被试的年龄位于20-68之间，小于40岁的被试有62名，大于40岁的被试有21名。 实验中对夜间行车过程中可能出现的不同情况进行了重构，验证了模拟研究的结果。其中一个实验场景是德国的一个总长度为100米的公共建筑区域(图2)，被试需要驾驶车辆4次通过该道路。
图2：德国的一个总长度为100米的公共建筑区域 在不同的测试组中，以随机的顺序考察不同的变量和对比条件。本论文随机分配一组被试，以汽车示宽线作为引导灯具(GL)或仅开启近光灯通过实验区域。显示的直线在静态形式和动态版本之间变化(如图3所示)，即线条沿行驶方向逐渐消失。另外一组被试使用GL或者远光灯通过实验区域。
图3：汽车示宽线作为引导灯具(GL)通过实验区域 B、实验过程 实验前对被试进行简单的实验介绍和视觉测试，并提前熟悉测试汽车。实验过程中，被试必须按照主试的要求沿着试验场行驶。建议的最大速度是80公里/小时，与德国普遍的实验区域限速一样。 在驾驶实验结束后，被试需填写一份关于对所显示符号的感受的问卷和对本次驾驶的评价。此外，主试还记录了被试在驾驶过程中的评价与感受。 -精确的GPS数据； -CAN数据，例如：速度、制动力、转向角、时间以及周围环境的亮度。 此外，驾驶舱内还安装了摄像头，通过摄像头可以跟踪整个驾驶过程。通过这种方式，由于动物在夜间穿越道路而导致的意外行为(如刹车剧烈、极端转向等)可被检测出来，该数据被排除在记录范围之外。这条道路总长度约为6.4公里，4圈的总长度约为25.6公里，总共35分钟左右的驾驶时间，所以未考虑疲劳的影响。 C、结果
对比使用近光灯和GL的驾驶结果，使用GL时被试的平均驾驶速度提高了约15%，即约8.23公里/小时，这一速度更接近于推荐速度80公里/小时。在实验区域内，GL投射在道路上，使转向动作总和下降34%，转向速率下降16%。这意味着通过一个实验区域的速度更快，更接近推荐的速度，而且更平稳，转向动作更少。
考虑到不同圈数间的变化取决于上一轮所使用的照明功能，于是对实验做了进一步改善，如表2所示。 表2：实验区域驾驶的差异对比取决于上一轮的使用的照明功能。表2中第一列描述了两轮均使用近光灯时速度和转向的变化。第二列展示第一轮使用GL和第二轮使用近光灯的差别。在第三列中给出了第一轮使用近光灯和第二轮使用GL的变化，在第四列中比较了两轮分别使用GL是的对比情况。
百分比变化小于5%的结果可视为统计差异。根据表2数据，由近光灯变为GL后，驾驶者的驾驶速度提高了11公里/小时，即提高了30%，转向动作减少了23%，即平稳了7%。该结果超过了两轮只使用近光灯时被试平静程度的增量，这种情况下只考虑驾驶员对环境的熟悉程度。 若去除GL，即在实验区域不显示示宽线，驾驶员将变得没有安全感。即使平均速度没有改变，转向动作总量也会增加。 在两轮连续使用GL的情况下，结果显示为驾驶熟练度的提高。 当与使用远光灯穿过实验区域的结果进行对比时，可以看出，车前有GL时的转向运动更小，更平稳。
表3 远光灯与GL比较结果
这些结果与通过主观问卷调查的统计数据相一致，共计97,3%的被试指出,在不熟悉的路段行驶时，相较于只使用近光灯的情况，驾驶使用GL的车辆会有更高的安全感。同样数量的驾驶者提到，如果这种功能面世，他们会购买使用。绝大多数被试表示，当他们的汽车前面有额外的引导线时，他们可以更好地降低压力。并且100%的被试表示会向他们的朋友和同事推荐这个额外的照明功能。
图4主观问卷结果（每个被试在驾驶实验后填写）
D、讨论
实验结果清楚地表明，给定的条件没有分散驾驶员的注意力，且在某种程度上帮助了他，让他驾驶通过实验区域时更平稳自信。
通过对实验数据进一步的研究，我们发现了一个更深层的方面:在夜间驾驶一辆同样大小的汽车通过一个较窄的实验区域时，采用GL的被试更有信心。在没有附加GL的情况下，实验区域的平均速度为45.40公里/小时。附加之后，平均速度上升到57.45公里/小时，被试驾驶速度提高12公里/小时，速度更接近80公里/小时的推荐速度。第二轮实验时，分别使用GL与近光灯的速度差异仅为10 km/h，使用GL的平均速度为63.16 km/h，使用近光灯的为53.52 km/h。
当总结转向运动和平均转向速率时，也有同样的结果。附加GL后，在第一次实验中，转向运动总量下降了59%，第二次实验下降了62%。平均转向速率分别降低了29%和28%。
总而言之，通过实验区域有无GL的情况，分析所有测试组的驾驶行为，结果显示为驾驶速度不断提高，转向变得越来越稳定，如图5所示。
图5 平均速度实验结果。
不幸的是，现实生活中常见的情况是，大多数驾驶员没有机会多次通过一个建筑区域。与使用近光灯的车相比，使用GL时平均速度更高，转向更平稳。由此可得，在不熟悉的环境中，预测的数据可能会帮助驾驶人员在狭窄的空间中行驶，并避免因缺乏安全感而导致的事故。 不断发展的新传感器和传感器技术为驾驶通信提供了新的可能性。随着驾驶员信息系统的出现，道路预测这一新想法也得以实现。通过我们的第一项研究，我们已经证实，通过简单的道路投影与可以实现与驾驶员的交互。在上述的研究中，我们进行了实验，验证了在实际的交通中，这种交互是否有助于驾驶员在夜间穿越狭窄的施工区域等紧张情况。 研究结果表明，paper shoe对处于困境中的驾驶员有正面影响。无论年龄和性别，哪怕是两根简单的线条，都能帮助驾驶员在狭窄的建筑区域里更自信、更快速地行驶。在GL的帮助下，被试在实验区域的速度提高到接近建议速度（80公里/小时）。当时在不熟悉的环境中行驶时，对信心的增强程度的影响在第一次实验中表现得最为明显。这与日常生活中的情况接近。 被试的主观感受证实了这些结果，在狭窄的路段中，关于显示汽车宽度的额外线条，100%的被试给予了正面评论。大多数被试表示，他们觉得有了额外的指示灯具更安全，而且由于有了预测信息，他们可以更好地处理欲将发生的情况。此外，他们还会向朋友和同事推荐这项功能。没有一个被试因为该功能而分心。我们认为道路上的投影可以帮助驾驶员在夜间出行，而不会分散他的注意力。同时不需考虑对其他交通参与者的干扰，因为除了驾驶员的视角外，其他视角的能见度很低。 文章转载自IFAL公众号
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