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汽车驾驶动态复杂度建模与实验研究

作　者: 范娜
导　师: 黄红选
学　校: 清华大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 汽车驾驶 动态复杂度 碰撞时间 刹车操作
分类号: U471
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


本研究的目的是通过动态复杂度评估动态驾驶环境对驾驶员的影响。本研究将驾驶系统的复杂度分为车辆系统复杂度、车辆操作界面复杂度、静态道路环境复杂度、动态驾驶环境复杂度、主观复杂度等；将动态驾驶环境复杂度称为动态复杂度。由于动态驾驶环境很大程度上受实时交通的影响，所以动态复杂度被分为瞬时复杂度与累积复杂度。本研究假设累积复杂度源于瞬时复杂度。本研究给出了动态复杂度的概念模型以及复杂度因子（道路使用者数量、多样性，道路使用者的相对速度、位置以及行为的横向变异性、纵向变异性），提出了基于碰撞时间的动态复杂度度量方法。为了验证动态复杂度概念模型及度量方法的有效性，研究者以道路使用者（即交通中的车辆、行人等）行为的纵向变异性、横向变异性两个因子为自变量，设计了包含4个实验任务的虚拟驾驶实验。实验选用了单向两车道的直行城市道路，道路使用者全部为小轿车。实验的因变量有主观复杂度、主观工作负荷以及参试者的驾驶行为变量。本研究的主要发现如下：第一，碰撞时间和刹车操作间有很强的关系。(0,10]秒的碰撞时间区间内的刹车操作发生概率显著高于其他区间（p <0.001）。此外，刹车幅值是碰撞时间的函数y=15.631x-0.385（R2=0.690，p <0.001）。第二，瞬时复杂度导致了部分刹车操作，即瞬时复杂度与刹车存在一定因果关系。实验任务2、3、4中，瞬时复杂度与刹车的相关系数分别为0.5，0.4和0.5，置信水平a=0.05。第三个发现是，累积复杂度与主观复杂度（Spearman相关系数=0.522，p<0.001）、主观工作负荷（Spearman相关系数=0.502，p<0.001）、刹车次数（Spearman相关系数=0.612，p<0.001）、刹车幅值和（Spearman相关系数=0.718，p<0.001）显著正相关。本研究的结论是，动态复杂度能有效地区别具有不同复杂水平的驾驶任务。根据现有的研究结果，动态复杂度能够有效地度量动态驾驶环境对驾驶员的影响。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第1章 引言  7-10
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 研究目的及意义  8-9
  1.3 研究方法  9
  1.4 论文结构  9-10
第2章 文献综述  10-30
  2.1 复杂度  10-24
    2.1.1 复杂度定义  10-11
    2.1.2 复杂度分类  11-12
    2.1.3 复杂度度量方法  12-24
  2.2 碰撞时间  24-26
  2.3 驾驶绩效测量  26-30
    2.3.1 驾驶行为模型  26-27
    2.3.2 驾驶绩效测量方法  27-30
第3章 动态复杂度概念模型  30-39
  3.1 驾驶复杂度概念框架  30-33
    3.1.1 驾驶系统复杂度  30-31
    3.1.2 动态复杂度概念模型  31-33
    3.1.3 动态复杂度度量方法应具有的功能  33
  3.2 动态复杂度影响因素  33-34
  3.3 基于碰撞时间度量复杂度  34-39
    3.3.1 计算碰撞时间  34-37
    3.3.2 瞬时动态复杂度  37
    3.3.3 累积动态复杂度  37-39
第4章 度量方法有效性验证实验  39-47
  4.1 实验假设  39
  4.2 实验设计  39-40
  4.3 实验因变量  40-41
  4.4 实验场景  41-43
    4.4.1 实验任务的动态驾驶环境  42-43
    4.4.2 驾驶环境参数  43
  4.5 实验设备  43-45
  4.6 实验过程  45
    4.6.1 实验前准备  45
    4.6.2 参试者准备  45
    4.6.3 正式实验  45
  4.7 实验参试者  45-47
第5章 数据分析与讨论  47-72
  5.1 主观因变量结果分析  47-50
    5.1.1 描述性统计  47-48
    5.1.2 实验因子影响的显著性分析  48-49
    5.1.3 结果讨论  49-50
  5.2 碰撞时间与刹车关系探究  50-60
    5.2.1 刹车幅值轮廓曲线  50-56
    5.2.2 刹车概率及碰撞时间阈值  56-60
    5.2.3 结果讨论  60
  5.3 瞬时复杂度有效性验证  60-67
    5.3.1 瞬时复杂度的描述性分析  61-63
    5.3.2 瞬时复杂度与刹车的因果关系  63-66
    5.3.3 结果讨论  66-67
  5.4 累积复杂度有效性验证  67-72
    5.4.1 实验任务的累积复杂度差异性分析  67-69
    5.4.2 累积复杂度与主观因变量、刹车操作相关性分析  69-70
    5.4.3 结果讨论  70-72
第6章 结论与展望  72-75
  6.1 研究结论与研究贡献  72-74
  6.2 研究局限与展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
附录 实验材料  81-85
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  85

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车驾驶与使用
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