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专利号: 2021109538503
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:包括以下步骤:

(1)建立制动反应时间的影响因素结构分解模型:

以驾驶人的生理属性、驾驶经验、驾驶负荷、驾驶期望为映射制动反应时间的潜变量,各潜变量中包括数个直接用于测量的显变量;所述的生理属性的显变量包括但不限于性别、视力、年龄,所述的驾驶经验的显变量包括但不限于驾龄、驾驶里程、驾驶频率,所述的驾驶负荷的显变量包括但不限于行为负荷量、心理占用量、动作占用量,所述的驾驶期望包括但不限于速度期望、跟车距离期望、舒适性期望;

(2)制作并发放多维驾驶人特性调查量表:

采用制动反应时间的影响因素解构模型制作调查问卷;向数名执有合法驾照的受访者发放调查问卷,受访者性别比例2:1,通过调查问卷的形式采集生理属性、驾驶经验、驾驶负荷、驾驶期望数据信息;

(3)基于调查问卷建立结构方程SEM模型:

使用SEM模型处理调查问卷分析结果,建立SEM模型前对数据进行信度和效度检验,对调查问卷获得的有效数据进行正态分析,确定各显变量数据的偏度系数值和峰度系数,保证收集的数据满足正态分布,再通过SEM建模软件建模,计算得到基于SEM的制动反应时间及其影响因素的解析模型,包含误差、路径系数、变量的模型;为了解决受访者对制动反应时间的不确定性,采用三角模糊数将其分解为三维向量的形式,同时作为制动反应时间的观测变量;

(4)设计驾驶负荷试验方案:

所述的驾驶负荷试验方案包括1种专注驾驶行为和5种分心驾驶行,每种分心驾驶行为过程中执行箭头测试、n‑back测试、钟表测试和路况汇报中的一种或多种任务;所述的分心驾驶行包括手持手机通话、键入文本信息、阅读文本信息、思考和交谈;

(5)采集制动反应时间数据:

根据影响因素解构模型选取数名受试者,在天气晴朗、能见度良好的时间展开试验,有引导车一台保持速度在50~60km/h,受试者自车跟随前车行驶并保持车距50~60m,驾驶过程中执行驾驶负荷试验方案,引导车随机制动以迫使受试者车辆制动;依托于前述试验条件,提取制动反应时间的数据;

(6)建立基于BP神经网络的制动反应时间预测模型:

网络结构设计:使用Sigmoid函数作为隐层神经元的激励函数,用以限制神经元输出幅值,公式(1)至(3)描述了神经元从输入至输出的计算过程;

yi=S(Ii) (2)

式中,xi为神经元的输入信号,wi为神经元的权值,θi为神经元的输出阈值,Ii为神经元的计算结果,yi为神经元的输出信号,S(Ii)为Sigmoid函数;

使用上述SEM模型计算的路径系数优化网络权值的设定,提出SEM‑BP神经网络;

采用11组驾驶人特性变量作为网络模型输入,选择驾驶人的制动反应时间作为网络模型输出,隐层神经元数量的选取依据参考公式(4)和(5),经过迭代寻优网络参数并对比模型效果,最终确定隐层神经元数量、学习率和隐含层数量指标;采用随机划分的方法将试验采集的总体样本数据集划分为训练集、验证集、测试集;采用均方误差算法计算误差,MSE是输出和目标之间的平均平方差,其值越低模型的精度越好;拟合性能评价指标选择回归R值度量输出和目标之间的相关性,R值越接近于1说明拟合效果越好;

n

nl=log2(5)

式中,nl为隐含层节点数,n为神经网络模型输入变量的数量,m为神经网络模型输出变量的数量,a为0到10之间的常数;

(7)对制动反应时间预测模型进行性能检验:

利用LM算法在模型训练环节的非线性最小化数值解的优势,结合高斯‑牛顿算法以及梯度下降法的优点并改善两者的缺陷,进而提高SEM‑BP模型的整体性能;

至此,完成考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法。

2.根据权利要求1所述的一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:(1)建立制动反应时间的影响因素解构模型过程中,除性别被分为两极选项外,其余显变量均转化为李克特5级量表的形式。

3.根据权利要求1所述的一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:(3)基于调查问卷建立结构方程SEM模型过程中,在信度检验中,克朗巴哈系数法用于测量同一维度中不同项目的观测一致性水平;在效度检验中,采用最大方差法进行因子旋转,样本数据的KMO和Bartlett检验结果表明数据效度。

4.根据权利要求1所述的一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:(4)设计驾驶负荷试验方案过程中,所述的箭头测试通过视觉搜索的方式占用受试者的视觉资源,试图诱发受试者产生视觉分心状态,测试过程中,在置于中控屏的平板电脑中预置箭头测试图集,由箭头组成的全部图片中,单张最多只有一个向上的箭头或无,受试者需要判断是否有向上的箭头,根据判断结果将该图片移动至“有”或“无”的文件夹中;

所述的n‑back测试以促使受试者思考的方式占用其听觉记忆资源,并施加脑力负荷,测试过程中,受试者依次听到10个随机的数字,口述回答该数字之前的第n个数字;

所述的钟表测试占用受试者的视觉空间工作记忆并引发思考,以此代表同时占据脑力负荷和视觉资源的驾驶任务,测试过程中,受试者依次听到由试验助理提出的随机时间问题,思考该时刻的指针位置并回答时针和分针是否成锐角;

所述的路况汇报要求受试者键入文字内容汇报当前行驶的位置、时速以及自己的驾驶任务,键入的文本类型包括了中文、英文和符号且需要切换。

5.根据权利要求1所述的一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:(4)设计驾驶负荷试验方案过程中,驾驶负荷试验任务包括:手持手机通话时分别进行2‑back测试、1‑back测试和钟表测试;键入文本信息时进行实时路况汇报;阅读文本信息时分别进行5×5箭头测试和4×4箭头测试;思考时分别进行2‑back测试、1‑back测试和钟表测试;交谈时分别进行2‑back测试、1‑back测试和钟表测试。

6.根据权利要求1所述的一种考虑多维度驾驶人特性的制动反应时间预测方法,其特征在于:(5)采集制动反应时间数据过程中,制动反应时间数据的截取规则为:当前车刹车灯亮起时,由试验助理在数据采集软件中标定记录起点,以制动踏板产生信号的瞬间作为记录终点,由此提取制动反应时间的数据。