交通流理论第三章驾驶员的交通特性

1、1、驾驶任务、驾驶任务2、离散驾驶行为、离散驾驶行为3、连续驾驶模型、连续驾驶模型4、驾驶员交通特性的应用、驾驶员交通特性的应用5、小结、小结1、驾驶员的三个层次、驾驶员的三个层次（1）控制）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，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。等。（2）引导引导 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

2、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。度和道路，这些随着车辆沿道路的变化而连续变化。 控制（控制（control）引导（引导（guidance）导驶（导驶（navigation）（3）导驶导驶 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，在基于知识的

3、行为，在 ITS 中基于知识的行为将变得极其重要。随着技术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。环境中的驾驶员行为。 2 2、人车路系统作用图、人车路系统作用图在在1976年年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）。基础（

4、包括连续和离散驾驶行为）。 1、感觉反应时间（、感觉反应时间（perception-response time，PRT）（1）定义）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（为反映时间（T）。）。（2）模型）模型 线性反应时间模型（海曼定律）：线性反应时间模型（海曼定律）： TabHT：反应时间（：反应时间（s）H：信息量：信息量a：对刺激进行感觉：对刺激进行感觉 大脑，中枢神经编码大脑，中枢神经编码 效应器官进行反应效应器官进行反应b：中枢神经辨别、选择加工的时间，信息加工的速度：中枢神经

5、辨别、选择加工的时间，信息加工的速度传入神经传入神经传出神经传出神经（3）Hooper and McGee (1983)对于对于制动反应时间提出了一个模型：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）感觉反应时间概率分布不是正态分布而是对数正态分布是正态分布而是对数正态分布（5）对数正态分布计算公式：）对数正态分布计算公式： P30 公式公式32到到36 感觉反应时间感觉反应时间T服从对数正态分布，服从对数正态分布，Ln（T）服从正态分布）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：（勒纳）对制动反应时间分两种情况进行研究，结果如表：（7）19

6、94年年 Fambro（凡波）的研究：（凡波）的研究： 分成两组，每组年龄不同，分成两组，每组年龄不同，older：55岁以上，岁以上，yong：18到到25岁岁 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 分成分成3种情况：种情况：case1：26人中有人中有2人没有成功，人没有成功， case2：12人中人中2人没有采取措施人没有采取措施 case3：12人中人中1人失败（没有采取制动措施）人失败（没有采取制动措施） 对研究的结果总结后得到表对研究的结果总结后得到表3-3 P31（8）对远处喇叭声音的感觉反应

7、时间）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）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）感觉反应时间与驾驶员自身的情况有关2、移动时间（、移动时间（control movement time，MT） 驾驶员的制动反应：制动反应时间（驾驶员的制动反应：制动反应时间（PRT）和移动时间（）和移动时间（MT）（1） Fitts费茨定律费茨定律1954年费茨对各种反应的移动时间进行建模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；最小的反应时间延迟；b：斜率，由经验确定：斜率，由经验确定 A：移动的幅度，或移动起点到终点的距离：移

8、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）：沿移动方向的控制设备的宽度（车辆的宽度）)2(log2WAbaMT（2）变异的）变异的Fitts定律定律1994年年Berman提出，对于简短迅速移动提出，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，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（而且经（Drury）研究发现其更加适合于脚的反应的移动时间。）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）对制动反应移动时间的研究 1988年年Brackett和和Koppa研究发现

9、制动和加速踏板的举例在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，当制动踏板比加速踏板高出踏板高出5cm后，移动时间将明显增加。后，移动时间将明显增加。 1991 1991年年HoffmanHoffman研究发现驾驶员脚的移动轨迹是抛物线形，这对研究发现驾驶员脚的移动轨迹是抛物线形，这对A A的影的影响较小，对于响较小，对于MTMT影响较大。影响较大。 其他的一些相关研究（教材表其他的一些相关研究（教材表3-4等）等）AbaMT（5）移动反应时间与感觉反应时间无关）移动反应时间与感

10、觉反应时间无关3、对交通控制设备的反应时间和距离、对交通控制设备的反应时间和距离 Traffic Control Devices，TCD感觉器官提供给驾驶员信息的比例：感觉器官提供给驾驶员信息的比例：视觉占视觉占80听觉占听觉占14，触觉占，触觉占2 2，味觉占，味觉占2，嗅觉占，嗅觉占2。 视觉是最重要的视觉是最重要的 ，其中交通控制设备是影响驾驶员也是交通流研究的一个，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：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；在视觉中作为目标被发

11、现； b：确认为：确认为TCD； c：清晰且易于辨认和理解：清晰且易于辨认和理解交通控制设备信息处理过程交通控制设备信息处理过程（1）、交通信号等的变化）、交通信号等的变化 驾驶员对交通等信号变化的反应。驾驶员对交通等信号变化的反应。（2）标志的能见度和易理解性）标志的能见度和易理解性视觉的形成：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：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：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：水

12、平面与垂直平面视觉敏锐度：辨认交通标志上字母的能力：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：驾驶员年龄对视觉敏锐度的影响：（3）实时显示）实时显示交通标志牌、交通情报板等交通标志牌、交通情报板等（4）视认时间）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。便采取正确的措施。 对于文字读取的时间对于文字读取的时间（5）视认距离）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

13、认距离。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汉字的高度与行车速度的关系表3-6文字高度与视认距离的关系计算公式（分白天和夜间）：公式文字高度与视认距离的关系计算公式（分白天和夜间）：公式3.11和和3.12（6）交通标志的三要素）交通标志的三要素颜色、形状和图形符号颜色、形状和图形符号 颜颜 色：最先引起驾驶员的视觉敏感，交通标志多用：红、黄、绿、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。蓝、黑、白等。 形形 状：状：经研究发现在同样条件下经研究发现在同样条件下(面积大小、明亮度、颜色等面积大小、明亮度、颜色等)以三角以三角 形的辨认效果最好，

14、其次是菱形、正方形、圆形、六角形、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。八角形等。 图形符号：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 最小尺寸等最小尺寸等 4、其他车辆的动态特性、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。应措施。其中前导车和侧向车的影响最明显。（1）前导车）前导车（2）侧向车辆）侧向车辆5、障碍和危险的觉察、识别与确认、障碍和危险的觉察、

15、识别与确认（1）障碍和危险的觉察）障碍和危险的觉察将将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3-7。结论：结论： 平均的觉察视觉角度变化平均的觉察视觉角度变化从黑色玩具狗最小从黑色玩具狗最小1.8弧分弧分到树枝最大到树枝最大 4.91弧分；弧分； 同样对比度下晚上的视觉角度是白天的约同样对比度下晚上的视觉角度是白天的约2.5倍。倍。（2）障碍和危险的识别与确认）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。对道路上的物体进行觉察后，接着就是识别和确认。 15cm高、高、60cm高高6、驾驶行为的个体差

16、异、驾驶行为的个体差异（1）性别）性别（2）年龄）年龄 视觉变化：视觉敏锐度、光损失和散光、炫目等视觉变化：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）驾驶员的伤害驾驶过程是一个连续过程驾驶过程是一个连续过程一、驾驶行为一、驾驶行为驾驶员可以看作是一个线性的闭环控制系统。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、驾驶传递函数驾驶活动中的两个输入：驾驶活动中的两个输入：驾驶员期望的路线驾驶员期望的路线车辆当前行驶的方向和路线车辆当前行驶的方向和路线图中的模型可以用公式

17、来表示：图中的模型可以用公式来表示：其中：其中：K为增益，为增益，exp（-ts）是反应时间，）是反应时间，T由特定的控制状态下由实验得到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。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这可从表3-8得出。得出。一、交通流中的追赶与超车一、交通流中的追赶与超车交通工程学会提供的资料：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）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

18、算公式）坡道上的加速度近似计算公式（3）客车从）客车从0到稳态速度的变化过程中，加速度可以从最大到稳态速度的变化过程中，加速度可以从最大3m/s2到到2m/s2，大型货车或拖车起到时其加速度较小。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）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时时0.63m/s2，70km/h时时0.64m/s2，100km/h0.66m/s2二、可插车间隙和合流二、可插车间隙和合流1、可插车间隙（、可插车间隙（Gap Acceptance）(1)(1)间隙：连续车辆到达某一点的时间间隔。间隙

19、：连续车辆到达某一点的时间间隔。(2)(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。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)(3)有有5种不同的可插入间隙情况：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

20、口管理内容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：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。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: 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。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。 让路标志控制让路标志控制: 让路控制交叉口又

21、称减速让行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，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可穿越或汇入主路车流的安全空当空当 机会通过交叉口。让路控制与停车机会通过交叉口。让路控制与停车控制差别在于后者对停车有强制性。控制差别在于后者对停车有强制性。（4）道路通行能力手册（）道路通行能力手册（1985）提供了各种情况下的设计数据）提供了各种情况下的设计数据2、合流（、合流（merging） 如果车辆以相同或大约相同的速度行驶

22、，要想从一个车道合到另外一个车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，大约道，大约3辆车的长度为可接受的最小间隙。辆车的长度为可接受的最小间隙。三、停车视距（三、停车视距（Stopping Sight Distance，SSD）1 1、概念：、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。制动措施到汽车在障碍物前安全停住所需的最短距离。2 2、停车视觉至少应该满足、停车视觉至少应该满足“平均水平一下平均水平一下”的驾驶员或车辆在该距离内能的驾驶员或车辆在该距离内能够停车。够停车。3 3、停车视距的计算公式、停车视距的计算公式S=S1+S2 S=S1+S2 其中：其中：S1S1为感觉反应距离；为感觉反应距离；S2S2为制动距离为制动距离 4、举例：、举例：感觉反应视觉感觉反应视觉PRT：1.57s制动减速度：制动减速度：-0