第四章-驾驶人行为特性分析.ppt

1 交通流理论 山东科技大学管德永0532 86057878Email guan deyong 2 第四章驾驶人行为特性 交通事故统计表明 在发生车祸的直接或间接原因中 有80 90 与驾驶员有关系 因此道路交通系统中的各种要素都是围绕着这个 特殊的 要素进行设计和运作的 例如 汽车的结构 仪表 表号 操纵系统应当适合驾驶员的驾驶 交通标志的大小 颜色 设置地点应考虑驾驶员的视觉机能 道路线形的设计要符合驾驶员的视觉和交通心理特性 制定的交通法规 条例应合情合理等 尽管驾驶员的交通特性具有随机性 但对其主要特征进行研究有助于建立交通流模型 同时它也是智能运输系统 ITS 的一项基本研究内容 1 概述2 离散驾驶行为3 控制转移时间4 交通安全设施的识认5 其它车辆的动态特性6 障碍和危险物的察觉 识别与确认7 驾驶行为差异8 连续驾驶模型9 车辆制动模型10 速度与加速度控制11 间隙接受与合流12 停车时距13 交叉口视距14 其它特性 1 驾驶任务2 离散驾驶行为3 连续驾驶模型4 驾驶员交通特性的应用5 其他人员行为特性 5 第四章驾驶人行为特性 6 第四章驾驶人行为特性 一 驾驶任务分解 1 驾驶员的三个层次 1 控制驾驶员和车辆之间的信息交换和控制 是驾驶任务层次中的基本层次 主要是指驾驶员对车辆的操作 比如 启动 加速 减速 转向 制动等 2 引导基于规则的引导层 包括维持安全的速度 根据道路和车辆周围的环境选择合适的道路 引导层对系统的输入是根据周围环境变化的动态的速度和道路 这些随着车辆沿道路的变化而连续变化 3 导驶第三层也是最高层 在该层次 驾驶员是一个管理者 例如 联系地图上的方向和道路上的引导标示 在途中作出行驶计划和引导 该层被称为基于知识的行为 在ITS中基于知识的行为将变得极其重要 随着技术的发展驾驶员将越来越变得是一个管理人员 如 驾自动变速 驾驶员辅助系统 驶员信息系统 自动驾驶等 本教材研究的驾驶行为是普通环境中的驾驶员行为 2 人 车 路系统作用图在1976年Weir提出了一个人 车 路的系统结构图 该图成为研究驾驶员行为的基础 包括连续和离散驾驶行为 图4 1驾驶中人 车 路系统作用框图 二 离散驾驶行为 1 感觉反应时间 perception responsetime PRT 1 定义人的机体接受刺激 认识到这种刺激 并尽快作出反应所需要的时间 称为反映时间 T 2 模型线性反应时间模型 海曼定律 T a bHT 反应时间 s H 信息量a 对刺激进行感觉大脑 中枢神经编码至效应器官进行反应的时间b 中枢神经辨别 选择加工的时间 信息加工的速度 传入神经 传出神经 3 HooperandMcGee 1983 对于制动反应时间提出了一个模型 4 感觉 反应时间概率分布不是正态分布而是对数正态分布 5 对数正态分布计算公式 P73公式4 2到6 6感觉反应时间T服从对数正态分布 Ln T 服从正态分布 6 Lemer 勒纳 对制动反应时间分两种情况进行研究 结果如表 7 1994年Fambro 凡波 的研究 分成两组 每组年龄不同 older 55岁以上 yong 18到25岁在驾驶员行驶中的车道上意外人为的给出一个路障 观察驾驶员的反应 分成3种情况 case1 26人中有2人没有成功 case2 12人中2人没有采取措施case3 12人中1人失败 没有采取制动措施 对研究的结果总结后得到表4 2P74 8 对远处喇叭声音的感觉反应时间 9 不同类型的道路感觉反应时间不同 10 感觉反应时间与驾驶员自身的情况有关2 移动时间 controlmovementtime MT 驾驶员的制动反应 制动反应时间 PRT 和移动时间 MT 1 Fitts费茨定律 1954年费茨对各种反应的移动时间进行建模a 最小的反应时间延迟 b 斜率 由经验确定A 移动的幅度 或移动起点到终点的距离W 沿移动方向的控制设备的宽度 车辆的宽度 2 变异的Fitts定律 1994年Berman提出 对于简短迅速移动 3 Fitts定律及其变异可以应用与人的手 脚 腿等的反应的移动时间 而且经 Drury 研究发现其更加适合于脚的反应的移动时间 4 对制动反应移动时间的研究 1988年Brackett和Koppa研究发现制动和加速踏板的举例在10 15cm 高度相差较小的情况下 控制移动时间为0 15 0 17s 当制动踏板比加速踏板高出5cm后 移动时间将明显增加 1991年Hoffman研究发现驾驶员脚的移动轨迹是抛物线形 这对A的影响较小 对于MT影响较大 其他的一些相关研究 教材表3 4等 5 移动反应时间与感觉反应时间无关3 对交通控制设备的反应时间和距离TrafficControlDevices TCD感觉器官提供给驾驶员信息的比例 视觉占80 听觉占14 触觉占2 味觉占2 嗅觉占2 视觉是最重要的 其中交通控制设备是影响驾驶员也是交通流研究的一个重要方面 与TCD相关的视觉方面的问题都与其距离有关 这主要包括 a 在视觉中作为目标被发现 b 确认为TCD c 清晰且易于辨认和理解 交通控制设备信息处理过程 1 交通信号的变化驾驶员对交通等信号变化的反应 平均反应速度为1 33秒 2 标志的可见度和易读性视觉的形成 外界光线经过刺激视觉器官在大脑中所引起的生理反应 视觉敏锐度 分辩细小的或遥远的物体或物体局部的能力 视觉敏锐度与锥体角度的关系 水平面与垂直平面视觉敏锐度 辨认交通标志上字母的能力 驾驶员年龄对视觉敏锐度的影响 3 实时显示交通标志牌 交通情报板等 4 视认时间要求交通标志能在很短的时间内被看到 认识 并完全明白其含义 以便采取正确的措施 对于文字读取的时间 5 视认距离图案 符号 文字的大小应该满足必要的距离条件 并据此决定标志牌的尺寸 此距离即为视认距离 汉字的高度与行车速度的关系表 6 交通标志的三要素颜色 形状和图形符号 颜色 最先引起驾驶员的视觉敏感 交通标志多用 红 黄 绿 蓝 黑 白等 形状 经研究发现在同样条件下 面积大小 明亮度 颜色等 以三角形的辨认效果最好 其次是菱形 正方形 圆形 六角形 八角形等 图形符号 主要考虑图形的直观性 图形的大小以及符号中的重要细节最小尺寸等4 其他车辆的动态特性其他车辆的速度和加速度变化会被相邻车辆驾驶员感受到 从而采取相应措施 其中前导车和侧向车的影响最明显 1 前导车 2 侧向车辆 5 障碍和危险的觉察 识别与确认 1 障碍和危险的觉察将6个不同物体放于道路 对觉察和视认距离进行观测和记录 表4 5 结论 平均的觉察视觉角度变化从黑色玩具狗最小1 8弧分到树枝最大4 91弧分 同样对比度下晚上的视觉角度是白天的约2 5倍 2 障碍和危险的识别与确认对道路上的物体进行觉察后 接着就是识别和确认 15cm高 60cm高 6 驾驶行为的个体差异 1 性别 2 年龄 视觉变化 视觉敏锐度 光损失和散光 炫目等 认知行为变化 信息过滤 公路上的被迫跟随 时代的变化 3 驾驶员的伤害 三 连续驾驶模型 驾驶过程是一个连续过程1 驾驶行为分析驾驶员可以看作是一个线性的闭环控制系统 1 驾驶传递函数驾驶活动中的两个输入 驾驶员期望的路线 车辆当前行驶的方向和路线 图中的模型可以用公式来表示 其中 K为增益 exp ts 是反应时间 T由特定的控制状态下由实验得到 该模型为建立驾驶员驾驶模型的基本方法 驾驶行为分类 修正的跟踪模式驾驶 跟踪驾驶 有预见性的驾驶这可从表4 6得出 2 车辆制动特性 1 开环制动 没有ABS AntilockBrakeSystem 2 闭环制动 有ABS 3 最佳制动减速度 0 3g 3m s 23 速度与加速度控制 1 稳态速度控制 2 加速度控制舒适的加速度范围0 6 0 7m s 2 四 驾驶员交通特性的应用 1 交通流中的追赶与超车交通工程学会提供的资料 1 高速公路上 超越一辆客车的加速度约1m s2 2 坡道上的加速度近似计算公式 3 客车从0到稳态速度的变化过程中 加速度可以从最大3m s2到2m s2 大型货车或拖车起到时其加速度较小 4 美国各州公路工作者协会几何设计规范给出了加速度的一个参考56km h时0 63m s2 70km h时0 64m s2 100km h0 66m s2 2 可插车间隙和合流1 可插车间隙 GapAcceptance 1 间隙 连续车辆到达某一点的时间间隔 2 临界间隙 驾驶员试图汇入或通过连续车流时间间隙的最小值 3 有5种不同的可插入间隙情况 1 左转通过对向交通 无交通控制 2 左转通过对向交通 有交通控制 3 从停车或让路控制交叉口左转到横向车流 4 从停车或让路控制交叉口穿过横向车流 5 从停车或让路控制交叉口右转到横向车流 停车交叉口和让路控制交叉口属于优先控制交叉口管理内容 优先控制 相交的两条道路中 常将交通量大的道路称主路或干路 交通量小的称次路或支路 规定主路车辆通过交叉口有优先通行权 次路车辆必须让主路车辆先行 这种控制方式称为 停车标志控制 停车标志控制按相交道路条件的不同分有单向停车控制和多向停车控制 让路标志控制 让路控制交叉口又称减速让行控制 是指进入交叉口的次路车辆 不一定需要停车等待 但必须放慢车速了望观察 让主路车辆优先通行 寻找可穿越或汇入主路车流的安全 空当 机会通过交叉口 让路控制与停车控制差别在于后者对停车有强制性 4 道路通行能力手册 1985 提供了各种情况下的设计数据 2 合流 merging 如果车辆以相同或大约相同的速度行驶 要想从一个车道合到另外一个车道 大约3辆车的长度为可接受的最小间隙 3 停车视距 StoppingSightDistance SSD 1 概念 停车视距是指在汽车行驶时 驾驶员发现前方障碍物 经判断决定采取制动措施到汽车在障碍物前安全停住所需的最短距离 2 停车视觉至少应该满足 平均水平一下 的驾驶员或车辆在该距离内能够停车 3 停车视距的计算公式S S1 S2其中 S1为感觉反应距离 S2为制动距离 4 举例 感觉反应视觉PRT 1 57s制动减速度 0 37g车速 88km h则停车视距为 S S1 S2 1 57 88 3 6 882 257 9 0 37 38 4 81 2 119 6 m 4 交叉口视距1 不设管制主要在居民区或工业区 由于车速低 驾驶员对本地区情况熟悉 交叉口不设管制 总的反应时间一般在0 5 4 0s 2 让路控制应用于相交两条道路的优先控制 要求次要道路上的汽车进入交叉口时 对能否利用空档通过应预先估计 驾驶员往往在300米或更远处开始减速 感觉反应过程的持续时间通常在20s到30s 3 二路停车控制 单向停车 应用于相交两车道优先控制 为保证主干道畅通 支路车辆停下来等待主路车流有空隙时穿过 5 驾驶员其他行为特征1 速度错觉 1 持续高速行车之后对速度降低估计不足 2 从城外干道驶入城市入口道路时 不能及时根据变化的交通条件改变速度 3 从低速到达高速时 也会对速度估计不足 2 信息干扰事故多发地 商业区 活动区等对驾驶员的干扰 3 实时信息 补充1 骑车人特性 自行车交通是目前我国城市交通的一大特点 除个别城市自行车不多外 大 中 小不同规模城市的出行方式构成中 自行车出行均占有很大的比例 一般大城市自行车出行量占总出行量的35 55 中等城市占45 一65 小城市更高 有的超过80 因此 研究自行车的交通特性 对于治理城市交通 保障交通安全具有重要的意义 一 自行车的交通特性 1 短程性2 行进稳定性3 动态平衡4 动力递减性5 爬坡性能6 制动性能 二 骑车人的速度特性 自行车的行驶速度同骑车人的体力 心情和意志的控制有关 同线路纵坡度 平面线形的车道宽度 车道划分 路面状况 交通条件有关 同有无与机动车道的分隔设施 分隔方式 行人干扰情况及交通管理条件有关 也同车型 动力装置 风向 风速等有关 美国规定的自行车道路设计速度为20mile h 相当于32 18km h 大于7 的下坡路段推荐采用30mile h 相当于48km h 大于3 的上坡路段采用15mile h 相当于24km h 澳大利亚规定街道上自行车的正常行驶速度为km h 并依此速度确定转弯半径和车道宽度 骑车人的速度特性 交通工程手册 建议独立专用自行车道设计车速采用30km h 有分隔带的专用自行车道采用30km h 划线分隔的自行车道路采用15km h 完全混行的自行车道则为10km h 北京市观测数据显示 有分隔带主干道上行驶的8678辆自行车 其平均车速为16 28km h 无分隔设施的20918辆自行车观测的平均速度为14 21km h 对于通过交叉路口停车线的自行车 其平均速度为4 06km h 南京市的观测数据表明 自行车的速度变化范围在5 40km h之间 在街道上多为5 25km h 三 骑车人空间需求 高峰期间自行车流在交叉口排队时常会形成密度较大的集群 排队自行车的横向间距一般很小 根据对调查数据的处理 每辆自行车排队时横向占用宽度在0 6m左右 当绿灯起亮后