基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述

1、基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述閆學(xué)東李曉夢(mèng)北京交通大學(xué)城市交通復(fù)雜系統(tǒng)理論與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京）摘 要 針對(duì)駕駛行為的研究 從理論層面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外駕駛行為模型的演變發(fā)展過(guò)程 進(jìn)而從應(yīng)用層面上介紹了各種干預(yù)因素分車載設(shè)備因素和非車載設(shè)備因素類對(duì)駕駛行為的影響。由于目前 利用駕駛模擬器研究干預(yù)因素對(duì)駕駛行為的影響存在行為分析單一化 缺乏系統(tǒng)性的缺 陷據(jù)此提出 了基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型根據(jù)駕駛環(huán)境的復(fù)雜度及駕駛員涉及交通事故的可能性將駕駛行為按低 中高個(gè)風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)分類 分別為基本車輛控制行為 在復(fù)雜交通環(huán)境中的動(dòng)態(tài)決策行為以及在緊急交通狀況中的避禍行為。利用該

2、模型可以對(duì)干預(yù)因素影響下的駕駛行為安全 進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析和評(píng)估。關(guān)鍵詞 交通安全駕駛行為模型駕駛模擬器干預(yù)因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ，） ， 一系列的交通擁堵交通環(huán)境和交通安全等問(wèn)題，交通事故發(fā)生率及死亡率一直保持在較高 水 平年 我國(guó)共發(fā)生道 路交通事故近 萬(wàn)起造成約萬(wàn)人死亡萬(wàn)人受傷直接財(cái)產(chǎn) 損失達(dá)億元全國(guó)萬(wàn)車死亡率為從傷亡 人數(shù)和萬(wàn)車死亡率來(lái)看交通安全管理形勢(shì)依 然引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量和駕駛?cè)藬?shù)量迅猛增加機(jī)動(dòng)車輛家庭化駕駛 人非職業(yè)化己是必然趨勢(shì)。與此同時(shí)我國(guó)道路 交通環(huán)境復(fù)雜交通基礎(chǔ)設(shè)施狀況不盡人意造成收稿日期修回日期博士點(diǎn)基金項(xiàng)目批 準(zhǔn)號(hào)教育部新世紀(jì)優(yōu)秀

3、人才計(jì)劃研究項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)資助第一作者通訊作者簡(jiǎn)介閆學(xué)東博 士教授研究方向交通安全與交通規(guī)劃 圖 駕駛模擬器在駕駛研究領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì) 圖 駕駛模擬器在駕駛研究領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì) 交通信息與安全年 期 第卷 總期為模型中。國(guó)內(nèi)盡管在該領(lǐng)域的研究起步較晚但近年也取得了一定的進(jìn)展駕駛行為模型的 研究從單純的工程學(xué)角度逐漸開始結(jié)合認(rèn)知學(xué) 、 心理學(xué)這些模型主要集中在車輛 跟馳模型車 輛換道模型以及用于車輛輔助駕駛系統(tǒng)的認(rèn)知 行為建模。很嚴(yán)峻。由于多數(shù)交通事故與駕駛?cè)巳藶橐蛩刂苯酉嚓P(guān)所以關(guān)于駕駛行為的研究一直是交通安全領(lǐng)域的個(gè)熱點(diǎn)。早期開展的駕駛行為實(shí)驗(yàn)研究多是在真實(shí)道路環(huán)境中進(jìn)行的而這些實(shí)驗(yàn)不僅需要投入大

4、量的人力和物力資源并且考慮到實(shí)驗(yàn)人員的人身安全無(wú)法進(jìn)行一些風(fēng)險(xiǎn)性較高的駕駛行為測(cè)試 ， 例如緊急避撞行為。然而伴隨著高度仿真駕駛模擬器的出現(xiàn)研究者能夠召集實(shí)驗(yàn)人員在安全 、 可控高仿真的模擬環(huán)境中進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)態(tài)駕駛實(shí)驗(yàn)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析駕駛?cè)嗽谔囟{駛環(huán)境下的駕駛行為表現(xiàn)評(píng)估各種駕駛干預(yù)因素的安全效果而且不會(huì)對(duì)駕駛?cè)嗽斐蓚?。因此?些年來(lái)高度仿真駕駛模擬器已被廣泛應(yīng)用于交通工程學(xué)駕駛行為心理學(xué)領(lǐng)域并在人機(jī)工程、 環(huán)境工程等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。 數(shù)據(jù)庫(kù)的 文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示駕駛模擬器相關(guān)研究在駕駛領(lǐng)域中的文獻(xiàn)比例從年至年的持續(xù)上升到見圖。駕駛行為干預(yù)因素由駕駛行為模型的發(fā)展和演變可以 看出由

5、 早期的機(jī)械式建模到后來(lái)引入駕駛?cè)艘蛩?國(guó)內(nèi) 外學(xué)者在理論層面上對(duì)駕駛行 為模型的研究已經(jīng)越來(lái)越深入。然而相比之下應(yīng)用層面上的駕駛行為研究則更多的集中于分析 干預(yù)因素對(duì)駕駛行為和駕駛安全所產(chǎn)生的影響 。尤其是伴隨著高度 仿真駕駛模擬器技術(shù)的改進(jìn)和完善利用駕駛模 擬實(shí)驗(yàn)研究駕駛行為極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā) 展。駕駛模擬器可以利用計(jì)算 機(jī)編程實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景輸入進(jìn)而加入干預(yù)因素然后檢測(cè)駕駛?cè)说鸟{駛操 作行為研究不同情況下駕駛?cè)说鸟{駛操作變 化 和注意力變化。圖給出了造成駕駛?cè)俗⒁饬Ψ?散的主要干擾因素。圖干預(yù)因素分類 車載設(shè)備干預(yù)因素對(duì)于車載設(shè)備干預(yù)因素往往將其與駕駛模駕駛行為模型研究國(guó)內(nèi)外針對(duì)駕駛行為的研

6、究一般都是基于駕駛行為模型展開。有關(guān)駕駛行為模型的研究最早可追溯到世紀(jì)年代提出的車輛行駛區(qū)域分析理論而當(dāng)時(shí)研究者們提出的行為模型分析 多為機(jī)械式很少考慮駕駛?cè)说膫€(gè)人主觀因素。 從年代開始駕駛?cè)艘蛩乩缜榫w狀態(tài)冒 險(xiǎn)性行為等逐漸得到關(guān)注并被納入到駕駛行為模型考量中。到了年代層次控制結(jié)構(gòu)的提出極大地推動(dòng)了駕駛行為領(lǐng)域的發(fā)展有研究者將 駕駛行為分為個(gè)層次任務(wù)層規(guī)劃層和操作 層。隨著認(rèn)知科學(xué)的興起和發(fā)展研究者開始 將認(rèn)知心理應(yīng)用于駕駛行為分析將低層次車輛 基本控制高層次認(rèn)知處理和決策整合到駕駛行擬器結(jié)合用來(lái)進(jìn)行智能交通安全技術(shù)的開發(fā)和研究目前利用駕駛模擬平臺(tái)評(píng)估新技術(shù)對(duì)駕駛 行 為安全的影響已經(jīng)成為國(guó)

7、際研究熱點(diǎn)。歐洲的智能安全技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目利用駕駛模擬器對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)功能進(jìn)行駕駛行為模擬實(shí)驗(yàn)研究評(píng)估各項(xiàng)安全技術(shù)的功能及效果并根 據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出對(duì)車載傳感器 的技術(shù)要求。在利 用駕駛模擬器研究智能交叉口 安全技術(shù)對(duì)駕駛?cè)诵袨橛绊懷芯糠矫鎸?shí)驗(yàn)結(jié)果表明向駕駛?cè)颂峁_突車流時(shí)距信息對(duì)改善老齡 駕駛?cè)撕湍贻p駕駛?cè)诵袨樾Ч黠@車內(nèi)紅燈預(yù)警信號(hào)可以增加駕駛?cè)嗽邳S燈轉(zhuǎn)換時(shí)的停車頻率降低轉(zhuǎn)換前的 駕駛速度聲音預(yù)警信息有助于減少反應(yīng)時(shí)間基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述閆學(xué)東 李曉夢(mèng)和交通事故率其效果與駕駛?cè)说拿恐荞{駛頻率相關(guān)基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述閆學(xué)東 李曉夢(mèng)和交通事故率其

8、效果與駕駛?cè)说拿恐荞{駛頻率相關(guān)。在利用駕駛模擬器研究車內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)干預(yù)效果方面發(fā)現(xiàn)導(dǎo)航信息也可能成為駕駛?cè)蝿?wù)中的超負(fù)荷信息例如顯示屏與駕駛?cè)艘暰€距離設(shè)置不當(dāng)時(shí)會(huì)對(duì)駕駛行為產(chǎn)生負(fù)面影響。 此外在防撞預(yù)警技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究方面發(fā)現(xiàn)預(yù)警信 息使得駕駛?cè)藢?duì)前方車輛緊急制動(dòng)的反應(yīng)變快， 從而降低了追尾事故的可能性彎 道預(yù)警技術(shù) 可有效降低偏離車道事故和換道側(cè)撞事故發(fā)生頻率。擾因素對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為的影 響。在低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中駕駛?cè)嗽谥本€路段的行駛速度會(huì)隨著手機(jī) 對(duì) 話難度的增加而降低。在中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中通過(guò)交 叉口時(shí)駕駛?cè)艘驗(yàn)槭褂檬謾C(jī)通話導(dǎo)致認(rèn)知能力 降低因而遭遇黃燈時(shí)會(huì)作出錯(cuò)誤的走停決策在 跟車階段駕駛?cè)耸褂檬謾C(jī)通話時(shí)

9、完成跟車行 為 的比例降低并且加速和減速反應(yīng)時(shí)間增大對(duì)前 車速度的敏感性降低車頭間距增大。在高風(fēng)險(xiǎn) 等級(jí)中駕駛?cè)说谋茏卜磻?yīng)時(shí)間隨手機(jī)通話難 度 的增大而增大手機(jī)通話使得駕駛?cè)俗肺彩鹿?率 明顯增加。非車載設(shè)備干預(yù)因素對(duì)于非車載設(shè)備干預(yù)因素目前國(guó)內(nèi)外研究 者已利用駕駛模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了駕駛?cè)四挲g性別飲 酒駕 駛疲勞藥 物疾 病等駕駛?cè)艘蛩貙?duì)駕駛行為的影響分析了廣告標(biāo)志手機(jī)天氣等 非駕駛?cè)艘蛩貙?duì)駕駛行為的影響并試圖將駕駛模擬器開發(fā)成為評(píng)判駕駛?cè)说牟僮骷寄芎驮u(píng)估道路安全性的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)工具。圖基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型 基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型盡管以往的駕駛行為模型和駕駛模擬

10、實(shí)驗(yàn)研究在基礎(chǔ)理論層面和應(yīng)用層面取得了大量的成果然而由于缺乏理論模型與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用之間的整合這些基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的駕駛行為安全研究多側(cè)重于分析某種干預(yù)因素對(duì)某項(xiàng)或幾項(xiàng)駕駛行為指標(biāo)的單一影響難以在干預(yù)因素對(duì)駕駛?cè)说氖鹿曙L(fēng)險(xiǎn)的影響方面得出系統(tǒng)性結(jié)論。因此有 必要建立系統(tǒng)的駕駛行為分析模型通過(guò)設(shè)計(jì)高 仿真度駕駛模擬實(shí)驗(yàn)更深入全面地研究干預(yù)因素與駕駛行為安全的關(guān)系為交通安全管理科學(xué)提供以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的決策依據(jù)。據(jù)此筆者提出基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式 駕駛行為安全模型用以研究干預(yù)因素對(duì)駕駛行為安全的系統(tǒng)性影響見圖。該模型根據(jù)駕駛環(huán)境的復(fù)雜度及駕駛?cè)丝赡苌婕敖煌ㄊ鹿实目赡苄詫Ⅰ{駛行為按低中高個(gè)風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)分類分

11、別為基本車輛控制行為在復(fù)雜交通環(huán)境中的動(dòng)態(tài)決策行為以及在緊急交通狀況中的避撞行為。 當(dāng)某駕駛干預(yù)因素介入駕駛過(guò)程時(shí)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等 級(jí)的駕駛行為均可能發(fā)生變化進(jìn)而對(duì)駕駛?cè)说慕煌ㄊ鹿曙L(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生不同程度的影響。利用該模型隋毅研究了手機(jī)通話這一干低風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為低風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)對(duì)應(yīng)某種干預(yù)因素下駕駛?cè)嗽诤?jiǎn)單道路和交通環(huán)境中的駕駛行 為。這種道路環(huán)境 一般由直路上坡下坡直角彎道及交叉口等簡(jiǎn)單道路線形元素組成不需要加入過(guò)多的周邊車輛對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行干擾。干預(yù)因素可以是不同天氣 狀況不同視距條件不同駕駛?cè)藸顟B(tài)如手機(jī)通 話疲勞飲酒等等。低風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)主要評(píng)估駕駛?cè)说幕拒囕v控制能力如車速控制制動(dòng)轉(zhuǎn)向、 車道保持等基本的車輛控制變量

12、見表。表基本車輛控制的變量 車輛速度車輛加減速度 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向車道控制瞬時(shí)速度最大速度 最小速度 平均速度 速度方差瞬時(shí)加減速度 瞬時(shí)轉(zhuǎn)向角度最大加減速度 最大轉(zhuǎn)向角度 最小加減速度 最小轉(zhuǎn)向角度 平均加減速度 平均轉(zhuǎn)向角度 加減速度方差 角速度方差車輛瞬時(shí)位置車輛最大偏移 車輛最小偏移 車輛平均偏移 車輛越道頻率 車輛換道頻率速度趨勢(shì)曲線 加減速頻率 轉(zhuǎn)向頻率基于該層級(jí)式駕駛行為安全模型趙佳等人研究了不同霧天等級(jí)無(wú) 霧輕霧濃霧下駕駛 人在直路上下坡道及直角彎道上的駕駛行為屬 于低風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)霧的濃度增大使得駕駛?cè)嗽谏掀侣范蔚能囁亠@著降 低在彎道行駛時(shí)， 由于受霧天視距的限制駕駛?cè)巳菀滓暂^

13、高車 速 進(jìn)入彎道并且車輛的橫向偏移隨之增大造成了交通信息與安全年 期 第卷 總期較高的彎道駛出比例。人都采取了減速避撞措施在與行人相撞正面交通信息與安全年 期 第卷 總期較高的彎道駛出比例。人都采取了減速避撞措施在與行人相撞正面碰撞和側(cè)面擠撞中有超過(guò)的駕駛?cè)瞬扇∞D(zhuǎn)向措施在直角碰撞和側(cè)面擠撞中還有一定比例 的 駕駛?cè)瞬扇〖铀俦茏?。中風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為中風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)評(píng)估駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)決策制定行為。該層級(jí)對(duì)應(yīng)著一定程度的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景如在高密度高速度車流中跟車高密度車流 下超車陌生路網(wǎng)中路線選擇山區(qū)復(fù)雜路段中行駛信號(hào)燈變黃紅時(shí)駕駛?cè)俗咄Ｐ袨椴涣家暰?條件下行駛等場(chǎng)景。該類場(chǎng)景下駕駛?cè)诵枰粩嗟匾揽縿?dòng)態(tài)的

14、交通環(huán)境和道路狀況實(shí)時(shí)的做出 認(rèn)知判斷決策反應(yīng)進(jìn)而執(zhí)行動(dòng)作。中風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)程度介于低風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)之間包含的場(chǎng)景種類較多目前該層級(jí)的研究多是加入某種干預(yù)因素后考察其對(duì)中風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為的影響。以跟車行為為例等運(yùn) 用 駕駛模擬器研究能見度對(duì)跟車行為的影響通過(guò) 模擬霧天環(huán)境并控制可見度研究不同車速下的跟車行為等研究了駕駛經(jīng)驗(yàn)對(duì)跟車行為的影響在駕駛模擬實(shí)驗(yàn)中新手司機(jī)比熟練司機(jī)有著更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間和感知時(shí)間等研究了年齡與跟車行為的關(guān)系在駕駛模擬實(shí)驗(yàn)中老年人在認(rèn)知上比年輕人慢在跟車時(shí)保 持更遠(yuǎn)的跟車距離。表事故避撞行為分布 避撞行為制動(dòng) 加速 轉(zhuǎn)向 制動(dòng)繞行 加速繞行 無(wú)避撞 合計(jì)發(fā)生頻次 分布率 表不同碰撞

15、類型駕駛?cè)吮茏泊胧┓植急壤?駕駛?cè)瞬扇〔煌茏泊胧┑谋扰鲎差愋蜏p速加速轉(zhuǎn)向未采取措施與行人相撞追尾碰撞 正面碰撞 直角碰撞 側(cè)面擠撞結(jié)束語(yǔ)利用駕駛模擬器研究者們已經(jīng)在駕駛行為 領(lǐng)域取得了許多重要成果研究范圍涉及到影響駕駛行為的各種干預(yù)因素。然而過(guò)去的研究成 果多側(cè)重于分析駕駛?cè)四硢我?行為或某類行為的變化如速度控制反應(yīng)時(shí)間等對(duì)于干預(yù)因素對(duì) 駕駛行為造成的影響缺乏整體性分析。事實(shí)上， 當(dāng)某干涉條件介入人車路駕駛系統(tǒng)時(shí)例如新 型安全技術(shù)新型交通設(shè)施行駛期間使用手機(jī)、 藥物影響酒精影響等等可能會(huì)在不同駕駛場(chǎng)景中對(duì)多種駕駛行為產(chǎn)生不同 程度的積極或消極的影響。因此筆者提出了基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn) 的 層級(jí)式

16、駕駛行為安全模 型將駕駛行為分為低、 中高個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在今后的駕駛行為研究中， 當(dāng)考慮某項(xiàng)干預(yù)因素對(duì)駕駛行為的影響時(shí) 可以 參照該模型設(shè)計(jì)低中高種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的駕駛模 擬場(chǎng)景以便能夠?qū)υ撘蛩赜绊懴碌鸟{駛行為 進(jìn) 行全面系統(tǒng)的分析。高風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為高風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)中駕駛?cè)诵枰獙?duì)緊急交通狀況做出響應(yīng)這些緊急狀況主要是指一些潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)如追尾側(cè)撞擠撞正撞等。駕駛?cè)嗽诮煌?事故發(fā)生前需要不斷監(jiān)視周圍車輛及環(huán)境的狀態(tài)并在有限的時(shí)間內(nèi)調(diào)整速度和車輛位置以避免事故的發(fā)生。這一層級(jí)包含的風(fēng)險(xiǎn)最大復(fù)雜 性也最高它可以評(píng)估駕駛?cè)说木C合認(rèn)知能力以及生理心理和駕駛行為上的協(xié)調(diào)性。以往的高風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為研究表明駕駛?cè)嗽谟龅骄o急狀況

17、需要避撞時(shí)通常會(huì)采取種方式 對(duì)車輛進(jìn)行控制通過(guò)轉(zhuǎn)向盤使車輛橫向運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到避撞目的通過(guò)油門或剎車控制車輛的縱向運(yùn)動(dòng)避免與障礙物相撞轉(zhuǎn)向與油門剎 車的同時(shí)配合使用。根據(jù)以上種方式可將駕駛?cè)说谋茏残袨榫唧w分為制動(dòng)加速轉(zhuǎn)向制動(dòng)繞 行和加速繞行等幾類。根據(jù)起檔案事故的研究駕駛?cè)苏厥虑暗谋茏残袨榉N類分布見表。 李曉夢(mèng)等人利用駕駛模擬器研究了駕駛?cè)嗽诓煌鲎彩鹿手械鸟{駛行為表現(xiàn)研究結(jié)果顯示針對(duì)不同的碰撞類型駕駛?cè)藘A向于采取的避撞行為不同見表。在種碰撞類型中大部分駕駛參考文獻(xiàn)茅順仙曾維鑫我國(guó)交通事故頻發(fā)的原因和對(duì)策城市車輛 基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述閆學(xué)東 李曉夢(mèng) 基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的層級(jí)式駕駛行為安全模型研究綜述閆學(xué)東 李曉夢(mèng) 王晶劉小明李德慧駕駛模擬器現(xiàn)狀及應(yīng)用研究交通標(biāo)準(zhǔn)化 ，？ 王彬基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的跟車行為及其模型研究北京北京交通大學(xué) 鄒智軍楊東援微觀交通仿真中的車道變換模型中國(guó)公路學(xué)報(bào) ， ： ， ， 劉雁飛吳朝暉駕駛 認(rèn)知行為建模浙江大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版 彭 挺張誠(chéng)裴玉龍酒精攝入