信控交叉口电动汽车驾驶行为特征分析_毛喆.pdf

信控交叉口电动汽车驾驶行为特征分析*毛喆1,2胡宸1,2黄衍1,2（1.武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉 430063；2.武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉 430063）摘要：为探究电动汽车在城市交通环境下的驾驶行为特征，本研究选取信号控制交叉口作为城市交通系统典型场景，通过自然驾驶实验分析电动汽车在信控交叉口的驾驶行为特征，并与传统燃油车进行对比分析。实验提取了电动汽车在信控交叉口的有效加减速片段，其中减速片段96个、加速片段78个，使用纵向加速度的累积频率、概率分布、特征值等指标对电动汽车在信控交叉口的加减速行为进行统计分析，通过线性回归对电动汽车在信控交叉口的速度与距停止线距离、速度与加速度之间的关联性进行分析。结果表明：与现有关于燃油车在信控交叉口的研究相比，电动汽车驾驶人在加速过程中易选择更大的加速度，其平均加速度第85%分位值为1.38 m/s2，燃油车该值为1 m/s2；第85%分位左右平均加速度累积频率曲线的斜率产生突变，而平均减速度、峰值加速度、峰值减速度的累积频率曲线斜率突变点均为第90%分位附近，三者第90%分位值分别为1.32，4.52，2.60 m/s2，电动汽车驾驶人在信控交叉口减速、加速的实时速度与距停止线距离呈正相关，相关系数R2分别为0.679和0.683。对信号控制交叉口的电动汽车驾驶人驾驶行为分析仿真，可为电动汽车混行交通安全管理法及道路设计规范的制定提供借鉴。关键词：交通安全；信号交叉口；驾驶行为；自然驾驶实验；电动汽车中图分类号：U491.5+4文献标识码：Adoi:10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.018An Analysis of Driving Behavior Characteristics of ElectricVehicles at Signal-controlled IntersectionsMAO Zhe1,2HU Chen1,2HUANG Yan1,2(1.Intelligent Transportation Systems Research Center,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China；2.National Engineering Research Center for Water Transport Safety,Wuhan University ofTechnology,Wuhan 430063,China)Abstract:This study is intended to explore the driving behavior characteristics of electric vehicles in urban trafficenvironment.As a typical scene of urban traffic system,signal-controlled intersections are selected to analyzes thedriving behavior characteristics of electric vehicles through natural driving experiment.And compares the drivingbehavior characteristics with traditional fuel vehicles.In this experiment,96 deceleration segments and 78 accelera-tion segments of electric vehicles at signalized intersections are extracted.The cumulative frequency,probability dis-tribution and eigenvalue of longitudinal acceleration are used to analyze the acceleration and deceleration behaviorof electric vehicles at signalized intersections.Linear regression was used to analyze the correlation between thespeed of electric vehicles at signalized intersections and the distance from the stop line,speed,and acceleration.The收稿日期：2022-08-01*国家重点研发计划项目（2019YFB1600800）、国家自然科学基金项目（52072289）、湖北省科技重大专项（2020AAA001）、武汉理工大学三亚科创园开放基金项目（2020KF0041）、中央高校基本科研业务费专项资金项目（WUT:2021CG021）资助 第一作者（通信作者）简介：毛喆（1976），博士，副研究员.研究方向：交通安全等.E-mail:信控交叉口电动汽车驾驶行为特征分析毛喆胡宸黄衍173交通信息与安全2022 年6 期第 40卷总 241期0引言随着能源的日渐枯竭，以电动汽车为代表的新能源汽车保有量持续增高。根据中国汽车工业协会发布的汽车全年产销数据，我国2020年全年各类型汽车的总销量是2 531.1万辆，同比增速约2%。其中新能源汽车销量是 136.7 万辆，同比增长了10.9%，电动汽车的销量约为111.5万辆，其占新能源汽车总销量的主要比重，增长速度超过10%。相比之下，传统燃油车的销量不增反降1。由于 新能源汽车产业发展规划（20212035年）的发布，预计至2025年电动汽车的销量将持续增长。至2018年底我国新能源汽车万车事故率为5.69次/万车，万车死亡率为1.06人/万车；至2019年底万车事故率陡增到11.59次/万车，万车死亡率也随之涨到2.10人/万车；而这2项数据在2020年底又分别上涨到12.47次/万车和2.11人/万车2。从上述数年的数据统计可知，新能源汽车事故数以及死亡人数的年平均增长率高达171%和157%，每一年都保持上升的趋势。道路交叉口作为交通事故发生率较高的场所之一，由于其复杂多样性一直对驾驶人及其驾驶行为提出很高的要求。所以，出现在道路交叉口的车辆运行状态和驾驶行为等也一直是业界诸多学者们感兴趣和研究的方向。唐克双等3通过对交叉口的车辆运行状态进行视频拍摄，提取交叉口相位切换期间的加减速变化行为，利用加减速度、加减速度变化率等指标在识别车辆危险驾驶行为同时进行分类，并对其特征进行分析。冯仁科等4通过实车实验采集车辆的各类数据及驾驶人的心生理反应，将二者关联起来，建立了驾驶人在交叉口时车辆最大减速度与心生理变化的关系模型，并对车辆通过交叉口危险程度进行分级。Almallah等5通过信号交叉口的监控视频采集到的数据，分析了车辆刚通过交叉口时加速期间的数据，建立关联，分析其互相作用的原因。魏福禄等6采集了信号交叉口左转车辆的相关数据，从道路线形的角度来研究车辆在交叉口的运行状态，得出结论：随着转弯半径的增大、车辆速度也会相应增大。白婧荣等7结合实际车辆行驶环境，以是否存在纵向减速标线为变量，采集山区城市道路不同交叉口的道路条件、交通状态、车辆状态、驾驶人生理指标等数据，对二者进行对比分析，发现2种不同类型的交叉口的交通安全性有所差异，纵向减速标线的设置有利于提醒驾驶人在到达交叉口前作出减速动作，控制车速，提升交叉口安全性。Zhu等8以车辆的加速减速行为为研究对象，分析了当信号相位切换时车辆的加速减速状态，为了消减信号相位切换对交通状况造成的不良影响，建立模型对车速进行优化。江泽浩9采用模拟驾驶实验研究了绿灯倒计时对机动车微观驾驶行为影响，通过随机效应Logistic模型，证明速度、距离等对车辆决策行为有显著影响。雷朝阳等10针对信控区的通行延误高和效率低的问题，通过多目标粒子群算法获得最优车速，建立了车速引导模型，并对其进行验证。Liao等11采用最优控制思想，对交叉口类型和减速行为进行分类，利用分层控制，研究不同类型下的交叉口的减速停车行为，并构建了表征不同类型交叉口的驾驶行为模型。Aswad-Mohammed12采集了驾驶人的视觉数据，对信号交叉口的视觉注意力进行研究，将其与停车时间、车头时距以及跟车类型进行关联，从而分析出生理状态与驾驶行为间的相互作用。为了对驾驶人加速过程进行研究，Wallace等13提取加速事件中的加速度值，研究最大加速度与平均加速度之前的关系；Bosetti等14对纵向加速度与速度之间的关联性进行了分析。由于电动汽车与传统燃油车在动力构造上的不同，导致其驾驶人驾驶车辆时表现出的驾驶行为不尽相同。速度与加速度是最为直观表现车辆微观运动的特征参数。现阶段信控交叉口的驾驶行为的研究对象以传统燃油汽车为主，未考虑电动汽车的特殊构造对驾驶人在信控交叉口的驾驶行为产生的影results show that compared with the existing research on fuel vehicles at signalized intersections,electric vehicledrivers are more likely to choose higher acceleration.Its 85%quantile value of average acceleration is 1.38 m/s2,and the value of fuel vehicles is 1 m/s2.For the behaviors of electric vehicle drivers at signalized intersections,the slope of the cumulative frequency curve of the average acceleration around the 85 th percentile has a suddenchange.As for the slope of the cumulative frequency curve of the average deceleration,peak acceleration,andpeak deceleration a sudden change occurred near the 90th percentile.The 90th percentile values of them are 1.32,4.52,and 2.60 m/s2,respectively.Besides,there is a positive correlation between the real-time speed of decelera-tion and acceleration with distance from the stop line,and the value ofR2are 0.679 and 0.683,respectively.Keywords:traffic safety;signalized intersection;driving behavior;natural driving experiment;electrical vehicle174响，因此本研究对于抵近到驶出信号交叉口时电动汽车驾驶人的驾驶行为与其表现出的特征进行分析，为跟驰模型及微观交通仿真提供参数的标定值，对电动汽车混行交通的安全管理具有一定的参考价值。1自然驾驶数据采集1.1实验设计1.1.1实验车辆选择在自然驾驶实验中，为了充分考虑车辆运行过程的随机性和行驶路段的多样性，本文主要考虑的电动车辆类型为出租车与网约车。经过调研发现