駕駛經(jīng)驗(yàn)對(duì)安全車速選擇影響的研究

王靖誼

(山東建筑大學(xué) 交通工程學(xué)院，濟(jì)南 250100)

駕駛員作為人-車-路環(huán)境所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)中最不穩(wěn)定的主體，其駕駛行為受道路及環(huán)境影響，并直接影響車輛的運(yùn)行安全。根據(jù)文獻(xiàn)[1]研究，我國(guó)的道路交通事故在很大程度上與車輛駕駛?cè)藛T“過(guò)高的安全車速控制”有關(guān)，即在實(shí)際行駛過(guò)程中，沒(méi)有保持與道路條件及行駛環(huán)境相協(xié)調(diào)的“安全車速”。據(jù)此分析，安全車速應(yīng)是在特定的道路條件、環(huán)境等綜合情景下，在法律法規(guī)和道路標(biāo)志線規(guī)定的限速范圍內(nèi)，車輛能夠確保安全所允許的最大行駛車速[2]，具有道路及環(huán)境約束下保證安全的“客觀性”。即某個(gè)路段的安全車速由客觀道路環(huán)境所提供，但需要被駕駛員正確感知。也就是說(shuō)，駕駛員通過(guò)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的感受，綜合各種因素，在自我心中產(chǎn)生一種在確保安全的情況下，希望所達(dá)到的“目標(biāo)車速”，又稱為“期望車速”[3]，即指車輛在不受其他車輛約束的條件下，駕駛員希望所達(dá)到的最高“安全”車速。然而，“期望車速”并非在道路上行駛的真正的安全速度，而是駕駛員個(gè)體自認(rèn)為的安全速度[4]。

針對(duì)預(yù)期車速和安全車速問(wèn)題，科技人員做了較多研究。涂輝招等[5]通過(guò)表征駕駛員主觀認(rèn)知的“預(yù)期車速”和車路環(huán)境的“安全車速”的車速差對(duì)高速公路的行車安全水平進(jìn)行了建模分析。郭鳳香等[6]提出了預(yù)測(cè)駕駛員期望車速的全新方法，在一定程度上可為國(guó)內(nèi)的道路設(shè)計(jì)和交通安全評(píng)價(jià)提供速度依據(jù)。李海青等[7]使用期望安全車速作為閾值，驗(yàn)證了高速避障路徑跟蹤與控制策略能夠高效避障。崔航等[8]綜合考慮多種因素提出的“建議車速—預(yù)期車速”模型，體現(xiàn)了駕駛員的主觀認(rèn)知與道路客觀環(huán)境不匹配性產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。

從駕駛過(guò)程中安全認(rèn)知的角度，駕駛員在各種情境下的預(yù)期速度是復(fù)雜的交通環(huán)境中多種因素綜合作用的結(jié)果，駕駛員對(duì)行駛環(huán)境安全性的判斷決定了其所選擇的車速。李鑫銘等[9]在研究影響期望車速的因素時(shí)，對(duì)駕駛員特性進(jìn)行了研究。吳玲等[10]通過(guò)駕駛試驗(yàn)對(duì)熟練駕駛?cè)撕头鞘炀汃{駛?cè)嗽谒淼缆范蔚陌踩囁龠M(jìn)行研究，結(jié)果表明，二者在隧道路段的車速差相對(duì)較小，但在普通路段則有相對(duì)較大的車速差。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，新手與有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員之間存在危險(xiǎn)反應(yīng)時(shí)間及對(duì)環(huán)境線索利用之間的差異。此外，Benda[12]還指出，經(jīng)驗(yàn)不足的駕駛員更注重情況的細(xì)節(jié)和判斷危險(xiǎn)性的類型，而有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員則會(huì)更全面地判斷危險(xiǎn)性。

據(jù)上分析，現(xiàn)有研究主要集中于安全車速的預(yù)測(cè)方面，但針對(duì)駕駛經(jīng)驗(yàn)與安全車速之間相關(guān)性的研究較少。本文將駕駛員根據(jù)駕齡長(zhǎng)短及是否常跑高速劃分為有經(jīng)驗(yàn)駕駛員與無(wú)經(jīng)驗(yàn)駕駛員，在給定的不同道路環(huán)境的因素下進(jìn)行情景試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，對(duì)駕駛經(jīng)驗(yàn)是否會(huì)對(duì)安全車速的感知產(chǎn)生影響進(jìn)行分析。

1 計(jì)算方法

1.1 試驗(yàn)情景設(shè)計(jì)

由于在人-車-路環(huán)境中，可組合的情景有很多種，在情景試驗(yàn)的選取中，不可能對(duì)每一種情景都進(jìn)行試驗(yàn)。因而，本文選取典型情景進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)中，除了考慮標(biāo)準(zhǔn)情景，還考慮了其他因素的不利狀態(tài)，共選取7種情景，如表1所示。

表1 試驗(yàn)情景

1.2 試驗(yàn)方法

在本次研究中，通過(guò)向駕駛員發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行情景試驗(yàn)。問(wèn)卷的內(nèi)容包括2部分：第1部分為基本統(tǒng)計(jì)信息，內(nèi)容涉及駕駛員的年齡、實(shí)際駕齡、是否經(jīng)常開(kāi)車、是否常跑高速；第2部分為根據(jù)試驗(yàn)情景及相應(yīng)的文字描述，給出駕駛員在所給的情景中的期望達(dá)到的車速。

1.3 樣本規(guī)模

根據(jù)文獻(xiàn)[13]研究，試驗(yàn)分析所需的最佳樣本量公式為：

所需樣本規(guī)模=[(所需最小樣本量×100)÷(預(yù)期平均百分比響應(yīng)率)]。

當(dāng)最小樣本量為200個(gè)，平均響應(yīng)率為48%時(shí)，樣本規(guī)模相對(duì)較好。根據(jù)最佳樣本量公式，本次研究所需的樣本數(shù)量為417份。本次研究共發(fā)放820份問(wèn)卷，其中回收有效數(shù)據(jù)424份，平均響應(yīng)率為51.7%，符合所需的樣本規(guī)模要求。

2 標(biāo)準(zhǔn)情景下安全車速相關(guān)性分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)

在理論上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)符合正態(tài)分布。下面選取標(biāo)準(zhǔn)情景1、2，即標(biāo)準(zhǔn)情景下的直線段、曲線段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布特征，如圖1所示。

由圖1可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)情景下，駕駛員的安全車速分布集中，呈現(xiàn)中間亮、兩側(cè)低的分布規(guī)律，且數(shù)據(jù)點(diǎn)與理論直線(即對(duì)角線)基本重合，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，故而標(biāo)準(zhǔn)情景中的安全車速試驗(yàn)值基本符合正態(tài)分布。

(a) 情景1頻率分布圖

(b) 情景2頻率分布圖

(c) 情景1 P-P圖

(d) 情景2 P-P圖

2.2 與計(jì)算安全車速對(duì)比分析

在直線段，考慮前車靜止[14]的情況下，根據(jù)美國(guó)AASHTO所提出的視距模型，計(jì)算安全車速可由以下公式得出：

(1)

式中：v為初始速度，m/s；f為路面附著系數(shù)；Lv為路段的可視距離，m，另外，前車距離與安全距離取值均為5 m。

在曲線段，根據(jù)澳大利亞車速預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析[15]，計(jì)算安全車速可由以下公式得出：

V=13.016R0.32

(2)

式中：R為平曲線半徑，m。

根據(jù)上述提出的計(jì)算安全車速公式，選取標(biāo)準(zhǔn)情景作為計(jì)算條件(能見(jiàn)度>200 m，路面質(zhì)量良好，道路附著系數(shù)f取0.8；曲線段的半徑R取800 m)，標(biāo)準(zhǔn)情景下安全車速與計(jì)算安全車速比較如表2所示。

由表2可知，情景試驗(yàn)安全車速的取值范圍都在計(jì)算的安全極限車速的約束之內(nèi)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)情景下安全車速與計(jì)算安全車速比較 km/h

3 其他因素情景與標(biāo)準(zhǔn)情景安全車速相關(guān)性分析

在各種情景下，不同熟練度的駕駛員選擇的安全車速的分布應(yīng)具有規(guī)律性，為了驗(yàn)證規(guī)律性，對(duì)各個(gè)典型情景的安全車速的分布特征進(jìn)行分析。下面以限速120 km/h為例進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)情景分析

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)情景的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差反映了駕駛員在情景中的離散程度，標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)值越大，駕駛員的預(yù)期車速越不穩(wěn)定。在情景1中，也就是標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景的直線段，熟練駕駛員心中的“安全車速”較為均衡，非熟練駕駛員的“安全車速”穩(wěn)定性相對(duì)較差。而在曲線段，不同個(gè)體駕駛員所選擇的速度差異變大，相對(duì)于非熟練駕駛員，熟練駕駛員心中的“安全車速”仍然具有相對(duì)較好的穩(wěn)定性。

表3 標(biāo)準(zhǔn)情景分析 km/h

3.2 其他情景分析

3.2.1 天氣作為影響因素

本次情景試驗(yàn)選擇天氣作為影響因素時(shí)，僅考慮了陰天情況，未考慮雨雪天氣、霧天等特殊情況。通過(guò)對(duì)情景3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，所得數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 天氣狀況影響分析 km/h

在陰天的情況下，能見(jiàn)度與晴天相比相對(duì)較低，駕駛員一般會(huì)保持或稍微降低車速[16]。與標(biāo)準(zhǔn)情景相比，車速的平均值總體都有所降低。由于熟練駕駛員與非熟練駕駛員對(duì)于情景的感知不同，安全車速的感知范圍也相應(yīng)出現(xiàn)差別。

3.2.2 出口或有車流匯入、路側(cè)安全設(shè)施及路面質(zhì)量作為影響因素

出口或車流匯入影響分析以及路側(cè)安全設(shè)施及路面質(zhì)量影響分析如表5所示。

表5 出口或車流匯入影響分析以及路側(cè)安全設(shè)施及路面質(zhì)量影響分析 km/h

車輛的分流與合流是引發(fā)交通事故的重要誘因[17]。在高速路段，出口和車輛匯入處都設(shè)在高速公路的直線段處，因此，將情景4和情景5與標(biāo)準(zhǔn)情景進(jìn)行對(duì)比分析。由表5可知，在有出口或車輛匯入的直線段，車速平均值總體均有明顯降低。盡管不同熟練度的駕駛員的安全速度的選擇范圍都出現(xiàn)了較大變化，但相比于非熟練駕駛員，熟練駕駛員的安全車速依舊相對(duì)均衡。

情景6、情景7分別設(shè)置了與路側(cè)安全設(shè)施和路面質(zhì)量有關(guān)的情景試驗(yàn)，以探究路側(cè)安全設(shè)施和路面質(zhì)量是否會(huì)對(duì)駕駛員安全車速的選擇產(chǎn)生影響。從表5可知，與情景1相比，情景6和情景7在路側(cè)安全設(shè)施較差和路面質(zhì)量差的時(shí)候，車速平均值總體均有明顯降低。由于駕駛員存在個(gè)體差異，選擇的標(biāo)準(zhǔn)情景車速不同，標(biāo)準(zhǔn)差的范圍較大。尤其是當(dāng)路面質(zhì)量差的時(shí)候，對(duì)駕駛員安全車速的影響尤為明顯。駕駛員行駛在路面質(zhì)量差的路段時(shí)，普遍選擇相對(duì)較低的行駛速度通過(guò)，以保證自身的安全。

以上通過(guò)對(duì)影響安全車速的單因素進(jìn)行了分析，可以看出道路線形、天氣因素、出入口、路側(cè)安全設(shè)施以及路面質(zhì)量對(duì)駕駛員主觀安全車速的影響都存在明顯規(guī)律性，且主觀選擇的安全車速低于標(biāo)準(zhǔn)情景的安全車速，不同的影響因素對(duì)熟練駕駛員和非熟練駕駛員的安全車速選擇都造成消極影響，但不同因素的作用效果并不一致。

4 情景試驗(yàn)的信度分析

4.1 各情景試驗(yàn)數(shù)據(jù)信度

為了驗(yàn)證各情景試驗(yàn)結(jié)果的信度，對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)、相同試驗(yàn)人員及同一批試驗(yàn)情景的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，用相關(guān)系數(shù)來(lái)反映變量之間相關(guān)關(guān)系的密切程度。這里采用皮爾遜積差相關(guān)分析[16]，相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：

(3)

由于曲線段較直線段更易引起較大的離散程度，為更好驗(yàn)證相關(guān)性，對(duì)曲線段(情景2)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)間隔相差7 d，相關(guān)性計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 首次測(cè)試與第2次測(cè)試的相關(guān)性分析

試驗(yàn)人員在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，重新進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，首次測(cè)試與第2次測(cè)試所得結(jié)果具有顯著相關(guān)性，在很大程度上說(shuō)明了本次情景試驗(yàn)的安全車速試驗(yàn)具有穩(wěn)定性和可靠性。

與此同時(shí)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)總體的可靠性，對(duì)各情景試驗(yàn)所構(gòu)成的總體數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合信度評(píng)估。

4.2 情景試驗(yàn)綜合信度評(píng)估

在對(duì)情景試驗(yàn)的總體結(jié)果進(jìn)行信度評(píng)估時(shí)，利用克隆巴赫系數(shù)對(duì)7個(gè)情景進(jìn)行內(nèi)部一致性分析，得到α為0.862。

既往研究認(rèn)為，當(dāng)克隆巴赫系數(shù)大于0.7時(shí)，可認(rèn)為情景試驗(yàn)設(shè)計(jì)之間的一致性良好。本次情景試驗(yàn)的克隆巴赫系數(shù)為0.862，表明所設(shè)計(jì)的情景試驗(yàn)是可靠的。

5 結(jié)束語(yǔ)

1) 駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)會(huì)對(duì)安全車速的選擇產(chǎn)生影響，且不同影響因素對(duì)有無(wú)經(jīng)驗(yàn)的駕駛員的作用效果不同，其他影響因素情景對(duì)駕駛員安全車速的選擇具有消極影響，安全車速普遍低于標(biāo)準(zhǔn)情景的安全車速。

2) 駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員在安全車速的選擇上更加集中，也更靠近計(jì)算安全車速，但缺乏駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛員對(duì)安全車速的選擇更加離散。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，道路線形以及天氣狀況對(duì)駕駛員安全車速的消極影響并不十分明顯，路側(cè)安全設(shè)施以及路面質(zhì)量對(duì)無(wú)經(jīng)驗(yàn)駕駛員安全車速具有顯著的消極影響。

3) 調(diào)查問(wèn)卷對(duì)駕駛員年齡的調(diào)查采用區(qū)段的方式，提高了調(diào)查效率，但由于年齡段與實(shí)際駕齡無(wú)法有效匹配，對(duì)后續(xù)的分析也產(chǎn)生了一定的影響。

4) 駕駛員對(duì)安全車速的感知與駕駛員在實(shí)際行駛過(guò)程中的心理行為有很大關(guān)系，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷獲取的數(shù)據(jù)僅反映了駕駛員在理論環(huán)境下對(duì)安全車速的感知行為，還應(yīng)對(duì)駕駛員在模擬環(huán)境或?qū)嶋H環(huán)境下的感知行為進(jìn)一步研究。此外，本研究未綜合考慮駕駛車輛的性能、駕駛?cè)蝿?wù)的緩急等影響因素對(duì)安全車速的選擇是否產(chǎn)生影響。