駕駛員換道行為分析

黃賢丞，唐陽山，劉光健，朱停仃

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

駕駛員換道行為分析

黃賢丞，唐陽山，劉光健，朱停仃

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

道路行駛的研究中，為了保持交通暢通和保障人員安全，對車輛個體在交通流中的換道行為的研究尤為必要。換道行為的產生主要與駕駛員意圖有關，通常是為了減少交通延誤，改善駕駛環境。在駕駛員的換道過程中，對整個行為進行階段劃分和時間統計。

換道行為；駕駛員意圖識別

Abstract:In the study of road traffic, in order to maintain the traffic flow and ensure the safety of the people, it is necessary to study the behavior of the vehicle in the traffic flow. The behavior of lane changing is mainly related to the driver's intention,usually to reduce the traffic delay and improve the driving environment. In the course of the driver's lane changing, the whole behavior is divided into stages and time.

Keywords: lane changing behavior; driver intention recognition

CLC NO.: U491.2+54 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-147-02

前言

道路行駛中，車輛個體的車道保持和換道是了交通流中的基本組成之一。駕駛員換道過程中換道行為的產生和進行影響著交通暢通和人員安全。分析明確駕駛員換道行為的產生和劃分，有利于對依據駕駛員意圖識別進行的系統關系展開進一步研究。

1 換道行為的產生

換道行為指的是駕駛人對周圍車輛以及道路使用情況等交通信息觀察分析之后，根據自身意愿、駕駛需求以及駕駛安全性，采取駛離當前車道而匯入旁邊目標車道的駕駛行為。在車道變換的分類方面，Eeik[1]按照駕駛員意圖或動機，將車道變換分為強制車道變換(mandatory lane-changing)和自由車道變換(discretionary lane-changing)兩類。其中強制車道換道指的是駕駛人為完成換道任務或正常行駛目的所必須采取的換道行為，此類行為的進行關鍵是存在一個最遲換道點，駕駛人必須在此位置點之前完成換道。通常發生在交叉路口、匝道以及前方有障礙物等地。任意車道換道指的是駕駛人為了獲得適合車速（加速或減速）、超越前方慢車而采取的換道行為，通常發生在快車跟隨慢車行駛，而且駕駛人判斷相鄰車道行車條件優于本車道時。此時通常是為了減少交通延誤，改善駕駛環境。

在換道行為中，自由車道變換行為是將駕駛員在駕駛過程中的意識、對交通狀況判斷和車輛操作情況的綜合和體現，與基于人-車-路系統（driver-vehicle-road system）的汽車安全駕駛支持系統的研究范圍相一致[2]，具有重要研究意義。

下面對自由車道變換行為進行劃分。

2 換道行為的劃分

換道行為的劃分可以從換道過程和換道時間兩個方面進行分析。

2.1 車輛換道過程

車輛換道過程即車輛完成由當前車道到目標車道的整個過程。車輛換道過程的研究，國內外學者從不同的角度對換道行為進行了劃分，主要是駕駛員控制的方向盤轉角體現和車輛行駛的目標體現。

Winsum[3]等根據方向盤轉角的變化將換道劃分為3個階段:從開始轉動方向盤到達到最大角度為第1階段，從最大角度到轉角為零為第2階段，從轉角為零到轉角負向最大為第3階段。楊建國[4]等修正了傳統 3段式換道模型，將換道分為扭角、靠攏、收角、調整等4個階段。

Worrall[5]將換道過程劃分為準備、執行和持續三個階段：車道變換的準備階段為車輛開始向目標車道靠攏到車輛到達兩車道分界線所持續的時間和距離；車道變換的執行階段為車輛到達兩車道之間的標線至車輛越過兩車道之間的分界線的過程；車道變換的持續階段為車輛完全到達目標車道到車輛在目標車道上恢復正常行駛狀態為止。

綜合已有換道過程，可以得出結論：（1）駕駛員是換道行為的主體，換道行為的研究是加入了駕駛員和周圍環境的綜合判斷過程。（2）換道行為劃分主要是換道意圖和執行兩個階段。意圖階段為駕駛人換道意圖產生到駕駛人為了完成換道行為開始換道的階段。執行階段為車輛開始朝另一車道線移動到車輛跨過車道線，并在目標車道上完全調整好車輛行駛方向為止。

（3）對車輛換道過程的判斷，主流的時窗分析起始點是以方向盤開始轉動前的3-7s為作為原點。最近5年逐漸展開的對駕駛員眼動及頭動行為的分析的加入，對時窗分析的原點的矯正和駕駛員換道意圖產生的判斷具有積極意義。

2.2 車輛換道時間

換道時間是車輛由當前車道產生換道意向直至成功換入目標車道的時間。車輛換道需滿足換道間距的條件，這是保證車輛能夠進行成功換道的前提。

實際交通中，換道車輛的行駛速度不同，其換道時間也相同。同時，不同駕駛員對車輛換道的觀察和操作時間也不盡相同。一般根據駕駛員風格不同可以劃分為謹慎型、正常型和激進型。分析車輛換道時間，由車輛換道過程的分析我們可以分為子時間：換道前期準備時間、換道時間、換道完成車身調整時間。但在車身調整過程中，車輛處于車道穩定、駕駛員方向保持的狀態，且之后的車輛操作實際上車輛換道已接近完成，因此不考慮。

通過實車行駛數據采集獲得駕駛員換道時間，采用拉依達準則法(3σ)對異常數據進行剔除。當某一測量數據 x，與其測量結果的算術平均值之差大于3倍標準偏差σ時，則該測量數據應舍棄，用公式表示為：。拉依達準則根據隨機變量的正態分布規律，在多次試驗中，測量值落在之間的概率為 99.73%，出現在此范圍之外的概率僅為 0.27%，這種事件為小概率事件，出現的可能性很小，幾乎是不可能。

以Kiefer的研究為依據[6]，其換道前期準備階段包括駕駛人開啟轉向燈或首次注視左右后視鏡、內視鏡的時間，截止點為駕駛人完成換道操作后首次轉動方向盤的時間。對比不同風格的駕駛員的換道前準備時間如表2：

表2 駕駛員換道準備時間統計

在實車行駛數據采集和分析中，通過對駕駛員換道時間的比較可以得出結論：（1）車速對駕駛員換道時間的具有影響，高速行駛的車輛換道迅速，而低速行駛車輛換道猶豫。（2）駕駛員換道過程中，側方向觀察包括后視鏡、目標車道和側區域中，駕駛員對后視鏡的觀察時間居主要部分。（3）駕駛員換道過程中，對前方車道的觀察時間達到65%。

3 結論

本文是對駕駛員換道過程中換道行為進行的總結性研究，對換道行為的產生和劃分列出發展成果，對于后期根據駕駛員意圖識別進行的換道研究具有鋪墊作用。

[1] 周成虎,孫戰利,謝一春.地理元胞自動機研究[J].北京:科學出版社,1999

[2] 李榮.城市交通系統人—車—路演化建模與承載力分析[J].北京交通大學.2013 (S2)

[3] Winsum W M Waard D D, Brookhuis K A. Lane Change Maneuvers and Safety Margins[J].Transportation Research Part F 2( 1999) 139-149.

[4] 楊建國,王金梅,李慶豐,王兆安.微觀仿真中車輛換道的行為分析和建模[J].公路交通科技.2004. 21(11): 93-97.

[5] Worrall R D, Bullen A G R. An empirical analysis of lane changing on multilane highways [R]. Washington: Highway Research Board.197.

[6] 黃秋菊.車道變換行為特性及其對交通安全影響的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學大學交通科學與工程學院,2007.

[7] Kiefer R J, Hankey J M. Lane change behavior with a side blind zone alert system[J]. Accident Analysis and Prevention 40 (2008):683-690.

Analysis of driver lane change behavior

Huang Xiancheng, Tang Yangshan, Liu Guangjian, Zhu Tingting
（Automobile& Transportation College, Liaoning Univesity of Technology, Liaoning Jinzhou 121001）

U491.2+54 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-147-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.050

黃賢丞，在讀研究生，就讀于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。唐陽山，(1972)，男，教授，博士。就職于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。主要研究方向為交通信息感知與輔助駕駛技術。基金項目：遼寧省科技廳聯合基金項目（201602375）