摘 要

随着我国汽车保有总量的不断增长，交通驾驶环境的安全问题日益凸显。交通驾驶环境是一个由驾驶员、车辆和道路共同参与组成的封闭系统，通过分析近年来我国交通事故发生的主要原因，驾驶员的驾驶行为已经成为危害交通环境安全的最主要因素。驾驶员的驾驶负荷（通常驾驶负荷包括体力负荷和精神负荷，本文所讨论的驾驶负荷均指精神负荷，不考虑体力负荷）能直接影响其驾驶行为表现进而影响到交通环境的安全，因此人们对驾驶员驾驶负荷问题的研究日益密切。目前针对驾驶员驾驶负荷的评价方法主要有三种:主观打分评价方法、操纵绩效评价方法和心理生理评价方法。本文采用操纵绩效和生理心理两种评价方法，设计了包含次级任务在内的模拟器驾驶实验对驾驶员的驾驶负荷进行量化分析。主要探究了驾驶员在被施加次级任务的情况下，操纵绩效以及生理心理等各项特征指标值的变化情况。并结合驾驶员次级任务的执行情况，找到与驾驶员驾驶负荷最密切相关的特征指标。该特征指标能够在一定程度上实现对驾驶负荷的量化评价，特征指标的大小能够反映驾驶员驾驶负荷的高低。

研究结果表明：紧急制动率（EBR）能有效地表征驾驶员的驾驶精神负荷。

关键词：驾驶负荷；驾驶模拟器实验；生理心理评价方法；操纵绩效评价方法

Abstract

With the continuous growth of the total car ownership in our country, the safety of driving environment has become increasingly prominent. The traffic environment is a driver, vehicle and road in closed system, analyses the main causes of traffic accident happened in our country in recent years, the driving behavior has become the main risk factors of traffic safety environment. The driver's driving load (usually driving load including physical load and mental load, driving load are discussed in this paper refers to the mental load, without considering the physical load) can affect the traffic environment directly affects the safety of the driver's driving behavior, so the research on the driver's driving load of people increasingly close. At present, there are three main evaluation methods for driver driving load: subjective scoring, evaluation method, manipulation performance evaluation method and psychological physiological evaluation method. In this paper, we use the two evaluation methods of manipulation performance and physiology and psychology, design the simulator driving experiment including secondary task, and quantify the driver's driving load. The paper mainly explores the changes of drivers' performance and physiological and psychological indexes in the case of secondary tasks. Combined with the implementation of the driver's secondary task, we find the characteristic indicators which are most closely related to the driver's driving load. The characteristic index can realize quantitative evaluation of driving load to a certain extent, and the size of characteristic index can reflect the driving load of driver.

The results show that the emergency braking rate (EBR) can effectively characterize the driver's mental workload.

Key Words：mental workload；driving simulator experiment；physiological and psychological evaluation method；manipulation performance evaluation method

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 3

1.2.1为驾驶培训学校规范驾驶员驾驶行为提供指导 3

1.2.2合理化汽车保险公司保费并提升其竞争力 4

1.2.3为研究车辆主被动安全技术提供理论支持 4

1.2.4为道路环境安全化设计提供理论支持 5

1.3 研究现状 5

1.3.1主观打分评价方法 5

1.3.2操纵绩效评价方法 6

1.3.3心理生理评价方法 7

1.4 本文的研究思路 8

第2章 基于驾驶模拟器的实验方案介绍 9

2.1实验系统介绍 9

2.1.1驾驶模拟器介绍 9

2.1.2模拟驾驶场景介绍 10

2.1.3驾驶任务介绍 10

2.2 实验采集指标介绍 11

2.2.1驾驶员心电信号 11

2.2.2车辆纵向和横向运动数据 12

2.3 实验注意事项 12

第3章 实验数据处理分析及实验结论 13

3.1 心电数据处理 13

3.1.1心电数据的图像处理 13

3.1.2心电数据时域处理 15

3.1.3心电数据频域处理 16

3.2 操纵数据处理 17

3.2.1紧急制动率（EBR） 18

3.2.2车辆加速度幅值变化率（AASR） 19

3.2.3驾驶安全距离合格率（DSDR） 20

3.2.4方向盘转角稳定性（SWS） 21

3.3 驾驶员次级任务执行情况 23

3.4 实验数据分析 24

3.3.1心电数据分析 24

3.3.2操纵数据分析 26

3.5 实验结论 30

第4章 全文总结 31

4.1全文总结 31

参考文献 32

附录A 34

附录B 36

附录C 38

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 研究背景

当今社会,人类越来越关注交通安全问题，交通事故已经严重威胁到人类的生命安全。2011年至2015年，世界年平均交通事故死亡人数约为130万人，交通事故导致的非致命伤害的伤残人数约为3000万至5000万人次。目前，中国已经成为世界汽车年产销量最大的国家，中国也是世界上交通事故伤亡人数最多的国家。统计数据显示，交通事故的死亡人数占我国年伤害死亡人数的三成左右，交通安全事故已经成为造成我国人员伤亡的首要因素。从2004年我国颁布并实施了道路交通安全法后，交通事故的发生次数呈逐年递减的形势，但据2016年统计数字，我国道路交通事故死亡人数仍然超过20万人。我国的交通事故发生机率仍高于欧美等发达国家，同时低于非洲等经济落后的地区。通常用于分析交通事故的统计数字，包括交通事故死亡人数和万车死亡率。我国和德国在2001年、2005年及2010年交通事故死亡人数和万车死亡率的数字（见表1.1，表1.2），直观地反映了我国道路交通安全形势的重要性和严峻程度。

表1.1 中国-德国不同年份交通事故死亡人数统计

表1.2 中国-德国不同年份万车死亡率

控制交通事故发生的数量，对提升道路交通安全的意义十分重大。而随着经济的发展，越来越多的中国家庭都拥有了私家车，大部分驾驶私家车的驾驶员都是刚取得驾照的新手驾驶员。新手驾驶员往往驾驶技能不够熟练，对交通环境缺少足够的判断能力极容易造成交通事故。驾驶员本就是驾驶员、车辆和道路环境这一封闭系统中最为关键的组成部分，新手驾驶员的参与使得原本就十分复杂的道路交通环境，变得更加复杂。新手驾驶员与驾驶经验丰富的驾驶员的区别就在于对自身驾驶行为的控制，同样走一条路熟练的驾驶员的行驶路线是接近笔直的而新手驾驶员对车辆的控制不稳定导致其需要不断地修正自己的行驶路线。驾驶员在不断修正车辆行驶路线的同时很难再有精力对其余驾驶环境进行提前判断，这影响了驾驶员的驾驶行为极容易引起交通事故。每年因驾驶员驾驶行为导致的死亡人数占年交通事故死亡人数的八成左右，因驾驶员驾驶行为导致的受伤人数占年交通事故受伤人数的九成左右。国家已经颁布法律法规，对驾驶员的驾驶行为进行了规定，同时又严格管理驾驶学校培训机构对驾驶员早期的驾驶行为进行足够的约束教育。尽管每年因驾驶员的不恰当驾驶行为导致的死亡人数正在逐渐减少，但是由于驾驶行为不当的因素而导致的交通事故的数量在年交通事故数量的比例逐年增加。处理好驾驶员与交通事故之间的关系，对减少交通事故的发生具有重要意义。驾驶员作为整个交通环境系统的核心，驾驶员在驾驶车辆的时候，不仅需要付出一定的体力劳动对车辆进行操控，更要时刻观察道路及周边环境的状态，并做出相应的判断以保证行驶过程的安全性。同时，驾驶员还会受到来自外界环境的干扰，包括车内交谈的声音、汽车音响播放的音乐或者手机来电铃声的干扰，都会增加驾驶员的精神劳动强度。除了精神劳动强度提高以外，随着汽车的舒适性，智能化的提升，驾驶员在驾驶过程中更容易放松精神，这导致其精神劳动强度降低，从而不能对突发的紧急情况进行及时处理，也会导致交通事故的发生。