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基于駕駛模擬技術(shù)的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)仿真測(cè)試及評(píng)估

2019-07-03 00:22:44·  來(lái)源：智車科技  
　
基于駕駛模擬技術(shù)如何有效再現(xiàn)多樣的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)綜合評(píng)測(cè)是當(dāng)前車路協(xié)同技術(shù)領(lǐng)域的重要議題。北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院駕駛行為實(shí)
基于駕駛模擬技術(shù)如何有效再現(xiàn)多樣的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)綜合評(píng)測(cè)是當(dāng)前車路協(xié)同技術(shù)領(lǐng)域的重要議題。北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院駕駛行為實(shí)驗(yàn)室基于駕駛模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了典型14種車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的仿真測(cè)試，并基于主觀感受、高效性、安全性、生態(tài)性、舒適性、有效性等指標(biāo)體系形成了一套標(biāo)準(zhǔn)化面向人因的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)評(píng)估方法。
 
背 景

隨著機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，交通安全、擁堵、污染作為交通領(lǐng)域的三大難題日趨嚴(yán)峻。車路協(xié)同技術(shù)作為解決交通領(lǐng)域現(xiàn)存問(wèn)題的新機(jī)遇，已成為炙手可熱的研究焦點(diǎn)。事實(shí)上，車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)測(cè)試至少包括三個(gè)階段：計(jì)算機(jī)模擬仿真測(cè)試、封閉環(huán)境測(cè)試以及實(shí)際道路測(cè)試。目前，車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)地測(cè)試受到試驗(yàn)場(chǎng)地難申請(qǐng)、測(cè)試成本高、周期長(zhǎng)、相關(guān)立法未健全等限制，且無(wú)法涵蓋多種交通環(huán)境，故現(xiàn)階段多數(shù)研究基于虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能測(cè)試，通過(guò)描述車輛特征及構(gòu)建交通流仿真環(huán)境開(kāi)展車路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院駕駛行為實(shí)驗(yàn)室采用駕駛模擬技術(shù)搭建了車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)雙在環(huán)效能測(cè)試平臺(tái)（圖1）。
 
   
以北京冬奧會(huì)主干通道興延高速為對(duì)象，面向駕駛?cè)诉m應(yīng)性，針對(duì)多種道路條件、交通狀態(tài)、特殊事件等面向高速公路車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)了包括14種不同車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的駕駛模擬方案及情景再現(xiàn)，具體情景有：

長(zhǎng)下坡預(yù)警（A）

霧預(yù)警（C）

施工區(qū)預(yù)警（I）

隧道預(yù)警（J、L）

彎道預(yù)警（K）

生態(tài)車道預(yù)警（B）

前向碰撞預(yù)警（D）

異常車輛提醒（E）

車輛失控預(yù)警（F）

緊急車輛預(yù)警（G）

前方擁堵預(yù)警（H）

排隊(duì)預(yù)警（M）

限速預(yù)警（N）

盲區(qū)預(yù)警（O）

選擇興延高速（總長(zhǎng)46km）作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)原型。場(chǎng)景設(shè)置為雙向四車道，道路橫斷面為22.4 m (車道寬度= 3.75 m，中位數(shù)(綠化帶)寬度=2.6 m，肩寬=4.55 m)，自由流狀態(tài)，限速80-120 km/h。為保證數(shù)據(jù)的有效性，避免被試疲勞駕駛，將路段用服務(wù)區(qū)分割，兩段長(zhǎng)度分別為22 km（路段1）和24 km（路段2）。測(cè)試平臺(tái)中各車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置位置如圖2所示?；谠摐y(cè)試平臺(tái)，設(shè)計(jì)人機(jī)交互系統(tǒng)（HMI），實(shí)現(xiàn)了基于駕駛模擬的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)情景再現(xiàn)與人機(jī)交互測(cè)試，并在高效、安全、生態(tài)、舒適及有效性等方面進(jìn)行了綜合評(píng)測(cè)。
初步結(jié)果-適應(yīng)性評(píng)估
 
初步分析結(jié)果顯示，車路協(xié)同技術(shù)降低了單車行駛效率（圖3），但其安全性有顯著提升（圖4），生態(tài)性改善效果明顯（圖5），舒適性各系統(tǒng)存在不一致性（圖6），有效性具有明顯的優(yōu)勢(shì)（圖7）。
 
初步結(jié)果-交通流評(píng)估（以隧道為例）
隧道作為高速公路的瓶頸路段，尤其是特長(zhǎng)隧道，因其物理結(jié)構(gòu)的特殊性，駕駛員在進(jìn)入和駛出隧道過(guò)程中駕駛環(huán)境發(fā)生劇烈變化，使其交通流存在較多的不穩(wěn)定性。時(shí)空軌跡是揭示運(yùn)動(dòng)物體在指定空間內(nèi)連續(xù)時(shí)序變化狀況的特性指標(biāo)，準(zhǔn)確地表述車輛行駛速度控制、速度穩(wěn)定性以及進(jìn)入隧道前減速觸發(fā)點(diǎn)等方面車輛運(yùn)行的特性。
 
基于被試在駕駛過(guò)程中車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（位置、時(shí)間、速度、加速度、橫向擺動(dòng)等）數(shù)據(jù)，研究特長(zhǎng)隧道路段環(huán)境下車輛時(shí)空運(yùn)行特性，對(duì)比駕駛員在預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)啟與關(guān)閉2種狀態(tài)下通過(guò)特長(zhǎng)隧道路段（石峽隧道預(yù)警系統(tǒng)）車輛運(yùn)行狀態(tài)變化的差異性，并基于試驗(yàn)車輛的縱向時(shí)空軌跡匯聚數(shù)據(jù)，分析預(yù)警系統(tǒng)對(duì)交通流實(shí)際通行效率的影響。將車載系統(tǒng)開(kāi)啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)下的被試車輛時(shí)空軌跡曲線按照最小跟車時(shí)距（選取1.5s）的原則進(jìn)行隨機(jī)排序（1000次取最優(yōu)），獲得車載設(shè)備兩種狀態(tài)下最佳時(shí)空軌跡匯聚模式。結(jié)果表明，車載系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)的時(shí)空軌跡匯聚圖更加緊密，速度整體比較穩(wěn)定，有利于交通流整體通行效率的提高。
 
總 結(jié)

基于駕駛模擬技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的再現(xiàn)與仿真測(cè)試，通過(guò)構(gòu)造虛擬路側(cè)傳感器、虛擬車車通信系統(tǒng)，構(gòu)建試驗(yàn)車輛與背景車輛的交互場(chǎng)景，并記錄細(xì)粒度、多維度、高精度駕駛行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的定制化仿真，形成了面向人因的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試仿真一般性方法。在車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)上路測(cè)試之前，通過(guò)基于駕駛模擬的定制化場(chǎng)景設(shè)定和柔性化參數(shù)控制，該技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的仿真測(cè)試與評(píng)估，克服了封閉環(huán)境測(cè)試和實(shí)際道路測(cè)試成本高、周期長(zhǎng)、場(chǎng)景庫(kù)單一的缺點(diǎn)。
 
北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院駕駛行為研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)構(gòu)建基于駕駛模擬的車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景下駕駛行為數(shù)據(jù)細(xì)粒度、多維度、高精度獲取，從人因角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)在駕駛?cè)诉m應(yīng)性和交通流多層面的測(cè)試評(píng)估和優(yōu)化，為進(jìn)一步開(kāi)展外場(chǎng)測(cè)試奠定基礎(chǔ)。
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