劉 婷， 裴 霏， 王 倩

(西安交通工程學院 土木工程學院， 西安 710300)

相關事故統(tǒng)計報告表明，超速是平曲線事故發(fā)生及增加事故嚴重程度的重要因素，而超速往往與駕駛員的“速度感知”有關。行車過程中，實時車速的獲取是駕駛員多知覺(視覺、聽覺、觸覺等)綜合感知的結果?；诖?，從“路”的角度出發(fā)，道路結構特性、路側環(huán)境、幾何特性等都會影響速度感知結果。道路結構特性方面，有學者[1-5]從視覺感知的角度出發(fā)，研究了減速標線、路面色彩、路面寬度、路肩等因素對速度感知的影響。路側環(huán)境方面，有學者[6-8]通過對路側行道樹、冰雪天氣、霧天等因素的研究，發(fā)現(xiàn)隨著路側參照物的豐富，駕駛員的速度感會增強。道路幾何特性方面，程國柱等[9]通過回歸分析實車數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：當車速大于100 km/h時，感知車速與平曲線半徑呈現(xiàn)較強的相關性，與縱坡大小無關。Deton[10]研究了直線路段上駕駛員的“速度適應性”現(xiàn)象，即前一時刻運動狀態(tài)的殘留影像會影響當下的車速感知。余博等[11]從駕駛員視覺感知的角度出發(fā)，綜合考慮視覺車道信息和視覺路側環(huán)境信息，建立了基于道路幾何信息感知的車速預測模型。Milosevic等[12]發(fā)現(xiàn)駕駛員在小半徑曲線的中間部分會低估車速，當車速較高時低估程度會更嚴重。有學者認為曲線路段駕駛員低估車速可能與入彎前的減速行為有關。對于設計指標不連續(xù)的路段或其他進入彎道前需要大幅降低車速的情況，由于速度慣性的存在，減速后的感知車速會遠低于自身車速[13]。相關事故資料也表明,入彎前顯著降低車速的平曲線路段的確存在更突出的安全問題[14]。因此，研究曲線路段駕駛員速度感知規(guī)律對提高道路安全水平有重要意義。目前關于線形條件與車速感知關系的研究較少，且針對曲線路段感知車速的研究多集中于某一固定的點位。

本文選取不同半徑的曲線路段為研究對象，開展室內(nèi)試驗，分別采集各曲線段上不同特征點位處的感知車速與實際車速，并對特征點位處車速感知誤差程度進行量化分析，得到曲線路段車速感知誤差變化規(guī)律。

1 模擬駕駛試驗設計

1.1 模型構建

采用三維虛擬現(xiàn)實仿真軟件UC-win/Road構建模擬駕駛場景模型。模擬駕駛場景選取設計速度為100 km/h的雙向4車道高速公路，車道寬3.75 m。根據(jù)《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)中極限最小半徑的規(guī)定，兼顧現(xiàn)有公路設計指標，增設稍大的圓曲線半徑，最終選取曲線半徑R依次為400 m、500 m、650 m、800 m、1 000 m。為避免其他因素可能對感知車速帶來影響，控制試驗段路側環(huán)境單調(diào)、縱坡小于2%。超高過渡采用線性內(nèi)插法。路段交通流為自由流。為保證車輛進入平曲線時具有一定的速度，平曲線路段前設置長2 km的直線路段。曲線入彎點附近模擬道路場景如圖1所示。

1.2 試驗設計

1) 受試者選取

面向社會公開招募22名駕駛員，其中男性19名，女性3名。受試者年齡分布為24歲～62歲，平均年齡38.9歲，實際駕齡為3年～27年，平均駕齡為10.2年。總體上，駕駛員經(jīng)驗豐富，駕齡較長，年齡適中。

圖1 模擬道路場景

2) 觀測點選取

選取曲線要素點(ZH、QZ、HZ點)作為感知車速觀測點。此外，在直線段上增設未看到曲線以及剛看到曲線的點位作為觀測點。

根據(jù)注視距離與車速的關系[8]，當車速為100 km/h時，駕駛員注視點集中在道路前方560 m的位置。將ZH點反向推560 m獲取直線段駕駛員剛好看到平曲線的位置Q點樁號，將Q點反向推400 m得到直線段上的另一點P點樁號。感知速度觀測點位如圖2所示。

圖2 感知車速觀測點

3) 試驗步驟

(1) 駕駛員熟悉駕駛模擬器的剎車油門、檔位位置及基本操作，體驗模擬駕駛情況下不同速度的感受。

(2) 遮蓋儀表盤，隨機打開不同半徑的道路模型文件，讓駕駛員自由行駛，當車輛到達觀測點時，詢問其感知車速。

(3) 試驗員記錄整理觀測點位置處的感知車速數(shù)據(jù)，軟件內(nèi)置插件可實時記錄試驗段全程實際車速。

(4) 重復步驟(2)～(3)，直至駕駛員開完所有試驗段為止。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 分析指標的選取

采用Vp表示感知車速，Vt表示實際車速,定義D為車速感知誤差程度值，表達式如下：

(1)

當D<0時，表明駕駛員低估自身車速；當D>0時，表明駕駛員高估自身車速。均值能夠反映出感知車速變化的整體趨勢，具有較強的抗干擾性而被眾多學者作為分析指標[15]。據(jù)此，式(1)中實際車速和感知車速均取均值。

2.2 感知速度變化規(guī)律

室內(nèi)試驗共獲取22位受試者合計550個特征點位的感知車速與實際車速值，將各特征點位的實際速度與感知速度值取均值，統(tǒng)計結果如表1所示。計算各感知車速觀測點感知車速誤差D，結果如圖3所示。

表1 實際車速與感知車速均值

圖3 特征點位車速感知誤差值

由表1及圖3可以看出，各點位感知車速基本都是低于實際車速的。當實際車速增加或降低時，感知車速也會相應變化。車速感知誤差D隨里程的變化大致呈“U”型。直線上P點車速低估值約為7%，Q點車速低估值有所減小，直緩點ZH車速低估程度達到最大，進入曲線后車速估計準確性逐漸提高。不同半徑的平曲線路段直緩點最大低估值為11.57%，最小低估值為10.32%。通過Pearson相關性分析顯示，直緩點車速低估程度與半徑無顯著相關關系(P=0.621，sig=0.263)。出彎處車速低估程度進一步減輕，甚至出現(xiàn)輕微的高估車速，出彎處線形變得緩直，駕駛員普遍存在加速行為，雖然實際行駛速度沒有顯著提升，但駕駛員可能感覺速度有所增加。

3 實地試驗

3.1 試驗設計

綜合室內(nèi)外路線設計資料及實地調(diào)查情況，在陜西咸旬高速選取線形指標與室內(nèi)場景基本一致的路段開展實地試驗。因室內(nèi)試驗中半徑400 m是規(guī)范規(guī)定的極限指標，而目前高速公路設計指標普遍偏高。因此室外線形指標無法做到與室內(nèi)一一對應。最終選取試驗段指標如表2所示。咸旬高速公路位于銀百高速(G69)陜西段北段，雙向4車道標準建設，設計速度80 km/h～100 km/h，于2011年建成通車，道路服務水平為一級，交通流為自由流。為保證室內(nèi)外試驗的一致性，邀請參加模擬試驗的22名駕駛員參與實地試驗。試驗車輛選取大眾帕薩特，采用USBCAN-OBD數(shù)據(jù)采集接口及其配套分析軟件ECAN Tools，直接解析車輛實時車速、發(fā)動機轉速等數(shù)據(jù)。

表2 實地試驗段線形指標

3.2 數(shù)據(jù)處理與分析

將感知車速和實際車速數(shù)據(jù)進行均值化處理，結果如表3所示。計算各點車速感知誤差D，結果如圖4所示。

由表3及圖4可以看出：試驗段各點位的感知車速低于實際車速，且二者呈正相關關系。車速感知誤差D隨里程的變化大致呈“U”型。直線上Q點處車速感知誤差約為5%，直緩點ZH車速低估程度達到最大，進入曲線后車速低估程度逐漸減輕。不同半徑曲線段直緩點最大低估值為8.25%，最小低估值為6.17%。出彎處車速低估程度進一步減輕，車速估計誤差D程度與直線路段相當。

表3 實地試驗實際車速與感知車速均值

圖4 實地試驗特征點車速感知誤差

4 室內(nèi)外數(shù)據(jù)對比分析

對比室內(nèi)外數(shù)據(jù)可以看出：

1) 室內(nèi)試驗與戶外試驗段車速感知誤差隨里程的變化規(guī)律基本一致。即感知誤差與平曲線里程關系大致呈“U”型，直線路段駕駛員對車速有輕微的低估，直緩點ZH車速低估程度有所加劇，經(jīng)過曲中點QZ后，車速低估程度逐漸減輕。入彎點附近車速低估可能有以下2點原因：(1) 駕駛員一般在進入彎道前會存在減速行為，當平曲線半徑較小和車速較高時尤為如此。由于速度慣性的存在，減速后，前一時刻高速運動物體的殘留印象會讓駕駛員感覺此時視野中物體運動速度變得很慢，此時車速降低不大，但駕駛員卻會認為車速降低了很多。(2) 駕駛員視野會隨著車速的增加而變窄，使得道路在視野的占比提高。相關數(shù)據(jù)表明：在雙向6車道高速公路上以100 km/h的速度行駛時，路面在視野中所占比例會達到30%，空間占比為50%，公路兩側占比小于20%。當路側環(huán)境單調(diào)且車速較高時，公路主體是駕駛員速度感知的重要信息。車輛由直線路段進入曲線時，駕駛員視點前移，道路在視野中的占比減小會使駕駛員對速度產(chǎn)生誤判。

2) 戶外實地駕駛情形下，直線路段車速低估程度較室內(nèi)小。直線路段模擬場景下車速低估程度為7%左右，而戶外實地試驗中車速低估程度為5%左右。這是因為戶外環(huán)境無法像室內(nèi)那樣進行嚴格控制，路側參照物豐富多變，戶外實際的車輛駕駛體驗一定程度上提高了車速感知的準確性。

5 結論

1) 駕駛員對車速的感知是不準確的，一般情況下會低估車速。通過戶外實地駕駛數(shù)據(jù)分析，可得出路側環(huán)境較單調(diào)的4車道高速公路上，直線路段駕駛員會將車速低估5%左右。

2) 曲線入彎點附近是駕駛員車速低估最嚴重的位置，室內(nèi)模擬駕駛和戶外實地駕駛試驗中，曲線入彎點附近車速低估程度分別為11%和7%左右。

3) 不同半徑曲線路段，速度感知誤差隨里程的變化規(guī)律基本一致。即曲線入彎點附近車速低估程度最大，經(jīng)過曲中點后，車速感知準確性逐漸提高。