第!" 卷#第!$ 期#%$!" 年 & 月!"'!!!(!)"%$!"#!$* $%&@* $) # 科#学#技#术#与#工#程!"#<!$#=> %$!" #:3 + / 0 1/ 3 4 56 /7 8/4 / /4 0 18/4 4!#%$!"#+ 驾驶人应激反应能力评价研究 吴初娜!#% #于鹏程% #付#锐@ #郭应时@ " 交通运输部公路科学研究院 汽车运输技术研究中心! $北京!$$$((%公安部道路交通安全研究中心% $北京!$$$"%% 长安大学汽车学院@ $西安 '!$$"&# 摘#要#为了提高驾驶人的应激反应能力!进一步提升道路行车安全性!首先依据信息处理的基本理论!分析了驾驶人应激 反应的运行机理和反应特征" 其次!提出了一种驾驶人应激反应能力评价方法!包括评价指标%反应时间算法模型%操作准确 度算法模型以及评价算法模型" 最后!采用自主研发的应激反应模拟驾驶系统!选取安全驾驶人和多事故驾驶人对评价方法 的合理性和有效性进行了试验验证" 试验结果表明!评价算法模型可有效评价驾驶人的应激反应能力" 驾驶人应激反应能 力评价方法可以为驾驶人的筛选%培训和安全管理提供支撑!进而提高驾驶人的安全驾驶水平" 关键词#交通工程##驾驶人##应激反应能力##反应时间##操作准确度 中图法分类号#`&'! @%####文献标志码#= ##道路交通环境的复杂性$ 使得驾驶人在行车过 程中常会遇到如前车紧急制动 行人突然横穿道路 等类似的突发事件$ 此时驾驶人在极短时间内做出 处置决定的能力即为应激反应能力' 驾驶人应激反 应能力的好坏直接决定着交通事故的发生与否以及 事故的严重程度' 相关统计数据表明$在 %$!@ 年的 所有道路交通事故中$有 &!Aj 的事故是因驾驶人 应急处置不当造成的 (!) ' 国内外的研究学者对驾驶人的应激反应能力进 行了广泛而深入的研究$ 用以提升驾驶人的技能素 R/O / U等人指出$ 突发情况下驾驶人应激 质' Z 反应的速度和准确度$ 是交通事故的发生与否以及 严重程度的两个主要因素 (%) ' 吴初娜等人指出$ 驾 驶人应激反应能力的主要影响因素为心理素质 注 意品质决策能力和驾驶技能 (@) ' 王颖试验分析后 指出$驾驶人的应激反应能力受年龄和驾驶经验的 影响 (&) ' `/J O 1-等人以反应时间作为参数$ 研 究了年龄对应激反应能力的影响 ()) ' _ PO K / I[S* /O等人以反应时间作为参数$ 研究了年龄 工作负 荷突发事件类型对应激反应能力的影响 (") ' 田新 民等人以安全行驶通过危险点的次数作为评价指 标$采用 ) 分制法对驾驶人的应激反应能力进行了 评价 (') ' 赵炜华等人以心率作为参数$ 通过研究后 指出$有针对性的适当培训和训练$可以提高驾驶人 的应激反应能力 (() ' 纵观国内外对驾驶人应激反应能力的研究$ 主 要是集中在对影响因素展开研究$ 如年龄 注意品 质驾驶经验等对应激反应能力的影响$鲜有学者对 驾驶人的应激反应能力评价进行研究' 鉴于此$ 本 文基于驾驶人的应激反应特性$ 对驾驶人的应激反 应能力评价进行研究$以期有助于驾驶人的筛选管 理和培训$提升道路行车的安全性'!"应激反应特性!#!"应激反应运行机理 基于驾驶人的信息处理过程$ 驾驶人的应激反 应运行机理见图!' 图!#应激反应运行机理 %$!) 年!! 月!A 日收到 国家科技支撑项目"%$$AD=?!@=$)# N4!#01S f/4e 16 /O E Q K 6 3 O > /O 教育部长江学者与创新团队支持计划项目 "X Z0!%("# 资助 第一作者简介&吴初娜"!A()!# $女$浙江人$助理研究员$博士' 研 究方向&驾驶行为和交通安全' 8* E6 3 &SP 1P/6 F!%"a E' 当在行车过程中遇到突发事件时$ 需要驾驶人 在极短时间内对当前的状况重新进行认知$ 并做出 判别和操控' 这种高强度的工作负荷所带来的单位
科 学 技 术 与 工 程 卷 时间内需处理的信息量会超过大脑动态认知资源容量和信息传递能力的限制 由此会显著改变驾驶人的激活水平 导致情绪的应激化和行动的积极化 由此驾驶人易出现对某些信息歪曲 迟滞 遗漏 放弃处理等现象 以致不能正确的完成相应的驾驶任务 应激反应特性基于应激反应运行机理可知 当驾驶人处于应激状态时 生理以及感知 判断决策和操作特性都会发生显著的变化 主要表现为 ( 心率 血压 皮肤电等生理参数发生显著变化 视野变得狭窄 注意力集中于一点 无法合理的分配以全面获取交通信息 ( 交通信息加工效率降低 易出现歪曲 遗漏或放弃处理信息等现象 动作准确性 稳定性和协调性下降 容易出现误操作和用力过大 应激反应能力评价方法 评价指标汽车运动状态的变化 主要为加速 减速和转向这三种 这三种运动状态的改变完全是依靠驾驶员通过手和脚的操控来实现的 虽然应激反应包括生理特性的变化以及感知 判断决策和操作特性的变化 但是从应激反应的运行机理可以看出 生理特性以及感知 判断决策特性的变化主要是通过影响驾驶人的驾驶操作特性来实现对车辆运动状态的影响 进而影响行车安全 因此 应激状态下的驾驶操作特性可以完全反映驾驶人的应激反应能力 鉴于有研究学者指出 突发情况下驾驶人应激反应的速度和准确度 是交通事故的发生与否以及严重程度的两个主要因素 且有很多研究学者采用反应时间作为驾驶人应激反应能力的研究参数 因此 本文选用反应时间和操作准确度作为驾驶人应激反应能力的评价指标 反应时间越长 操作准确度越低 则交通事故的发生概率越高 表明驾驶人的应激反应能力越差 反应时间算法模型反应时间是指从突发事件出现时刻点 到驾驶人开始实施操作的第一反应时刻点 $ 所经历的时间 即反应时间 为 $ 可以从视频中捕捉到或在仿真软件中进行设定 由于在行车时 驾驶人的手和脚时刻在转向盘上或在踏板上 因此 $ 不容易通过视频进行 确定 考虑到驾驶人在看到突发事件时 会希望在尽可能短的时间内实现车辆运动状态的改变 因此会本能的猛力踩下踏板或者转动转向盘 ) 因此 $ 通常为突发事件出现后驾驶人的作用力变化速度最快的时刻点 由力学公式可知 { 式 中 为踏板 6 转向盘的转动惯量 为踏板 6 转向盘的角加速度 为踏板 6 转向盘的转动半径 为施加于踏板 6 转向盘上的作用力 由式 可知 踏板或转向盘角加速度导数绝对值中的最大极值点所对应的时刻即为驾驶人的第一反应时刻点 $ 国内研究学者通过对驾驶人反应时间统计后发现 反应时间近似服从于 ( 分布 见图 通过对数正态转换后 处于不同百分位的反应时间见表 图 反应时间分布 " % ' 4 3' $ - 表 不同百分位对应的反应时间 ( " "!!" ' 百分位反应时间 6 百分位反应时间 6 ) )) ( ( 设应激场景 ) 中驾驶人的反应时间得分用 ) 表示 那么 ) )! ) ) )! )! ) ( ( ) ( )! ) ( (! ) ( (! 操作准确度算法模型 ( 操作准确度 56 是指某个应激场景中 驾驶人
期 吴初娜 等 驾驶人应激反应能力评价研究 的应对操作与正确应对操作的吻合程度 研究表明 紧急状况下驾驶人通常有三种操作方式 单独制动 单独转向 制动和转向相结合 因此 应激状态下驾驶人的不当应对操作主要有高速紧急转向 误踩加速踏板以及未踩制动踏板 从排斥性的角度对驾驶人的应对操作与正确应对操作的吻合程度进行检验 以得到驾驶人操作准确度的得分 排斥性检验是确认驾驶人在应对突发事件时是否出现了不当操作 如错踩加速踏板 高速转向等 因此应激场景 ) 中排斥性检验的结果 ) 为 ) 出现不当应对操作 { 未出现不当应对操作 设应激场景 ) 中驾驶人的操作准确度得分用 6 ) 表示 那么 6 ) ) 评价算法模型 在确定评价算法模型之前 首先应该根据每个评价指标的重要程度确定各自的权重系数 鉴于本文中的评价指标较为简单 因此采用小组讨论法 位交通安全领域的专家根据自身经验对各指标的相对重要性作出判断 通过专家们的讨论后一致认为 应激反应时 首先应确保应对操作的正确性 在应对操作正确的基础上再力求反应速度 因此 应激场景 ) 中驾驶人的应激反应能力评价算法模型为 ) 6 ) { ) 6 ) 若驾驶人测试 ( 个应激场景 则应激反应能力总得分 为 ( ( ) ) 应激反应能力评价方法验证 应激反应试验 为了验证上述应激反应能力评价方法的合理性和有效性 遵循公开召集 志愿参加的原则召集 名驾驶人进行试验 并按照单位里程事故率将被试驾驶人分为安全驾驶人和多事故驾驶人 被试驾驶人年龄分布在 岁之间 驾驶里程分布在 B- 之间 在试验过程中皆身体状况良好 精力充沛 试验平台采用自主研发的应激反应模拟驾驶系统 见图 ( 系统仿真应激场景的同时能够实时同步采集驾驶人模拟驾驶时对转向盘 制动踏板 加速踏板等操纵部件的操作数据 图 ( 试验平台 " ( # - 通过对常见的事故类型的分析 选取了三个典型的应激场景用于试验 考虑到驾驶人的适应性和沉浸感 突发事件出现之前驾驶人有一段平稳驾驶的时间 所选取的应激场景见图 场景一 行人从公交车前出现 要求驾驶人以 B-6 左右的速度直线行驶 当行驶到距离突发事件设置点 (( ( - 时 有行人突然从停靠在右侧的公交车车头前走出来 场景二 行人横穿道路 要求驾驶人以 B-6 左右的速度直线行驶 当行驶到距离突发事件设置点 - 时 道路右侧出现突然横穿道路的小孩 场景三 前车突然变更车道 要求驾驶人以 B-6 左右的速度直线行驶 当行驶到距离突发事件设置点 - 时 前方相邻车道行驶的车辆突然变更到驾驶人行驶的车道 图 试验应激场景 " 试验结果分析根据试验数据 结合上述的算法模型 三个应激场景中驾驶人的反应时间 操作准确度以及应激反应能力得分情况的统计结果见表 从表 可以看出 安全驾驶人均未出现应对操作不当的问题 而其中有一个多事故驾驶人在场景三中出现了应对操作不当 安全驾驶人的应激反应能力得分均高于多事故驾驶人的得分 这与之前学者们的研究结论一致 同时也验证了上述评价方法的有效性和合理性 结论 驾驶人应对突发事件时的应激反应能力的好坏
科 学 技 术 与 工 程 卷 对于事故的避免和伤害的降低有着重要的影响 本文通过对应激反应运行机理和反应特性的分析 研究了驾驶人应激反应能力的指标算法模型和评价算法模型 并采用试验的方法 验证了评价算法的有效性 所提出的评价方法能够有效的实现驾驶人应激反应能力好坏筛选的目的 安全驾驶人 多事故驾驶人 表 应激反应能力试验结果统计 %!!" - 场景一场景二场景三总得分 :7 6 6 ( 6 ( ) ) ) ) ( ) ) ) ) ) ) ( ) ) ) ) ) )( ( ) ) ) ) ( ) ) ) ) )( ( )( ) ) ) ) )( ) ) )( ) ) ) ) ) ) ) ( ( ) ) ) ) ( ( ) ) ) ) 我国目前专门针对驾驶人应激反应能力的相关研究较少 相对应的驾驶人应激反应能力评价和训练体系也滞后于一些发达国家 我国驾驶人主要是从亲身经历的交通冲突或交通事故中实现应激反应能力的训练和提升 毫无疑问 这种训练和提升方法不仅需要耗费较多的时间和精力 而且极有可能为此付出惨痛的代价 因此 建设和普及合理有效的驾驶人应激反应能力评价和训练体系 对于安全驾驶水平的提升 道路行驶安全性的保障有着重要的意义 参考文献 公安部交通管理局 中华人民共和国道路交通事故统计年报 ( '$3 1$ $" - ' $ 3 1 '# 3*4! ' #!? ' 4! 30 $ '$% '$3 $ % $ ' ' ( 4 70$- 4! =0 ' 4 '#3$ ' '$% $ % =/ % 7 $' - 3''$ ' ( 吴初娜 曾 诚 营运驾驶人应激反应能力研究 交通信息与安全 ( 0 A "0 *'3 $!%' ' ' $ $4! # % ' - '" # $ ' $! 3'$ ' : 3'-$ $ % $3 # ( 王 颖 廖可兵 张 伟 等 = 应用驾驶仿真系统的驾驶人道路险情应对测试 系统仿真学报 ( $ "@ / $ D A$ "! $ 3%' " -!$ # - "%' ' ' $ '$% $ $'% ' $! 3 # - -!$ ( < '$-$ D= " % %' ' $ %$ $ $4! $ - '" '$3 $ '$ $ 3 # 3 - & " ' 3 $ $ (( 5 1/ -$ = 3 3$" $ % % '$ ' $ - $%' " -!$ ' *' % " 3 : ' $ $!7' " #- - -$ $ ' 7' ' - '$ "$ %! 7 " 田新民 田 泉 田 原 = 客车驾驶员驾驶适宜性的动态模拟驾驶测试 公路交通科技 $ 1 $ E $ @ 7' " $4! # 3' $ %' ' 5 %# $- %' " -!$ ' ' $! 3 "5$#$ % '$ ' $ $' $ % 7! - 赵炜华 刘浩学 刘 玮 等 = 城市道路环境中驾驶人应激反应能力研究 中国安全科学学报 A$ / / $' ' ' $4! # 3%' ' '4$ '$% 0 $ $3 # ' $! ) 于增亮 = 基于仿真环境驾驶员临界反应能力的研究 长春 吉林大学 @ A/ %# %' ' ' $!' $ $ $4! # -!$ ' - 0$ "! < ' # 朱为国 = 汽车制动过程时间的分析 北京汽车 )( A $ $!# 3 $ - 4! 4'$B " - > " - )( %$- / 7= 5 3! '$ ' 4 $! $ %$ -$ ' 4'$B " ' ' "= < < ' # 3 1 "$ )) 陈 晨 郑华荣 吴 青 等 特殊环境下营运车辆驾驶人驾驶安全性评价 交通信息与安全 ((( 0 0 A " E &$!$ 3 -- ' $!! %' ' %' " $3 # $! ' - $ ' $!3'$ ' : 3'-$ $ % $3 # ( ((
期 吴初娜 等 驾驶人应激反应能力评价研究 0 %!"! (!" / - %"# 0' & " - %!" <0 $ @<* " " < ( < @ " ( - '$ ' $!"# $' 0 ' $' : 3 "5$#1 '# 3'$ ' > " *= =0 $ $% '$3 $3 # $' 0 '31 '# 3*4! ' # > " *= =0 $!3-4! 0$ "$ < ' # ( $ *= =0 $ : '% ' 3' ' - ' '3 $!%' ' ' $ $4! # % ' - '" # $ $ % '$% '$3 $3 # 3 ' $ '% " 4$ '# 3 3'-$ ' " 5'B "- $ -$ % $' $ ' 3%' ' ' % ' - '" # $ $' $ $!# % $ $!$ - % 3%' ' ' $ $4! # % ' - '" # $ $' %!% " $!$ % 8 ' $ - $!!$ " - % '$ $ '$ # $!!$ "- % $ % $!$ - %! $!# '$ $! #$ % $! % # 3 $!$ - % % 4# "%' " -!$ # -$ % 4#! " $3 %' ' $ % $ % %' ' '! 5 $ $!$ - %!% 3!# $!$ %' ' ' $ $4! # % ' - ' " # $ $!$ - %!% ' % ' 3'%' '! " '$ "$ % $3 #-$ $" - 5!% 3' ' - ' %' ' $3 %' "!! - $! # '$3 " ' "%' '' $ $4! # % ' - '" # $ ' $ - '$ $ '$ # 上接第 页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