王雪松， 朱美新， 陳　銘

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

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工況緊急程度對(duì)駕駛員避撞行為的影響

王雪松， 朱美新， 陳銘

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

摘要：利用同濟(jì)大學(xué)8自由度高仿真駕駛模擬器研究了臨撞工況緊急程度對(duì)駕駛員避撞行為的影響.通過不同初始車頭時(shí)距(<1.0 s, [1.0 s,1.5 s), [1.5 s,2.5 s])和不同前車減速度(0.30g, 0.50g, 0.75g)的組合，建立了不同緊急程度的前車減速臨撞工況，運(yùn)用駕駛員感知反應(yīng)時(shí)間、油門釋放反應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)轉(zhuǎn)移時(shí)間、制動(dòng)延誤、最大剎車踏板壓力、最大減速度等指標(biāo)比較了不同緊急程度下避撞行為的差異.結(jié)果表明，①隨著工況緊急程度的增加，駕駛員更快地釋放油門及達(dá)到最大剎車踏板壓力，并且施加更大的制動(dòng)力度；②當(dāng)初始車頭時(shí)距為1.5 s左右時(shí)，駕駛員感知反應(yīng)時(shí)間約為1.2 s，而當(dāng)初始車頭時(shí)距增大到2.5 s以上時(shí)，感知反應(yīng)時(shí)間變得非常大，甚至達(dá)到了3 s；③駕駛員開始釋放油門與開始制動(dòng)間的轉(zhuǎn)移時(shí)間不受工況緊急程度影響，保持在0.8 s附近；④在低緊急程度下，駕駛員表現(xiàn)出多階段剎車行為，使得駕駛員需要更多的時(shí)間才能達(dá)到最大剎車踏板壓力.

關(guān)鍵詞：追尾事故； 避撞行為； 感知反應(yīng)時(shí)間； 制動(dòng)延誤； 工況緊急程度； 駕駛模擬器

追尾事故在事故總數(shù)中所占比例非常高，在國外，占25%～40%[1]；在上海，占20%，而在高速公路和隧道中，上升到49%和67%[2].導(dǎo)致這類事故發(fā)生的主要原因有2個(gè)：一是車距過近以致駕駛員沒有及時(shí)作出反應(yīng)；二是駕駛員在避險(xiǎn)的過程中剎車力度不夠[3].研究駕駛員在臨撞工況下的反應(yīng)及剎車行為(即避撞行為)對(duì)于建立剎車曲線模型、避撞預(yù)警算法等有著重要作用.

駕駛員的避撞行為受多種因素影響：如駕駛員的預(yù)期、性別、年齡及認(rèn)知負(fù)荷等[4]，工況的緊急程度是其中之一[5]，但已有研究并未對(duì)不同緊急程度下的避撞行為作系統(tǒng)的探討.本研究利用同濟(jì)大學(xué)8自由度高仿真駕駛模擬器，通過調(diào)整初始車頭時(shí)距及前車減速度來設(shè)置不同緊急程度的臨撞工況，系統(tǒng)探究工況緊急程度對(duì)駕駛員避撞措施選擇、感知反應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)前反應(yīng)序列、制動(dòng)后反應(yīng)序列以及制動(dòng)力度的影響.

1研究綜述

駕駛員避撞行為可以分為2個(gè)階段：制動(dòng)前反應(yīng)過程和制動(dòng)后減速過程.制動(dòng)前反應(yīng)過程的重要參數(shù)為感知反應(yīng)時(shí)間，其定義為前車開始制動(dòng)至后車駕駛員開始采取制動(dòng)或轉(zhuǎn)向措施所需要的時(shí)間.感知反應(yīng)時(shí)間反映了駕駛員感知到危險(xiǎn)并采取避撞措施的快慢，是前向避撞預(yù)警及事故重建所需的重要參數(shù)[6].但已有研究得到的感知反應(yīng)時(shí)間差異非常大，變化范圍達(dá)到了0.5～10 s[7].不同研究在試驗(yàn)方法上的差異是導(dǎo)致得到的感知反應(yīng)時(shí)間不一致的一個(gè)原因，另一個(gè)原因則是由于感知反應(yīng)時(shí)間本身受到多種因素的影響，包括駕駛員的預(yù)期、性別、年齡及認(rèn)知負(fù)荷等[4].

臨撞工況的緊急程度是影響駕駛員感知反應(yīng)時(shí)間的重要因素[5].已有研究主要通過2類指標(biāo)來衡量工況的緊急程度：一類是工況觸發(fā)時(shí)兩車的時(shí)空關(guān)系，如工況觸發(fā)時(shí)兩車的距離、車頭時(shí)距、碰撞時(shí)間；另一類是避撞過程中兩車接近的快慢，如前車減速度.基于第1類指標(biāo)，Liebermann等[8]測(cè)試了駕駛員在2種不同的跟車距離(6 m和12 m)及跟車速度(60 km·h-1和80 km·h-1)下的感知反應(yīng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)跟車速度對(duì)感知反應(yīng)時(shí)間并無影響，而跟車距離越近，駕駛員反應(yīng)更快.基于第2類指標(biāo)，Hulst[9]測(cè)試了駕駛在2種不同的前車減速度(1 m·s-2與2 m·s-2)下的感知反應(yīng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)前車減速度越大，駕駛員反應(yīng)越快.

值得注意的是，既有研究并未將衡量工況緊急程度的2類指標(biāo)結(jié)合起來探討其對(duì)駕駛員避撞行為的影響.考慮到這2類指標(biāo)分別從工況初始狀態(tài)和工況中間過程2個(gè)不同的角度反映了工況的緊急程度，有必要將二者結(jié)合起來系統(tǒng)地探究工況緊急程度對(duì)避撞行為的影響.

制動(dòng)后避撞行為包括制動(dòng)力度、制動(dòng)至最大剎車踏板壓力所需時(shí)間等.目前，針對(duì)該方面的研究只是提出了相關(guān)的指標(biāo)但沒有分析工況緊急程度對(duì)其的影響.對(duì)駕駛員剎車行為的研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員在開始制動(dòng)后，并不是立即達(dá)到最大制動(dòng)力度，而是存在一定的延誤[6].同時(shí)，駕駛員(尤其是不熟練駕駛員)在臨撞工況中經(jīng)常未能施加足夠的制動(dòng)力度從而導(dǎo)致事故.研究工況緊急程度對(duì)駕駛員制動(dòng)延誤及制動(dòng)力度的影響對(duì)理解駕駛員的剎車行為、建立剎車曲線模型等具有重要意義.

2臨撞工況試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)人員

共招募了29名持有駕照的駕駛員參加了“臨撞工況下駕駛行為試驗(yàn)”，駕駛員年齡分布在23歲至54歲之間(平均值33，標(biāo)準(zhǔn)差8.7)，其中男性23名，女性6名.有4位駕駛員在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)輕微不適癥狀，因此補(bǔ)充了4位駕駛員作為替代者，所有駕駛員的行駛里程均超過了1萬km.

2.2試驗(yàn)設(shè)備

同濟(jì)大學(xué)駕駛模擬器硬件系統(tǒng)由駕駛艙和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成.其中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有 8個(gè)自由度(6Z自由度、XY橫縱向工作臺(tái))，XY橫縱向工作臺(tái)的活動(dòng)范圍分別為5 m，20 m；駕駛艙為球穹頂封閉剛性結(jié)構(gòu)，由仿真轎車與投影系統(tǒng)組成.仿真轎車內(nèi)飾齊全，車型為Renault Megane Ⅲ，去除發(fā)動(dòng)機(jī)、保留輪胎，加載其他設(shè)備如方向盤、剎車、換檔的力反饋系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的輸入輸出設(shè)備，后視鏡由3塊LCD屏幕組成.投影系統(tǒng)由5個(gè)分辨率為1 400×1 050、刷新率為60幀·s-1的投影儀組成，場(chǎng)景投影到球形幕上，水平視角為250°.駕駛模擬器控制軟件為法國OKTAL公司開發(fā)的商業(yè)軟件SCANeRTM.系統(tǒng)整體見圖1.

圖1　同濟(jì)大學(xué)駕駛模擬器

2.3測(cè)試工況與條件

試驗(yàn)中測(cè)試了發(fā)生頻率高且最易造成危險(xiǎn)的一類前向臨撞工況：前車突然減速工況.工況觸發(fā)前，兩車處于穩(wěn)定的勻速跟車狀態(tài)(相對(duì)車速、車頭時(shí)距均在穩(wěn)定范圍內(nèi)).工況觸發(fā)時(shí)，前車突然以固定的減速度制動(dòng)至停止?fàn)顟B(tài)，形成危險(xiǎn)的臨撞工況.采用3種前車減速度條件(0.30g, 0.50g, 0.75g)和2種初始車頭時(shí)距條件(<1.0 s, [1.0 s,1.5 s), [1.5 s,2.5 s])，最終形成共3×3=9種不同緊急程度的試驗(yàn)測(cè)試條件.

2.4試驗(yàn)流程

2.4.1基礎(chǔ)信息采集

測(cè)試駕駛員到達(dá)駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)室后，首先在工作人員的輔助下了解試驗(yàn)基本過程、駕駛?cè)蝿?wù)以及試驗(yàn)中可能涉及到的安全因素，并填寫試驗(yàn)知情同意書和駕駛員調(diào)查問卷.

2.4.2模擬器試駕

試駕環(huán)節(jié)旨在幫助測(cè)試人員在短時(shí)間內(nèi)熟悉模擬器，包括基本操作練習(xí)、跟車練習(xí)及剎車練習(xí).試駕場(chǎng)景采用城市道路數(shù)據(jù)庫，場(chǎng)景中加入適當(dāng)社會(huì)車輛提高真實(shí)度.基本操作練習(xí)中包含了啟動(dòng)、加減速、停車、轉(zhuǎn)向(左右各1次)以及變道(左右各1次)練習(xí)；跟車練習(xí)中選取長約1.5 km的直線路段，要求駕駛員跟隨前方車輛行駛，車速約為80 km·h-1.在跟車過程中，屏幕上方顯示駕駛員當(dāng)前跟車距離，駕駛員可以根據(jù)需要不斷改變與前車的距離，以熟悉在模擬器中對(duì)前車距離的感知；在剎車練習(xí)中，駕駛員首先被要求加速至100 km·h-1，并嘗試保持該車速，直至看到前方停止的輕型貨車，駕駛員需要按照其正常駕駛的習(xí)慣將車輛安全、平穩(wěn)地停止在前車后方.

2.4.3正式試驗(yàn)

試駕試驗(yàn)之后，如果駕駛員沒有任何模擬器眩暈的跡象，將在5 min的休息時(shí)間后開始正式試驗(yàn).試驗(yàn)全程通過4個(gè)車載攝像頭監(jiān)視駕駛員心理與生理狀態(tài)，如圖2a.

正式試驗(yàn)場(chǎng)景選擇一條四車道、平原沿海高速公路，天氣晴朗、視野良好、對(duì)向車流較少，如圖2b.駕駛員首先被要求加速到120 km·h-1，并且行駛在內(nèi)側(cè)車道，為了減少對(duì)駕駛員的干擾，同向相鄰車道上未設(shè)置背景交通.約2 min后，一輛白色前車會(huì)切入到模擬器車輛前，并保持在120 km·h-1的速度穩(wěn)定行駛.此時(shí)測(cè)試駕駛員需要跟隨前車行駛，保持車距在60～80 m，如果駕駛員與前車車距超出了系統(tǒng)設(shè)定的最大值(100m)，那么屏幕上方將顯示“Speed Up”的提示信息，幫助駕駛員更好地進(jìn)入跟車狀態(tài).在試驗(yàn)全程中，前車會(huì)在不同車頭時(shí)距(1.5 s, 2.5 s)以不同前車減速度(0.30g, 0.50g, 0.75g)6次減速至靜止，形成前車突然減速臨撞工況.每次工況發(fā)生的時(shí)間間隔不等，大約為3 min，且都在初始車頭時(shí)距條件滿足時(shí)才觸發(fā).為了使駕駛員更難預(yù)期到前車的減速行為，采用了一些干擾措施，如設(shè)置前車尾燈亮起但并不發(fā)生減速.試驗(yàn)中，駕駛模擬器以20 Hz的采樣頻率記錄車輛速度、油門開度、方向盤轉(zhuǎn)角、剎車踏板壓力等數(shù)據(jù).

b 試驗(yàn)場(chǎng)景

2.5試驗(yàn)因變量

一個(gè)典型的剎車避撞過程可以描述為：前車突然減速、駕駛員察覺危險(xiǎn)、釋放油門踏板、開始剎車、持續(xù)減速、剎車至最大壓力、成功避險(xiǎn)或發(fā)生碰撞.這一過程可以通過圖3表示，該圖顯示了避撞過程中各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線，包括前后車車速、本車減速度、剎車踏板壓力以及油門開度等.

同時(shí)，圖中標(biāo)識(shí)出了用以提取避撞行為參數(shù)的關(guān)鍵時(shí)刻：工況觸發(fā)(A)，后車開始釋放油門(B)，后車完全釋放油門(C)，后車開始制動(dòng)(D)，后車制動(dòng)至25%踏板壓力(E)，后車制動(dòng)至50%踏板壓力(F)，后車制動(dòng)至最大踏板壓力(G)，后車最大剎車踏板壓力(H)，后車最大減速度(I). 通過提取關(guān)鍵時(shí)刻的駕駛行為參數(shù)，系統(tǒng)地描述駕駛員避撞行為.提取如表1所示避撞行為參數(shù)進(jìn)行分析.

圖4示意了部分避撞行為參數(shù)的定義及它們之間的關(guān)系.

a 避撞過程中速度及減速度變化

b 避撞過程中剎車踏板壓力及油門開度變化

3試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)共采集174(29×6=174)個(gè)追尾臨撞工況的數(shù)據(jù)，其中，1個(gè)工況存在數(shù)據(jù)缺失，另有32個(gè)工況中出現(xiàn)了駕駛員在前車開始制動(dòng)前釋放油門的情況.在提前釋放油門的工況中，無法確定工況的觸發(fā)時(shí)刻，進(jìn)而難以量化工況緊急程度及駕駛員反應(yīng)時(shí)間.因此，只有141個(gè)工況的數(shù)據(jù)用于本文的分析.

駕駛模擬器試驗(yàn)中，通過設(shè)計(jì)不同等級(jí)的初始車頭時(shí)距(1.5 s與2.5 s)和前車減速度(0.30g, 0.50g和0.75g)，產(chǎn)生了不同緊急程度的臨撞工況.實(shí)際采集得到數(shù)據(jù)中事件觸發(fā)時(shí)的車頭時(shí)距并不與設(shè)計(jì)的完全一致，因此將車頭時(shí)距條件重新劃分為“<1.0 s”, “[1.0 s,1.5 s)”和“[1.5 s,2.5 s]”，分別對(duì)應(yīng)小(S)、中等(M)和長(L)車頭時(shí)距條件.

利用方差分析探究不同緊急程度下駕駛員避撞行為的差異，置信度設(shè)置為0.01，初始車頭時(shí)距及前車減速度作為組內(nèi)變量.每位駕駛員均測(cè)試了6種臨撞工況，為了探究工況次序?qū)Ρ茏残袨榈挠绊?，將工況發(fā)生的次序也作為一個(gè)組內(nèi)變量進(jìn)行分析.駕駛員作為隨機(jī)效應(yīng)，以考慮不同駕駛員駕駛行為的差異.方差分析中對(duì)駕駛員的年齡、性別、駕駛經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了考慮，但未將結(jié)果在本文中呈現(xiàn).

表1　試驗(yàn)因變量定義

圖4　避撞行為參數(shù)示意

3.1制動(dòng)/變道選擇與事故率分布

圖5　不同避撞方式工況總數(shù)及事故率

駕駛員經(jīng)歷臨撞工況時(shí)，既可以采取制動(dòng)避撞，也可以采取轉(zhuǎn)向避撞，或者采取兩者結(jié)合的方式進(jìn)行避撞.圖5展示了不同避撞措施下的工況數(shù)以及事故率.駕駛員在絕大部分(85%)的情況下僅通過制動(dòng)去避撞，剩余的15%的情況下會(huì)采取制動(dòng)與轉(zhuǎn)向結(jié)合的方式進(jìn)行避撞，沒有駕駛員采取僅轉(zhuǎn)向的避撞方式.若采取僅制動(dòng)避撞，其事故率約為30%，而采取制動(dòng)與轉(zhuǎn)向結(jié)合的方式進(jìn)行避撞，事故率為零.這一制動(dòng)與轉(zhuǎn)向結(jié)合方式的低事故率與實(shí)際情況存在差異(實(shí)際中制動(dòng)與轉(zhuǎn)向結(jié)合方式事故率較高[10])，可能是因?yàn)椋孩俨扇≈苿?dòng)與轉(zhuǎn)向結(jié)合避撞方式的工況本身較少；②模擬器試驗(yàn)中未在同向相鄰車道上設(shè)置背景交通.

Adams[10]總結(jié)11個(gè)臨撞工況下避撞方式相關(guān)的研究，也發(fā)現(xiàn)駕駛員在臨撞工況下更傾向于采取制動(dòng)來避撞.這可能是轉(zhuǎn)向避撞方式對(duì)駕駛員的操作要求更高(駕駛員需要留意相鄰車道的交通狀況)，造成僅有少數(shù)駕駛員采取轉(zhuǎn)向避撞方式.

圖6展示了在不同車頭時(shí)距和前車減速度下事故的分布情況.隨著前車減速度增大，事故率隨之變大，并且幅度遠(yuǎn)大于初始車頭時(shí)距改變所引起的事故率增長.原因可能是因?yàn)轳{駛員對(duì)前車減速度的變化敏感度較低，判斷危險(xiǎn)程度更多的是根據(jù)車頭時(shí)距.

a 長初始車頭時(shí)距

b 中等初始車頭時(shí)距

c 短初始車頭時(shí)距

3.2感知反應(yīng)時(shí)間

感知反應(yīng)時(shí)間反映了前車開始制動(dòng)后駕駛員感知到危險(xiǎn)并采取制動(dòng)或轉(zhuǎn)向措施需要的時(shí)間.圖 7展示了不同車頭時(shí)距和前車減速度下感知反應(yīng)時(shí)間的均值.感知反應(yīng)時(shí)間隨著前車減速度的增加而減小，隨著車頭時(shí)距的減小而減小，即當(dāng)工況的緊急程度越高時(shí)，駕駛員的感知反應(yīng)越快.基于方差分析，初始車頭時(shí)距(F[2,99]=26.54,P<0.000 1)和前車減速度(F[2,99]=6.47,P=0.002 3)均對(duì)感知反應(yīng)時(shí)間具有顯著影響.此外，工況發(fā)生的次序(F[5,99]=4.81,P=0.000 6)也顯著影響感知反應(yīng)時(shí)間：在駕駛員經(jīng)歷的6次工況中，第1次工況中的感知感應(yīng)時(shí)間比后續(xù)工況中的感知反應(yīng)時(shí)間平均長0.67 s.

表2匯總了已有研究中報(bào)道的感知反應(yīng)時(shí)間的值，所有研究按照工況的初始車頭時(shí)距從小到大排列.表中所有研究均基于駕駛模擬器展開，臨撞工況類型均為前車突然減速；文獻(xiàn)[13]和[15]中的感知反應(yīng)時(shí)間及油門釋放時(shí)間是從論文圖片中估計(jì)的，因?yàn)槲恼轮胁⑽戳谐鼍唧w的數(shù)值；油門釋放時(shí)間為開始釋放油門時(shí)間加完全釋放油門時(shí)間.概括起來看，當(dāng)初始車頭時(shí)距在1.5 s附近時(shí)，感知反應(yīng)時(shí)間約為1.2 s，而當(dāng)初始車頭時(shí)距增大到2.5 s以上時(shí)，感知反應(yīng)時(shí)間變得非常大，甚至達(dá)到了3 s.由此可以看出感知反應(yīng)時(shí)間受初始車頭時(shí)距影響較大.

3.3制動(dòng)前反應(yīng)序列

制動(dòng)前反應(yīng)序列由開始釋放油門時(shí)間、完全釋放油門時(shí)間、制動(dòng)轉(zhuǎn)移時(shí)間組成.圖8展示了不同車頭時(shí)距和前車減速度下制動(dòng)前反應(yīng)序列的均值.

根據(jù)圖8，隨著初始車頭時(shí)距的減小，開始釋放油門時(shí)間有著明顯下降趨勢(shì).根據(jù)方差分析，車頭時(shí)距(F[2,99]=7.95,P=0.000 6)對(duì)開始釋放油門時(shí)間影響顯著，表2中同樣反映了這一點(diǎn).

方差分析表明，完全釋放油門時(shí)間和制動(dòng)轉(zhuǎn)移時(shí)間均未受到初始車頭時(shí)距或前車減速度的顯著影響，說明這里2個(gè)變量是較為固定的值(兩者之和在0.8 s附近)，不受工況緊急程度的影響.Young和Stanton[16]也發(fā)現(xiàn)制動(dòng)轉(zhuǎn)移時(shí)間的取值較為固定，并解釋為：當(dāng)駕駛員有更多時(shí)間來應(yīng)對(duì)前車的突然制動(dòng)時(shí)，駕駛員將這部分時(shí)間應(yīng)用于感知活動(dòng)(開始釋放油門時(shí)間)而不是機(jī)械性活動(dòng)(油門釋放至開始制動(dòng)的轉(zhuǎn)移時(shí)間).

a 長初始車頭時(shí)距

b 中等初始車頭時(shí)距

c 短初始車頭時(shí)距

表2　已有研究感知反應(yīng)時(shí)間值及油門釋放時(shí)間值總結(jié)

3.4制動(dòng)后反應(yīng)序列

制動(dòng)后反應(yīng)序列由制動(dòng)至25%踏板壓力時(shí)間、制動(dòng)至50%踏板壓力時(shí)間、制動(dòng)至最大踏板壓力時(shí)間組成，圖9展示了不同車頭時(shí)距和前車減速度下制動(dòng)后反應(yīng)序列的均值.制動(dòng)至25%和50%踏板壓力時(shí)間均隨著前車減速度的增加而減小，隨著車頭時(shí)距的減小而減小.而制動(dòng)至最大踏板壓力時(shí)間僅隨著前車減速度的增加而減小.方差分析結(jié)果表明，初始車頭時(shí)距及前車減速度對(duì)制動(dòng)至25%和50%踏板壓力時(shí)間有顯著影響，而制動(dòng)至最大踏板壓力時(shí)間只受前車減速度的影響.

a 長初始車頭時(shí)距

b 中等初始車頭時(shí)距

c 短初始車頭時(shí)距

制動(dòng)后反應(yīng)序列反映了駕駛員從開始制動(dòng)到剎車踏板達(dá)到不同程度壓力值之間的時(shí)間延誤，已有研究中[6]也指出了這種延誤的存在，即駕駛員在開始制動(dòng)后不一定迅速地達(dá)到最大剎車踏板壓力，而是根據(jù)當(dāng)時(shí)的狀況對(duì)施加的踏板壓力進(jìn)行調(diào)節(jié).本文得到的制動(dòng)至最大踏板壓力時(shí)間在不同的工況條件下分布范圍為0.92～4.21 s，表現(xiàn)出極大的變化差異.為了探究這種差異產(chǎn)生的原因，圖 10對(duì)比了緊急程度相差最大的2組工況下的剎車踏板壓力曲線，所有曲線均被映射到0～1.0的時(shí)間軸上以便于比較，0代表前車開始制動(dòng)的時(shí)刻，1.0代表后車靜止或碰撞發(fā)生后5 s.

a 長初始車頭時(shí)距

b 中等初始車頭時(shí)距

c 短初始車頭時(shí)距

圖10　剎車踏板壓力曲線對(duì)比

由圖10可以看出，在非常緊急的工況(S/0.75g)下,駕駛員開始制動(dòng)后迅速達(dá)到最大剎車踏板壓力并保持這一剎車力度一段時(shí)間.而在不太緊急的工況(L/0.30g)下，駕駛員表現(xiàn)出了多階段剎車[17]的行為：面對(duì)前車的突然制動(dòng)，駕駛員首先使踏板壓力達(dá)到一個(gè)比較小的值并維持一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，如果駕駛員發(fā)現(xiàn)無法以現(xiàn)有踏板壓力成功避險(xiǎn)，駕駛員會(huì)施加更大的踏板壓力直至脫離危險(xiǎn).Every等[17]在卡車駕駛員中觀察到了類似的現(xiàn)象.這種多階段剎車行為導(dǎo)致駕駛員需要更多的時(shí)間才能達(dá)到最大剎車踏板壓力.

3.5制動(dòng)頂峰特征

圖11展示了不同車頭時(shí)距和前車減速度下最大剎車踏板壓力及最大減速度的均值.最大剎車踏板壓力及最大減速度均隨著前車減速度的增加而增大.方差分析結(jié)果表明，前車減速度(F[2,98]=50.38,P<0.000 1)對(duì)最大剎車踏板壓力影響顯著；車頭時(shí)距(F[2,99]=5.60,P=0.005 0)及前車減速度(F[2,99]=25.50,P<0.000 1)均對(duì)最大減速度有顯著影響.

a 長初始車頭時(shí)距

b 中等初始車頭時(shí)距

c 短初始車頭時(shí)距

最大剎車踏板壓力及最大減速度反映了駕駛員的制動(dòng)力度.根據(jù)上面的分析，駕駛員的制動(dòng)力度隨著工況緊急程度的提高而增大，圖10也反映了這一點(diǎn)：L/0.30g工況下的剎車踏板壓力明顯低于S/0.75g下.

4結(jié)論

利用同濟(jì)大學(xué)8自由度高仿真駕駛模擬器研究了追尾臨撞工況緊急程度對(duì)駕駛員避撞行為的影響.通過不同初始車頭時(shí)距(<1.0 s, [1.0 s,1.5 s), [1.5 s,2.5 s])和不同前車減速度(0.30g, 0.50g, 0.75g)的組合，建立了不同緊急程度的前車減速臨撞工況，比較了不同緊急程度下避撞行為的差異.

分析結(jié)果表明：①隨著工況緊急程度的增加，駕駛員更快地釋放油門及達(dá)到最大剎車踏板壓力，并且施加更大的制動(dòng)力度；②當(dāng)初始車頭時(shí)距為1.5 s左右時(shí)，駕駛員感知反應(yīng)時(shí)間約為1.2 s，而當(dāng)初始車頭時(shí)距增大到2.5 s以上時(shí)，感知反應(yīng)時(shí)間變得非常大，甚至達(dá)到了3 s；③駕駛員開始釋放油門與開始制動(dòng)間的轉(zhuǎn)移時(shí)間不受工況緊急程度影響，保持在0.8 s附近；④在低緊急程度下，駕駛員表現(xiàn)出了多階段剎車行為，使得駕駛員需要更多的時(shí)間才能達(dá)到最大剎車踏板壓力.

研究結(jié)果將深化對(duì)臨撞工況下駕駛員避撞行為的理解，同時(shí)也可為駕駛員反應(yīng)時(shí)間及剎車行為建模提供借鑒.此外，研究結(jié)果可用于優(yōu)化前向避撞預(yù)警系統(tǒng)及剎車輔助系統(tǒng).

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收稿日期：2015-11-04

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金(51522810); “十二五”國家科技支撐計(jì)劃(014BAG01B03)

中圖分類號(hào)：U491

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Impacts of Situational Urgency on Drivers’ Collision Avoidance Behaviors

WANG Xuesong, ZHU Meixin, CHEN Ming

(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：Using the high fidelity Tongji University driving simulator with 8 degrees of freedom, this study examined impacts of situational urgency on drivers’ collision avoidance behaviors. By combining different initial headways (<1.0 s, [1.0 s, 1.5 s), [1.5 s, 2.5 s]) and different lead vehicle deceleration rates (0.30g, 0.50g, 0.75g), rear-end collision scenarios with different levels of situational urgency were established. Drivers’ perception response times (PRT), throttle release response times, throttle to brake transition times, brake delays, maximum brake pedal pressures and peak decelerations were compared across different levels of situational urgency. Results show: ①At higher situational urgency, drivers release the accelerator faster, and brake to maximum more quickly and forcefully; ②PRT was near 1.2 s when the initial headway was round 1.5 s, but PRT increased dramatically when initial headways were larger than 2.5 s, and could even reach 3 s; ③Transition time between throttle release and brake initiation is about 0.8 s and is not affected by situational urgency; ④At lower situational urgency, multi-stage braking behavior leads to longer delay from brake initiation to full braking.

Key words：rear-end collisions; collision avoidance behavior; perception response time; braking delay; situational urgency; driving simulator

第一作者： 王雪松(1977—)，男，教授，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)榻煌ò踩⒔煌ńy(tǒng)計(jì)分析、交通規(guī)劃、駕駛模擬器應(yīng)用.

E-mail:wangxs@#edu.cn