基于道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的私家車制動(dòng)行為研究

杜建波，徐月云，賀可勛，謝振凱

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300)

基于道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的私家車制動(dòng)行為研究

杜建波，徐月云，賀可勛，謝振凱

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300)

制動(dòng)行為的研究不僅可以應(yīng)用于交通事故處理中，還可應(yīng)用于許多汽車安全性能檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和標(biāo)定中。以31個(gè)城市1 314輛私家車為數(shù)據(jù)采集樣本，獲取道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行制動(dòng)行為分析。結(jié)果表明：在國(guó)內(nèi)，私家車正常制動(dòng)行為的初速度普遍在低速范圍內(nèi)，75%以上制動(dòng)行為的制動(dòng)距離在90 m以內(nèi)；制動(dòng)行為存在區(qū)域差異，對(duì)比東北地區(qū)，長(zhǎng)江以南的制動(dòng)行為的初速度要更加大；與晴天駕駛環(huán)境相比，下雪天駕駛員會(huì)使用降低制動(dòng)初速度的保守駕駛來彌補(bǔ)道路附著系數(shù)減小帶來的制動(dòng)距離增加。最后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)給出了制動(dòng)初速度和制動(dòng)距離的關(guān)系模型，供后續(xù)制動(dòng)行為分析和相關(guān)研究使用。

制動(dòng)行為；道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；制動(dòng)初速度；制動(dòng)距離

0 引言

汽車追尾事故在事故總數(shù)中所占比例非常高，在國(guó)外，占25%～40%[1]；在國(guó)內(nèi)占到20%左右,在高速公路和隧道中分別占到49%和67%[2]。有研究表明：在采集的事故樣本中，當(dāng)前方存在突發(fā)狀況時(shí)，47%駕駛?cè)宋茨軌蚴褂米銐虻闹苿?dòng)力，78%駕駛?cè)宋茨苓_(dá)到最大的制動(dòng)踏板力[3]。所以緊急工況下，如果駕駛?cè)四軠?zhǔn)確及時(shí)地釋放制動(dòng)操作可降低交通安全事故的發(fā)生概率。因此導(dǎo)致這類事故的原因有兩個(gè)：(1)車距過近；(2)駕駛員制動(dòng)過程中剎車力度不夠。汽車制動(dòng)行為是指人們通過踏下制動(dòng)踏板使汽車迅速降低車速直至停車的行為。制動(dòng)行為的研究不僅可以應(yīng)用于交通事故處理中,還可以應(yīng)用于許多汽車安全性能檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和標(biāo)定中。一直以來，人們對(duì)汽車制動(dòng)性能的研究主要從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行[4]。在理論研究方面，已經(jīng)取得了一定的成就，并且制定了各種關(guān)于汽車制動(dòng)試驗(yàn)的方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。但是，由于汽車的實(shí)際制動(dòng)過程受到很多因素的影響，依賴于傳統(tǒng)理論分析制動(dòng)過程需要做出簡(jiǎn)化，忽略掉較多因素，因此這種定量分析汽車制動(dòng)過程并不能真實(shí)反映汽車制動(dòng)的實(shí)際工況。

鑒于此，作者依托中國(guó)汽車工況信息化系統(tǒng)，在汽車上安裝數(shù)據(jù)采集終端，采集私家車車輛實(shí)際道路行駛工況數(shù)據(jù)，通過分析道路實(shí)際采集車輛制動(dòng)的制動(dòng)力和充分發(fā)出的平均減速度等參數(shù)，研究車輛實(shí)際道路的制動(dòng)行為，最后建立的車輛實(shí)際道路上制動(dòng)行為中的速度和行駛距離關(guān)系，為車輛開發(fā)和降低交通事故提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

文中使用的數(shù)據(jù)來源于汽車道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的獲取和處理流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程

1.1 數(shù)據(jù)采集

利用車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。該車載數(shù)采系統(tǒng)通過GPS(全球定位系統(tǒng))獲取行駛車輛的實(shí)時(shí)定位參數(shù)，通過CAN總線接收車輛的行駛參數(shù)。數(shù)據(jù)采集后將參數(shù)編排成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議，并按照設(shè)定的發(fā)送速率將行駛數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中國(guó)工況信息化系統(tǒng)通信模塊。數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。中國(guó)汽車工況信息化系統(tǒng)有專門的大容量通信引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析，解析后的數(shù)據(jù)按照分類進(jìn)入中國(guó)汽車工況信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 數(shù)據(jù)采集流程

采集車輛涵蓋31個(gè)城市的1 314輛私家車，采集數(shù)據(jù)總里程共計(jì)約76.7×104km，各城市采集數(shù)據(jù)詳情如圖3所示。

圖3 采集城市和里程圖

1.2 數(shù)據(jù)處理

車輛從起步出發(fā)至目的地停車，受道路交通狀況影響，中間可能要經(jīng)歷多次的停車和起動(dòng)。車輛從一個(gè)怠速開始到下一個(gè)怠速開始的運(yùn)動(dòng)定義為短行程，短行程起始點(diǎn)t時(shí)刻的車速vt=0，且前1 s的車速vt-1>0。運(yùn)動(dòng)段指不含怠速段的短行程，而且起始車速和終點(diǎn)車速均為0。

數(shù)據(jù)采集過程中，由于采樣設(shè)備的原因(如 GPS 在山區(qū)或隧道內(nèi)丟失信號(hào)、儀器本身具有一定的零漂)、人為因素或者受到其他不可抗因素的影響，難免有一些采集到的數(shù)據(jù)是不合理的或是無效的，因此需要對(duì)原始車速數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，篩選出有效的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的研究工作。

數(shù)據(jù)預(yù)處理從以下幾方面進(jìn)行：

(1)我國(guó)交通法規(guī)規(guī)定最高車速不能大于120 km/h，考慮到車輛在高速路上行駛時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)一定程度的超速問題，將片段的最高車速設(shè)置為130 km/h。

(2)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)處的加速度值均在-4.5～4 m/s2之間。因?yàn)楫?dāng)車輛的加速度大于4 m/s2時(shí)，相當(dāng)于其車速在1 s內(nèi)增加了超過14 km/h，這種情況在正常行駛條件下是不太可能發(fā)生的，因此這樣的數(shù)據(jù)是不合理的，應(yīng)予以修正。同樣的道理，當(dāng)加速度小于-4.5 m/s2時(shí)，數(shù)據(jù)也是不合理的，也應(yīng)予以修正。

(3)當(dāng)車輛的怠速持續(xù)時(shí)間超過200 s時(shí)，應(yīng)當(dāng)是出現(xiàn)了正常駕駛以外的情況(如駕駛員將試驗(yàn)車輛怠速停靠在路邊進(jìn)行休息，而GPS仍在連續(xù)記錄車速信息的情況)，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)是不合理的，對(duì)這樣的數(shù)據(jù)也進(jìn)行了剔除或修正，否則會(huì)導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)怠速比例偏高、平均車速偏低，影響最終開發(fā)出的工況的代表性。

(4)針對(duì)GPS“跟隨”問題和數(shù)據(jù)上傳不連續(xù)問題，分別制定了均速比例規(guī)則和數(shù)據(jù)缺失率規(guī)則。

(5)文中還設(shè)定了一些其他的篩選條件，如短行程的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于10 s、短行程的最大車速不應(yīng)小于5 km/h等。

1.3 制動(dòng)行為特征

汽車制動(dòng)行為是指人們通過踏下制動(dòng)踏板使汽車迅速降低車速直至停車的行為。根據(jù)數(shù)據(jù)處理后的短片段計(jì)算1 s一次的加速度，從最后一短片段點(diǎn)開始前推，直至首次加速度為正值，確定此點(diǎn)為制動(dòng)行為的初速度點(diǎn)，記錄速度值和時(shí)間點(diǎn)，便于后續(xù)計(jì)算。

GB12676-2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的制動(dòng)系統(tǒng)性能是在規(guī)定的條件下，通過測(cè)量相應(yīng)的初速度下的制動(dòng)距離和/或充分發(fā)出的平均減速度來確定[5-6]。充分發(fā)出的平均減速度aMFDD按下列公式計(jì)算：

aMFDD=(vb-ve)/25.92×(se-sb) (m/s2)

式中：v為試驗(yàn)車制動(dòng)初速度，km/h；ve為0.8v試驗(yàn)車速，km/h；vb為0.1v試驗(yàn)車速，km/h；sb為試驗(yàn)車速?gòu)膙到ve的行駛距離；se為試驗(yàn)車速?gòu)膙到vb行駛距離。

制動(dòng)距離是指駕駛員開始促動(dòng)制動(dòng)控制裝置時(shí)起到車輛停止時(shí)車輛所駛過的距離。制動(dòng)初速度是指駕駛員開始促動(dòng)制動(dòng)控制裝置時(shí)的車輛速度。

2 私家車制動(dòng)行為分析

2.1 全國(guó)制動(dòng)行為分析

制動(dòng)初速度反映了駕駛行為中制動(dòng)行為的激烈程度。通過全國(guó)私家車制動(dòng)初速的分布可知，在全國(guó)范圍內(nèi)制動(dòng)的初速度多在0～20 km/h的速度區(qū)域。其中5～10 km/h的制動(dòng)初速度出現(xiàn)的頻率最高達(dá)到16%，0～5 km/h、10～15 km/h的制動(dòng)初速度出現(xiàn)的頻率分別占13%和12%。制動(dòng)初速度大于75 km/h的急剎車出現(xiàn)的頻率很低，如圖4所示。

圖4 制動(dòng)初速度分布

從制動(dòng)距離上看(見圖5)，大部分的制動(dòng)距離在0～10 m之間，制動(dòng)距離大于150 m的制動(dòng)行為出現(xiàn)的頻率很低，制動(dòng)距離在50～70 m內(nèi)出現(xiàn)的頻率幾乎一致。

圖5 制動(dòng)距離分布

通過制動(dòng)距離和制動(dòng)初速度的聯(lián)立分布(見圖6)可知：中國(guó)的實(shí)際道路駕駛過程中制動(dòng)行為普遍是低速短距離的非激烈駕駛制動(dòng)，這種制動(dòng)的絕大部分制動(dòng)速度控制在35 km/h以內(nèi)，制動(dòng)距離60 m以內(nèi)。制動(dòng)距離大于200 m、制動(dòng)初速度大于65 km/h的緊急避險(xiǎn)制動(dòng)行為出現(xiàn)的比例很低。從這一角度說明絕大多數(shù)正常行駛過程中的制動(dòng)行為屬于非緊急避險(xiǎn)制動(dòng)行為。

2.2 區(qū)域制動(dòng)行為分析

挑選31個(gè)城市中的福州、上海、深圳私家車作為長(zhǎng)江以南實(shí)際道路測(cè)試車輛；沈陽、長(zhǎng)春、哈爾濱3個(gè)城市私家車作為東北地區(qū)實(shí)際道路測(cè)試車輛；濟(jì)南、北京、鄭州車輛作為中部平原的實(shí)際道路測(cè)試車輛，分區(qū)域進(jìn)行實(shí)際道路測(cè)試，進(jìn)行制動(dòng)行為分析。由圖7—8可知：東北地區(qū)制動(dòng)初速度要比中部平原和長(zhǎng)江以南私家車制動(dòng)初速度出現(xiàn)的頻率要高；在制動(dòng)初速度大于45 km/h的制動(dòng)行為中，長(zhǎng)江以南的私家車輛的比例要高于中部平原和東北地區(qū)的私家車輛；制動(dòng)距離3個(gè)地區(qū)相差不大，但是長(zhǎng)江以南的制動(dòng)距離大于90 m出現(xiàn)的比例要比中部平原和東北地區(qū)高。由此可知東北地區(qū)制動(dòng)行為為低速、短距離制動(dòng)，長(zhǎng)江以南的城市制動(dòng)行為的制動(dòng)初速度和制動(dòng)距離要略高于東北地區(qū)。

圖8 區(qū)域制動(dòng)速度分布

2.3 特殊天氣制動(dòng)行為分析

從上述分析可知：不同區(qū)域制動(dòng)行為初速度有一定變化，這與區(qū)域的氣候關(guān)系和區(qū)域的道路狀況有很大關(guān)系。根據(jù)濟(jì)南市歷史氣象資料顯示： 2016年12月1日至2017年3月1日共有7天下雪天氣。分別選取晴天的2016年12月14日至2016年12月18日5天作為晴天天氣進(jìn)行比較。

表1 濟(jì)南下雪天日期

由圖9—11可知：下雪天制動(dòng)行為的制動(dòng)初速度明顯要低于晴天天氣，但是制動(dòng)的距離并沒有很大變化。通過比較充分發(fā)出減速度發(fā)現(xiàn)：在下雪天，充分發(fā)出減速度要明顯小于晴天的充分發(fā)出減速度。這是因?yàn)榈缆飞辖Y(jié)了大量的雪，使道路附著系數(shù)變小，要從一個(gè)固定的速度出發(fā)，在附著系數(shù)變小的情況下，伴隨著初始出發(fā)速度的降低，充分發(fā)出的減速度隨之變小。這表明，在下雪天氣下，人們開車傾向于更加謹(jǐn)慎，以降低剎車時(shí)的初速度來保證合理的剎車距離。

圖9 雪天制動(dòng)初速度分布

圖10 雪天制動(dòng)距離分布

圖11 雪天制動(dòng)充分發(fā)出初速度分布

2.4 制動(dòng)距離與初始速度的關(guān)系

根據(jù)系統(tǒng)的功能原理,分析制動(dòng)力增長(zhǎng)過程和制動(dòng)力穩(wěn)定過程的速度、時(shí)間和制動(dòng)距離,建立汽車制動(dòng)距離與制動(dòng)初速度關(guān)系的計(jì)算公式，如圖12所示。

圖12 制動(dòng)距離和制動(dòng)初速度散點(diǎn)圖

3 結(jié)論

利用31個(gè)城市私家車的道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)私家車制動(dòng)行為進(jìn)行分析。研究表明：在國(guó)內(nèi)，私家車輛實(shí)際行駛過程中制動(dòng)行為的初速度普遍比較低，絕大多數(shù)的制動(dòng)初速度小于50 km/h，75%的制動(dòng)行為制動(dòng)距離小于90 m；受道路狀況和天氣的影響，國(guó)內(nèi)制動(dòng)行為具有區(qū)域差異，長(zhǎng)江以南城市的制動(dòng)初速度要大于東北地區(qū)的制動(dòng)初速度，但是整體制動(dòng)距離，南北差異并不明顯；相對(duì)于晴天天氣下的制動(dòng)行為，下雪天制動(dòng)行為更加謹(jǐn)慎，以較小的初速度來彌補(bǔ)充分發(fā)出減速度變小帶來的制動(dòng)距離增加，以保證制動(dòng)距離在可控范圍之內(nèi)。

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StudyontheBrakingBehaviorofPrivateCarsBasedontheRoadMeasuredData

DU Jianbo, XU Yueyun, HE Kexun, XIE Zhenkai

(China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300300,China)

The research of braking behavior can not only be used in traffic accident treatment, but also can be used in the design and calibration of many automobile safety testing equipment.In this study,1 314 private car data from 31 cities in China were collected,and the braking behavior data were analyzed.The results show that: the beginning speeds of the normal braking behavior of private cars are in the low-speed range;most of the braking distances that are tested are less than 90 m;braking behavior in differences domestic are different,compared with the northeast, the braking behaviors of the cities in south of Yangtze River have high begin speeds;usually, the driver will adopt conservative driving with reduced initial braking speed to compensate the reduction of the road adhesion coefficient to decrease the braking distance. Finally, based on the measured data, the relationship between the initial braking speed and braking distance was given.

Braking behavior; Measured road data; Initial braking speeds; Braking distance

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.014

U491

A

1674-1986(2017)12-056-04