论文总字数：26095字

摘 要

在主动安全领域，驾驶辅助系统的设计和智能汽车的控制算法研究，是未来一段时间汽车技术的重要研究领域。驾驶辅助系统的设计和智能车的控制算法的设计理念，都需要了解人的行为特征，驾驶员的行为机理，以此作为硬件设计和算法设计的前提和基础，让机器仿照人的思维行动，是主动安全领域技术发展的最高境界。反应时间在主动安全类预警系统控制算法设计中是非常重要的一个参数。因此，对反应时间影响因素和反应机理的研究，为汽车主动安全领域的人工智能化设计提供理论基础。

本课题所研究的核心问题即为探究驾驶员各影响因素作用机制。首先通过层次分析法，构建反应时间影响因素重要度模型；通过问卷调查的形式，得到的各影响因素重要度比较值；采用层次分析法获得驾驶员反应时间影响因素的重要度；其次在认知心理学的基础上了解、学习驾驶员眼动反应机制，探究各种眼动变化与反应的关系；设计实验，利用眼动仪获取反应时间的起点；研究各影响因素对驾驶员反应时间的影响机制。

本文的研究成果对于驾驶员反应时间影响机制的研究、为汽车预警辅助系统的优化提供理论支持。

关键词：影响因素，层次分析法，眼动反应，反应时间，驾驶模拟器

Abstract

In the field of active safety, the design of driving assistance system and the research on control algorithm of intelligent vehicle are important research fields of vehicle technology in the future. The design of the driving assistance system and the design concept of the control algorithm of the intelligent vehicle both need to understand the human behavior characteristics and the driver's behavior mechanism, which is the premise and foundation of hardware design and algorithm design. It is the highest state of technological development in the active safety field to let the machine imitate human thinking and action. Response time is a very important parameter in the control algorithm design of active security early warning systems. Therefore, the research on the influencing factors of reaction time and reaction mechanism provides a theoretical basis for the artificial intelligent design in the field of automobile active safety. The core issue studied in this topic is to explore the mechanism of drivers' influence factors. Firstly, through analytic hierarchy process, the importance model of influencing factors of reaction time is established. Through the form of questionnaire survey, the comparative value of the importance of each influencing factor is obtained. The importance of factors affecting driver's reaction time is obtained by using analytic hierarchy process. Secondly, on the basis of cognitive psychology, understand and learn the driver's eye movement reaction mechanism and explore the relationship between various eye movement changes and reactions. The experiment was designed, and the starting point of reaction time was obtained by eye movement instrument. To study the mechanism of influencing factors on driver response time. The research results of this paper provide theoretical support for the research on the mechanism of driver response time and the optimization of the automobile early warning auxiliary system.

Keywords: influencing factors, analytic hierarchy process, eye movement reaction, reaction time, driving simulator

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 引言 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 驾驶员反应时间影响因素国内外研究现状 2

1.2.1 驾驶员反应时间影响因素国外研究现状 2

1.2.2 驾驶员反应时间影响因素国内研究现状 2

1.3 眼动反应国内外研究发展现状 3

1.3.1 眼动反应国外研究发展现状 3

1.3.2 眼动反应国内研究现状 4

1.4 本文研究内容 4

第2章 驾驶员反应影响因素及眼动反应机制 6

2.1 驾驶员反应影响因素 6

2.1.1 驾驶员视觉特性对反应的影响 6

2.1.2 驾驶员注意力对反应的影响 7

2.1.3 驾驶员心理特性对反应的影响 7

2.1.4 交通环境状况因素 8

2.1.5 道路状况因素 8

2.2 驾驶员的眼动反应机制 8

2.2.1 人眼生理结构 8

2.2.2 眼球运动形式 9

2.2.3 扫视和注视的关系 10

第3章 反应时间影响因素重要度模型的搭建 11

3.1 层次分析法的相关理论 11

3.2 影响因素重要度分析 12

3.2.1 层次结构模型的构建 12

3.2.2 影响因素重要度调查 13

3.2.3 重要度矩阵特征向量的求解 14

3.2.4一致性检验 17

3.2.5 影响因素重要度排序 18

第4章 基于外周视野的反应时间测量实验设计 19

4.1 实验目的 19

4.2 实验相关设备 19

4.2.1 驾驶模拟器 19

4.2.2 眼动仪 20

4.3 实验场景搭建 22

4.4 实验条件 22

4.4.1 实验人员条件 22

4.4.2 驾驶环境条件 23

4.4.3 驾驶员分类 23

4.5 实验设计 23

4.6 实验流程 24

第5章 基于实验数据的反应时间影响机制研究 25

5.1 实验结果 25

5.2 统计分析工具 28

5.3 实验结果分析 28

5.3.1 车速与反应时间的关系 28

5.3.2 驾驶风格与反应时间的关系 31

5.3.3 车速、驾驶风格、反应时间作用机制 31

第6章 总结及展望 33

参考文献 34

附录A：影响因素重要度调查问卷 36

附录B：驾驶人风格调查问卷 41

致谢 43

第1章 引言

1.1 课题研究背景及意义

作为世界第一的人口大国，任何有关安全的问题，都是民生的问题。2013年至今，我国的汽车保有量飞速上升，而交通状况并不能匹配时代的发展，交通事故造成的经济损失和人员伤亡在世界范围内一直高居不下。交通安全问题已经成为每一个中国人的迫切需求。我国急需从高速发展向高质量发展转变。

在“人-车-道路”系统中，人作为外界环境的信息接收者，驾驶人对移动物体的反应判断是非常重要的科学问题。由于生物个体的多样性，以及环境因素的干扰，驾驶员不能非常精确地判断周围环境的速度距离等相关信息，是诱发交通事故的罪魁祸首。而现今复杂的交通环境下，驾驶员开车时所面临的压力更大，特别是上下班高峰期、节假日等特殊时段，经常出现长时间拥堵的行车环境，容易导致驾驶员分心、疲劳，从而影响驾驶员反应速度。

在主动安全领域，驾驶辅助系统的设计和智能汽车的控制算法研究，是未来一段时间汽车技术的重要研究领域。驾驶辅助系统的设计和智能车的控制算法的设计理念，都需要了解人的行为特征，驾驶员的行为机理，以此作为硬件设计和算法设计的前提和基础，让机器仿照人的思维行动，是主动安全领域技术发展的最高境界。

由统计分析可知，若在汽车碰撞前1.5秒给行车司机发出危险提示，则可减少90%的追尾交通事故^[1]。所以反应时间在主动安全类预警系统控制算法设计中是非常重要的一个参数。

目前市场上制造的前碰撞预警系统，虽然厂商声称其产品精度已经达到90%，但是消费者抱怨很大。一方面并不存在危险时该系统判断错误而误报；另一方面是此系统有时会“失灵”，并不能精确达到预警的效果。

因此，对反应时间影响因素和反应机理的研究，为汽车主动安全领域的人工智能化设计提供理论基础。

1.2 驾驶员反应时间影响因素国内外研究现状

1.2.1 驾驶员反应时间影响因素国外研究现状

Z Zhang利用无辅助任务的中性驾驶和无辅助任务的疏忽驾驶的操作信号，为每个驾驶员构建了基于神经网络的NARX模型，并明确了中性驾驶和疏忽驾驶的区别^[2]。为了检测驾驶员个人特征，定义了静态反应时间和动态反应时间，并设计了利用驾驶模拟器测量这两种反应时间的实验。实验结果表明，所设计的实验结果可重复，所提出的两个反应时间的测量方法有效。

Rafał Stanisław Jurecki等人通过轨道研究的方法，在复杂的模拟环境下对驾驶员反应时间进行了测试^[3]。在测试过程中，模拟涉及行人和客车闯入道路区域的事故风险情况。分析了驾驶员对加速度控制踏板、行车制动器和方向盘的反应时间特性值。该实验不仅对30名驾驶员测试组的平均反应时间进行线性回归，还对驾驶员进行个体防御反应的频率进行了评估。

J. Ashok等人对10名年轻和10年长司机在一个定制的驾驶模拟器中进行测试^[4]。结果显示，年龄较大的司机比年龄较小的司机的最小障碍距离平均值大1.8米。从外围出现行人和直接从前面出现行人的场景比较，制动距离平均值多多2.5米。这种障碍方向能力的下降主要由于反应启动时间的下降。最后，当行人从右侧出现，与左侧或前方相比，影响更明显。因此，在机动车事故研究中纳入时间和几何性能指标很重要。

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