面向车辆行驶过程的舒适性评价指标体系

霍冠哲

(同济大学，上海 200000)

0 引言

行车舒适性的研究基本来源于汽车设计的舒适性概念。目前主要有三大方面研究成果:

1)交通心理生理行为研究［1-3］，研究角度是驾驶员反应操作过程、驾驶员的生理和心理特性、疲劳驾驶等。

2)汽车乘坐舒适性［4，5］，研究角度是汽车振动及减振、汽车噪声及降噪、汽车内外装饰及道路平整度等。

3)道路几何条件［6-10］，如道路坡度和坡长、横竖曲线半径和长度、平纵组合设置等。

总结得到以下结论:

1)主要针对公路领域的山区公路类型，研究道路线形设计和路面平整度对行车舒适性的影响。

2)采用客观测量法与主观评价法(人体主观感受)相结合的方法评价行车舒适性，客观测量指标评价标准多采用国外公路行业的评价标准，国内缺乏相关标准和规范。

3)用生理性指标评价行车舒适性所得结果不精确，因为生理反应的变化多与人的体质状况及当时的身体状态或情绪有关，难以估计行驶环境对生理反应变化的影响程度。

4)多用道路断面上的统计平均车辆行驶状态指标，无法衡量单个车辆的行驶过程中的舒适性变化。

城市道路沿线设置有公交停靠站、出入口等等，进出交通干扰到主线道路车辆行驶过程的舒适性，本文主要从客观的角度面向单个车辆行驶过程，构建适用于城市道路行驶环境的舒适性评价指标体系。

1 行驶舒适性要义解析

与舒适有关的物质环境要素(建筑空间或实体元素)，首先应在人类功效学意义上达到舒适;其二是物理环境和特征所引起的主观反应;其三是在感知意义上的空间或实体要素［11］。因此，要描述道路行驶环境作为客体对主体使用者带来的舒适性感受可以从以下3个方面入手:

1)车辆在行驶过程中的状态，即功能舒适性，本文指行驶舒适性;

2)通过人体视觉产生的舒适，即视觉舒适性;

3)基于人体心理需求而对环境空间感知的舒适性感受，即心理舒适性。这里的心理舒适性是对人在使用过程中对空间的基本心理需求及感受，比如感到不逼仄，够安全等。

从主观和客观角度来看，功能舒适性属于客观感受反应的结果，视觉舒适性和心理舒适性是人的主观感受反应的结果。本文研究机动车的功能舒适性即行驶舒适性。

2 行驶状态突变特征分析

车辆在行驶过程中受到突如其来的干扰，会产生行驶状态突变，由此导致车辆行驶不舒适。描述行驶舒适性程度不易，然而描述行驶不舒适却包含很多特征。行驶状态突变特征的描述恰是表征行驶不舒适性的表现。通过分析车辆行驶状态的突变结果，可得到3个突变特征:

1)车身横向偏移。城市道路行驶环境中，如遇到出入口驶出车辆突然插入的状况，主线道路上的车辆会自动偏离该插入车辆，导致自己车身中心横向偏移，最终导致行驶轨迹变化。

2)车头转角偏移。遇到出入口驶出车辆突然插入情况，车辆同样会有猛然转动方向盘以避让危险的行为，因此车头转角偏移也是一个重要特征。

3)车速突变。遇到上述情况车辆可能会急刹车，导致车速明显突变。

这3个角度较全面的包含了机动车行驶状态发生突变时的特征，这3个突变特征可能同时发生，也可能仅一个或两个同时发生。

3 行驶状态变化图分析

由突变特征分析可知，描述车辆行驶状态变化可以从车身位置变化图，速度波动变化图，车头转角变化图3个方面着手。

1)车身位置变化图。

车身位置变化图由车辆中心在车道横断面上偏移的横向位置和行驶方向上的纵向位置构成。在自由流状况和没有其他干扰因素影响的情况下，车辆一般沿着车道中心线行驶，车辆中心相对于车道中心线的横向偏移量不大。若频繁受到干扰，车辆对行驶轨迹的把握就不能够稳定，出现沿着车道横断面或向左或向右的偏移，极其影响车辆行驶舒适性，甚至会有安全隐患。因此，车身位置变化的横向偏移量在纵向位置上的分布状况可以反映出车辆受到干扰的情况，一定程度上反映了车辆行驶舒适性程度。图1是单个车辆车身位置坐标示意图。

图1 单个车辆车身位置坐标图

2)速度波动变化图。

速度变化图可以由速度—位置图、速度—时间图表示。在自由流状况和没有其他环境干扰的情况下，车辆沿着路段按一定速度平稳行驶。出现其他干扰因素时，如前方有单位出入口的进出交通流，会导致后续车辆减速甚至停下。行驶过程中的走走停停极其影响车辆行驶舒适性，且速度突变不仅舒适性极差，甚至有安全隐患。因此，速度波动状况能够反映车辆行驶舒适性。图2是单车速度—时间示意图，不代表真实车辆速度变化。

图2 单车速度—时间示意图

从图2可得，车辆的速度波动特征有两个:

a.速度波动振幅，是相对于速度均值即平均行驶速度的差值，反映车辆行驶过程的整体速度波动幅度，可用车辆行驶速度的速度方差表示;

b.速度波动频率，即波动频繁程度，是相邻观测时间点的速度差值，反映车辆行驶过程中的速度突变情况，可用相邻观测时间的速度差值的平方的均值表示(平方是为了与速度方差数量级一致)，简称速度邻差。

速度方差和速度邻差计算公式如下:

单车速度方差:

单车速度邻差:

式中:T——总观测时间;

vit——第i辆车时刻t所对应的瞬时速度;

v1——第i辆车所观测的平均行驶速度值;

Δvi——第i辆车相邻观测时间的速度差。

加速度变化曲线图也可用来表征车辆行驶舒适性，是速度变化的第二层次评估指标。

3)车头转角变化图。

车头转角变化图表征的是车辆车头相对于车身中心的偏移角度沿着车辆行驶纵向位置的变化。在自由流状况和没有其他干扰因素影响的情况下，车头转角一般为零。当前方突然出现干扰时，车辆会采取刹车或转动方向盘等行为，方向盘转动就导致车头转角变化。由此可知，车头转角变化图也是反映车辆行驶舒适性的一个重要方法。图3是车头转角坐标示意图。

4 行驶舒适性评价指标体系

通过前述对单个车辆的行驶状态变化特征分析，可得车辆行驶舒适性的评价指标体系，如表1所示。

图3 车头转角坐标示意图

表1 车辆行驶舒适性评价指标体系

5 结语

本文从机动车行车过程中的舒适性角度，分离出车辆的功能舒适性即是本文研究的行驶舒适性概念，进而构建了适用于城市道路行驶环境的，面向车辆行驶过程的舒适性评价指标体系。该评价指标体系关注单个车辆的整个行驶过程，剥离了人自身主观生理心理的影响因素，并区别于以往道路断面上的统计平均行驶状态指标，丰富了精细化交通设计的效益评估方法。

［1］潘晓东，杨 轸，朱照宏，等.驾驶员心率和血压变动与山区公路曲线半径关系［J］.同济大学学报(自然科学版)，2005，33(7)：900-903.

［2］谢晓莉，赵一飞，王书云，等.动态道路交通环境对驾驶疲劳的影响试验［J］.公路交通科技，2012，29(8)：142-148.

［3］孙绍鑫，李云霞，任 毅，等.基于驾驶舒适性的山区双车道公路平面线形设计指标研究［J］.山东交通学院学报，2008，16(2)：50-53.

［4］吴永红，鲁亚拼.浅析行车舒适性的主要影响因素及评价方法［J］.黑龙江交通科技，2009，32(8)：197-198.

［5］单丽岩，侯相深，马松林，等.行车舒适性路面不平度评价标准［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40(6)：935-938.

［6］汪亚桥.山区高速公路线形综合评价研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

［7］赵崇波.基于运行速度的高速公路线形适应性评价［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

［8］彭志群.道路平面线形舒适性评价方法研究［D］.西安：长安大学，2005.

［9］许伦辉，周 静.基于道路结构的加速度干扰模型及行车安全舒适性评价［J］.公路，2007(3)：102-107.

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［11］张玉明.环境行为与人体工程学［M］.北京：中国电力出版社，2011.