梁耘瀚 張慧珺 劉斌 羅逍 胡宏宇

（1.吉林大學(xué)，汽車(chē)仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022；2.中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)發(fā)院，長(zhǎng)春 130013；3.汽車(chē)振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130013）

主題詞：駕駛行為 彎道行駛 實(shí)車(chē)試驗(yàn) 操縱能力分析

1 前言

駕駛員操縱能力測(cè)試分析是提升智能汽車(chē)行駛安全與穩(wěn)定性，使系統(tǒng)高效協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)。操縱能力可通過(guò)主、客觀兩方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。駕駛員的主觀評(píng)價(jià)帶有主觀傾向，且測(cè)試結(jié)束后的問(wèn)卷打分無(wú)法實(shí)時(shí)反映動(dòng)態(tài)變化情況?？陀^評(píng)價(jià)以往主要針對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或駕駛員操縱狀態(tài)的量化結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，駕駛員操縱行為是人-車(chē)-路綜合作用的結(jié)果，因此，通過(guò)逆向分析模仿駕駛員的操控行為來(lái)搭建駕駛員模型更容易使自動(dòng)駕駛汽車(chē)達(dá)到仿人的目的。

彎道行駛是相對(duì)復(fù)雜的操縱過(guò)程，熟練駕駛員在彎道駕駛中的操縱誤差小、駕駛放松、平穩(wěn)性更好。Russo 等研究了道路特征對(duì)駕駛速度的影響；Hallac等研究表明，不同類(lèi)型駕駛員的駕駛行為、習(xí)慣在彎道處較為明顯；Li等提出了一種以連續(xù)機(jī)動(dòng)車(chē)狀態(tài)為識(shí)別參數(shù)的駕駛風(fēng)格精確預(yù)測(cè)模型；徐進(jìn)等通過(guò)心率增長(zhǎng)率研究了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速、駕駛負(fù)荷之間的關(guān)系；Scialfa等針對(duì)新手駕駛員駕駛特點(diǎn)和心理狀態(tài)進(jìn)行研究，證明了新手駕駛員在特殊駕駛情況下，相比于熟練駕駛員反應(yīng)時(shí)間明顯較長(zhǎng)，行駛過(guò)程更不平穩(wěn)；Nakayama 等提出了一種轉(zhuǎn)向熵法來(lái)量化駕駛員的轉(zhuǎn)向行為工作量?，F(xiàn)有的研究大多通過(guò)駕駛模擬器測(cè)試駕駛員的操縱行為，缺乏實(shí)車(chē)場(chǎng)地試驗(yàn)，特別是缺乏針對(duì)復(fù)雜彎道操縱工況的行為量化的深入系統(tǒng)分析，因此有必要對(duì)該方面的研究進(jìn)行進(jìn)一步討論。

基于以上研究背景，本文擬設(shè)計(jì)實(shí)車(chē)場(chǎng)地試驗(yàn)，針對(duì)由簡(jiǎn)至繁的彎道行駛工況變化，解析不同駕駛能力駕駛員的操縱行為特性。試驗(yàn)期間采集并對(duì)比分析彎道行駛過(guò)程中的縱向車(chē)速、縱向加速度、縱向急動(dòng)度、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度增益、轉(zhuǎn)向熵等指標(biāo)，探討不同駕駛能力駕駛員在彎道行駛過(guò)程中的縱向操縱特性與側(cè)向操縱特性差異，深入理解彎道駕駛的操縱行為機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出駕駛員彎道操縱能力分析方法，為智能汽車(chē)個(gè)性化彎道控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與行駛性能的測(cè)試評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)工況及任務(wù)描述

彎道行駛過(guò)程中，駕駛員的操控動(dòng)作呈現(xiàn)規(guī)律性，其控制汽車(chē)的行為都應(yīng)以一定的原則為指導(dǎo)，即使汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)盡可能與預(yù)期軌跡一致。本文實(shí)車(chē)場(chǎng)地測(cè)試采用大曲率彎道工況，使其具有一定的駕駛難度，能夠在駕駛過(guò)程中充分反映不同駕駛能力駕駛員的駕駛特性差異。同時(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)路寬相比，增大試驗(yàn)道路寬度以確保安全，降低心理緊張對(duì)駕駛員操縱能力的影響?；谝陨峡紤]，在試驗(yàn)場(chǎng)地以錐桶擺出大曲率半圓形彎道，彎道兩側(cè)每隔約5 m 放置一個(gè)彩色錐桶，如圖1 所示。本文選取標(biāo)準(zhǔn)化專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)作為試驗(yàn)場(chǎng)地，道路平坦，路況良好，路面摩擦因數(shù)約為0.6。

圖1 實(shí)車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)地與試驗(yàn)工況示意

試驗(yàn)前每位受試駕駛員有20 min 時(shí)間操作測(cè)試車(chē)輛并熟悉駕駛場(chǎng)地。試驗(yàn)開(kāi)始后，令駕駛員在彎道入口處分別以30 km/h、40 km/h、50 km/h的初速度進(jìn)入，駕駛難度由易到難。駕駛員在每一車(chē)速下進(jìn)行2次試驗(yàn)，以降低試驗(yàn)結(jié)果的偶然性。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

實(shí)車(chē)試驗(yàn)平臺(tái)為某國(guó)產(chǎn)品牌中型SUV，配備2.0 L渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和6 擋手自一體變速器。數(shù)據(jù)采集設(shè)備為Vector vn1630a CAN 數(shù)據(jù)記錄儀。試驗(yàn)車(chē)輛開(kāi)放了底層電子穩(wěn)定程序（Electronic Stability Program，ESP）傳感器接口，控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）數(shù)據(jù)記錄儀可以從車(chē)載診斷接口獲取轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、縱向加速度、側(cè)向加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和橫擺角速度等信號(hào)，采樣頻率為1 kHz。

2.3 試驗(yàn)人員

招募12 名身體狀況良好的男性駕駛員作為受試者，分為普通駕駛員與專(zhuān)業(yè)駕駛員2種駕駛員類(lèi)型。其中，專(zhuān)業(yè)駕駛員6人，由整車(chē)廠資深底盤(pán)測(cè)評(píng)師擔(dān)任，駕齡10 年以上，年均駕駛里程超過(guò)1.5×10km；普通駕駛員6 人，均未從事對(duì)駕駛技能有要求的職業(yè)，駕齡1～5年，年均駕駛里程小于1×10km。所有受試者在駕駛測(cè)試前都被要求不應(yīng)飲酒和服用任何藥物，并接受實(shí)車(chē)駕駛測(cè)試程序的指導(dǎo)。

3 車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比分析

車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)是駕駛員操縱行為的直接結(jié)果。通過(guò)對(duì)不同駕駛能力駕駛員在彎道行駛過(guò)程中的縱向操縱特性與側(cè)向操縱特性差異進(jìn)行深入比較分析，可從輸出層面對(duì)駕駛行為進(jìn)行分析描述，并在此基礎(chǔ)上提出駕駛員彎道操縱能力分析方法。車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括縱向車(chē)速、縱向加速度、縱向急動(dòng)度、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度增益、轉(zhuǎn)向熵等指標(biāo)。

3.1 駕駛員轉(zhuǎn)彎的縱向特性結(jié)果分析

3.1.1 速度特性

圖2所示為車(chē)輛在彎道路段的受力分析情況，出現(xiàn)車(chē)輛側(cè)滑現(xiàn)象需要滿足：

圖2 彎道路段車(chē)輛受力情況

式中，、分別為內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的法向力；為車(chē)輛自身重力；F為橫向附著力；F=/()為彎道行駛時(shí)的離心力；為車(chē)速；為重力加速度；為轉(zhuǎn)彎半徑。

發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象的臨界條件為：

式中，為路面摩擦因數(shù)。

從而可得，車(chē)輛側(cè)滑的臨界速度為：

計(jì)算可得本文試驗(yàn)工況測(cè)試車(chē)輛側(cè)滑臨界速度為44.532 km/h。

圖3所示為在不同入彎速度下，不同駕駛能力的駕駛員在彎道行駛過(guò)程中的速度變化情況。由圖3可知：在入彎車(chē)速為30 km/h時(shí)，在14 s中，專(zhuān)業(yè)駕駛員速度下降5.08%，普通駕駛員速度下降22.41%；在入彎車(chē)速為40 km/h 時(shí)，由于操作難度的提高，行駛車(chē)速明顯降低，在12 s 內(nèi)專(zhuān)業(yè)駕駛員速度下降6.35%，普通駕駛員速度下降38.53%；在入彎車(chē)速為50 km/h 時(shí)，由于駕駛難度進(jìn)一步提高，在10 s 內(nèi)，專(zhuān)業(yè)駕駛員略有減速且車(chē)速變化較為平緩，速度下降29.40%，普通駕駛員大幅度減速駛過(guò)彎道，車(chē)速變化較為急劇，速度下降57.29%。

圖3 不同入彎速度下的縱向速度特性

專(zhuān)業(yè)駕駛員在30 km/h、40 km/h車(chē)速進(jìn)入時(shí)基本能保持車(chē)速不變駛過(guò)整個(gè)彎道；在50 km/h車(chē)速下入彎時(shí)，由于車(chē)速超過(guò)車(chē)輛側(cè)滑臨界車(chē)速，駕駛難度大幅提高，專(zhuān)業(yè)駕駛員小幅降速，以低于側(cè)滑臨界車(chē)速的速度駛過(guò)彎道，而普通駕駛員入彎后通常會(huì)采取大幅減速操作以保證行車(chē)穩(wěn)定。普通駕駛員速度分布范圍大，駕駛員操作差異大，彎道行駛時(shí)駕駛表現(xiàn)波動(dòng)較大；專(zhuān)業(yè)駕駛員速度分布范圍較小，彎道行駛時(shí)行為一致性強(qiáng)，對(duì)車(chē)輛的操控相似。因此，彎道行駛過(guò)程平均縱向車(chē)速變化數(shù)據(jù)可用于分析駕駛員操縱能力。

3.1.2 縱向加速度

在彎道行駛過(guò)程中，隨著制動(dòng)減速度增加，駕駛員的轉(zhuǎn)向傾向于更劇烈。圖4所示為平均縱向加速度特性曲線，由圖4 可以看出，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均縱向加速度均比普通駕駛員更接近零，即專(zhuān)業(yè)駕駛員在彎道行駛過(guò)程中縱向速度變化更小，控制更穩(wěn)定。在30 km/h 的入彎速度下，普通駕駛員的平均減速度略大于專(zhuān)業(yè)駕駛員，約為0.166 m/s；在40 km/h的入彎速度下，由于駕駛難度提高，此時(shí)普通駕駛員需要較為明顯的減速，以順利通過(guò)彎道；以50 km/h的車(chē)速駛?cè)霃澋罆r(shí)，由于駕駛?cè)蝿?wù)難度進(jìn)一步增加，專(zhuān)業(yè)駕駛員和普通駕駛員的平均減速度均比車(chē)速較低時(shí)明顯增大，普通駕駛員在該工況下需要以較大的減速度將車(chē)速降低以安全駛過(guò)彎道。

由圖4可知，各車(chē)速下專(zhuān)業(yè)駕駛員的縱向加速度分布范圍均小于普通駕駛員，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的縱向加速度分布范圍均隨著車(chē)速的增大而增大，且兩類(lèi)駕駛員之間的縱向操縱差異增大。結(jié)果表明，專(zhuān)業(yè)駕駛員對(duì)車(chē)速變化的控制更平穩(wěn)，在彎道中行駛能夠維持較小且穩(wěn)定的減速度，普通駕駛員為保證安全以較大的減速度在彎道中行駛，尤其是在有難度的駕駛?cè)蝿?wù)中，減速度明顯大于專(zhuān)業(yè)駕駛員。因此，彎道行駛過(guò)程中的縱向加速度變化也可用于分析駕駛員彎道操縱能力。

圖4 不同入彎速度下的縱向加速度特性

3.1.3 縱向急動(dòng)度

急動(dòng)度是加速度的變化率，通?？捎米餍旭傔^(guò)程中的舒適性指標(biāo)。圖5所示為縱向急動(dòng)度曲線，從圖5中可以看出：以30 km/h的速度駛?cè)霃澋罆r(shí)，專(zhuān)業(yè)駕駛員和普通駕駛員的平均縱向急動(dòng)度都非常小，接近于零，且波動(dòng)很??；以40 km/h的速度駛?cè)霃澋罆r(shí)，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均縱向急動(dòng)度也接近于零，此時(shí)數(shù)值存在小的波動(dòng)，普通駕駛員的平均縱向急動(dòng)度也存在一定的波動(dòng)；以50 km/h的速度駛?cè)霃澋罆r(shí)，駕駛?cè)蝿?wù)難度增大，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均縱向急動(dòng)度隨之增大，且急動(dòng)度波動(dòng)也有所增大，該工況下駕駛員操縱車(chē)輛的舒適性與前2種工況相比有所下降，普通駕駛員平均縱向急動(dòng)度與前2種工況相比明顯增大，波動(dòng)也更為明顯，該工況的任務(wù)難度大，普通駕駛員操縱車(chē)輛的舒適性下降明顯。

圖5 不同入彎速度下的縱向急動(dòng)度特性

總的來(lái)說(shuō)，在各車(chē)速下，專(zhuān)業(yè)駕駛員操作車(chē)輛的平均縱向急動(dòng)度均略小于普通駕駛員，專(zhuān)業(yè)駕駛員駕駛車(chē)輛時(shí)更平穩(wěn)舒適；而隨著入彎速度的提高，駕駛?cè)蝿?wù)難度增大，平均縱向急動(dòng)度也隨之增大，舒適性有所下降。從圖5中分布范圍對(duì)比情況可以看出，專(zhuān)業(yè)駕駛員的縱向急動(dòng)度分布范圍較普通駕駛員小。因此，縱向急動(dòng)度可以用來(lái)分析駕駛員的彎道操縱能力。

3.2 駕駛員轉(zhuǎn)彎的側(cè)向特性結(jié)果分析

不同于直道工況下車(chē)速基本只受油門(mén)和制動(dòng)踏板控制的影響，彎道行駛時(shí)汽車(chē)行駛狀態(tài)還會(huì)受到轉(zhuǎn)向盤(pán)控制的影響，增加了駕駛員在彎道中控制車(chē)輛的難度，需要縱、側(cè)向協(xié)同操縱，隨著入彎速度的提高，汽車(chē)操作難度會(huì)進(jìn)一步上升。

3.2.1 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角

圖6所示為轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角曲線，從圖6a中可以看出，在30 km/h的入彎速度下，專(zhuān)業(yè)駕駛員的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角在4 s內(nèi)快速增大至100°左右，隨后一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。這表明，入彎過(guò)程中專(zhuān)業(yè)駕駛員能夠較為迅速地調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)使其達(dá)到合適的轉(zhuǎn)角，以適應(yīng)彎道曲率；而之后的轉(zhuǎn)彎過(guò)程轉(zhuǎn)向動(dòng)作穩(wěn)定，使車(chē)輛能夠較好地按照預(yù)期軌跡穩(wěn)態(tài)行駛。普通駕駛員入彎過(guò)程調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)較為緩慢，無(wú)法準(zhǔn)確快速地找到合適的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角以適應(yīng)彎道曲率，完成彎道行駛?cè)蝿?wù)所需的轉(zhuǎn)向盤(pán)平均轉(zhuǎn)角峰值大于專(zhuān)業(yè)駕駛員，約為170°，整個(gè)過(guò)程缺少較為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角在時(shí)序上的分布也比專(zhuān)業(yè)駕駛員的更大。

圖6 不同入彎速度下的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角特性

在40 km/h 的入彎速度下，如圖6b 所示，雖然此時(shí)駕駛?cè)蝿?wù)難度略有增大，但專(zhuān)業(yè)駕駛員仍可快速入彎，使平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角在4 s 內(nèi)快速增大至115°左右，隨后處于小范圍修正階段，使車(chē)輛能夠按照預(yù)期的彎道軌跡通過(guò)。普通駕駛員在該工況下轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角增大的速度仍然小于專(zhuān)業(yè)駕駛員，由于其彎道行駛過(guò)程減速度較大，轉(zhuǎn)彎過(guò)程平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角峰值達(dá)到175°，與專(zhuān)業(yè)駕駛員差別顯著，且轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角分布大于專(zhuān)業(yè)駕駛員。

在50 km/h 的入彎速度下，如圖6c 所示，專(zhuān)業(yè)駕駛員同樣可實(shí)現(xiàn)快速入彎，并較平順地完成轉(zhuǎn)向操縱，平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角峰值約為160°。普通駕駛員幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速過(guò)彎，其減速幅度明顯，故轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化狀態(tài)與40 km/h工況下類(lèi)似，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角分布范圍同樣較大。

結(jié)合上述分析，彎道行駛過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的明顯差異表明，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化可用于分析駕駛員彎道操縱能力。

3.2.2 側(cè)向加速度

圖7 所示為不同入彎車(chē)速下專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的側(cè)向加速度。如圖7a所示，在30 km/h入彎速度下，理論側(cè)向加速度約為2.67 m/s，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的平均最大側(cè)向加速度均十分接近該理論值，2類(lèi)駕駛員都能理想地完成彎道任務(wù)。對(duì)比可知，普通駕駛員的側(cè)向加速度分布范圍更大，個(gè)體間操作差異較大。

從圖7b 中可以看出，在40 km/h 的入彎速度下，理論側(cè)向加速度值約為4.75 m/s，專(zhuān)業(yè)駕駛員在彎道行駛過(guò)程的平均側(cè)向加速度高于普通駕駛員。較30 km/h入彎工況，駕駛?cè)蝿?wù)難度有所提高，2 類(lèi)駕駛員的側(cè)向加速度分布范圍都有較明顯的增大，同樣地，普通駕駛員的分布范圍更大，駕駛員個(gè)體操作差異性較大。

如圖7c所示，在具有難度的50 km/h入彎速度工況下，車(chē)輛易失穩(wěn)側(cè)滑，理論側(cè)向加速度約為7.42 m/s，此時(shí)，結(jié)合前文的分析，為了保證安全地通過(guò)彎道，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的平均側(cè)向加速度均明顯低于該理論值。同時(shí)，專(zhuān)業(yè)駕駛員在該工況下行駛的平均側(cè)向加速度明顯大于普通駕駛員。由于駕駛難度的進(jìn)一步增大，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的側(cè)向加速度分布范圍都較大，駕駛員個(gè)體間操作差異也都較大。

圖7 不同入彎速度下的側(cè)向加速度特性

3.2.3 橫擺角速度

橫擺角速度代表車(chē)輛行駛方向的穩(wěn)定性。圖8 所示為不同入彎車(chē)速下的平均橫擺角速度及其分布隨時(shí)間變化的關(guān)系。如圖8a 所示：在30 km/h 的入彎車(chē)速下，專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的平均橫擺角速度差異不大，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均橫擺角速度峰值較普通駕駛員略小；專(zhuān)業(yè)駕駛員進(jìn)入彎道后，平均橫擺角速度可以在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，普通駕駛員的橫擺角速度分布范圍較大，駕駛員個(gè)體之間操作差異較明顯。

由圖8b 可知：在40 km/h 的入彎車(chē)速下，駕駛?cè)蝿?wù)難度增大，專(zhuān)業(yè)駕駛員和普通駕駛員的平均橫擺角速度比30 km/h 時(shí)的大；同樣的，專(zhuān)業(yè)駕駛員進(jìn)入彎道后，平均橫擺角速度也可在一段時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均橫擺角速度峰值略小于普通駕駛員，普通駕駛員的橫擺角速度分布范圍更大，個(gè)體間操作差異更大。

從圖8c 中可以看出：在50 km/h 的入彎車(chē)速下，隨著駕駛?cè)蝿?wù)難度的進(jìn)一步增大，專(zhuān)業(yè)駕駛員的平均橫擺角速度增大，平均橫擺角速度的穩(wěn)定段不明顯，但也體現(xiàn)出變化的相對(duì)平滑性；普通駕駛員由于無(wú)法完成高速過(guò)彎任務(wù)，大幅降低車(chē)速才能較為平順地通過(guò)彎道，因此，普通駕駛員的平均橫擺角速度均值曲線與40 km/h時(shí)類(lèi)似，且普通駕駛員的橫擺角速度分布范圍明顯更大，駕駛員個(gè)體之間操作差異更為明顯。

圖8 不同入彎車(chē)速下的橫擺角速度

3.2.4 操縱穩(wěn)定性

圖9 所示為不同入彎車(chē)速下側(cè)向操縱橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的關(guān)聯(lián)特性。由圖9a 可以看出，30 km/h入彎速度下，專(zhuān)業(yè)駕駛員進(jìn)入彎道后能將橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的關(guān)系控制在線性區(qū)域內(nèi)，橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的相關(guān)性很高，普通駕駛員橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角線性相關(guān)程度略低于專(zhuān)業(yè)駕駛員。

從圖9b 中可看出，在40 km/h 的入彎速度下，專(zhuān)業(yè)駕駛員同樣可以在進(jìn)入彎道后將橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的關(guān)系控制在線性區(qū)域內(nèi)，此時(shí)橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角回歸直線的相關(guān)性也很高，系數(shù)為0.976 8，而普通駕駛員橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角回歸直線的相關(guān)系數(shù)為0.884 4，線性程度略低于專(zhuān)業(yè)駕駛員。

圖9c 顯示，在有難度的50 km/h 的入彎速度下，專(zhuān)業(yè)駕駛員仍可在進(jìn)入彎道后將橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的關(guān)系控制在線性區(qū)域內(nèi)，橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角曲線的回歸直線的相關(guān)性很高，系數(shù)為0.976 2。專(zhuān)業(yè)駕駛員經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)于車(chē)輛運(yùn)動(dòng)特性、橫擺位姿更為了解，進(jìn)而有更快、更精準(zhǔn)的操縱響應(yīng)，能進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向調(diào)整。普通駕駛員橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角回歸直線的相關(guān)系數(shù)為0.774 5，線性程度明顯低于專(zhuān)業(yè)駕駛員。普通駕駛員對(duì)于高速過(guò)彎的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不甚了解，操作控制精度較低。因此，通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，從入彎、出彎的橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的關(guān)聯(lián)特性參數(shù)數(shù)值分析來(lái)看，彎道行駛過(guò)程中專(zhuān)業(yè)駕駛員與普通駕駛員的操作差異顯著，橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角關(guān)聯(lián)特性可用于分析評(píng)價(jià)駕駛員彎道操縱能力。

圖9 不同入彎車(chē)速下側(cè)向操縱橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角關(guān)聯(lián)特性

3.3 轉(zhuǎn)向熵

轉(zhuǎn)向熵法用于量化駕駛員轉(zhuǎn)向行為的平穩(wěn)程度，駕駛員的操縱控制越平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向熵越小。從轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)的時(shí)間歷程中獲得轉(zhuǎn)向熵，使用當(dāng)前待求時(shí)刻的前3個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的轉(zhuǎn)向角(-3)、(-2)、(-1)對(duì)時(shí)間(-1)的二階泰勒展開(kāi)獲得當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向角()（即如果非常平穩(wěn)地執(zhí)行轉(zhuǎn)向，可能獲得的轉(zhuǎn)向角）：

實(shí)際轉(zhuǎn)向角()和()間的差值定義為預(yù)測(cè)誤差()：

預(yù)測(cè)誤差頻率分布的90 百分位值記為，根據(jù)將預(yù)測(cè)誤差的頻率分布以-5、-2.5、-、-0.5、0.5、、2.5、5劃分為9 個(gè)區(qū)域，p(=1,2,3,…,9)表示預(yù)測(cè)誤差()在第個(gè)區(qū)域的比例，則轉(zhuǎn)向熵計(jì)算公式為：

圖10所示為不同車(chē)速下專(zhuān)業(yè)與普通駕駛員的彎道過(guò)程轉(zhuǎn)向熵對(duì)比，從圖10 可知，2 類(lèi)駕駛員在3 個(gè)不同入彎速度時(shí)的轉(zhuǎn)向熵隨著入彎速度的增大而增加，說(shuō)明隨著駕駛?cè)蝿?wù)難度的增加，2類(lèi)駕駛員的操縱平穩(wěn)程度都略有下降。專(zhuān)業(yè)駕駛員轉(zhuǎn)向熵在0.40～0.60范圍內(nèi)變化，普通駕駛員轉(zhuǎn)向熵在0.42～0.70范圍內(nèi)變化，普通駕駛員的轉(zhuǎn)向熵隨入彎速度的增加呈現(xiàn)更明顯的增大趨勢(shì)。在0.05的置信水平下，專(zhuān)業(yè)駕駛員和普通駕駛員的轉(zhuǎn)向熵存在顯著差異。獨(dú)立樣本檢驗(yàn)結(jié)果為：30 km/h時(shí)，=0.015 1＜0.05；40 km/h 時(shí)，=0.013 2＜0.05；50 km/h時(shí)，=0.012 4＜0.05。因此，轉(zhuǎn)向熵法可用于分析評(píng)價(jià)駕駛員彎道操縱能力差異。

圖10 不同車(chē)速下專(zhuān)業(yè)與普通駕駛員的彎道過(guò)程轉(zhuǎn)向熵

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)在實(shí)際車(chē)輛試驗(yàn)中的不同速度條件的彎道駕駛事件中提取車(chē)輛操控?cái)?shù)據(jù)，研究車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，探究駕駛員彎道操縱能力差異的分析方法。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)車(chē)場(chǎng)地試驗(yàn)，采集并對(duì)比分析普通駕駛員和專(zhuān)業(yè)駕駛員的縱向操縱特性和側(cè)向操縱特性差異，提出駕駛員彎道操縱能力分析方法。結(jié)果表明：普通駕駛員和專(zhuān)業(yè)駕駛員彎道行駛過(guò)程中的縱向速度、縱向加速度、縱向急動(dòng)度、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度、轉(zhuǎn)向熵值指標(biāo)有明顯差異，上述指標(biāo)可以用于分析駕駛員彎道操縱能力。

本文通過(guò)縱向減速特性、側(cè)向操縱穩(wěn)定性方面的分析，客觀評(píng)價(jià)了不同類(lèi)型駕駛員的操縱能力，研究結(jié)果可為個(gè)性化駕駛研究提供技術(shù)支撐。為此，下一步將在更多路況下對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證和完善，同時(shí)將本文方法擴(kuò)展應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)行駛性能的測(cè)試評(píng)價(jià)方面。