驾驶员换道行为分析

黄贤丞，唐阳山，刘光健，朱停仃

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

驾驶员换道行为分析

黄贤丞，唐阳山，刘光健，朱停仃

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

道路行驶的研究中，为了保持交通畅通和保障人员安全，对车辆个体在交通流中的换道行为的研究尤为必要。换道行为的产生主要与驾驶员意图有关，通常是为了减少交通延误，改善驾驶环境。在驾驶员的换道过程中，对整个行为进行阶段划分和时间统计。

换道行为；驾驶员意图识别

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

道路行驶中，车辆个体的车道保持和换道是了交通流中的基本组成之一。驾驶员换道过程中换道行为的产生和进行影响着交通畅通和人员安全。分析明确驾驶员换道行为的产生和划分，有利于对依据驾驶员意图识别进行的系统关系展开进一步研究。

1 换道行为的产生

换道行为指的是驾驶人对周围车辆以及道路使用情况等交通信息观察分析之后，根据自身意愿、驾驶需求以及驾驶安全性，采取驶离当前车道而汇入旁边目标车道的驾驶行为。在车道变换的分类方面，Eeik[1]按照驾驶员意图或动机，将车道变换分为强制车道变换(mandatory lane-changing)和自由车道变换(discretionary lane-changing)两类。其中强制车道换道指的是驾驶人为完成换道任务或正常行驶目的所必须采取的换道行为，此类行为的进行关键是存在一个最迟换道点，驾驶人必须在此位置点之前完成换道。通常发生在交叉路口、匝道以及前方有障碍物等地。任意车道换道指的是驾驶人为了获得适合车速（加速或减速）、超越前方慢车而采取的换道行为，通常发生在快车跟随慢车行驶，而且驾驶人判断相邻车道行车条件优于本车道时。此时通常是为了减少交通延误，改善驾驶环境。

在换道行为中，自由车道变换行为是将驾驶员在驾驶过程中的意识、对交通状况判断和车辆操作情况的综合和体现，与基于人-车-路系统（driver-vehicle-road system）的汽车安全驾驶支持系统的研究范围相一致[2]，具有重要研究意义。

下面对自由车道变换行为进行划分。

2 换道行为的划分

换道行为的划分可以从换道过程和换道时间两个方面进行分析。

2.1 车辆换道过程

车辆换道过程即车辆完成由当前车道到目标车道的整个过程。车辆换道过程的研究，国内外学者从不同的角度对换道行为进行了划分，主要是驾驶员控制的方向盘转角体现和车辆行驶的目标体现。

Winsum[3]等根据方向盘转角的变化将换道划分为3个阶段:从开始转动方向盘到达到最大角度为第1阶段，从最大角度到转角为零为第2阶段，从转角为零到转角负向最大为第3阶段。杨建国[4]等修正了传统 3段式换道模型，将换道分为扭角、靠拢、收角、调整等4个阶段。

Worrall[5]将换道过程划分为准备、执行和持续三个阶段：车道变换的准备阶段为车辆开始向目标车道靠拢到车辆到达两车道分界线所持续的时间和距离；车道变换的执行阶段为车辆到达两车道之间的标线至车辆越过两车道之间的分界线的过程；车道变换的持续阶段为车辆完全到达目标车道到车辆在目标车道上恢复正常行驶状态为止。

综合已有换道过程，可以得出结论：（1）驾驶员是换道行为的主体，换道行为的研究是加入了驾驶员和周围环境的综合判断过程。（2）换道行为划分主要是换道意图和执行两个阶段。意图阶段为驾驶人换道意图产生到驾驶人为了完成换道行为开始换道的阶段。执行阶段为车辆开始朝另一车道线移动到车辆跨过车道线，并在目标车道上完全调整好车辆行驶方向为止。

（3）对车辆换道过程的判断，主流的时窗分析起始点是以方向盘开始转动前的3-7s为作为原点。最近5年逐渐展开的对驾驶员眼动及头动行为的分析的加入，对时窗分析的原点的矫正和驾驶员换道意图产生的判断具有积极意义。

2.2 车辆换道时间

换道时间是车辆由当前车道产生换道意向直至成功换入目标车道的时间。车辆换道需满足换道间距的条件，这是保证车辆能够进行成功换道的前提。

实际交通中，换道车辆的行驶速度不同，其换道时间也相同。同时，不同驾驶员对车辆换道的观察和操作时间也不尽相同。一般根据驾驶员风格不同可以划分为谨慎型、正常型和激进型。分析车辆换道时间，由车辆换道过程的分析我们可以分为子时间：换道前期准备时间、换道时间、换道完成车身调整时间。但在车身调整过程中，车辆处于车道稳定、驾驶员方向保持的状态，且之后的车辆操作实际上车辆换道已接近完成，因此不考虑。

通过实车行驶数据采集获得驾驶员换道时间，采用拉依达准则法(3σ)对异常数据进行剔除。当某一测量数据 x，与其测量结果的算术平均值之差大于3倍标准偏差σ时，则该测量数据应舍弃，用公式表示为：。拉依达准则根据随机变量的正态分布规律，在多次试验中，测量值落在之间的概率为 99.73%，出现在此范围之外的概率仅为 0.27%，这种事件为小概率事件，出现的可能性很小，几乎是不可能。

以Kiefer的研究为依据[6]，其换道前期准备阶段包括驾驶人开启转向灯或首次注视左右后视镜、内视镜的时间，截止点为驾驶人完成换道操作后首次转动方向盘的时间。对比不同风格的驾驶员的换道前准备时间如表2：

表2 驾驶员换道准备时间统计

在实车行驶数据采集和分析中，通过对驾驶员换道时间的比较可以得出结论：（1）车速对驾驶员换道时间的具有影响，高速行驶的车辆换道迅速，而低速行驶车辆换道犹豫。（2）驾驶员换道过程中，侧方向观察包括后视镜、目标车道和侧区域中，驾驶员对后视镜的观察时间居主要部分。（3）驾驶员换道过程中，对前方车道的观察时间达到65%。

3 结论

本文是对驾驶员换道过程中换道行为进行的总结性研究，对换道行为的产生和划分列出发展成果，对于后期根据驾驶员意图识别进行的换道研究具有铺垫作用。

[1] 周成虎,孙战利,谢一春.地理元胞自动机研究[J].北京:科学出版社,1999

[2] 李荣.城市交通系统人—车—路演化建模与承载力分析[J].北京交通大学.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] 杨建国,王金梅,李庆丰,王兆安.微观仿真中车辆换道的行为分析和建模[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] 黄秋菊.车道变换行为特性及其对交通安全影响的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学大学交通科学与工程学院,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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-147-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.050

黄贤丞，在读研究生，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。唐阳山，(1972)，男，教授，博士。就职于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。主要研究方向为交通信息感知与辅助驾驶技术。基金项目：辽宁省科技厅联合基金项目（201602375）