駕駛員彎道操縱能力實(shí)車測(cè)試與分析方法研究*

梁耘瀚 張慧珺 劉斌 羅逍 胡宏宇

（1.吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022；2.中國(guó)第一汽車股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)發(fā)院，長(zhǎng)春 130013；3.汽車振動(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。客觀評(píng)價(jià)以往主要針對(duì)車輛運(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-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。現(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)程中的縱向車速、縱向加速度、縱向急動(dòng)度、轉(zhuǎn)向盤轉(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，其控制汽車的行為都應(yīng)以一定的原則為指導(dǎo)，即使汽車的運(yùn)動(dòng)盡可能與預(yù)期軌跡一致。本文實(shí)車場(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)記錄儀可以從車載診斷接口獲取轉(zhuǎn)向盤轉(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業(yè)駕駛員2種駕駛員類型。其中，專業(yè)駕駛員6人，由整車廠資深底盤測(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)車駕駛測(cè)試程序的指導(dǎo)。

3 車輛運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比分析

車輛運(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。車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括縱向車速、縱向加速度、縱向急動(dòng)度、轉(zhuǎn)向盤轉(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所示為車輛在彎道路段的受力分析情況，出現(xiàn)車輛側(cè)滑現(xiàn)象需要滿足：

圖2 彎道路段車輛受力情況

式中，、分別為內(nèi)、外側(cè)車輪的法向力；為車輛自身重力；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：在入彎車速為30 km/h時(shí)，在14 s中，專業(yè)駕駛員速度下降5.08%，普通駕駛員速度下降22.41%；在入彎車速為40 km/h 時(shí)，由于操作難度的提高，行駛車速明顯降低，在12 s 內(nèi)專業(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)，專業(yè)駕駛員略有減速且車速變化較為平緩，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

專業(yè)駕駛員在30 km/h、40 km/h車速進(jìn)入時(shí)基本能保持車速不變駛過(guò)整個(gè)彎道；在50 km/h車速下入彎時(shí)，由于車速超過(guò)車輛側(cè)滑臨界車速，駕駛難度大幅提高，專業(yè)駕駛員小幅降速，以低于側(cè)滑臨界車速的速度駛過(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)車輛的操控相似。因此，彎道行駛過(guò)程平均縱向車速變化數(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的車速駛?cè)霃澋罆r(shí)，由于駕駛?cè)蝿?wù)難度進(jìn)一步增加，專業(yè)駕駛員和普通駕駛員的平均減速度均比車速較低時(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速降低以安全駛過(guò)彎道。

由圖4可知，各車速下專業(yè)駕駛員的縱向加速度分布范圍均小于普通駕駛員，專業(yè)駕駛員與普通駕駛員的縱向加速度分布范圍均隨著車速的增大而增大，且兩類駕駛員之間的縱向操縱差異增大。結(jié)果表明，專業(yè)駕駛員對(duì)車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)，在各車速下，專業(yè)駕駛員操作車輛的平均縱向急動(dòng)度均略小于普通駕駛員，專業(yè)駕駛員駕駛車輛時(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速基本只受油門和制動(dòng)踏板控制的影響，彎道行駛時(shí)汽車行駛狀態(tài)還會(huì)受到轉(zhuǎn)向盤控制的影響，增加了駕駛員在彎道中控制車輛的難度，需要縱、側(cè)向協(xié)同操縱，隨著入彎速度的提高，汽車操作難度會(huì)進(jìn)一步上升。

3.2.1 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

圖6所示為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角曲線，從圖6a中可以看出，在30 km/h的入彎速度下，專業(yè)駕駛員的轉(zhuǎn)向盤轉(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)程中專業(yè)駕駛員能夠較為迅速地調(diào)整轉(zhuǎn)向盤使其達(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)向盤較為緩慢，無(wú)法準(zhǔn)確快速地找到合適的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以適應(yīng)彎道曲率，完成彎道行駛?cè)蝿?wù)所需的轉(zhuǎn)向盤平均轉(zhuǎn)角峰值大于專業(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)向盤轉(zhuǎn)角在時(shí)序上的分布也比專業(yè)駕駛員的更大。

圖6 不同入彎速度下的轉(zhuǎn)向盤轉(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，但專業(yè)駕駛員仍可快速入彎，使平均轉(zhuǎn)向盤轉(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)向盤轉(zhuǎn)角增大的速度仍然小于專業(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)向盤轉(zhuǎn)角峰值達(dá)到175°，與專業(yè)駕駛員差別顯著，且轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角分布大于專業(yè)駕駛員。

在50 km/h 的入彎速度下，如圖6c 所示，專業(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)向盤轉(zhuǎn)角變化狀態(tài)與40 km/h工況下類似，轉(zhuǎn)向盤轉(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，專業(yè)駕駛員與普通駕駛員轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的明顯差異表明，轉(zhuǎn)向盤轉(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 所示為不同入彎車速下專業(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

橫擺角速度代表車輛行駛方向的穩(wěn)定性。圖8 所示為不同入彎車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 的入彎車速下，專業(yè)駕駛員與普通駕駛員的平均橫擺角速度差異不大，專業(yè)駕駛員的平均橫擺角速度峰值較普通駕駛員略??；專業(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 的入彎車速下，駕駛?cè)蝿?wù)難度增大，專業(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 的入彎車速下，隨著駕駛?cè)蝿?wù)難度的進(jìn)一步增大，專業(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 所示為不同入彎車速下側(cè)向操縱橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)聯(lián)特性。由圖9a 可以看出，30 km/h入彎速度下，專業(yè)駕駛員進(jìn)入彎道后能將橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系控制在線性區(qū)域內(nèi)，橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的相關(guān)性很高，普通駕駛員橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角線性相關(guān)程度略低于專業(yè)駕駛員。

從圖9b 中可看出，在40 km/h 的入彎速度下，專業(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，線性程度略低于專業(yè)駕駛員。

圖9c 顯示，在有難度的50 km/h 的入彎速度下，專業(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。專業(yè)駕駛員經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)于車輛運(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業(yè)駕駛員。普通駕駛員對(duì)于高速過(guò)彎的車輛運(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)車試驗(yàn)，從入彎、出彎的橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤轉(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 不同入彎車速下側(cè)向操縱橫擺角速度-轉(zhuǎn)向盤轉(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所示為不同車速下專業(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類駕駛員的操縱平穩(wěn)程度都略有下降。專業(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 不同車速下專業(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)際車輛試驗(yàn)中的不同速度條件的彎道駕駛事件中提取車輛操控?cái)?shù)據(jù)，研究車輛運(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)車場(chǎng)地試驗(yàn)，采集并對(duì)比分析普通駕駛員和專業(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)駕駛汽車行駛性能的測(cè)試評(píng)價(jià)方面。