驾驶员特性总结

1.驾驶员行为简介早在1982年和1983年，Donges和Rasmussen分别提出了驾驶任务的三层结构（下图右侧所示）和针对人的面向目标行为的三层模型（下图左侧所示）。由此可知，驾驶员行为特性是在各种因素影响下驾驶员对客观现实交通状况的态度以及其表现出的与之相适应的决策。2.驾驶员行为影响因素影响驾驶员特性的因素主要由驾驶员自身因素、车辆因素、环境因素和其他因素。如下表所示。因素分类指标补充说明驾驶员自身因素生理特征性别年龄年龄的影响感知特性各类感官信息健康状况药物、疾病的影响疲劳状况疲劳程度心理特征能力感知、注意力、对距离速度判断能力、风险认知能力、驾驶动作反应能力、灵活性、协调性等气质即人的脾气、秉性。影响心理活动的速度、强度和指向性性格影响反应决策和动机即对道路情况的判断和处理情绪影响认知操作的效果意志驾驶员积极的意志品质包括自觉性、果断性、坚持性和自制性车辆因素车辆属性种类、长度、宽度等车辆性能动力性、舒适性、经济性、通过性安全性等车辆设施操作杆、仪表盘、转向盘、后视镜、脚踏板等环境因素车内环境热环境温度、湿度、气流速等声环境声压、频率、声强等光环境色度、照度等空气品质二氧化碳含量、新风量等车外环境道路状况道路等级及类别、路段特征、道路线型、交通设施、交通标志等天气状况晴朗、雾天、雨天、雪天等交通干扰信号灯、交通标志、侧向净空、街道化程度等交通密度交通态势其他因素出行任务任务缓急3.驾驶员行为表征这些因素导致的驾驶员特性主要表现在以下几个方面。特征类别具体特征驾驶员心理期望特征期望速度期望加速度期望间距生理信号特征血压汗液皮肤电压肌电生理反应特征表情姿态手势眼睛闭合操作特性油门踏板开度及变化率刹车踏板力度方向盘握力及转角车行车状态特征速度、加速度行车间距插车间隙4.测试要素从实车测试角度对驾驶员特性进行分析需要考虑以下几个方面的问题。4.1交通场景场景分类及路段特征道路高速场景高速直道、弯道、高速匝道（高速入口）、高速隧道等城市场景城市郊区直道、弯道、坡道以及相应的组合道路；不同的车道数：双车道、三车道等；不同类型弯道：不同半径、不同弯道转角、不同朝向等；不同道路路面：沥青、水泥、破损等；交叉路口：有信号灯的交叉路口、无信号交叉路口等；城市市区居民区；交叉路口：有信号灯和无信号灯、丁字路口和十字路口；不同交通流情景：畅通、轻微拥堵、拥堵；不同道路类型：直道、弯道；乡村直道、弯道、坡道以及相应的组合道路；不同弯道半径、弯道转角、朝向；交叉路口：十字交叉路口、丁字交叉路口等；天气及日照日间、夜间驾驶天气状况晴天、雨天、雾天等4.2驾驶场景驾驶情景情景分类驾驶操作行为跟车驾驶情景同道跟车场景邻道跟车场景加速行为、制动行为、车速保持/跟驰行为换道驾驶情景超车场景变道场景切入场景正常换道紧急换道左换道右换道车道保持情景自由行驶场景加速行为、制动行为、速度保持行为4.3驾驶员类型驾驶员类型表现激进/外向活泼、好动、敏感、易产生冒险动机、反应比较迅速、动作敏捷、精力充沛、注意力容易转移、易于高速行车和超车、会车时不减速、交叉路口不瞭望、有时浮躁、不细心观察、对复杂情况可能轻率处理等稳健/中等机敏、经历丰富、性情安静、感情不外露、严守交通规则、起步与刹车平稳、观察周到、紧跟前车不轻易超车、不爱开快车、遇复杂交通情况深思熟虑、比较镇静、自制力强、不易违章谨慎/内向沉稳、慎重、注意力稳定且不易转移、善于忍耐、反应较迟钝、情绪不易外漏、行动迟缓、对外界刺激敏感体验不深、不易产生冒险动机、易低速行车且较少超车、处理紧急情况谨慎小心、优柔寡断、一旦发生交通事故易惊慌失措4.4评价指标4.4.1从驾驶行为方面分类的评价指标驾驶行为评价指标速度控制行为加速行为（猛加速、缓加速、加速次数）、车速离散程度、超速、制动行为（急制动、缓制动）、换档频率、空档滑行比率（坡道）等换道行为换道频繁状况、换道时方向盘使用、换道时车间距、换道时间长短等跟车行为跟车时距、跟车间距、引导车对视野的遮挡情况、车速离散程度、车距变化率等4.4.2从操作行为方面分类的评价指标驾驶行为评价指标加速行为油门踏板开度、油门踏板速度和行驶车速制动行为制动踏板开度及其变化率、最大制动踏板开度、制动踏板速度、与前车的相对距离、相对速度、纵向车速、TTC、TTC等变道（转向）行为转向盘转角、侧向速度、侧向加速度、横摆角速度、横向偏距、方向盘角速度、方向盘转角标准差、平均车速、转向灯使用频率、转向灯合理性指标（转向灯使用次数/变更车道次数）、变道时间等4.4.3从指标特性方面分类分类指标速度类瞬时速度、速度均值、速度标准差、行程平均速度、速度极值、加速度均值、加速度标准差、平均加速度、加速度极值、油门踏板角度均值、标准差、极值等方向类车头方位、车头偏离角度和方向盘转角等时间类事件检测时间、认知反应时间、事件响应时间、操作执行时间、任务持续时长等距离类车道偏距标准差、与黄线偏距标准差、车头／车尾间距均值、标准差和极值、车头／车尾时距均值、标准差和极值、任务总路程、与障碍物的距离最小值、驶出车道距离最大值等决策类可接受间隙、转弯半径、信号灯决策、避撞方式选择等结果类碰撞次数、压线次数、驶出车道次数、换道次数、超车次数等5.文献综述5.1国外驾驶员行为研究综述5.1.1驾驶风格与驾驶员行为综述Quintero基于BP神经网络建立了两个驾驶员行为分类模型一个模型将驾驶员分为激进型和稳健型并且识别道路的潜在危险路段，另一个用来辨识驾驶员状态（如瞌睡或酒后驾驶），通过参数：车辆位置，纵向车速，转向盘转角，偏航角输入，并且综合分析道路/车道偏离、超速行驶、不足转向、不适当的制动或者加速，来进行驾驶员的分类。Miyajima从油门及制动踏板的操纵信号中提取出驾驶员加速或者减速时的特征，并通过频谱分析得到每个驾驶员的频谱特征，对驾驶员行为建立了高斯混合模型。一些学者考虑到不同的工况，指出应用三种方法建立实时的驾驶员行为辨识模型。第一种方法：考虑驾驶员长期的纵向驾驶行为，采用异常检测的方法，通过分析驾驶员操纵制动踏板或油门踏板的动作从而将驾驶员分为谨慎型和激进型。第二种方法：使用跟车工况下驾驶员的操纵动作（油门踏板信号和制动踏板信号）与前后两车的相对状态，基于模糊控制算法将驾驶员的行为分为谨慎型、比较激进型和激进型。第三种方法：利用本车的行驶状态与前后两车的相对状态，分析驾驶员的控制行为，从而辨识驾驶员在跟车工况下的驾驶行为特点（谨慎型和激进型）。5.1.2心理状况和驾驶员行为综述夏威夷大学心理学教授博士从社会心理学领域研究驾驶人情感、认知和感知运动，结果显示了驾驶行为受到驾驶人心理状况影响，包括情绪的不安，认知偏差或不合理，感知运动的不协调，感情冲动以及不适当的言语表现。Chian等人研究了驾驶员在熟悉道路和不熟悉道路情形下驾驶员特性，通过测量驾驶速度和越过车道线次数，对比分析得出，在越过车道线次数方面，对道路熟悉状况没有影响，而在车速方面，在不熟悉的环境中，车速稍微略低。此外，还有一些学者从驾驶任务困难程度（有无车道线、道路宽度等）、周围环境温度是否舒适等方面分析驾驶员压力对驾驶行为的影响。通过车辆速度、车辆行驶位置、方向转角等参数，定量分析与驾驶行为内在联系。5.1.3交通场景下的驾驶行为综述在有信号灯的交叉路口，许多研究多集中在驾驶员的停车时间/反应上，而ThomasF.Fugger、Jr.、JesseL.Wobrock、BryanC.Randles着重研究信号灯变绿时，驾驶员起步的反应时间和加速变化率。在无信号等交叉路口，KeiSatoandMasaoNagai重点分析了该情景下的驾驶行为，并研究分析车速与车辆距车辆停止线距离之间的联系，注视角度与车辆距车辆停止线距离之间的联系，车速、距交叉路口距离、注视角度三者之间的联系以车速与注视角度随着到停止线时间变化的状况。最后揭示在无信号交叉路口，驾驶员趋向性操作行为。在针对驾驶员行为分析时，AmardeepSathyanarayana、Nitish、Krishnamurthy、JohnH.L.Hansen指出应该充分利用车辆行驶距离去分析驾驶行为，不仅仅利用时间进行分析。通过分析车辆速度随着距离变化情况、方向盘转角随距离变化情况，点明在高速情景、快速换道等情况下，利用距离进行分析驾驶行为更具有优势。一些学者还对以下情形进行研究分析：交叉路口，黄灯亮起期间，研究驾驶员行为特性；高速道路上，在施工区域内，车道合并时，对驾驶员行为特性进行研究。NobuyukiKuge等人基于HMM使用两种不同但互补的方法对驾驶员行为进行建模，建立了包含三种辨识类别的HMM——紧急变道，正常变道，保持车道。5.1.4特定情形下的驾驶行为综述JeffK.Caird等人综合分析目前关于手机对驾驶行为影响，结果表明任何形式的手机通话都会造成反应能力的下降，与不打手机相比，反应时间的均值增加了0.25秒；而驾驶人在手机通话过程中，并没有因为其影响而降低车速和保持较大的车头间距。美国RhodeIsland大学利用安装在头部的眼睛追踪装置HED，记录了驾驶人在完成各种驾驶任务过程中的眼动行为，分析了操作车内收音机、接电话、观看后视镜、读里程表等行为对驾驶人注意力分散的影响。JohnD.Bullough、JohnVanDerlofske等人分析夜间驾驶时，相向而来车辆的灯光强度对驾驶员行为造成的影响。并且对光照强度和车速随时间的变化情况进行了对比分析，对光照强度和车辆位置变化之间关系进行了相关研究。JohnGaspar、TimothyBrown、ChrisSchwarz等人对前撞情景和弯道车道偏离情景中驾驶员行为进行相关分析，指出在前撞情形中，驾驶员的操作行为一般分为四种：仅是制动、仅是转向、先转向后制动、先制动后转向，并通过反应时间和MATTCl参数指标分析了集中注意力驾驶和分心驾驶两种驾驶状态下不同的驾驶行为操作。此外，针对弯道偏离情况，分析了反应时间和入弯时车速对驾驶行为的影响。5.1.5驾驶员测试评价研究综述HongyangZhao等人开发了一个以智能手机为基础的驾驶行为评价系统，由两部分组成：驾驶事件检测评估部分和乘坐舒适度评估部分。在驾驶事件的检测和评估的一部分，该系统加FIRST驱动，基于智能手机接收的加速度的数据、定位和GPS传感器数据提出了一个模型来检测驾驶员的驾驶事件。然后乘坐舒适度评估部分通过收集车辆在行驶时智能手机传感器数据，加入驾驶员的驾驶事件、车辆的振动和定量感官分数。GermanCastignani采用了GPS、加速度计传感器、磁力计传感器、重力传感器等设备收集了20辆装有安卓系统的汽车数据，并从总加速度、线性加速度、超速度以及转向率等4个方面对驾驶行为进行分析。ThomasJ.Daunl等人为了研究重型车用节能辅助系统中驾驶员的行为特性和系统的节能潜力，采用驾驶模拟器，根据建议设计了四条长度约20公里的线路，其中包含大约25％的高速公路，70％的农村和5％的城镇道路。并招募了41个持有重型商用车驾驶执照的志愿者进行四条路线的模拟驾驶测试。K.S.Nesamania等人在前有基础上提出14个驾驶参数用来分析驾驶特征，如下：平均车速V1(km/h)；平均行驶车速V2(km/h)（除了怠速外的）；最大车速Vmax(km/h)；平均加速度Acc(m/s2)；平均减速度Dec(m/s2)；最大加速度Accmax(m/s2)；最大减速度Decmax(m/s2)；怠速时间占比Pi（%）（车速为0）；加速工况时间占比Pa（%）（v5km/h,a0.1m2/s）；减速工况时间占比Pd（%）（v5km/h,a-0.1m2/s）；缓行工况时间占比Pcr（%）（v5km/h,a0.1m2/s）;巡航工况时间占比Pc（%）（v5km/h,|a|0.1m2/s）；正动能PKE（攻击性的指标）；No.of(stops/km)（每公里的停车次）。YaqinQIN等人采用12个参数被用于线性回归分析，和问卷调查一起评价超车过程驾驶行为：超车时加速度；超车时速