第四章-駕駛?cè)诵袨樘匦跃v

1、1交交 通通 流流 理理 論論山東科技大學(xué) 管德mail:guan_2第四章第四章 駕駛?cè)诵袨樘匦择{駛?cè)诵袨樘匦詎交通事故統(tǒng)計(jì)表明，在發(fā)生車(chē)禍的直接或間接原因中，有80%-90%與駕駛員有關(guān)系。n因此道路交通系統(tǒng)中的各種要素都是圍繞著這個(gè)“特殊的”要素進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)作的。例如，汽車(chē)的結(jié)構(gòu)、儀表、表號(hào)、操縱系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適合駕駛員的駕駛，交通標(biāo)志的大小、顏色、設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)考慮駕駛員的視覺(jué)機(jī)能，道路線形的設(shè)計(jì)要符合駕駛員的視覺(jué)和交通心理特性，制定的交通法規(guī)、條例應(yīng)合情合理等。n盡管駕駛員的交通特性具有隨機(jī)性，但對(duì)其主要特征進(jìn)行研究有助于建立交通流模型，同時(shí)它也是智能運(yùn)輸系統(tǒng)(I

2、TS)的一項(xiàng)基本研究?jī)?nèi)容。 1、概述2、離散駕駛行為3、控制轉(zhuǎn)移時(shí)間4、交通安全設(shè)施的識(shí)認(rèn)5、其它車(chē)輛的動(dòng)態(tài)特性6、障礙和危險(xiǎn)物的察覺(jué)、識(shí)別與確認(rèn)7、駕駛行為差異8、連續(xù)駕駛模型9、車(chē)輛制動(dòng)模型10、速度與加速度控制11、間隙接受與合流12、停車(chē)時(shí)距13、交叉口視距14、其它特性1、駕駛?cè)蝿?wù)2、離散駕駛行為3、連續(xù)駕駛模型4、駕駛員交通特性的應(yīng)用5、其他人員行為特性5第四章第四章 駕駛?cè)诵袨樘匦择{駛?cè)诵袨樘匦?第四章第四章 駕駛?cè)诵袨樘匦择{駛?cè)诵袨樘匦砸?、駕駛?cè)蝿?wù)分解1、駕駛員的三個(gè)層次（1）控制 駕駛員和車(chē)輛之間的信息交換和控制，是駕駛?cè)蝿?wù)層次中的基本層次，主要是指駕駛員對(duì)車(chē)輛的操作，比如：

3、啟動(dòng)、加速、減速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等。（2）引導(dǎo) 基于規(guī)則的引導(dǎo)層，包括維持安全的速度、根據(jù)道路和車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境選擇合適的道路，引導(dǎo)層對(duì)系統(tǒng)的輸入是根據(jù)周?chē)h(huán)境變化的動(dòng)態(tài)的速度和道路，這些隨著車(chē)輛沿道路的變化而連續(xù)變化。 控制（控制（control）引導(dǎo)（引導(dǎo)（guidance）導(dǎo)駛（導(dǎo)駛（navigation）（3）導(dǎo)駛 第三層也是最高層，在該層次，駕駛員是一個(gè)管理者。例如：聯(lián)系地圖上的方向和道路上的引導(dǎo)標(biāo)示，在途中作出行駛計(jì)劃和引導(dǎo)。該層被稱為基于知識(shí)的行為，在 ITS 中基于知識(shí)的行為將變得極其重要。隨著技術(shù)的發(fā)展駕駛員將越來(lái)越變得是一個(gè)管理人員，如：駕自動(dòng)變速、駕駛員輔助系統(tǒng)、駛員信息系統(tǒng)、

4、自動(dòng)駕駛等。本教材研究的駕駛行為是普通環(huán)境中的駕駛員行為。 2、人車(chē)路系統(tǒng)作用圖在1976年Weir提出了一個(gè)人-車(chē)-路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該圖成為研究駕駛員行為的基礎(chǔ)（包括連續(xù)和離散駕駛行為）。 圖4-1 駕駛中人車(chē)路系統(tǒng)作用框圖二、離散駕駛行為1、感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間（perception-response time，PRT）（1）定義 人的機(jī)體接受刺激，認(rèn)識(shí)到這種刺激，并盡快作出反應(yīng)所需要的時(shí)間，稱為反映時(shí)間（T）。（2）模型 線性反應(yīng)時(shí)間模型（海曼定律）： TabHT：反應(yīng)時(shí)間（s）H：信息量a：對(duì)刺激進(jìn)行感覺(jué) 大腦，中樞神經(jīng)編碼 至效應(yīng)器官進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間b：中樞神經(jīng)辨別、選擇加工的時(shí)間，信息加工的

5、速度傳入神經(jīng)傳入神經(jīng)傳出神經(jīng)傳出神經(jīng)（3）Hooper and McGee (1983)對(duì)于制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間提出了一個(gè)模型：（4）感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間概率分布不）感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間概率分布不是正態(tài)分布而是對(duì)數(shù)正態(tài)分布是正態(tài)分布而是對(duì)數(shù)正態(tài)分布（5）對(duì)數(shù)正態(tài)分布計(jì)算公式： P73 公式42到66 感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間T服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，Ln（T）服從正態(tài)分布（6）Lemer（勒納）對(duì)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間分兩種情況進(jìn)行研究，結(jié)果如表：（7）1994年 Fambro（凡波）的研究： 分成兩組，每組年齡不同，older：55歲以上，yong：18到25歲 在駕駛員行駛中的車(chē)道上意外人為的給出一個(gè)路障，觀察駕駛員的反應(yīng)，分成3種情況：c

6、ase1：26人中有2人沒(méi)有成功，case2：12人中2人沒(méi)有采取措施case3：12人中1人失?。](méi)有采取制動(dòng)措施） 對(duì)研究的結(jié)果總結(jié)后得到表4-2 P74（8）對(duì)遠(yuǎn)處喇叭聲音的感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間（9）不同類(lèi)型的道路感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間不同（10）感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間與駕駛員自身的情況有關(guān)2、移動(dòng)時(shí)間（control movement time，MT） 駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)：制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間（PRT）和移動(dòng)時(shí)間（MT）（1） Fitts費(fèi)茨定律1954年費(fèi)茨對(duì)各種反應(yīng)的移動(dòng)時(shí)間進(jìn)行建模 a:最小的反應(yīng)時(shí)間延遲；b：斜率，由經(jīng)驗(yàn)確定 A：移動(dòng)的幅度，或移動(dòng)起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離 W：沿移動(dòng)方向的控制設(shè)備的寬度（車(chē)輛的寬度）)2(

7、log2WAbaMT（2）變異的Fitts定律1994年Berman提出，對(duì)于簡(jiǎn)短迅速移動(dòng)（3）Fitts 定律及其變異可以應(yīng)用與人的手、腳、腿等的反應(yīng)的移動(dòng)時(shí)間，而且經(jīng)（Drury）研究發(fā)現(xiàn)其更加適合于腳的反應(yīng)的移動(dòng)時(shí)間。（4）對(duì)制動(dòng)反應(yīng)移動(dòng)時(shí)間的研究 1988年Brackett和Koppa研究發(fā)現(xiàn)制動(dòng)和加速踏板的舉例在10-15cm，高度相差較小的情況下，控制移動(dòng)時(shí)間為0.15-0.17s，當(dāng)制動(dòng)踏板比加速踏板高出5cm后，移動(dòng)時(shí)間將明顯增加。 1991年Hoffman研究發(fā)現(xiàn)駕駛員腳的移動(dòng)軌跡是拋物線形，這對(duì)A的影響較小，對(duì)于MT影響較大。 其他的一些相關(guān)研究（教材表3-4等）AbaMT

8、（5）移動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間無(wú)關(guān)3、對(duì)交通控制設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間和距離 Traffic Control Devices，TCD 感覺(jué)器官提供給駕駛員信息的比例：視覺(jué)占80聽(tīng)覺(jué)占14，觸覺(jué)占2，味覺(jué)占2，嗅覺(jué)占2。 視覺(jué)是最重要的 ，其中交通控制設(shè)備是影響駕駛員也是交通流研究的一個(gè)重要方面，與TCD相關(guān)的視覺(jué)方面的問(wèn)題都與其距離有關(guān)，這主要包括： a：在視覺(jué)中作為目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)； b：確認(rèn)為T(mén)CD； c：清晰且易于辨認(rèn)和理解交通控制設(shè)備信息處理過(guò)程（1）交通信號(hào)的變化 駕駛員對(duì)交通等信號(hào)變化的反應(yīng)。平均反應(yīng)速度為1.33秒。（2）標(biāo)志的可見(jiàn)度和易讀性視覺(jué)的形成：外界光線經(jīng)過(guò)刺激視覺(jué)器官在大腦中所引起

9、的生理反應(yīng)。視覺(jué)敏銳度：分辯細(xì)小的或遙遠(yuǎn)的物體或物體局部的能力。視覺(jué)敏銳度與錐體角度的關(guān)系：水平面與垂直平面視覺(jué)敏銳度：辨認(rèn)交通標(biāo)志上字母的能力：駕駛員年齡對(duì)視覺(jué)敏銳度的影響：（3）實(shí)時(shí)顯示交通標(biāo)志牌、交通情報(bào)板等（4）視認(rèn)時(shí)間要求交通標(biāo)志能在很短的時(shí)間內(nèi)被看到、認(rèn)識(shí)，并完全明白其含義，以便采取正確的措施。 對(duì)于文字讀取的時(shí)間（5）視認(rèn)距離圖案、符號(hào)、文字的大小應(yīng)該滿足必要的距離條件，并據(jù)此決定標(biāo)志牌的尺寸，此距離即為視認(rèn)距離。漢字的高度與行車(chē)速度的關(guān)系表（6）交通標(biāo)志的三要素顏色、形狀和圖形符號(hào) 顏 色：最先引起駕駛員的視覺(jué)敏感，交通標(biāo)志多用：紅、黃、綠、藍(lán)、黑、白等。 形 狀：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在

10、同樣條件下(面積大小、明亮度、顏色等)以三角形的辨認(rèn)效果最好，其次是菱形、正方形、圓形、六角形、八角形等。 圖形符號(hào)：主要考慮圖形的直觀性、圖形的大小以及符號(hào)中的重要細(xì)節(jié)最小尺寸等 4、其他車(chē)輛的動(dòng)態(tài)特性其他車(chē)輛的速度和加速度變化會(huì)被相鄰車(chē)輛駕駛員感受到，從而采取相應(yīng)措施。其中前導(dǎo)車(chē)和側(cè)向車(chē)的影響最明顯。（1）前導(dǎo)車(chē)（2）側(cè)向車(chē)輛5、障礙和危險(xiǎn)的覺(jué)察、識(shí)別與確認(rèn)（1）障礙和危險(xiǎn)的覺(jué)察將6個(gè)不同物體放于道路，對(duì)覺(jué)察和視認(rèn)距離進(jìn)行觀測(cè)和記錄，表4-5。結(jié)論： 平均的覺(jué)察視覺(jué)角度變化從黑色玩具狗最小1.8弧分到樹(shù)枝最大4.91弧分； 同樣對(duì)比度下晚上的視覺(jué)角度是白天的約2.5倍。（2）障礙和危險(xiǎn)的識(shí)

11、別與確認(rèn)對(duì)道路上的物體進(jìn)行覺(jué)察后，接著就是識(shí)別和確認(rèn)。 15cm高、60cm高6、駕駛行為的個(gè)體差異（1）性別（2）年齡 視覺(jué)變化：視覺(jué)敏銳度、光損失和散光、炫目等 認(rèn)知行為變化：信息過(guò)濾、公路上的被迫跟隨、時(shí)代的變化（3）駕駛員的傷害三、連續(xù)駕駛模型駕駛過(guò)程是一個(gè)連續(xù)過(guò)程1、駕駛行為分析駕駛員可以看作是一個(gè)線性的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1）駕駛傳遞函數(shù)駕駛活動(dòng)中的兩個(gè)輸入：駕駛員期望的路線車(chē)輛當(dāng)前行駛的方向和路線圖中的模型可以用公式來(lái)表示：其中：K為增益，exp（-ts）是反應(yīng)時(shí)間，T由特定的控制狀態(tài)下由實(shí)驗(yàn)得到。該模型為建立駕駛員駕駛模型的基本方法。駕駛行為分類(lèi)：修正的跟蹤模式駕駛；跟蹤駕駛；有預(yù)見(jiàn)

12、性的駕駛這可從表4-6得出。2、車(chē)輛制動(dòng)特性（1）開(kāi)環(huán)制動(dòng)。 沒(méi)有ABS（Antilock Brake System）（2）閉環(huán)制動(dòng)。 有ABS（3）最佳制動(dòng)減速度。 -0.3g,-3m/s23、速度與加速度控制 （1）穩(wěn)態(tài)速度控制 （2）加速度控制舒適的加速度范圍0.6-0.7m/s2四、駕駛員交通特性的應(yīng)用1、交通流中的追趕與超車(chē)交通工程學(xué)會(huì)提供的資料：（1）高速公路上，超越一輛客車(chē)的加速度約1m/s2（2）坡道上的加速度近似計(jì)算公式（3）客車(chē)從0到穩(wěn)態(tài)速度的變化過(guò)程中，加速度可以從最大3m/s2到2m/s2，大型貨車(chē)或拖車(chē)起到時(shí)其加速度較小。（4）美國(guó)各州公路工作者協(xié)會(huì)幾何設(shè)計(jì)規(guī)范給出了

13、加速度的一個(gè)參考56km/h時(shí)0.63m/s2，70km/h時(shí)0.64m/s2，100km/h0.66m/s22、可插車(chē)間隙和合流1）可插車(chē)間隙（Gap Acceptance）(1)間隙：連續(xù)車(chē)輛到達(dá)某一點(diǎn)的時(shí)間間隔。(2)臨界間隙：駕駛員試圖匯入或通過(guò)連續(xù)車(chē)流時(shí)間間隙的最小值。(3)有5種不同的可插入間隙情況：1左轉(zhuǎn)通過(guò)對(duì)向交通，無(wú)交通控制2左轉(zhuǎn)通過(guò)對(duì)向交通，有交通控制3從停車(chē)或讓路控制交叉口左轉(zhuǎn)到橫向車(chē)流4從停車(chē)或讓路控制交叉口穿過(guò)橫向車(chē)流5從停車(chē)或讓路控制交叉口右轉(zhuǎn)到橫向車(chē)流 停車(chē)交叉口和讓路控制交叉口屬于優(yōu)先控制交叉口管理內(nèi)容優(yōu)先控制：相交的兩條道路中，常將交通量大的道路稱主路或干路，

14、交通量小的稱次路或支路。規(guī)定主路車(chē)輛通過(guò)交叉口有優(yōu)先通行權(quán)，次路車(chē)輛必須讓主路車(chē)輛先行。這種控制方式稱為。 停車(chē)標(biāo)志控制:停車(chē)標(biāo)志控制按相交道路條件的不同分有單向停車(chē)控制和多向停車(chē)控制。 讓路標(biāo)志控制:讓路控制交叉口又稱減速讓行控制，是指進(jìn)入交叉口的次路車(chē)輛，不一定需要停車(chē)等待，但必須放慢車(chē)速了望觀察，讓主路車(chē)輛優(yōu)先通行，尋找可穿越或匯入主路車(chē)流的安全空當(dāng) 機(jī)會(huì)通過(guò)交叉口。讓路控制與停車(chē)控制差別在于后者對(duì)停車(chē)有強(qiáng)制性。（4）道路通行能力手冊(cè)（1985）提供了各種情況下的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2）合流（merging） 如果車(chē)輛以相同或大約相同的速度行駛，要想從一個(gè)車(chē)道合到另外一個(gè)車(chē)道，大約3輛車(chē)的長(zhǎng)度為可接

15、受的最小間隙。3、停車(chē)視距（Stopping Sight Distance，SSD）1）概念：停車(chē)視距是指在汽車(chē)行駛時(shí)，駕駛員發(fā)現(xiàn)前方障礙物，經(jīng)判斷決定采取制動(dòng)措施到汽車(chē)在障礙物前安全停住所需的最短距離。2）停車(chē)視覺(jué)至少應(yīng)該滿足“平均水平一下”的駕駛員或車(chē)輛在該距離內(nèi)能夠停車(chē)。3）停車(chē)視距的計(jì)算公式S=S1+S2 其中：S1為感覺(jué)反應(yīng)距離；S2為制動(dòng)距離 4）舉例：感覺(jué)反應(yīng)視覺(jué)PRT：1.57s制動(dòng)減速度：-0.37g車(chē)速：88km/h則停車(chē)視距為：S=S1+S2=1.5788/3.6+882/(257.90.37)=38.4+81.2=119.6 (m)4、交叉口視距1）不設(shè)管制主要在居民區(qū)

16、或工業(yè)區(qū)，由于車(chē)速低，駕駛員對(duì)本地區(qū)情況熟悉，交叉口不設(shè)管制?？偟姆磻?yīng)時(shí)間一般在0.5-4.0s。2）讓路控制應(yīng)用于相交兩條道路的優(yōu)先控制，要求次要道路上的汽車(chē)進(jìn)入交叉口時(shí)，對(duì)能否利用空檔通過(guò)應(yīng)預(yù)先估計(jì)。駕駛員往往在300米或更遠(yuǎn)處開(kāi)始減速，感覺(jué)反應(yīng)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間通常在20s到30s。3）二路停車(chē)控制（單向停車(chē)） 應(yīng)用于相交兩車(chē)道優(yōu)先控制，為保證主干道暢通，支路車(chē)輛停下來(lái)等待主路車(chē)流有空隙時(shí)穿過(guò)。5、駕駛員其他行為特征1）速度錯(cuò)覺(jué)（1）持續(xù)高速行車(chē)之后對(duì)速度降低估計(jì)不足；（2）從城外干道駛?cè)氤鞘腥肟诘缆窌r(shí)，不能及時(shí)根據(jù)變化的交通條件改變速度；（3）從低速到達(dá)高速時(shí)，也會(huì)對(duì)速度估計(jì)不足。2）信息

17、干擾事故多發(fā)地、商業(yè)區(qū)、活動(dòng)區(qū)等對(duì)駕駛員的干擾。3）實(shí)時(shí)信息補(bǔ)充補(bǔ)充1-騎車(chē)人特性騎車(chē)人特性n自行車(chē)交通是目前我國(guó)城市交通的一大特自行車(chē)交通是目前我國(guó)城市交通的一大特點(diǎn)，除個(gè)別城市自行車(chē)不多外，大、中、點(diǎn)，除個(gè)別城市自行車(chē)不多外，大、中、小不同規(guī)模城市的出行方式構(gòu)成中，自行小不同規(guī)模城市的出行方式構(gòu)成中，自行車(chē)出行均占有很大的比例。一般大城市自車(chē)出行均占有很大的比例。一般大城市自行車(chē)出行量占總出行量的行車(chē)出行量占總出行量的35%-55%；中等；中等城市占城市占45%一一65%；小城市更高，有的超；小城市更高，有的超過(guò)過(guò)80%。因此，研究自行車(chē)的交通特性，。因此，研究自行車(chē)的交通特性，對(duì)于治理城

18、市交通，保障交通安全具有重對(duì)于治理城市交通，保障交通安全具有重要的意義。要的意義。一、自行車(chē)的交通特性一、自行車(chē)的交通特性n1短程性n2行進(jìn)穩(wěn)定性n3動(dòng)態(tài)平衡n4動(dòng)力遞減性 n5爬坡性能 n6制動(dòng)性能二、騎車(chē)人的速度特性二、騎車(chē)人的速度特性 n自行車(chē)的行駛速度同騎車(chē)人的體力、心情和意志的控制有關(guān)，同線路縱坡度、平面線形的車(chē)道寬度、車(chē)道劃分、路面狀況、交通條件有關(guān)，同有無(wú)與機(jī)動(dòng)車(chē)道的分隔設(shè)施、分隔方式、行人干擾情況及交通管理?xiàng)l件有關(guān)，也同車(chē)型、動(dòng)力裝置、風(fēng)向、風(fēng)速等有關(guān)。n美國(guó)規(guī)定的自行車(chē)道路設(shè)計(jì)速度為20 mile/h（相當(dāng)于32.18 km/h），大于7%的下坡路段推薦采用30 mile/h

19、（相當(dāng)于48 km/h），大于3%的上坡路段采用15 mile/h（相當(dāng)于24 km/h）。n澳大利亞規(guī)定街道上自行車(chē)的正常行駛速度為km/h，并依此速度確定轉(zhuǎn)彎半徑和車(chē)道寬度。騎車(chē)人的速度特性騎車(chē)人的速度特性n交通工程手冊(cè)建議獨(dú)立專用自行車(chē)道設(shè)計(jì)車(chē)速采用30 km/h，有分隔帶的專用自行車(chē)道采用30 km/h，劃線分隔的自行車(chē)道路采用15 km/h，完全混行的自行車(chē)道則為10 km/h。n北京市觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，有分隔帶主干道上行駛的8678輛自行車(chē)，其平均車(chē)速為16.28km/h，無(wú)分隔設(shè)施的20918輛自行車(chē)觀測(cè)的平均速度為14.21km/h，對(duì)于通過(guò)交叉路口停車(chē)線的自行車(chē)，其平均速度為4.06km/h。南京市的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，自行車(chē)的速度變化范圍在540 km/h之間，在街道上多為525 km/h。三、騎車(chē)人空間需求三、騎車(chē)人空間需求 n高峰期間自行車(chē)流在交叉口排隊(duì)時(shí)常會(huì)形成密度較大的集群，排隊(duì)自行車(chē)的橫向間距一般很小，根據(jù)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的處理，每輛自行車(chē)排隊(duì)時(shí)橫向占用寬度在0.6m左右。當(dāng)綠燈起亮后，排隊(duì)車(chē)輛依次啟動(dòng)加速駛出停車(chē)線。自行車(chē)起動(dòng)后，尤其是在加速過(guò)程中，橫向間距會(huì)增大，這就是自行車(chē)流釋放時(shí)的側(cè)向膨脹現(xiàn)象。當(dāng)膨脹寬度過(guò)大時(shí)，容易出現(xiàn)綠初先駛出停車(chē)線的自行車(chē)流擠占機(jī)動(dòng)車(chē)道的現(xiàn)象，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)流產(chǎn)生較大的橫向干擾。