彎道工況下駕駛員主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的量化研究

郭子彬，陳慧，夏韜鍇，冉巍，西村要介，王建鎮(zhèn)

（1.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海201804；2.株式會(huì)社捷太格特，奈良6348555；3.捷太格特科技研發(fā)中心（無(wú)錫）有限公司，無(wú)錫214161）

前言

車道居中控制系統(tǒng)（lane centering control system，LCCS）是一種常見(jiàn)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（advanced driving assistance system，ADAS），系統(tǒng)通過(guò)控制轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角將車輛保持在車道中心線行駛。然而，現(xiàn)有的LCCS通常以車輛沿車道中心線行駛為控制目標(biāo)，而該目標(biāo)并不符合真實(shí)駕駛員的行為習(xí)慣，這將降低駕駛員對(duì)LCCS的接受度。Spacek的研究表明，在彎道工況，部分駕駛員行駛軌跡與車道中心線存在顯著差異。趙斌等基于主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了駕駛員在高速?gòu)澋拦r對(duì)不同的駕駛軌跡存在明顯選擇傾向。因此，對(duì)駕駛員行為的研究是ADAS必不可少的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有研究表明，駕駛過(guò)程中90%的有用信息來(lái)自于視覺(jué)，且90%的駕駛行為取決于視覺(jué)輸入。因此，研究視覺(jué)感知的基本特性和這些特性如何影響駕駛員的判斷和操作是理解駕駛員行為的基 礎(chǔ)。駕駛員信息處理過(guò)程如圖1所示。

圖1 駕駛員信息處理過(guò)程簡(jiǎn)化模型

一方面，現(xiàn)有的駕駛員風(fēng)險(xiǎn)感知特性的相關(guān)研究局限于對(duì)自然駕駛數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。Wang等基于采集的自然駕駛數(shù)據(jù)，建立模擬駕駛員行為的駕駛員模型。Barendswaard等設(shè)計(jì)分類器，將駕駛員彎道軌跡分成11個(gè)類別，代替駕駛員行為模型。但這種方法無(wú)法證明其是否符合駕駛員感知特性。文獻(xiàn)［9］中研究直線跟車工況下的駕駛員感知特性，主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，駕駛員對(duì)前車接近過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)感知可以由指標(biāo)1/和1/量化描述，且這種感知特性決定了駕駛員的制動(dòng)和加速行為。

另一方面，彎道工況的車道偏離風(fēng)險(xiǎn)感知特性目前還無(wú)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)車輛通過(guò)彎道時(shí)，駕駛員通常會(huì)調(diào)整與邊界線的距離，以期能夠安全舒適地過(guò)彎，這種距離的調(diào)整考慮了車輛當(dāng)前位置和邊界線的偏差和對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)偏差變化預(yù)測(cè)的主觀風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)，且風(fēng)險(xiǎn)感知的量化研究有助于理解駕駛員在彎道上的操作。因此為定量確定駕駛員在通過(guò)彎道時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的主觀感知，首先須找出定義車輛與邊界線空間關(guān)系的物理參數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)感知心理量的關(guān)系。

為解決上述問(wèn)題，本文中研究分析了高速匝道工況下車道偏離時(shí)對(duì)駕駛員風(fēng)險(xiǎn)感知的影響因素，并基于駕駛模擬器進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，建立了駕駛員主觀風(fēng)險(xiǎn)感知估算模型。然后通過(guò)對(duì)駕駛員自然駕駛數(shù)據(jù)的分析驗(yàn)證了所建模型的有效性。

1 主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的分類與影響因素

有學(xué)者將風(fēng)險(xiǎn)感知分為潛在風(fēng)險(xiǎn)（latent risk）和顯性風(fēng)險(xiǎn)（overt risk）。在無(wú)鄰車的彎道駕駛工況中，潛在風(fēng)險(xiǎn)指的是由于操縱行為的不確定性和外部干擾造成的車道偏離碰撞風(fēng)險(xiǎn)，也即使車輛保持當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)行駛而不發(fā)生碰撞。顯性風(fēng)險(xiǎn)指的是車輛已經(jīng)發(fā)生車道偏離，且沒(méi)有任何糾正措施導(dǎo)致發(fā)生碰撞事故所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

受文獻(xiàn)［9］對(duì)跟車工況下前車接近時(shí)風(fēng)險(xiǎn)感知量化的啟發(fā)，本文中提出基于3種風(fēng)險(xiǎn)感知指標(biāo)的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知量化方法，如圖2所示。（a）CTLC（curved time to line crossing），表示車輛保持當(dāng)前速度與橫擺角速度行駛時(shí)與車道邊界線發(fā)生接觸的時(shí)距。（b）STLC（straight time to line crossing），表示車輛保持當(dāng)前速度和航向角不變時(shí)與車道邊界線發(fā)生觸碰的時(shí)距。（c）TAD（time to anticipate distance），表示用車輛當(dāng)前位置到車道邊界線的距離除以速度得到的值。對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為

圖2 風(fēng)險(xiǎn)感知指標(biāo)示意圖

式中：表示軌跡曲率固定時(shí)，車輛沿該軌跡行駛到達(dá)道路邊界的行駛距離；表示車輪轉(zhuǎn)向角為0°時(shí)，車輛行駛到達(dá)邊界的行駛距離；表示車輛當(dāng)前與車道邊線的橫向最小距離；表示車速，m/s。

CTLC從時(shí)間的角度量化了車輛觸碰車道邊界線的風(fēng)險(xiǎn)裕度。文獻(xiàn)［12］中的理論分析表明，CTLC為解釋駕駛員自然駕駛行為對(duì)橫向位置和速度范圍的選擇提供強(qiáng)有力的依據(jù)。另外，有研究結(jié)果表明，駕駛員會(huì)通過(guò)調(diào)整入彎方式來(lái)獲得較大的STLC，從而降低過(guò)彎時(shí)的壓力。現(xiàn)有研究通常僅在LKA（lane keeping assist）系統(tǒng)中考慮駕駛員的個(gè)性化橫向偏移偏好。其原因是駕駛員期望避免潛在風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，潛在風(fēng)險(xiǎn)的程度還受車速的影響，因此本文提出TAD指標(biāo)衡量這一駕駛員風(fēng)險(xiǎn)感知特性。

直線跟車工況的風(fēng)險(xiǎn)感知驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，駕駛員通過(guò)1/感知與前車的相對(duì)關(guān)系，而不是。由于研究對(duì)象類似，本研究假設(shè)風(fēng)險(xiǎn)感知可以由指標(biāo)1/、1/、1/進(jìn)行量化。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)感知的分類定義，顯性風(fēng)險(xiǎn)可以由指標(biāo)1/表示。潛在風(fēng)險(xiǎn)由1/和1/共同表征。為驗(yàn)證上述假設(shè)，分別針對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)和顯性風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)了如下駕駛實(shí)驗(yàn)。

2 主觀風(fēng)險(xiǎn)感知量化實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

為能在彎道工況中實(shí)時(shí)生成穩(wěn)定的駕駛條件并模擬駕駛員在真實(shí)場(chǎng)景中的駕駛體驗(yàn)，本研究的所有實(shí)驗(yàn)均在固定基座駕駛模擬器上進(jìn)行。視覺(jué)場(chǎng)景由一整塊高分辨率（3840×1080）的曲面屏顯示輸出，覆蓋接近100°的水平視角和40°的垂直視角范圍。如上所述，視覺(jué)信息是駕駛員感知外界環(huán)境的主要來(lái)源。為只關(guān)注源于視覺(jué)信息的風(fēng)險(xiǎn)感知，在本研究的主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)給駕駛員其他形式的體感刺激。

2.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

研究路段采用真實(shí)單車道高速公路匝道數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，匝道形狀由直線-緩和曲線-圓弧-緩和曲線-直線連接構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)道路半徑范圍均來(lái)源于開(kāi)源地圖OpenStreetMap測(cè)量的真實(shí)道路半徑。車道右側(cè)保留寬度為2.5 m的應(yīng)急車道，在左側(cè)車道線與護(hù)欄之間余留0.75 m空隙。為使實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景顯示盡可能與真實(shí)駕駛員視野一致，實(shí)驗(yàn)對(duì)場(chǎng)景視野進(jìn)行標(biāo)定。搭建好的場(chǎng)景效果與真實(shí)道路場(chǎng)景高度相似，如圖3所示。

圖3 場(chǎng)景標(biāo)定

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)假設(shè)彎道工況下駕駛員的顯性風(fēng)險(xiǎn)取決于1/、潛在風(fēng)險(xiǎn)取決于1/、1/。因此分別針對(duì)這兩種風(fēng)險(xiǎn)類型設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：穩(wěn)定過(guò)彎情況下風(fēng)險(xiǎn)感知的量化。本實(shí)驗(yàn)旨在模擬不發(fā)生車道偏離時(shí)，即車輛與車道邊界線保持恒定距離，駕駛員的風(fēng)險(xiǎn)感知（風(fēng)險(xiǎn)水平僅取決于潛在風(fēng)險(xiǎn)）。

實(shí)驗(yàn)2：車道偏離情況下風(fēng)險(xiǎn)感知的量化。本實(shí)驗(yàn)的目的是模擬車輛從車道中心以一定的轉(zhuǎn)向角逐漸靠近車道邊界線產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)（風(fēng)險(xiǎn)水平主要取決于顯性風(fēng)險(xiǎn)）。

2.4 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)共招募了15名受試者。受試者年齡范圍為23-50歲，其中包括3名專業(yè)駕駛員、4名女性駕駛員，超過(guò)半數(shù)具有較長(zhǎng)駕齡（至少5年以上）。在了解完實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，每人都簽署了一份書(shū)面知情同意書(shū)。

在實(shí)驗(yàn)中，受試者無(wú)須控制轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角和加速踏板，只須通過(guò)使用數(shù)值評(píng)估（magnitude estimation，ME）方法對(duì)基于配對(duì)比較的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。ME方法是一種通過(guò)直接讓受試者表達(dá)感知程度大小來(lái)建立人類感知和刺激強(qiáng)度之間關(guān)系的過(guò)程。

具體來(lái)講，實(shí)驗(yàn)會(huì)重復(fù)進(jìn)行下面的流程。

（1）受試者按照駕駛模擬器生成的標(biāo)準(zhǔn)刺激條件進(jìn)行彎道行駛一段時(shí)間（實(shí)驗(yàn)1：10 s；實(shí)驗(yàn)2：5 s）。

（2）通過(guò)顯示空白屏幕，作兩個(gè)場(chǎng)景的過(guò)渡，時(shí)間為1 s。

（3）顯示比較刺激條件下的彎道場(chǎng)景，要求受試者行駛和（1）相同的時(shí)間。

受試者須口頭表達(dá)他們對(duì)（3）中的比較刺激感知的風(fēng)險(xiǎn)比對(duì)（1）中的標(biāo)準(zhǔn)刺激感知的風(fēng)險(xiǎn)增加了多少倍。

例如：給定一組比較對(duì)，率先出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景為標(biāo)準(zhǔn)刺激，后出現(xiàn)的定為比較刺激。告知受試者標(biāo)準(zhǔn)刺激的風(fēng)險(xiǎn)水平為1，然后要求他們給出所呈現(xiàn)的不同條件的比較刺激的風(fēng)險(xiǎn)相比標(biāo)準(zhǔn)刺激增加/減少了多少倍。例如，比較刺激中車輛至車道邊線的距離僅為標(biāo)準(zhǔn)刺激中車輛至車道邊線距離的1/1.5，因此受試者感受到比較刺激的風(fēng)險(xiǎn)程度是標(biāo)準(zhǔn)刺激的1.5倍，即表示比較刺激的風(fēng)險(xiǎn)水平為1.5。每組對(duì)比實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2.5 實(shí)驗(yàn)1參數(shù)分布

穩(wěn)定過(guò)彎情況下，由于車輛在彎道中的行駛方向始終與車道中心線平行。不存在車道偏離，只須考慮潛在風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)車輛的1/值對(duì)車道中心線呈對(duì)稱關(guān)系，1/值隨車輛逐漸從車道內(nèi)側(cè)向車道外側(cè)偏移，呈增大的趨勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)1選擇了最典型的高速匝道工況，將彎道半徑設(shè)置為120 m。實(shí)驗(yàn)采用下面描述的兩種測(cè)試類型來(lái)考察車輛在彎道中的橫向位置和速度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)感知的影響，每種類型設(shè)計(jì)了7個(gè)場(chǎng)景用于配對(duì)比較。實(shí)驗(yàn)參數(shù)分布如表1所示，其中表示車輛距離最近車道邊界線的橫向距離。

①不同橫向偏移距離的配對(duì)比較實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定以恒定速度（=13 m/s）通過(guò)彎道，通過(guò)設(shè)置不同的橫向偏移距離改變風(fēng)險(xiǎn)大小。例如，在表1中場(chǎng)景1和場(chǎng)景3的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，受試者以相同的速度通過(guò)彎道，須比較對(duì)車道邊界線0.3和1.3 m不同間隔距離的風(fēng)險(xiǎn)感知。

②不同車速的配對(duì)比較實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定與車道邊界線保持恒定距離（=0.7 m），通過(guò)改變車速設(shè)計(jì)不同風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)景。例如在表1中的場(chǎng)景2和場(chǎng)景5的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，受試者以相同的橫向偏距行駛，須比較10和20 m/s不同速度下的風(fēng)險(xiǎn)感知。

表1 實(shí)驗(yàn)1的參數(shù)分布

2.6 實(shí)驗(yàn)2參數(shù)分布

當(dāng)車輛發(fā)生車道偏離，表明按照這種趨勢(shì)繼續(xù)行駛，一定會(huì)與車道邊界線發(fā)生接觸，甚至碰撞護(hù)欄。此時(shí)影響駕駛員更多的是顯性風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)2的目的是通過(guò)分析受試者對(duì)車道偏離風(fēng)險(xiǎn)的主觀評(píng)估與實(shí)際刺激的關(guān)系，驗(yàn)證使用1/量化表征顯性風(fēng)險(xiǎn)的可行性。雖然在車道偏離工況下，顯性風(fēng)險(xiǎn)占據(jù)駕駛員感知主導(dǎo)，但潛在風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值不為0，如實(shí)驗(yàn)1結(jié)果所示。為避免由于客觀潛在風(fēng)險(xiǎn)的變化影響受試者對(duì)客觀顯性風(fēng)險(xiǎn)的主觀感知的判斷，實(shí)驗(yàn)2中采用的場(chǎng)景均具有相同的潛在風(fēng)險(xiǎn)水平。

在車道偏離的過(guò)程中，風(fēng)險(xiǎn)是時(shí)刻變化的，且隨時(shí)間逐漸增大。實(shí)驗(yàn)2對(duì)偏離過(guò)程的最后時(shí)刻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。受試者須根據(jù)車道偏離過(guò)程的最后時(shí)刻對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行估計(jì)，實(shí)驗(yàn)流程如第2.3節(jié)中所示。

一般而言，彎道半徑越小，駕駛員的風(fēng)險(xiǎn)感知越明顯。因此分別選取實(shí)際公路匝道半徑為60和120 m的彎道場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。每種彎道設(shè)計(jì)7個(gè)場(chǎng)景用于配對(duì)比較。所有參數(shù)均表示最后時(shí)刻的值，參數(shù)分布如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)2的參數(shù)分布

3 實(shí)驗(yàn)1穩(wěn)定過(guò)彎情況下主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的量化

3.1 主觀風(fēng)險(xiǎn)感知評(píng)價(jià)結(jié)果

圖4顯示實(shí)驗(yàn)1中所有受試者的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知評(píng)價(jià)結(jié)果及其置信區(qū)間和平均值。橫軸表示表1中不同風(fēng)險(xiǎn)刺激的場(chǎng)景，縱軸表示受試者在不同比較刺激場(chǎng)景下相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刺激的主觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值。由圖中淺色帶狀置信區(qū)間可見(jiàn)，90%的置信區(qū)間表明受試者的評(píng)價(jià)結(jié)果有90%的可能性落在該區(qū)間內(nèi)，且區(qū)間的趨勢(shì)與平均值趨勢(shì)一致，表明數(shù)據(jù)整體分布的離散度較小。把圖4（a）和圖4（b）中的場(chǎng)景4、圖4（c）中的場(chǎng)景3的主觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值作為標(biāo)準(zhǔn)刺激值，設(shè)為1.0。

圖4（a）表示右彎道條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖可知，受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知隨車輛偏離車道中心距離增大而增大。且偏離相同距離時(shí)，靠近車道外側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)感知明顯大于內(nèi)側(cè)。這一現(xiàn)象解釋了駕駛員在彎道中行駛更傾向于靠近車道內(nèi)側(cè)而不是外側(cè)的原因。

圖4（b）表示左彎道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。與圖4（a）中的結(jié)論高度吻合。不同的是，左彎道中受試者普遍對(duì)場(chǎng)景3的風(fēng)險(xiǎn)感知最低。這一現(xiàn)象解釋了很多駕駛員相比于車輛居中行駛更喜歡靠?jī)?nèi)側(cè)行駛的原因。

圖4（c）表示受試者因車輛速度變化產(chǎn)生不同的風(fēng)險(xiǎn)感知。速度越快受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知越大。

圖4 實(shí)驗(yàn)1結(jié)果

3.2 潛在風(fēng)險(xiǎn)量化模型的構(gòu)建

基于第3.1節(jié)獲得的結(jié)果，由受試者評(píng)估的感覺(jué)強(qiáng)度與物理刺激的關(guān)系可以用下面的史蒂文斯冪律方程近似擬合。

式中：為常數(shù)；為取決于刺激類型的冪指數(shù)。

在實(shí)驗(yàn)1結(jié)果中，駕駛員在彎道中的潛在風(fēng)險(xiǎn)感知很難用橫向偏移距離和速度進(jìn)行統(tǒng)一描述和解釋。由于在幾何空間中1/具有車道中心對(duì)稱性，1/具有隨車輛從車道內(nèi)側(cè)向車道外側(cè)移動(dòng)逐漸增大的性質(zhì)，能夠合理解釋上述現(xiàn)象。因此嘗試用1/、1/構(gòu)建如下潛在風(fēng)險(xiǎn)模型。

式中、為權(quán)重系數(shù)，分別表示1/、1/的權(quán)重。

為將主觀風(fēng)險(xiǎn)和客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（）統(tǒng)一為相同維度，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)刺激場(chǎng)景的客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)也為1。通過(guò)分布不同的權(quán)重參數(shù)、，對(duì)3種場(chǎng)景下的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知進(jìn)行擬合。預(yù)實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)速度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的判斷并不符合規(guī)律，因此擬合是在=［25 km/h，90 km/h］內(nèi)進(jìn)行的。

圖5所示為基于的客觀風(fēng)險(xiǎn)刺激和主觀評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的史蒂文斯冪定律方程擬合結(jié)果。當(dāng)=1.3、=0.03時(shí)模型的擬合精度最高。由圖5可知，本文構(gòu)建的模型與駕駛員的主觀評(píng)分規(guī)律一致。結(jié)果表明，不管是在左彎道或右彎道，不管是改變橫向偏移距離還是固定偏移距離改變速度，越大，受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知越強(qiáng)。且3種場(chǎng)景下的擬合曲線也顯示出相同的變化趨勢(shì)，冪指數(shù)都約為1。即表示的客觀風(fēng)險(xiǎn)增加多少倍，受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知就增加相應(yīng)的倍數(shù)。因此該模型能夠根據(jù)彎道場(chǎng)景客觀指標(biāo)量化表征駕駛員的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知。

圖5 客觀風(fēng)險(xiǎn)刺激和主觀評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系

3.3 小結(jié)

綜上所述，實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果表明，穩(wěn)定過(guò)彎時(shí)受試者的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知程度與成正比。驗(yàn)證了本研究關(guān)于潛在風(fēng)險(xiǎn)可以用1/、1/量化表征的假設(shè)。模型的公式為

4 實(shí)驗(yàn)2偏離車道情況下主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的量化

4.1 主觀風(fēng)險(xiǎn)感知評(píng)價(jià)結(jié)果

利用等比量表的特性，對(duì)受試者風(fēng)險(xiǎn)感知的主觀評(píng)分進(jìn)行處理。由于受試者基于等比量表對(duì)風(fēng)險(xiǎn)感知評(píng)分，其比率具有等價(jià)性。因此可以對(duì)實(shí)驗(yàn)得到各場(chǎng)景的比較風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值乘以某個(gè)點(diǎn)的比率，計(jì)算出所有點(diǎn)相對(duì)于該點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值。假設(shè)兩種彎道半徑的實(shí)驗(yàn)中取1/最小的場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)感知為1，計(jì)算其他任意場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)感知。換句話說(shuō)，計(jì)算其他場(chǎng)景相對(duì)于場(chǎng)景1的風(fēng)險(xiǎn)感知增量。

圖6所示為所有受試者的主觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)，所有評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)都是在設(shè)定場(chǎng)景1的風(fēng)險(xiǎn)水平為1的基礎(chǔ)上計(jì)算得到。圖6（a）和圖6（b）分別表示彎道半徑為60和120 m場(chǎng)景中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)比較場(chǎng)景差異越大，個(gè)體駕駛員的主觀評(píng)價(jià)差異也越大，例如場(chǎng)景7。結(jié)合表2可以看出，1/越大，受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知越強(qiáng)。

圖6 實(shí)驗(yàn)2結(jié)果

4.2 實(shí)驗(yàn)2總體風(fēng)險(xiǎn)量化模型的構(gòu)建

為將主觀風(fēng)險(xiǎn)和客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（）統(tǒng)一為相同維度，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)刺激場(chǎng)景的客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)也為1。依此計(jì)算其他場(chǎng)景的客觀風(fēng)險(xiǎn)刺激強(qiáng)度，其計(jì)算公式為

式中：等于標(biāo)準(zhǔn)刺激場(chǎng)景的顯性客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)即場(chǎng)景1的1/值；等于比較刺激場(chǎng)景的顯性客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)即場(chǎng)景2-7的1/值。

圖7為只考慮客觀顯性風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，客觀刺激強(qiáng)度和主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的關(guān)系。并利用最小二乘法對(duì)史蒂文斯冪定律方程進(jìn)行擬合。擬合曲線的冪指數(shù)大約為0.55。雖然在兩種道路半徑下，受試者表現(xiàn)出的風(fēng)險(xiǎn)感知特性相似，但它不符合駕駛員的主觀風(fēng)險(xiǎn)感知對(duì)客觀刺激強(qiáng)度是線性的這一規(guī)律，這一點(diǎn)在文獻(xiàn)［15］和第3.2節(jié)中都作過(guò)說(shuō)明。

圖7 客觀顯著風(fēng)險(xiǎn)和主觀評(píng)價(jià)的關(guān)系

如上文所述，雖然在車道偏離過(guò)程中，占據(jù)主導(dǎo)作用的是顯性風(fēng)險(xiǎn)，但潛在風(fēng)險(xiǎn)是始終存在的。實(shí)驗(yàn)2針對(duì)不同彎道半徑的場(chǎng)景分別固定了實(shí)驗(yàn)1結(jié)論中用于表示潛在風(fēng)險(xiǎn)的1/、1/。而受試者實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)感知由這兩部分共同組成。因此須重新定義包含潛在風(fēng)險(xiǎn)的客觀風(fēng)險(xiǎn)刺激強(qiáng)度，計(jì)算公式為

式中：表示比較刺激的總體客觀風(fēng)險(xiǎn)；表示標(biāo)準(zhǔn)刺激的總體客觀風(fēng)險(xiǎn)；表示根據(jù)實(shí)驗(yàn)1結(jié)果計(jì)算得到的潛在風(fēng)險(xiǎn)值；為潛在風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于顯性風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)。

圖8所示為考慮總體客觀風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，客觀刺激強(qiáng)度和主觀風(fēng)險(xiǎn)感知的關(guān)系。參數(shù)識(shí)別結(jié)果為=0.2，即在實(shí)驗(yàn)2條件下，受試者對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的感知是顯性風(fēng)險(xiǎn)感知的1/5。利用最小二乘法擬合的曲線冪指數(shù)均近似為1，表明客觀風(fēng)險(xiǎn)刺激強(qiáng)度增加多少倍，受試者的風(fēng)險(xiǎn)感知就增強(qiáng)多少倍。此結(jié)論與實(shí)驗(yàn)1相同。

圖8 客觀總體風(fēng)險(xiǎn)和主觀評(píng)價(jià)的關(guān)系

4.3 小結(jié)

綜上所述，實(shí)驗(yàn)2的主要結(jié)論有兩點(diǎn)：（1）駕駛員的顯性風(fēng)險(xiǎn)可以由1/量化表示。（2）發(fā)生車道偏離時(shí)，駕駛員的總體風(fēng)險(xiǎn)感知（）由顯性風(fēng)險(xiǎn)和潛在風(fēng)險(xiǎn)組成，且潛在風(fēng)險(xiǎn)是顯性風(fēng)險(xiǎn)的1/5，公式表示為

5 風(fēng)險(xiǎn)感知公式驗(yàn)證

5.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法

本研究利用駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)中記錄的駕駛員自然駕駛數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)上述風(fēng)險(xiǎn)量化模型的有效性。首先，與真實(shí)世界的駕駛環(huán)境相比，模擬器能夠準(zhǔn)確記錄所需數(shù)據(jù)，且可通過(guò)道路設(shè)計(jì)在較短的時(shí)間內(nèi)獲得足夠多的樣本。

其次，如果駕駛員在彎道中的駕駛行為基于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的主觀感知，自然駕駛數(shù)據(jù)中的風(fēng)險(xiǎn)水平必定符合特定規(guī)律。因此，為驗(yàn)證建模結(jié)果的有效性，須對(duì)比主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與自然駕駛數(shù)據(jù)中的1/、1/、1/。為闡明風(fēng)險(xiǎn)公式適用范圍的廣泛性，須在各種條件下測(cè)量駕駛員的行為，包括不同彎道半徑和不同速度等。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了多工況的測(cè)試道路，并記錄駕駛員在通過(guò)彎道時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值。

由于在彎道行駛過(guò)程中駕駛員通常會(huì)保持精神的高度集中，較穩(wěn)定地通過(guò)彎道是駕駛員的常態(tài)。因此對(duì)穩(wěn)定過(guò)彎工況的風(fēng)險(xiǎn)感知模型進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)

道路的寬度、匝道邊距與實(shí)驗(yàn)1、2保持一致。為保證彎道更貼近現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)驗(yàn)通過(guò)開(kāi)源地圖OpenStreetMap（開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)議https：//www.openstreetmap.org/copyright）下載了上海市交通流密集的一段高架匝道數(shù)據(jù)，如圖9所示。實(shí)驗(yàn)仿照此路段通過(guò)Prescan設(shè)計(jì)了閉環(huán)道路。為提高駕駛員對(duì)速度的感知力，駕駛模擬器對(duì)車輛行駛噪聲進(jìn)行模擬，且在道路的兩邊增加樹(shù)木。

圖9 OpenStreetMap中的道路

共有17位駕駛員參與此次駕駛實(shí)驗(yàn)，駕齡均在3年以上，年齡分布在20-50歲之間。模擬駕駛實(shí)驗(yàn)要求駕駛員手動(dòng)控制加速踏板和轉(zhuǎn)向盤(pán)，車速為30~70 km/h。

5.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖10為駕駛員通過(guò)彎道時(shí)的客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（1/和1/）的聯(lián)合分布圖。由圖可知，駕駛員自然駕駛時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)水平幾乎始終處于風(fēng)險(xiǎn)邊界線之下，這說(shuō)明駕駛員總是試圖將/+/表達(dá)的風(fēng)險(xiǎn)控制在一定范圍內(nèi)。如果大于某一界限，即超出駕駛員所能接受的風(fēng)險(xiǎn)，駕駛員會(huì)尋求調(diào)整速度或轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

為提取此風(fēng)險(xiǎn)邊界線，實(shí)驗(yàn)首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去掉由于駕駛員異常操作記錄的離群數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分段劃分，橫坐標(biāo)每間隔1為一段，然后提取95百分位的數(shù)據(jù)用于風(fēng)險(xiǎn)邊界線的擬合。假設(shè)95百分位的數(shù)據(jù)代表了駕駛員不可接受的風(fēng)險(xiǎn)邊界，或他們會(huì)較大幅度地調(diào)整駕駛狀態(tài)。這樣的邊界樣本擬合的結(jié)果即表示風(fēng)險(xiǎn)邊界線。得到的直線如圖10所示，擬合方程為

圖10 彎道自然駕駛風(fēng)險(xiǎn)概況

式（11）可近似轉(zhuǎn)化為式（12），這與實(shí)驗(yàn)1得到的潛在風(fēng)險(xiǎn)的式（6）量化表達(dá)式幾乎一樣。對(duì)結(jié)果的解釋是，當(dāng)1.35×1/+0.03×1/大于2時(shí)，駕駛員由于較高的風(fēng)險(xiǎn)感受而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤(pán)糾正行為，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)現(xiàn)車道保持目的。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)采集基于駕駛模擬器的自然駕駛數(shù)據(jù)，提取分析了駕駛員通過(guò)彎道時(shí)的客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。結(jié)果表明，風(fēng)險(xiǎn)邊界線與實(shí)驗(yàn)1得到的風(fēng)險(xiǎn)感知公式高度相似，基于主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的駕駛員風(fēng)險(xiǎn)感知量化模型合理。

6 結(jié)論

在駕駛模擬器的基礎(chǔ)上，建立駕駛員在彎道工況下對(duì)車道偏離風(fēng)險(xiǎn)感知模型。然后利用駕駛員自然駕駛數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的有效性。本研究得出的結(jié)論如下：

（1）駕駛員的風(fēng)險(xiǎn)感知?jiǎng)澐譃轱@性風(fēng)險(xiǎn)和潛在風(fēng)險(xiǎn)，且在彎道工況下顯性風(fēng)險(xiǎn)可以用1/表示，潛在風(fēng)險(xiǎn)由1/和1/的線性組合表達(dá)。

（2）量化了1/、1/、1/與風(fēng)險(xiǎn)感知的關(guān)系，并建立風(fēng)險(xiǎn)感知模型。

（3）在模擬真實(shí)駕駛環(huán)境中測(cè)量駕駛員通過(guò)彎道時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了潛在風(fēng)險(xiǎn)感知模型的有效性。且指明當(dāng)潛在風(fēng)險(xiǎn)大于2時(shí)，駕駛員會(huì)有較高的風(fēng)險(xiǎn)感受。

一般認(rèn)為，駕駛員的駕駛過(guò)程是由感知-判斷-操作的重復(fù)過(guò)程組成，而本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了1/、1/、1/在風(fēng)險(xiǎn)感知中的重要性，這有助于進(jìn)一步理解駕駛員的操作行為，對(duì)符合駕駛員行為習(xí)慣的輔助駕駛功能的開(kāi)發(fā)如LCCS、LKA等具有啟示意義。