基于驾驶仿真的驾驶员追尾避撞行为特性及不同预警方式功效研究

发布时间：2020-10-23 14:07

　　 跟车行为作为日常生活中最常见的一种驾驶行为,前车突然减速时若驾驶员跟车距离过近,避撞不及时,制动力度不够等都可能导致追尾事故的发生,如何减少追尾事故的发生,减少事故人员伤亡与财产损失,一直是国内外研究者研究的热门问题。驾驶员作为驾驶活动的直接参与者,驾驶员的行为不当是引起交通事故发生的主要原因。分析驾驶员在不同条件下的避撞行为特性,对避免追尾事故的发生,提高道路交通安全水平具有重要意义。随着现代科学技术的不断发展,车内辅助系统被广泛使用,追尾避撞预警系统可以有效减少追尾事故的发生。然而关于何时发布预警信息,发布什么样的预警信息仍有待进一步研究和验证。本研究依托驾驶模拟仿真平台,对驾驶员在不同环境下的追尾避撞行为特性进行分析,同时对不同方式的追尾避撞预警的功效进行验证,本文的研究为道路交通安全管理和车内辅助系统的进一步完善提供重要的科学依据和理论支撑。本文的研究内容主要包括以下四个方面:(1)基于高仿真驾驶模拟平台,搭建追尾避撞系列实验场景,开展驾驶模拟实验。根据对以往文献中关于驾驶员追尾避撞表现的研究,本文从正常跟车,不利因素干扰下的跟车和预警干预影响下的跟车三个方面选取实验场景。实验一为正常跟车的驾驶模拟实验,驾驶员被要求在天气条件良好,无其他因素干扰的环境下完成实验。实验二为手机通话干扰而产生认知负荷下的跟车实验,共设置免提通话和手持手机通话两种通话方式,个位数数学运算和十位数数学运算两种通话内容。实验三为不同追尾避撞预警方式下的跟车实验,本文在已有研究基础上提出一种改进的综合考虑时空距离和驾驶员反应所需时间的预警算法,并在实验中设计了前车刹车灯闪烁预警,语音预警和视觉预警三种不同预警方式,提醒驾驶员避免追尾事故的发生。(2)基于视知觉线索的追尾避撞机理研究。根据实验一中所得驾驶员行为数据,对驾驶员的减速反应时间分别建立混合效应模型和基于视知觉线索的决策机理模型。其中,机理模型包括阈值模型(Threshold model),仅考虑视觉变化刺激一种线索的累积模型(Accumulator model)和同时考虑了视觉变化刺激(visual looming)和刹车灯两种线索的累积模型。模型拟合结果表明,同时考虑了视觉变化刺激和刹车灯两种线索的累积模型对反应时间的分布拟合效果最好。研究发现驾驶员从接收到该信息到作出制动决策的过程,是驾驶员视知觉线索随着时间不断累积的过程,当累积到一定值时,驾驶员便采取制动措施。而导致驾驶员减速反应时间的不同,主要是由于视知觉线索的强弱不同。前车减速时刻,驾驶员接收到的视知觉信息较为强烈,驾驶员更快做出减速反应,同时驾驶员在避撞过程中的减速度增长率和最大减速度都较大。通过对θ和ττ-1这两个可以代表视觉变化刺激的变量分别进行模型拟合发现,τ-1的拟合效果更好,可以认为驾驶员在减速避撞的过程中接收到的视觉刺激信息更接近于τ-1。(3)认知负荷对驾驶员避撞行为影响研究。实验二中设置的通话条件,会对驾驶员正常驾驶产生认知负荷。本研究分别对两个不同减速场景中驾驶员的避撞表现进行分析。减速场景一中,手机通话对驾驶员的初始车头时距和减速反应时间并无显著影响,但与无通话条件相比,进行手机通话时初始车头时距和反应时间的标准差显著增大。且对于职业驾驶员,认知负荷对驾驶员的驾驶行为影响并不明显;非职业驾驶员在有认知负荷下的驾驶表现与无通话时显著不同。但不同通话方式间未见显著差异。减速场景二中驾驶员的避撞表现在不同通话方式和通话内容间差异并不明显。驾驶员的减速反应时间与初始车头时距显著相关,因此分别对两个减速场景中驾驶员的减速反应时间建立基于视知觉线索的累积模型,对驾驶员在不同认知负荷下的减速决策机理进行解释。(4)追尾避撞预警信息对驾驶员避撞行为影响研究。针对实验三中所得驾驶员避撞行为数据,提取追尾事故数,减速反应时间,最大减速度和最小车头时距等能反映驾驶员在避撞过程中各个阶段的关键变量进行分析。并结合生存分析方法中的加速失效时间(Accelerated Failure Time,AFT)模型,对驾驶员的减速反应时间和驾驶员开始减速到减速度达到最大所需时间分别建立AFT模型。最后对驾驶员实验后问卷结果进行分析。分析结果表明,预警可以帮助女性驾驶员更早地作出减速决策,尤其是在不利天气环境下。而预警对男性驾驶员的影响不如对女性驾驶员明显。对于不同天气环境下,基本上晴天时追尾避撞预警对驾驶员的影响较小;而当雾天时,预警系统对驾驶员的辅助效果更为明显。在三种不同的预警方式中,语音预警和闪烁预警下,没有追尾事故发生;无预警和视觉预警时分别发生追尾事故六起和三起。此外,语音预警可以帮助驾驶员尽快地作出减速决策,此时驾驶员的减速反应时间相对较短;闪烁预警不但没有使驾驶员减速反应时间减少,部分条件下反而使得驾驶员的反应变慢;闪烁预警的主要作用体现在减速控制阶段,虽然闪烁预警不能起到提醒驾驶员更早作出减速决策的作用,但可以有效地增加驾驶员的减速度增长率和最大减速度,从而达到避免追尾的目的。结合问卷分析结果,整体上来看语音预警效果好于闪烁预警好于视觉预警。图77幅,表39个,参考文献216篇。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U463.6;U492.8
【部分图文】：

２．１驾驶员追尾避撞过程描述??当前车减速时，主车中驾驶员往往需要对当前车辆的运行状态进行判断后做??出制动反应。通过对以往驾驶员避撞数据进行分析总结后发现如图２－１所示规律。??其中／＝０时刻为前车减速开始时刻，其中红线为主车减速度变化情况，蓝线为前车??减速后两车间车头间距变化情况。通常在前车减速后，驾驶员不会立即对前车的??减速做出反应，而是需要一段反应时间，此后驾驶员踩下制动踏板，减速度不断??增大，直至达到最大，当驾驶员认为潜在危险可以解除时，缓慢释放制动踏板??［１２４？５１。在这个过程中，两车的车头间距不断减小，为整个避撞过程中的最小??车头间距。此后，随着主车减速度的不断增大，最小车头间距开始缓慢增大。若??两车车头间距最小时（记为／）＿）仍大于零（记为认），则不会发生追尾事故。在??这个过程中

在驾驶员视野内不断增大，这对驾驶员本身是一种强烈的暗示可能发生追尾事故??的信号。??Ｌｅｅ?对前车减速时的不断增大的现象进行了描述，如图２－２所示，其中Ｗ??为前车车宽，＾为二者之间距离，０为前车在驾驶员视网膜上成像大小。当二者间??距离较远时，较小；反之，距离较近时，较大。???＋??图２－２前车在驾驶员眼睛上大小变化情况??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｅａｄ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｏｎ?ｄｒｉｖｅｒ＾?ｅｙｅ??该现象可以通过公式表达为：??ｄ?＝?２ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）?（２－８）??其中，前车在驾驶员视野内成像大小随时间的变化记为可以表示为：??—?＝?Ｇ?＝?－ＷＶｊ｛ｄ２＾ｉＡ）?（２－９）??其中，为两车的相对速度。??而前车减速时驾驶员所处情况的紧急程度可以用视觉信息相关变量进行表??示，如６，ｆ?＝４／０，ｖ／ｒ等。其中厂１为成像角度变化率和成像大小的比值，该??变量相当于ＴＴＣ的倒数，是１／ＴＴＣ的视觉表达形式。ｖ／ｚ■中ｖ为主车的运行速度。??１９??

）方法来对不同的感知特点的差异进行判断＿。２ＡＦＣ验心理学家Ｇｕｓｔａｖ?Ｆｅｃｈｎｅｒ提出，该方法主要用来衡量人选择习惯做出选择，或者检测被试的反应时间。在该种择，但只有其中的一个中含有目标刺激，即正确选择。供给被试不同的知觉线索而强制使得被试最终选择这个方法最出名的实验为随机点运动任务。在这项任务中，被将会向左还是向右移动。在该项实验中，会有一些箭头，知觉线索告诉被试这些随机出现的点将会出现在左边还们接受到某种特定的刺激，在感知该种刺激并最后做出ｆｔ－ＤｉｆｆｔｉｓｉｏｎＭｏｄｅｌ?（ＤＤＭ）来描述。一般情况下，当某种单位内都会在该种刺激上提取某种线索，这种刺激本身随着时间的推移，大脑将这些线索和噪声项不断累积，大脑根据这些线索做出某种决定，此时累积过程结束。制定过程［１５２］。该模型被广泛应用于反应时间的研究中ｆ１５３原理示意图。??
【参考文献】

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本文编号：2853137