车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述—鲁光泉宋阳 ３车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述＊鲁光▲宋 ２北京航空航天大学交通科学与工程学院北京；北京航空航天大学车路协同与安全控制北京市重点实验室北京）摘要随着车路协同技术的发展车路协同安全应用的相关技术是否会影响驾驶人的感知判断、操作等驾驶行为受到愈来愈多的关注。基于这样的背景通过对国内外车路协同技术的当前研究进展进行综述分析车路协同环境下驾驶行为的变化从而得出在车路协同安全应用技术全面推广之前应充分评估车路协同技术对驾驶人行为以及驾驶安全可靠性的影响特别是如何最大限度地发挥其安全保障作用。关键词交通安全车路协同系统驾驶行为可靠性中图分类号４ 文献标志码Ａ ３ｆｓＵ２Ｇ２ｆｄ；ｇｙｄ）ｓｄｄｎ－ｅｄｇｓ．ｙ０ 引 言交通系统是１个典型的复杂系统依靠传统的交通管理方式难以应对当今日益复杂的交通拥堵事故频发环境污染等问题。随着计算机技术和信息技术的飞速发展车路协同技术的出现为缓解交通拥堵改善交通安全提供了新的技术手段并引发了管理理念上的革命性变化。车路协同作为车车路通信基础上的高级应用以提高道路安全为目标的同时也为交通信息感知、

交通服务和交通控制提供了新的思路。当前的智能交通技术正在从单个交通要素的智能化转向一体化发展车路协同系统作为智能交通系统的重要子系统和新的发展方向目前正受到国内外科研人员的广泛关注车路协同是当前世界交通发达国家的研究热点。车路协同相关技术的主要目标是提高交通安全水平但是车路协同技术在努力提升交通安全水平的同时也会对驾驶人的驾驶行为带来影响。在各类交通事故中人的因素占很大比重，收稿日期８ 修回日期８＊国家３课题批准号资助▲第一作者通讯作者简介鲁光泉－博士副教授研究方向交通安全ｎ４ 交通信息与安全４年５期第２卷总６期驾驶人行为已被世界公认为引发道路交通事故的主要因素。因此对车路协同下的驾驶行为进行分析探讨车路协同对驾驶行为的影响十分必要。１车路协同技术１车路协同系统概述车路协同系统］－是基于先进的传感和无线通信等技术实现车车车路信息的实时动态交互完成交通信息的采集和融合从而保障复杂交通环境下车辆行驶安全提高路网运行效率的新一代智能交通系统技术。车路协同系统最主要的２个子系统是路侧单元和车载单元各个交通组成单元通过路侧单元和车载单元以有线或无线通信方式来实现车辆与车辆车辆与路侧以及路侧与路侧之间的信息传输和共享。路侧单元的主要功能是收集路侧传感器检测到的各种信息如交通流量突发事件密集人群交叉口行人信息道路异物侵入路面湿滑状态以无线短程通信的方式发送给车辆以有线或无线通信的方式发送给其它路侧单元或管理中心接收来自车载单元或其他路侧单元的信息。车载单元的主要功能是收集各类车载传感器采集到的信息如定位运动等进行融合处理后发送给其它车载单元接收来自其它车载单元的信息接收来自路侧单元的信息对接收到的信息和收集到的本车传感器信息进行融合处理，做出安全预警判断和车辆控制决策以合适的交互方式向驾驶人提供信息或向车辆控制单元发出控制指令。２车路协同技术的应用车路协同技术的应用主要包括安全应用、交通管理与服务应用。在车路协同的安全应用中主要由基于车车信息交互的安全应用和基于车路信息交互的安全应用。基于车车信息交互的安全应用场景主要包括基于车车协同的交叉口车辆避撞基于信息交互的车辆跟驰基于车车协同的车辆换道基于车车协同的非正常占道预警以及紧急制动电子制动灯预警等五种车车协同系统的典型应用。基于车车协同的交叉口车辆避撞在交叉口，通过车车信息交互可以对路口的车车冲突状态

进行预测和评估实现冲突消解避免碰撞基于信息交互的车辆跟驰在同向同车道行驶中通过车车信息交互可以对跟驰中的车车冲突状态进行预测与评估避免碰撞基于车车协同的车辆换道在换道过程中换道车辆通过感知周围车辆的状态确定合适的换道时机并通过无线通信把换道信息传递给周围车辆从而提高换道行驶安全性基于车车协同的非正常占道预警：车辆出故障或因其它原因发生非常的占道事故车辆向一定区域内的驾驶车辆发送警告信息就可以避免不必要的碰撞紧急制动电子制动灯预警当车辆在分离摩擦系数或者摩擦系数较低的路面行驶时车辆容易发生打滑驾驶人往往会采取紧急制动措施但这对其他车辆容易造成碰撞事故。如果车辆自动给其他车辆发送警告信息，就可以避免事故发生。对于不同的应用对车辆运动状态信息采集、预警与控制模型和车辆运动状态控制的要求不同。基于车路信息交互的安全应用中车辆主要以路侧单元发送的信息进行危险判断进而对驾驶人的操作进行引导或对车辆进行控制。但无论是什么样的安全应用对驾驶人的引导或预警是其中的重要一步这必将对驾驶人的驾驶行为产生影响。同时由于信息感知与决策判断的引入导致汽车行驶过程中的人车路相互作用系统发生改变这种改变会对驾驶过程安全可靠性产生影响并间接影响到汽车行驶安全性。２ 车路协同技术对驾驶安全的影响驾驶行为是与驾驶人相关的各种处理操作的总称。典型的驾驶行为过程主要包括感知判断和操作３个阶段。驾驶人首先在感知到周围环境信息的情况下对得到的信息进行分析处理后做出相应判断然后通过对车辆进行操作改变车辆运动状态并达到驾驶操作目的。在整个过程当中驾驶人是整个操作的核心也是影响交通安全的主体。１对驾驶人行为的影响车路协同环境对驾驶人的影响是多方面的。驾驶行为过程总体上可以分为感知判断和操作３个阶段。其中车路协同环境对驾驶行为的影响主要体现在前２个阶段。感知阶段是后续各个阶段的基础快速获得准确的信息是保障后续正确判断准确操作的基车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述—鲁光泉宋阳 ５础。影响驾驶人感知速度和准确程度的主要影响因素是注意力分配和信息负荷大小。林彩霞等通过对比分析使用导航系统地图以及凭记忆驾驶３种情况的实验结果得到在不同的情形下驾驶人落在道路前方的注意力分别为：％％％。这表明在驾驶过程中使用导航设备会导致行驶过程中更多注意力需要放在导航系统中影响了驾驶人的注意力分配．根据ｎ定理得出在工作负荷增加时驾驶人疲劳和注意力缺失情况逐步减少驾驶绩效逐渐提高但是达到理想状态后，工作负荷增大会降低驾驶绩效造成主动注意力分散和驾驶疲劳。近年来随着车路协同技术的快速发展人们开始关注车路协同技术对驾驶行为的影响。ｈ等研究表明在使用车路协同系统时驾驶人的精神状态如眨眼频率心跳频率等均表明驾驶人的紧张程度的感知会比不使用车路协同系统时低。相比与年轻人车路协同系统对老年人的作用更大它能够提高驾驶人的感知水平缩短驾驶人的感知时间ｇ和ｅ提出自适应巡航系统能够通过雷达摄像头等能在车辆行驶过程中主动收集周围环境变化信息提高驾驶人的态势感知能力并减少焦虑。ｌｓ等］提出了先进的驾驶辅助系统能够有效减少甚至消除驾驶人的失误显著减少人员伤亡经济损失和环境污染同时增加道路容量。先进的驾驶辅助系统通过为驾驶人提供驾驶相关的建议指导和警告，能有效减少驾驶人的反应时间在车路协同系统持续工作的情况下驾驶人的反应时间可以减少到。但ｎｍ等提出驾驶人在行车途中如果操作车载信息系统如车载导航或者车载多媒体系统会造成对驾驶操作的延迟研究表明对不同的行驶速度延迟时间不同车速为ｈ的延迟为车速为ｈ的延迟为。尽管现在还没有明确的结论表明车路协同技术对驾驶行为会产生什么样的影响但相关研究领域的结果可以为分析车路协同对注意力的影响提供借鉴。无论是基于车车信息交互的安全应用还是基于车路协同的安全应用人机交互是其中１个重要的环节。车载单元要通过人机交互方式把安全判断的结果告诉驾驶人。这种人机交互方式可以是语音也可以是图像还可能两者都

结合在一起。但无论是哪１种方式都会导致驾驶人注意的重新分配。因此在进行车路协同安全应用设计时合理的人机交互模式是使驾驶人分配给人机交互系统的注意力最小。２对行驶安全可靠性的影响传统的驾驶行为主要由以驾驶人为核心的感知判断和操作过程构成１个闭环的控制系统。从系统可靠性的角度看表述为分别由感知判断和操作３个子系统串联的系统见图。图１传统的驾驶过程１ｇ车路协同技术的安全应用改变了汽车的驾驶过程。车路协同技术安全应用可以分为２类：一类是以预警为目的的安全辅助系统见图另一类以自动控制为目的的安全辅助系统见图。正如ｈ等的研究结果所表明的那样在使用车路协同系统时驾驶人的精神状态如眨眼频率心跳频率等均表明驾驶人的紧张程度的感知会比不使用车路协同系统时低。相比与年轻人车路协同系统对老年人的作用更大它能够提高驾驶人的感知水平缩短驾驶人的感知时间。图２装备车车／车路安全预警辅助系统的驾驶过程２ｄ－ｙｓ从系统可靠性的角度看以预警为目的的安全辅助系统可以认为是在感知阶段与驾驶人的感知并联了１个自动感知系统。该系统的并入能够提高驾驶人的感知水平缩短驾驶人的感知时间。另一方面车车路协同在感知的基础上还进行危险的判断与预警。尽管该系统判断和预警６ 交通信息与安全４年５期第２卷总６期的结果还需要驾驶人在此基础上做出决策但也会有效缩短驾驶人的判断决策时间。对于并联系统系统的可靠性要高于其单个的子系统可靠性。因此从一定意义上说以预警为目的的车路协同安全应用系统的引入可以提高感知过程的可靠性。与以预警为目的的安全辅助系统不同的是，具有自动控制功能的安全辅助控制系统在对车辆的安全状态进行判断后不但给驾驶人预警信息，还在必要的情况下向车辆的自动控制机构如制动控制机构加速控制机构发出自动控制指令，见图。从系统可靠性的角度出发该系统不但在驾驶人控制系统的基础上在感知环节并联了自动感知子系统还在操作阶段并联了自动控制子系统。正如前面论述的一样在各个子系统可靠性不变的情况下整个系统的可靠性会有所提高，因此车路协同技术的引入应该可以提升行车过程的安全可靠性。图３装备车车／车路安全控制辅助系统的驾驶过程３ｄ－ｍ３ 车路协同对交通安全的影响车路协同使得驾驶人可以获得丰富的外部信息甚至是看不到的信息。通过车路协同系统可以帮助驾驶人更快地作出决策判断有利于提高驾驶安全性。然而这种结论是在现有驾驶人行为特征的情况下得出的在车路协同技术的安全应用广泛使用之后这样的结论并不一定准确。车路协同技术的应用有可能改变驾驶人的驾驶行为特征。原来的驾驶行为是以人为中心的现在并联了自动感知自动判断甚至自动控制的过程。从系统可靠性的角度来说多个子系统并联的系统可靠性高于其中的任何１个子系统的可靠性。但是这个结论有１个前提这些子系

统的可靠性是不变的。但车路协同技术的应用，有可能改变驾驶人的驾驶行为特征从而引起驾驶人驾驶过程的安全可靠性发生变化换句话说，由于引入了车路协同技术图１中驾驶人的驾驶行为特征与图２或图３中的驾驶人的驾驶行为特征不同。尽管目前对车路协同技术对驾驶行为的影响研究才刚刚开始对车路协同技术对驾驶人在感知判断和操作各过程的影响还没有明确的结论，但从现有研究可以看出预警信息对驾驶人的驾驶行为的影响是不可忽视的一方面预警信息有利于缩短驾驶人的判断决策时间另一方面驾驶人对车路协同人机交互信息的关注会导致注意力的分散。另１个值得关注的是车路协同技术的发展有可能引起驾驶人的技术依赖就像习惯了具有倒车辅助系统的驾驶人在驾驶没有倒车辅助系统的汽车时容易观察不足一样。一旦形成技术依赖有可能导致图２和图３中由于驾驶人习惯了依赖车路协同系统的感知与判断会导致驾驶人子系统的可靠性降低就需要车路协同安全应用系统具有非常高的可靠性来保障汽车行驶安全可靠性。否则图２和图３所示的系统安全可靠性有可能由于驾驶人子系统可靠性的降低而抵消车路协同安全应用系统带来的安全性能提升优势，甚至有可能使安全性降低。因此车路协同安全技术全面应用之前应确保该系统的可靠性高于驾驶人感知判断操作的系统可靠性。尽管车路协同安全应用技术的研究取得了快速的发展但目前定位的精度和可靠性通信系统的可靠性控制系统的可靠性是否能满足车路协同安全应用还有待进一步测试分析。也正因为如此大量学者致力于车路协同技术中定位通信和控制系统的研究如ａｇ等研究了基于差分全球定位系统的定位和车辆间通信的检测道路危险错误的性能影响统计分析了特征的位置和轨迹预测误差估计并将模拟通信错误作为预测误差的一部分来确定检测车载导航系统质量ｈｒ等］提出了１种协同自适应巡航控制设计架构并作为地面协同控制驾驶的一部分通过对不同的模块进行了测试来保证达到并能保证－Ｃ要求的最大延迟水平Ｍｅ等通过挑战性的驾驶和通信条件下车车通信平台的主动车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述—鲁光泉宋阳 ７安全应用测试结果表明安全应用可以在高速行驶正常使用通信传播没有阻碍。但通信系统的可靠性还有待进一步检验特别是在干扰环境下的通信可靠性。车路协同安全应用技术是解决交通安全问题的革命性技术但在强调其对提升行车安全性能的同时要重视该技术的应用对驾驶人的影响并把这种影响对交通安全的影响作为车路协同安全技术研究的重要内容。４结束语４年２月３日美国交通运输部在发表对外声明决定推动车车通信技术在轻型车上应用，这标志着车路协同技术即将从实验室走向应用市场。作为车路协同的重要组成部分车车协同技术是继安全带安全气囊之后新一代安全技术。这对交通领域将是１个革命性的变化车车协同技术的发展将对道路交通协同的控制管理运用等各方面产生革命性的影响。作为智能交通的重要组成部分，车路协同对提高交通运输系统的效率和安全性，实现交通系统的可持续性发展具有十分重要的意义。车路协同环境下交通控制与交通诱导一体化将得以实现，道路资源合理分配并发挥更高效率。可以说车路协同技术走向全面应用只是时间的问题。但在车路协同安全应用技术走向全面应用之前评估该技术对安全的影响特别是如何最大限度地发挥其安全保障作用是亟需开展的研究２年美国在约辆车上安装了车车通信系统开展大规模的车路协同应用测试安全预警是该系统的主要组成部分也是其重要的测试内容。通过这个项目的测试车路协同安全预警系统如何影响驾驶行为还有待数据分析结果。就车路协同安全应用技术对驾驶人行为特性如何最大化发挥其安全保障作用下述研究将必不可少。车路协同技术对注意力分配的影响研究车路协同技术的应用对驾驶人的注意力分配带来的影响是否会造成驾驶人注意力过多分配到车路协同设备上从而影响驾驶安全。协同技术对驾驶人判断决策过程的影响研究车路协同技术的应用给驾驶人判断决策过程带来的变化是否会引起驾驶人决策时间延长从而影响驾驶安全。

人对车路协同技术的依赖及其对安全的影响研究车路协同技术的应用造成驾驶人对设备的依赖当设备出现故障时是否会引起交通安全隐患。４）行车安全对车路协同系统可靠性的要求：研究车路协同系统出现故障时是否会对行车安全带来影响明确车路协同系统设备需要多高的可靠性水平才能保证事故风险水平低于目前水平。安全的车路协同系统人机交互设计方法研究车路协同系统人机交互方式的设计是否会引起驾驶人的驾驶行为改变会带来哪些改变以及是否对驾驶安全造成影响。参考文献］王云鹏国内外Ｓ系统发展的历程和现状汽车零部件．ｇ．ｙｄｎｆｅｔＳ．ｅ．］ｕｋ－ｙｎ∥ｔＭｌｐｎｒｄｃＭ．］龚思远车路协同跟车辅助下的驾驶员跟驰行为研究长春吉林大学．－ｒｈｇｎｅｎ．］张迪北京市区道路交通事故致因分析与安全对策郑州河南理工大学．ｇｓｙ：ｃ．］陈超吕植勇付姗姗等国内外车路协同系统发展现状综述交通信息与安全－．ｎｕｕ－ｗｎ－：．］邹枫智能交通车路协同系统数据交互方式设计与验证北京北京交通大学．ａｇ－．８ 交通信息与安全４年５期第２卷总６期］王宗暐智能路侧系统在车路协同技术中的应用中国市政工程．ｇｎｅｍａ３．］何崇中雷 健唐岳东等智能车载系统的发展与Ｍ的应用汽车零部件－．ｅｇ．ｍｄｎｆＭ．ｅ，．］易振国车路协同实验测试系统及安全控制技术研究长春吉林大学．ｎ－ｇｍｄｙ－ｎｎ．］俄文娟无信号交叉口车车冲突检测与消解算法研究长春吉林大学．Ｅｎｅｔ－ｄｎｍｔ－ｎ．．］王彬基于车路协同技术的交叉口协调方法研究北京北京工业大学．ｇｈｎｎｄｒ－－ｇ．］唐亮信息化条件下营运车辆安全监管关键技术研究重庆重庆大学．ｅ－：ｇ．］杨晓光黄罗毅王吟松等基于车车通信的换道超车辅助系统设计与实现公路交通科技２．ｇｇｔＡ－ｍ－ｎｌｆｙｄｎｈｄ，．］于艳花基于故障树分析理论的高速公路预警系统