驾驶员感知系统筑牢未来智慧座舱安全防线

全新纯电旗舰SUV沃尔沃EX90的全球首秀引起了广泛关注，其智慧座舱标配的驾驶员感知系统（“Driver Understanding System”，DUS）被《时代》杂志评为2024年最佳发明之一。DUS系统设定了新的汽车安全标准，能够在潜在的安全风险发生时采取及时措施，确保车辆和乘员的安全。

很多车企都利用车内摄像头，建立驾驶员监控系统（Driver Monitor System，DMS）。该系统主要依赖摄像头和传感器来捕捉驾驶员的面部表情、眼部活动和头部运动等数据，通过算法分析这些数据来识别驾驶员的疲劳状态‌，预防因疲劳驾驶而导致的安全事故，确保驾驶员在长时间驾驶过程中保持警觉‌。

在DUS的英文名称中，使用Understanding（感知）而不是Monitor（监控）。虽然只是一词之差，却体现出沃尔沃深厚的人文关怀：驾驶员的行为需要被理解，而不是被生硬地套用为疲劳、分心。DUS是一个更广泛的概念，旨在通过多种传感器和技术来理解驾驶员的意图和状态。它不仅用面部识别、手势识别、体征监测等技术全面评估驾驶员疲劳状态，还涉及对他们注意力、情绪、行为等多方面的监测。

80%的事故与驾驶员注意力相关

沃尔沃研究发现，在交通事故中，因车辆爆胎、制动失灵等造成情况极其罕见，而驾驶员犯错引发的概率更大。数据统计表明，高达90%的事故是由于驾驶员的操作不当而引发的，其中与驾驶员注意力相关的事故高达80%，疲劳驾驶和分心驾驶等行为是诱发事故的主要因素。

图1.沃尔沃EX90标配的DUS系统被《时代》杂志评为2024年最佳发明之一

驾驶疲劳指驾驶员在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。分心驾驶指驾驶时做出与正常驾驶不相关的活动，任何会降低驾驶专注度或让注意力从前方短暂转移的行为，都属于分心驾驶。一般来说，分心驾驶分为视觉分心、操作分心和认知分心三种情况。

图2.DUS系统通过多种传感器和技术来理解驾驶员的意图和状态

以开车时使用手机为例，它会导致驾驶员单手驾驶，造成对车辆的控制能力降低，增加驾驶过程中偏离车道、紧急制动不及时等危险驾驶行为发生的概率。研究发现，开车时打电话发生事故的概率是正常驾驶状态下的2.8倍，开车时看手机、发短信发生事故的概率是正常驾驶状态下的23倍。假如车速为60公里/小时，开车时看一眼手机最少需要3秒，车辆则开出约50米，这段距离几乎等同于“盲”开，非常危险。近年来，随着越来越多的人对手机形成依赖，汽车的车机系统、车载娱乐系统等越来越便利，致使不少驾驶员开车时的分心行为也愈发严重。

根据利默里克大学和巴塞罗那大学的研究，电动汽车驾驶员更容易发生过失道路交通事故。研究人员对保险理赔和车载传感器的数据进行了分析，发现电动汽车和混合动力汽车驾驶员的行为与传统汽车驾驶员不同，电动汽车的过失索赔记录高于传统汽车，维修费用也比传统汽车高出6.7%‌。

研究表明，电动汽车驾驶员犯错的主要原因有：智能驾驶系统依赖复杂的传感器、算法和软件系统，但在极端天气和特殊路况下可能会出现故障或判断失误‌；智能车辆作为移动网络终端，存在被黑客入侵的风险，可能导致系统失灵‌；当前智能驾驶系统的发展受限于复杂环境的感知能力，对某些情况的处理还不够完善。

双摄双保险确保不误判

针对上述情况，沃尔沃建立起著名的“世界树”智能安全体系，将安全划分为车内、车身、车外和人本四个不同的安全维度。与车辆比起来，驾驶员才是影响出行安全的变量。沃尔沃并不满足于传统的辅助驾驶功能，而是开始深入研究驾驶员的状态。为了让驾驶变得更加安全，沃尔沃EX90的智慧座舱首次配备了能完成疲劳检测、分神预警、主动接管等任务的DUS。

据沃尔沃高级安全技术主管米凯尔•奥斯特介绍，DUS由2个200万像素红外摄像头和1个电容式方向盘组成，能获取驾驶员状态信息，并与智能驾驶算法相融合，计算驾驶员观察前方道路的时间（如关注道路时间从80%下降到60%），分析出驾驶者目光偏离道路的情况，从而做出最准确的判断。由于具有“不误判、人性化、更安心”等特性，因此成为保证驾驶员行车安全的“利器”。  

图3.DUS系统由2个200万像素红外摄像头和1个电容式方向盘组成

200万像素红外摄像头意味着其分辨率可以达到1920×1080像素，即16:9的比例，总像素数为2073600个‌。它能够确保摄像头在光线充足的情况下在10米内看清人脸，5米内甚至能看到脸上的细节‌，在光线不足的环境下也能提供清晰的监控画面。

DUS通过红外摄像头捕捉驾驶员的眼球动态，两个摄像头能够每秒监测驾驶员的眼动60帧，从而在0.3秒内对驾驶者的状态进行多次判断‌，比每秒使用24帧的电影摄制更精准连贯，从而判断其注意力是否集中。另外还会监测驾驶员的面部表情，识别其是否疲劳或困倦。

电容式方向盘‌是一种基于电容感应技术的汽车方向盘，利用两个平行电容板之间的电容量变化来检测方向盘的转动角度和方向。方向盘内部装有基准板和随方向盘转动的移动板，当方向盘转动时，两者之间的距离改变导致电容量变化，这一变化通过传感器转换为电信号，再转换为数字信号传至车辆的电控单元，从而控制车辆的运动‌。

这种新式方向盘的工作原理基于电容感应技术，当驾驶员握住这种反应灵敏的方向盘时，手部的电荷会影响电容板的电容量。传感器检测到这一变化并将其转换为电信号，传至车辆的电控单元进行处理。与传统的扭力感应式方向盘相比，新式方向盘在自动驾驶或半自动驾驶状态下表现更佳，可以检测驾驶员的手是否在方向盘上，确保行车安全‌。

电容式方向盘通过感应驾驶员手握持的松紧度，进而了解其当前的状态。还能够根据手部的温度和湿度，判断其是否饮酒。如果检测驾驶员处于疲劳状态，或者受到到酒精影响，DUS系统会立即采取相应的安全措施，避免误操作‌。电容式方向盘还可以为驾驶员提供更精准的触控感受，减少手部疲劳，提高驾驶舒适性。特别是在高速行驶或紧急情况时，让驾驶员更准确地控制汽车，避免意外‌。

值得一提的是，沃尔沃EX90还凭借豪华舒适的内饰、先进的安全技术以及独特的斯堪的纳维亚设计理念，在2025世界汽车大奖评选中脱颖而出一举摘得2025年“世界年度豪华车”（World Luxury Car）的桂冠。该奖项由来自30个国家的96名汽车记者评审团通过严格试驾后投票产生，并在2025年纽约国际车展前夕正式公布。

采用渐进式三级提醒

在现阶段 “人机共驾” 的模式下，DUS发挥了重要作用。双摄位置通过反复推敲，实现了无死角地采集驾驶者信息，可以最大程度地提高检测的准确性。它实时监控驾驶员的生理和行为状态，包括眼部运动、手部位置、心率和表情识别等，从而精确判断驾驶员的注意力是否集中‌。

DUS一旦判定需要提醒驾驶员，不会像其他驾驶员监控系统那样突兀，一上来就发出刺耳的警报。它会根据驾驶员分心、疲劳和突发疾病等状态，在必要时采取适当的干预措施。由于采用的是渐进式三级提醒机制，因此避免了驾驶员的尴尬，或者惊扰其他乘坐者，就像一个经验丰富的“老司机”在旁边协助驾驶。与此同时，车机系统也会逐步介入驾驶决策，提供更加智能化的驾驶体验。

DUS的渐进式三级提醒机制包括：
初级提醒‌：当DUS检测到驾驶员存在疲劳迹象或注意力分散时，通过声音或视觉警告提示对方注意；
中级提醒‌：如果驾驶员未及时响应初级提醒，DUS会利用轻微的车辆震动或调整车辆部分功能来引起对方警觉；
高级提醒‌：遇上驾驶员在驾驶时进入睡眠状态或突发疾病导致闭眼，DUS则采取通过降低车速、保持车道甚至刹停来让车辆远离险境，呼叫紧急救援‌，并亮起灯光信号提醒其他交通参与者。

图4.DUS系统采用渐进式三级提醒机制

DUS能够区分正常的操作行为（如调空调）与危险行为（如看手机），误判率极低‌，确保在关键时刻有效介入‌。它设计精良，能够在驾驶员视线偏离路面超过2秒时震动预警，持续分心则会自动降速并开启双闪，有效降低了事故风险‌。很多驾驶员关心车内两个摄像头会不会泄露自己的个人数据，沃尔沃EX90高度重视数据安全和隐私保护，DUS不会发送或存储用户数据，所有数据归用户所有，确保没有隐私泄露风险‌。
（编译自cleantechnica.com）

编译：李忠东

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。