面向車輛行駛過程的舒適性評價指標體系

霍冠哲

(同濟大學，上海 200000)

0 引言

行車舒適性的研究基本來源于汽車設計的舒適性概念。目前主要有三大方面研究成果:

1)交通心理生理行為研究［1-3］，研究角度是駕駛員反應操作過程、駕駛員的生理和心理特性、疲勞駕駛等。

2)汽車乘坐舒適性［4，5］，研究角度是汽車振動及減振、汽車噪聲及降噪、汽車內外裝飾及道路平整度等。

3)道路幾何條件［6-10］，如道路坡度和坡長、橫豎曲線半徑和長度、平縱組合設置等。

總結得到以下結論:

1)主要針對公路領域的山區公路類型，研究道路線形設計和路面平整度對行車舒適性的影響。

2)采用客觀測量法與主觀評價法(人體主觀感受)相結合的方法評價行車舒適性，客觀測量指標評價標準多采用國外公路行業的評價標準，國內缺乏相關標準和規范。

3)用生理性指標評價行車舒適性所得結果不精確，因為生理反應的變化多與人的體質狀況及當時的身體狀態或情緒有關，難以估計行駛環境對生理反應變化的影響程度。

4)多用道路斷面上的統計平均車輛行駛狀態指標，無法衡量單個車輛的行駛過程中的舒適性變化。

城市道路沿線設置有公交停靠站、出入口等等，進出交通干擾到主線道路車輛行駛過程的舒適性，本文主要從客觀的角度面向單個車輛行駛過程，構建適用于城市道路行駛環境的舒適性評價指標體系。

1 行駛舒適性要義解析

與舒適有關的物質環境要素(建筑空間或實體元素)，首先應在人類功效學意義上達到舒適;其二是物理環境和特征所引起的主觀反應;其三是在感知意義上的空間或實體要素［11］。因此，要描述道路行駛環境作為客體對主體使用者帶來的舒適性感受可以從以下3個方面入手:

1)車輛在行駛過程中的狀態，即功能舒適性，本文指行駛舒適性;

2)通過人體視覺產生的舒適，即視覺舒適性;

3)基于人體心理需求而對環境空間感知的舒適性感受，即心理舒適性。這里的心理舒適性是對人在使用過程中對空間的基本心理需求及感受，比如感到不逼仄，夠安全等。

從主觀和客觀角度來看，功能舒適性屬于客觀感受反應的結果，視覺舒適性和心理舒適性是人的主觀感受反應的結果。本文研究機動車的功能舒適性即行駛舒適性。

2 行駛狀態突變特征分析

車輛在行駛過程中受到突如其來的干擾，會產生行駛狀態突變，由此導致車輛行駛不舒適。描述行駛舒適性程度不易，然而描述行駛不舒適卻包含很多特征。行駛狀態突變特征的描述恰是表征行駛不舒適性的表現。通過分析車輛行駛狀態的突變結果，可得到3個突變特征:

1)車身橫向偏移。城市道路行駛環境中，如遇到出入口駛出車輛突然插入的狀況，主線道路上的車輛會自動偏離該插入車輛，導致自己車身中心橫向偏移，最終導致行駛軌跡變化。

2)車頭轉角偏移。遇到出入口駛出車輛突然插入情況，車輛同樣會有猛然轉動方向盤以避讓危險的行為，因此車頭轉角偏移也是一個重要特征。

3)車速突變。遇到上述情況車輛可能會急剎車，導致車速明顯突變。

這3個角度較全面的包含了機動車行駛狀態發生突變時的特征，這3個突變特征可能同時發生，也可能僅一個或兩個同時發生。

3 行駛狀態變化圖分析

由突變特征分析可知，描述車輛行駛狀態變化可以從車身位置變化圖，速度波動變化圖，車頭轉角變化圖3個方面著手。

1)車身位置變化圖。

車身位置變化圖由車輛中心在車道橫斷面上偏移的橫向位置和行駛方向上的縱向位置構成。在自由流狀況和沒有其他干擾因素影響的情況下，車輛一般沿著車道中心線行駛，車輛中心相對于車道中心線的橫向偏移量不大。若頻繁受到干擾，車輛對行駛軌跡的把握就不能夠穩定，出現沿著車道橫斷面或向左或向右的偏移，極其影響車輛行駛舒適性，甚至會有安全隱患。因此，車身位置變化的橫向偏移量在縱向位置上的分布狀況可以反映出車輛受到干擾的情況，一定程度上反映了車輛行駛舒適性程度。圖1是單個車輛車身位置坐標示意圖。

圖1 單個車輛車身位置坐標圖

2)速度波動變化圖。

速度變化圖可以由速度—位置圖、速度—時間圖表示。在自由流狀況和沒有其他環境干擾的情況下，車輛沿著路段按一定速度平穩行駛。出現其他干擾因素時，如前方有單位出入口的進出交通流，會導致后續車輛減速甚至停下。行駛過程中的走走停停極其影響車輛行駛舒適性，且速度突變不僅舒適性極差，甚至有安全隱患。因此，速度波動狀況能夠反映車輛行駛舒適性。圖2是單車速度—時間示意圖，不代表真實車輛速度變化。

圖2 單車速度—時間示意圖

從圖2可得，車輛的速度波動特征有兩個:

a.速度波動振幅，是相對于速度均值即平均行駛速度的差值，反映車輛行駛過程的整體速度波動幅度，可用車輛行駛速度的速度方差表示;

b.速度波動頻率，即波動頻繁程度，是相鄰觀測時間點的速度差值，反映車輛行駛過程中的速度突變情況，可用相鄰觀測時間的速度差值的平方的均值表示(平方是為了與速度方差數量級一致)，簡稱速度鄰差。

速度方差和速度鄰差計算公式如下:

單車速度方差:

單車速度鄰差:

式中:T——總觀測時間;

vit——第i輛車時刻t所對應的瞬時速度;

v1——第i輛車所觀測的平均行駛速度值;

Δvi——第i輛車相鄰觀測時間的速度差。

加速度變化曲線圖也可用來表征車輛行駛舒適性，是速度變化的第二層次評估指標。

3)車頭轉角變化圖。

車頭轉角變化圖表征的是車輛車頭相對于車身中心的偏移角度沿著車輛行駛縱向位置的變化。在自由流狀況和沒有其他干擾因素影響的情況下，車頭轉角一般為零。當前方突然出現干擾時，車輛會采取剎車或轉動方向盤等行為，方向盤轉動就導致車頭轉角變化。由此可知，車頭轉角變化圖也是反映車輛行駛舒適性的一個重要方法。圖3是車頭轉角坐標示意圖。

4 行駛舒適性評價指標體系

通過前述對單個車輛的行駛狀態變化特征分析，可得車輛行駛舒適性的評價指標體系，如表1所示。

圖3 車頭轉角坐標示意圖

表1 車輛行駛舒適性評價指標體系

5 結語

本文從機動車行車過程中的舒適性角度，分離出車輛的功能舒適性即是本文研究的行駛舒適性概念，進而構建了適用于城市道路行駛環境的，面向車輛行駛過程的舒適性評價指標體系。該評價指標體系關注單個車輛的整個行駛過程，剝離了人自身主觀生理心理的影響因素，并區別于以往道路斷面上的統計平均行駛狀態指標，豐富了精細化交通設計的效益評估方法。

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