电动自行车交通安全研究综述

2016-11-14傅金睿季晨宸

新能源科技 2016年9期

关键词：电动冲突交通

傅金睿季晨宸何琳

（江苏省科学技术情报研究所，江苏南京 210042）

电动自行车交通安全研究综述

傅金睿季晨宸何琳

（江苏省科学技术情报研究所，江苏南京 210042）

随着国家经济水平的发展，人们出行需求的增加，电动自行车因为其速度快、价格低、能耗少等特点而受到普通居民的欢迎，社会保有量逐年增加。但是，电动自行车在带来出行便利的同时，也由于其车速过快、车身过重、蓄电池的环境污染等因素带来了交通安全、交通管理、环境保护的难题。因此，研究电动自行车的交通安全特性、交通管理具有非常重要的现实意义。

电动自行车；交通安全；国内外研究

电动自行车是近年来兴起的一种新型的出行交通工具，由于其具有轻便、灵巧、价格低、能耗少、速度快、污染较小等特点，越来越受到普通居民的欢迎，使用电动自行车的群体急剧膨胀。

国外从上世纪70年代对电动自行车开始进行研制，90年代投入市场。受到环保意识、节约能源、购买能力等因素的影响，国际市场上电动自行车的需求量逐步上升。许多国家己经把电动自行车看作为未来交通发展的趋势，欧盟、日本、美国等国家还制定了相关的法规，以规范电动自行车的发展。在东南亚和我国台湾省，政府为了减少机动车出行和摩托车数量，将电动自行车作为绿色环保产品而支持其发展。

但是，电动自行车自身的技术特性也给骑行人和出行人造成了极大的安全隐患。电动自行车是介于自行车和摩托车之间的一种交通工具，两轮行驶稳定性较差，速度又较自行车快得多，与自行车在非机动车道混合行驶，道路占用面积大于自行车，降低道路通行能力，极易造成交通事故。电动自行车的能量源铅酸蓄电池也存在着对环境的污染，生产厂家任意改造电动自行车技术标准，电动自行车质量参差不齐，也成为交通事故增加的因素。

随着我国电动自行车的拥有量的急剧增加，也给城市交通管理带来了极大的难度，城市交通问题越来越严重，许多的矛盾直接指向了电动自行车。一方面是普通居民对电动自行车的需求逐渐增加，一方面是政府对电动自行车的限制逐步加强。如何平衡、协调居民的出行需求和交通管理者的管理之间的关系，在今后一段时间内是交通管理者的一大难题。如何减少电动自行车的交通安全事故、确保行驶安全，保障交通畅通，以及减少蓄电池的污染，具有非常实际的现实意义。

1. 电动自行车研究现状

（1）国内研究现状

我国的电动自行车绝大部分是采用不需要人力骑行的全电动模式，生产厂家和品牌众多。目前，我国对于电动自行车的生产和管理还没有统一的规范和标注，对于电动自行车这种交通方式的研究还较少，大多为关于电动自行车管理政策的研究。这也使得我国不同地区、不同城市对待电动自行车的管理方式不尽相同。

国内关于电动自行车交通安全的研究起步较晚，国内研究电动自行车的学者主要有陈艳艳、王曼丽、马国忠、石臣鹏、董斌杰等。

2002年，北京工业大学的陈艳艳等人对电动自行车做了综合性的研究，从安全、城市交通发展战略、环境等几个方面考虑，作出了像北京这类大都市不适合发展电动自行车的结论。

2005年，苏文杰主要从电动自行车的速度和重量两个方面进行了可行性分析。根据GB7258-2004 “机动车运行安全技术条件”1.3款：超过20km/h的电驱动二轮车辆即为轻便摩托车（Moped），电动自行车速度突破20km/h不可行。另外，从“以人为本”的设计思维来考虑，重量增加到50kg也是不可行的。

2006年，马国忠副教授在详细分析电动自行车发展影响因素、管理问题、交通特性、安全特性等以及借鉴国外管理政策的基础上，指出电动自行车的设计时速与单车质量是影响其安全特性的主要因素。同时，马国忠副教授还强调要实现电动自行车的发展和管理模式由事后治理型，逐渐向预防型、保障型交通方式转变。

2007年，重庆交通大学的石臣鹏主要从物理学和法律法规的角度，对电动自行车的安全特性进行了详细的分析，并提出了针对电动自行车交通现状相应的管理对策。另外，清华大学的常玉林等根据马尔可夫链的基本原理建立电动自行车方式分担预测模型，并结合石家庄市的实际情况，分别在无约束条件、限制条件和适度发展条件三个场景下，预测电动自行车在石家庄市未来交通结构中所占的比例。无约束条件、限制条件和适度发展条件三个场景下的预测结果分别为：33%，1%，10%。

2008年，同济大学的董斌杰对电动助动车的车辆特征、使用人群特征、使用特征和交通流特征进行了深入分析。依据特征分析的研究成果，从出行成本、能源效率、环境效率、交通效率四个方面对电动助动车进行了相应评价，并从城市管理者的角度，运用层次分析法对小汽车、公交车、电动助动车进行了综合评价。

2010年，西南交通大学的王曼丽对电动自行车的使用人群特征、车辆特征、电动自行车的道路环境进行了分析，通过交通冲突技术分析了电动自行车与机动车冲突的类型及原因。根据电动自行车车辆特点、使用者特点，结合我国城市道路交通环境的实际情况，定性的解释了电动自行车交通的安全问题。最后从车辆设计、交通管理和交通工程三个方面提出了一些建议。

2011年，苏州科技学院的朱文婷等运用运动学的相关理论，引用刹车距离的计算公式，通过对电动自行车交通事故与车速和车载关系的试验和计算，剖析了电动自行车交通风险的成因。得出当车载质量分别为75kg、100kg、125kg及150kg时，电动自行车的最高安全行车速度应当分别限定在28km/h、22km/h、19km/h及16km/h。

（2）国外研究现状

国外从上世纪70年代开始对电动自行车进行研制，日本雅马哈公司于1994年率先向市场推出了第一辆电动自行车。受环保意识、节约能源等因素的影响，国际市场上电动自行车的需求量逐步上升。

我国台湾对电动自行车持肯定、支持的态度，出台了电动自行车的标准，并从2000年7月1日起对购买电动自行车者给予4000元新台币的补助，以推广普及电动自行车。

日本是世界上电动自行车商品化发展较早的国家之一，并率先在世界上掀起电动自行车热潮。但是，日本的相关标准规定，只允许采用比例助力控制系统，不允许采用全电动模式，即只允许采用智能助力型电动自行车。日本电动自行车一般使用镍镉电池、镍氢电池，车重一般为20kg～28kg。

欧洲国家生产销售电动自行车也较早，1999年德国和欧洲的电动自行车销量分别为17000辆和40000辆，电动自行车在欧洲市场的发展比较平稳。欧美电动自行车一般为采用铅酸蓄电池的智能助力型电动自行车（电动助力车），欧美国家更多的是将电动自行车作为健身娱乐器械，而不是出行交通工具。

美国2001年参议院、众议院通过关于电动自行车的法令，“所谓‘电动自行车’意指配有完全可以蹬踏并装有功率小于750W（1马力）的电动机的两轮或三轮车辆。它在平坦的铺砌路面上，载上体重为170磅（77kg）的骑行者，仅用电动机驱动时，最高车速不应小于每小时20英里（32km/h）。”但美国燃油机动车占98%，自行车所占比例仅为2%，美国电动自行车更多的是使用智能助力型电动自行车作为健身娱乐器械。

欧美国家由于经济、城市规模、公共交通水平等原因，出行以机动化为主要方式，电动自行车数量和人均拥有比例都较小。而且国外的电动自行车也大多为智能助力型电动自行车，必须通过人力骑行，这种电动自行车只能起到节省体力的功能，行驶速度与普通自行车相差不大。电动自行车大多作为短途出行、健身娱乐器械，而不是主要的出行交通工具。因此，国外的电动自行车交通问题并不突出，一般没有专门对电动自行车的研究，把电动自行车与普通自行车同作为非机动车进行管理。

2003年，Jan Garrard通过调查分析女性骑自行车出行的个人、社会和环境属性，发现澳大利亚女性骑自行车人数只有男性骑自行车人数近一半的一个重要因素是安全。因此，只要确保骑自行车的环境是安全并被支持的，就能促使更多的澳大利亚女性参与到骑自行车出行和娱乐的行列中。另外，Rodier等回顾了包括步行、自行车、滑冰、滑板运动、骑摩托车、操作轮椅等在内的行人环境下的慢行交通方式的安全问题。通过回顾得出了一些结论：使用慢行交通方式受伤的危险性较小；大多数慢行交通方式事故不是与其它慢行交通方式或者机动车的冲突；道路和非道路环境下的事故频率与慢行交通方式使用环境的频率相关；慢行交通方式事故的主要安全因素包括：道路表面状况、使用者和机动车辆驾驶员失误、驾驶员视线遮蔽、慢行交通工具设计特性。

2004年，Parker提出使用自行车、助力车、电动自行车代替私人小汽车出行，是旅客运输节约汽油的实际选择。Parker还指出修改陆地运输法案以鼓励像助力车和电动自行车这类绿色交通方式，减少小汽车和石油依赖，是一个风险管理策略。

2005年，Ulrich将私人电动车辆主要子系统的技术评估与车辆性能的技术模型结合起来，估计给定功能要求下车辆的成本和重量。论文主要解决的是私人电动车辆设计方面的技术限制问题。

2006年，Parker在分别介绍日本、中国、澳大利亚、美国等国家电动助力车市场的基础上，指出电动助力车将至少在两个方面给澳大利亚带来好处：一是满足澳大利亚老年人的出行需要；二是减少澳大利亚持续增长的对石油的依赖。为了实现这两个方面的好处，澳大利亚当局首先需要从立法的角度规范电动助力车的使用。

从2007年开始，美国加利福尼亚大学伯克利分校的Christopher R. Cherry对中国的电动自行车进行了大量的研究。研究主要以中国两大城市——昆明和上海的电动自行车基础数据为依据，从流动性、可达性、安全性三个方面对电动自行车的影响进行了分析，同时也阐述了电动自行车对环境的影响。另外，Cherry还探讨了电动自行车禁令的影响，并给出了一些与电动自行车有关的政策建议。

2008年，Weinert等运用力场分析方法研究了中国电动自行车未来技术和市场的演变。作者分析确定了：推进和阻碍未来电动自行车市场增长的主要力量，这些力量背后的根本原因，以及大范围转向三轮和四轮电动车辆的联系。分析结果表明，推动电动自行车市场增长的主要力量有：因产品批量化和规模化的产业结构带来的电动自行车和电池技术的进步，强大的地方法规的支持（表现为使用汽油的机动车辆的限制和关于电动自行车标准的法规的宽松），以及日益恶化的公共交通服务。阻碍电动自行车市场增长的主要力量包括：对使用汽油的机动车辆的强大靈求以及日益增长的公共交通支持。两边平衡后的结果似乎是支持电动自行车市场的增长。

2011年，吴海涛和马国忠运用出行成本计算模型计算出了电动自行车、公共汽车和私人小汽车的出行成本，通过对比分析，确定了电动自行车在城市交通中的合理地位。吴长旭等人研究了在中国，电动自行车和自行车闯红灯的比率、有关影响因素和行为特征。

2012年，澳大利亚莫纳什大学交通研究学会董事Geoffrey Rose写了一篇关于电动自行车全球发展动态的综述，Rose从Manheim的“交通系统分析模型（概念模型）”出发，从电动自行车技术、市场规模、需求决定因素及其引发的影响等方面进行了详细的分析。并将各个国家的关于电动自行车的法规、条例进行了对比，最后为电动自行车领域的后续研究提供了方向。

2. 交通冲突技术研究现状

（1）国内研究现状

1997年，北京工业大学的刘小明等分析了交通冲突技术的有效性，根据冲突观测得到的数据，建立了平面道路交叉口交通冲突概率分布模型，并提出了平面道路交叉口安全评价指标标准的界定方法。另外刘小明和段海林从交通冲突的定义、分类、冲突调查时间、调查地点选择以及观测人员选择、样本要求等方面，对交通冲突技术在我国平面交叉口交通安全评价上的标准化程序进行了研究。

2003年，长安大学的罗石贵等详细说明了路段交通冲突调查有关的技术要求，包括：冲突的观测方式、调査时间的安排、调查地点的选择、调查人员与观测范围的确定，以及冲突调查内容和样本容量的确定，并将其运用到郑州黄河公路大桥的安全改善工作中。

2004年，昆明理工大学的成卫教授在他的博士学位论文中提出了单个路段事故危险点冲突判定模型，并建立了基于交通冲突技术的模糊C一均值聚类的道路交叉口交通安全评价模型。东南大学的叶凡等确立了ETC系统的安全评价方法，并搭建了ETC系统的评价框架，着重探讨了如何在收费区引入交通冲突技术。

2005年，北京交通大学的王学明在他的硕士学位论文中，首先以交通冲突技术为基础，按照自行车冲突对象、冲突地点和冲突角度等对自行车冲突进行了分析。然后以自行车冲突类型为基础，结合模糊综合评价法和层次分析法，建立了自行车交通安全评价体系。另外，昆明理工大学的成卫等人以早高峰、平峰、晚高峰三个典型时段的交通冲突与混合当量交通量的比值（TC/ MPCU）作为评价指标，运用灰色聚类评价方法对昆明市16个道路交叉口进行了安全评价。

2006年，哈尔滨工业大学的仲媛媛在其导师裴玉龙的指导下，在用判断矩阵标度法给出权重、用方根法计算得出权重的基础上，运用模糊综合评价方法建立了公路平面道路交叉口交通冲突安全评价体系。

2008年，昆明理工大学的林森在他的硕士学位论文中，提出了一种基于视频的交通流参数采集的思路和方法，并完成了参数采集流程设计和软件框架实现。另外，林森还利用VC++6.0开发平台，结合OpenCV开发了一套交通流微观参数采集软件VedioTrack.同济大学的张方方在他的硕士学位论文中以平面道路交叉口机动车与机动车之间的交通冲突作为研究对象，利用视频检测技术识别出交通冲突现象。具体实现过程是以VC++6.0作为基础开发平台，结合Halcon、OpenCV等图象处理软件，采用相关图象处理算法实现运动目标的提取与跟踪，提取相关的微观交通参数，并根据相关参数进行交通冲突的综合判定与分析。同济大学的杨晓光等对道路交叉口内部的各类交通冲突类型分别进行冲突分析，再运用欧几里德贴近度评价法对道路交叉口交通安全进行综合评价。

2009年，重庆交通大学的李洋等从不同角度对城市道路中的交通冲突进行了分类，在最有利于观察者观察的时间和距离两个方面提出了判别方法，并通过汽车非安全制动模型，总结出了冲突时间与距离和车速之间的关系。

（2）国外研究现状

迄今为止，全世界研究交通冲突的约20余个国家绝大部分为西方工业国，其研究方向自20世纪80年代后期开始由理论研究转入应用阶段，主要表现在由交通冲突定义、测量途径的研究转入交通冲突的自动记录及判别技术的研究尝试，其研究对象由城市道路交叉口转向公路的危险路段，如桥梁、坡道及弯道等。研究内容也由单一的机动车之间的交通冲突转向机动车与非机动车、机动车与行人的交通冲突。此外，其研究范围也有所扩大，由单纯的冲突过程研究转向了更为广阔的交通行为、交通心理、车辆构造、交通法规等综合性应用研究。

文献研究表明，虽然西方各国对交通冲突技术的研究方向与应用侧重上不尽相同，各具特色，但是在冲突测量与判别的基础测量标准上却趋于明显一致。

① 冲突测量标准

研究表明，由于各国交通冲突技术（TCT）均选择了车辆制动作为避险行为的主要方式，由此导出的冲突测量标准中具有一定的代表性的为：TAS （Time of Avoid Start）测量标准。TAS是指“冲突当事方开始采取避险行为的瞬间至肇事点的时间”为冲突测量的始点与终点。由于TAS包含了车辆制动停车的全过程，故我们将此称为“完全制动水平时间（Tb）”的冲突测量标准。

② 冲突判别标准

研究表明，由于目前TCT的研究与应用范围主要限于各西方工业国，因此，各国TCT的冲突判别标准受其特定的交通条件影响较大，即冲突判别标准的制定均建立在单一路面（高级铺装道路）上、单一的交通流组成（小汽车）、单一的交通管制（道路交叉口信号灯控制）的基础上，并大多忽略了气候差异且只选择了单一的天气（晴天），因而，目前西方各国几乎都毫无例外地选择了单一的Tb曲线作为冲突判别标准。

资料研究表明，西方各国TCT主要用于以下四个方面：间接评价交通安全；分析事故成因；研究改善措施，提高道路环境的质量；利用交通改善前后的冲突调查，检验与评价交通安全改善措施的效果。

迄今为止，大多数国家是将TCT用于分析某一特定地点，如道路交叉口等处的交通安全问题，所采用的方法大多是定点观测。

③ 冲突观测

荷兰是采用跟随儿童、行人的方法记录冲突，以便改善居民内儿童的交通安全。

奥地利采用跟车观测冲突的方法，即记录员坐在驾驶员旁跟车往返行驶在研究路线上，及时记下冲突并将冲突与该驾驶员以前的事故记录作比较，发现虽然对于单个的驾驶员来说，冲突与事故的关系并不明显，但是对所有被调查的驾驶员和所有研究的路线来说，冲突与事故的关系很明显。

④ 冲突应用

美国应用TCT研究不安全道路交叉口的各种问题，据此设计各种减少交通事故的措施，从而提高安全性；分析道路交叉口信号相位与所对应交通流的关系；评价有问题道路交叉口的几何设计要素。

英国用TCT分析道路交叉口等道路设施的设计问题以及快速评价各种设计的安全效果。瑞典用TCT评价交通安全措施，如对学校附近的限速措施（如减速丘）的效果及道路交叉口重新改造的效果评价等。荷兰用TCT研究居民小区道路交通的布局及交通安全设施设置的效果评价。奥地利用TCT研究各种新颖斑马线线纹的作用以及儿童的交通行为，近年来也用TCT评价城市交叉口的安全问题。日本应用TCT研究公路弯道安全性及危险道路交叉口安全评价等问题。