Моделирование поведения водителя при управлении автотранспортным средством

Рассмотрим на некоторый момент времени движения автомобиля случайным образом принятую систему отсчета расстояния, причем х=0 в той точке n , в которой находится вначале автомобиль и которая совпадает с началом первого из двух элементов трассы. Предположим, что элемент № 1 есть плоский спуск со следующими параметрами: ширина проезжей части равна В, продольный уклон i 1 , длина l ; элемент № 2 - плоская кривая с параметрами: угол поворота а 1 , радиус в плане R₂ , продольный уклон i , уклон виража i , расстояние от кромки проезжей части до бокового ограничения видимости (боковой клиренс) 5 2 .

Мгновенное значение скорости движения автомобиля в точке х=0 примем равным некоторой величине V , меньшей, чем предельная, психологически безопасная V , т.е. V <  Vnnб . На оценку условий движения водитель затрачивает время, которое можно принять равным среднему времени сложной реакции водителя, т.е. t =1,5 с [1-3]. За это время автомобиль переместится в точку n , удаленную от точки на расстояние x = V_ot . Дальнейшие действия водителя и режим движения определяется результатами этой оценки.

Если начальная скорость меньше максимально возможной V , водитель увеличивает скорость до величины V , которую можно определить по формуле .равноускоренного движения:

V = V o + at , (1) где a - величина продольного ускорения, которую можно принимать равной 0,5-1,0, м/с²; t - время коррекции скорости, с.

Время t зависит от разности скоростей V и V , а также от длины элемента №1: при его длине менее 100 м водитель не приступает к коррекции скорости, а сразу переходит к оценке условий движения на элементе №2 (рисунок 1, 2).

Практически одновременно с коррекцией скорости водитель сравнивает оставшуюся часть пути на элементе №1 с зоной влияния элемента №2; если она больше длины зоны Z 2 , то водитель вновь сравнивает величины скоростей V и V принимает решение о возможности увеличения скорости. Если же длина пути до элемента №2 меньше или равна Z2 , то водитель приступает к зрительной оценке дорожных условий и планированию скорости движения на элементе №2.

начало

Инициализация переменных

4 Оценка длины прямой

Проезд до зоны влияния кривой

6 Проезд в зоне влияния кривой

7 Проезд по кривой

Рисунок 1. Блок-схема расчёта скорости движения в плане

Изложенное, как мы видим, представляет собой поэтапное формирование образов и действия водителя. Коррекция скорости на элементе №1 осуществляется как бы "порционно" в течение достаточно малого промежутка времени t . Его величина 1,5 с определяется тем, что дифференциальный порог различения скорости движения равен около 5 км/ч или 1,4 м/с, а при практически реализуемой величине ускорения, не превышавшей 1 м/с, для изменения скорости на величину этого порога требуется не менее 1,5 с. За время t автомобиль переместится в точку n 2 , удаленную от начала отсчета на расстояние, равное S = Vt + at ².

начало

4.2 x:=0;T:=0;L:=0;

V=V 0 ; t:=1.5; n:=1

B n , l n , R n , α n , i вп , δ n

4.4

L:=L+ l n n:=n+1

B n , l n , R n , α n , i вп , δ n

4.6 Z k :=φ(J,δ);

S:=V·t

X:=X+S; T:=T+t

4.7

Печать X,V

Рисунок 2. Модуль расчёта скорости движения на прямолинейном элементе. Оценка длины прямой

Оставшаяся часть длины элемента №1 в этом случае равна:

m = t 1 - X 2           (2)

Если величина m больше длины зоны влияния элемента №2, равной Z , операция коррекции скорости повторяется. Автомобиль при этом перемещается в точку n3 , удаленную от начала отсчета на расстояние x3 = x2 + 5. Операцию коррекции скорости повторяют до тех пор, пока скорость движения не станет равной Vппб или пока расстояние m станет равным Z . Блок-схема программы расчёта скорости движения на прямолинейном элементе представлена на рисунках 2 и 3.

В точке n , удаленной от конца элемента №1 на x m , характер работы водителя и режим движения автомобиля изменяются. На основании зрительной оценки крутизны элемента №2 у водителя вырабатывается представление о психологически безопасной скорости его проезда V . Поскольку средняя продолжительность фиксации взгляда равна 0,5 с [4], зрительная оценка формируется за 6 этапов, из которых три используют непосредственно для оценки кривой, а прочие – для контроля положения автомобиля на проезжей части в данный момент.

В целях алгоритмирования первые три этапа могут быть объединены - за первые 1,5 с произойдет оценка сложности кривой и возможной скорости V . За это время автомобиль переместится на расстояние, равное 5 = V m • t , где V_m - скорость автомобиля в точке n_m , м/с. К концу процесса установления скорости V автомобиль переместится в следующую точку n m ₊ i, удаленную от начала отсчета на расстояние x m + 1 = x m + 5 , в которой водитель приступает к коррекции скорости с целью довести ее к концу элемента №1 до величины V_ппб , делая это "порционно".

Для этого используют торможение двигателем, причем автомобиль движется равнозамедленно с отрицательным ускорением, зависящим от величины продольного уклона. Среди исследователей нет единого мнения о допустимой величине этого замедления; по разным данным ее рекомендуют принимать в диапазоне от 0,7 до 4 м/с² . Например, в [4] в качестве порога комфорта предложено замедление ±0,25 q или 2,45 м/с², а за предел удобной езды принимают ±0,75 q или 7,85 м/с². В настоящее время в России и за рубежом считают, что элементы дороги должны обеспечивать безопасность проезда без применения колесных тормозов только с торможением двигателем [2-3]. По нашим наблюдениям и данным, при торможении двигателем в неаварийной ситуации следует рекомендовать замедление в размере 0,5-1,0 м/с². Считая движение при коррекции равнозамедленным, скорость через время t можно определить по формуле ^Vt = V m + 1 ⁺ at .

Рисунок 3. Модуль расчёта скорости движения на прямолинейном элементе. Блок проезда прямой до зоны влияния впереди лежащей кривой в плане

За время и автомобиль пройдет расстоя-

At ²

ние, равное 5 = Vm• t +• При этом ав томобиль переместится в точку nm+2 и уда- ленную от начала на расстояние xm+2 = xm+1 + 5 •

Коррекция скорости продолжается, пока скорость не станет равной психологически безопасной, или пока расстояние до элемента №2 не станет равно нулю в точке n2 , удаленной от начала на расстояние x^ = l. Блок- схема расчета скорости движения в зоне влияния впереди лежащей кривой (рисунок 4).

Точно оценить максимальную безопасную скорость проезда кривой на основе только зрительной оценки на участке подхода практически невозможно; ошибка водителей может достигать 30-50 %. На точность оценки водителем этой скорости оказывает отрицательное влияние продольный уклон, приводящий к уменьшению замедления, обеспечиваемого торможением двигателем. Окончательную корректировку водители производят по центробежному ускорению, видимой угловой скорости перемещения точек фиксации взгляда и видимой крутизне поворота [1-3]. На основе этих ощущений вырабатывается новое представление о возможной скорости проезда кривой. Однако скорость в точке n чаще всего оказывается больше V и потому водитель вынужден при коррекции скорости применять режим совместного торможения.

За время оценки условий движения на элементе №2 автомобиль пройдет расстояние

S = V i t и переместится в точку n^ р удаленную от начала отсчета на x^ + = X i + S , здесь продолжается равнозамедленное движение с "порционным" корректированием скорости по интервалам времени t =1,5 с, продолжающееся до момента, когда скорость станет равной психологически безопасной, т.е. до V = У пб .

Рисунок 4. Модуль расчёта скорости движения на прямой в зоне влияния впереди лежащей кривой

Если вместо спуска имеет место подъем, то нет надобности замедлять движение с помощью колесных тормозов, т.к. длины пути перед въездом на кривую оказывается всегда достаточными для замедления путем торможения двигателем. В остальном, расчет происходит по той же схеме. Блок-схема этого расчета показана на рисунке 5. Таким образом, совокупность операций, ответв- ляемых водителем, можно представить как многоуровневую систему, содержащую три основные группы психофизиологических процессов: деятельность анализаторов (восприятие информации); работа центральной нервной системы (переработка и хранение информации); эффективная деятельность (ответные действия по реализации принятого решения).

Рисунок 5. Модуль расчёта скорости движения на кривой в плане (начало)

7.11

7.17

X:=X+S; T:=T+t

Рисунок 5. Модуль расчёта скорости движения на кривой в плане (окончание)

На основании принятой информации в сознании человека формируются образы внешней среды, совокупность которых составляет информационную модель объекта. Сравнивая ее с эталонами (энграммами памяти), водитель вырабатывает наиболее целесообразный в данных условиях комплекс действий. Реализация принятого решения является заключительным этапом реакции человека на внешнюю среду и выражается в изменении степени использования силы тяги двигателя или тормозной силы; изменение положения управляемых колес, как не отражающееся на скорости движения, можно в алгоритме работы водителя не учитывать.

В изложенных рассуждениях мы исходили из следующих предположений:

• 1)    рассматривается движение массовых, серийно выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью автомобилей;

• 2)    рассматривается движение одиночных автомобилей, как наиболее типичный и наиболее опасный случай, позволяющий оценить влияние параметров дороги на режим движения "в чистом виде";

• 3)    водители стремятся к сокращению времени поездки и потому движутся с максимально-возможной скоростью;

• 4)    водители выбирают скорость движения, зрительно оценивая лежащий впереди участок пути и учитывая скорость к моменту этой оценки;

• 5)    поведение водителя при прочих равных условиях определяется влиянием ограничения видимости и условиями - зрительного восприятия;

• 6)    рассматривается движение на подъём и спуск, но определяющим является направление спуска.

Анализ схем алгоритмов позволяет получить количественные характеристики процесса: показатели стереотипности, логической сложности.