CN115158274A - 基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，采集实验数据；包括标载货车行驶于待识别长大纵坡的实时制动踏板力及货车与坡顶实时距离；根据实时制动踏板力确定重刹临界值，从而确定重刹行为，确定累计重刹频次；将每次重刹时间点对应的货车与坡顶实时距离与累计重刹频次对应形成数据点对，构建离散点图；相邻离散点连线的斜率为累计重刹频次对货车与坡顶实时距离的敏感度；构建敏感度累计频率图；敏感度累计频率大于等于30%小于50%的路段为常规路段，敏感度累计频率大于等于50%小于90%的路段为风险路段，敏感度累计频率大于等于90%的路段为危险路段。从而实现根据制动踏板力来确定长大纵坡路段的风险等级。

Description

基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法
技术领域
本发明属于道路安全评估领域，具体涉及基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法。
背景技术
受地形条件制约，山区高速公路普遍面临长大纵坡设计决策需求。大量学者研究了货车驾驶人在长大下坡路段的制动行为特性、眼动行为特性、生心理指标特性、货车的制动鼓温升及其与道路线形的关系。为长大纵坡路段的设计提供了理论基础。
而在之前的研究中，对制动行为特性的研究多集中于制动行为所反映的驾驶员驾驶负荷程度。驾驶人在陡坡路段行驶时，由于重力作用其运行速度会发生显著变化，而重载货车变化更甚。驾驶人为将车速维持在期望速度附近，需要不断踩踏制动踏板，而其踩踏的力度与其所处线形、减速的紧急程度等有关。如何根据踩踏制动踏板力度来反映道路线性的危险等级是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中对制动行为特性的研究多集中于制动行为所反映的驾驶员驾驶负荷程度的问题，提出一种基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，从而实现根据制动踏板力来确定长大纵坡路段的风险等级。
本发明提供一种基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，包括以下步骤：
步骤1：采集实验数据；所述实验数据包括货车行驶于待识别长大纵坡的实时制动踏板力及货车与坡顶实时距离；
步骤2：根据实时制动踏板力确定重刹临界值，根据重刹临界值确定重刹行为，从而确定累计重刹频次；
步骤3：将每次重刹行为对应的货车与坡顶实时距离与累计重刹频次对应形成数据点对，构建离散点图；相邻离散点连线的斜率为累计重刹频次对货车与坡顶实时距离的敏感度；并构建敏感度累计频率图；
步骤4：敏感度累计频率大于等于30%小于50%对应的路段为常规路段，敏感度累计频率大于等于50%小于90%对应的路段为风险路段，敏感度累计频率大于等于90%对应的路段为危险路段。
在一个实时例中，所述步骤2中，根据实时制动踏板力构建制动踏板力累计频率分布图，累计频率区间为90%～95%对应的实时制动踏板力均值为重刹临界值。
在一个实时例中，所述步骤2中，根据实时制动踏板力确定制动踏板力累计频次，并对制动踏板力累计频次进行拟合，选取一阶导数下降后的趋势变化点作为重刹临界值，拟合公式如下：
Figure 365424DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 686684DEST_PATH_IMAGE002
表示制动踏板力累计频次，
Figure 9388DEST_PATH_IMAGE003
表示预设的制动踏板力累计频次初始值；
Figure 74296DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 207468DEST_PATH_IMAGE005
表示实时制动踏板力，
Figure 214476DEST_PATH_IMAGE006
表示预设的初始制动踏板力，
Figure 924943DEST_PATH_IMAGE007
为常数。
在一个实时例中，还包括以下步骤：
步骤5：计算相邻两次重刹行为之间的重刹间隔时间；计算待识别长大纵坡的重刹间隔时间平均值，重刹间隔时间小于平均值的路段为重刹高频路段。
本发明的有益效果在于，本发明分析驾驶人的制动行为，通过制动踏板力幅值的分布特性，确定重刹频次，构建货车与坡顶实时距离与累计重刹频次的离散点图，引入累计重刹频次对货车与坡顶实时距离的敏感度概念，并根据敏感度筛选出该长大下坡的风险路段。同时，还根据重刹行为间隔时间来确定长大纵坡的重刹高频路段。
附图说明
图1(A)为本发明实施例1标载1制动踏板力累计频率分布图。
图1(B)为本发明实施例1标载2制动踏板力累计频率分布图。
图1(C)为本发明实施例1标载3制动踏板力累计频率分布图。
图2为本发明实施例1标载工况拟合函数一阶导数图。
图3(A)为本发明实施例1中制动踏板力与纵坡坡度散点图。
图3(B)为本发明实施例1中重刹频率与纵坡坡度散点图。
图3(C)为本发明实施例1中制动踏板力与坡顶距离散点图。
图3(D)为本发明实施例1中重刹频次与坡顶距离散点图。
图4为本发明实施例1累计重刹频次与坡顶距离散点图。
图5为本发明实施例1敏感度累计频率图。
图6位本发明实施例2重刹行为间隔时间柱状图。
具体实施方式
下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案。
实施例1
为确保数据以及实验的准确性，本例分别以货车在3种标载工况下行驶于G350映秀至耿达段长度约18km的长大纵坡路段为例。该路段桩号如表1所示。
表1 长大下坡路段纵坡一览表
Figure 262383DEST_PATH_IMAGE008
分别采集3种标载工况下货车在上述长大纵坡路上行驶时的实时制动踏板力数据，以及货车与坡顶的实时距离（以下简称坡顶距离）。对标载工况下实时制动踏板力数据进行制动踏板力累计频率分布分析，具体如图1所示, 其中，（A）为标载1制动踏板力累计频率分布图；(B)为标载2制动踏板力累计频率分布图；(C)为标载3制动踏板力累计频率分布图。可见，制动踏板力主要集中在12N～30N，其中最高频次的制动踏板力为20N～24N，表明通常情况下驾驶人不会猛然踩刹车，而是当运行速度大于期望速度时将踏板力保持在适当的幅度，以实现速度均匀的下降。而当制动踏板力大于某个值时便可以认为此处的行车环境让驾驶人不得不在短时间内将运行速度降低，即驾驶人在持续制动时，踏板力随其制动的紧急程度而变化。基于此，便可用“重刹临界值”，来确定行驶过程中的重刹行为。将制动踏板力每归零一次定义为一次制动行为，每次制动行为中制动踏板力最大值高于重刹临界值，则表示该次制动行为即为重刹行为。所述重刹临界值可根据实验人员经验进行人为设置，这是本领域技术人员公知常识,本例不再赘述。但本例提出另外两种方式来确定重刹临界值。
第一种，选择根据实验数据进行计算确定重刹临界值。本例选取累计频率区间为90%～95%的制动踏板力平均取值（32N）作为 “重刹临界值”。根据实验结果可知，根据此方法确定的重刹临界值是准确有效的。
第二种，根据实时制动踏板力数据确定制动踏板力累计频次，并对制动踏板力累计频次进行拟合，选取一阶导数下降后的趋势变化点作为重刹临界值，拟合公式如下：
Figure 250062DEST_PATH_IMAGE001
该函数为进行踏板力累计频率曲线拟合时选择的GaussAmp函数，使用该函数拟合的曲线与原累计频率曲线重合度及拟合优度较高。
Figure 788491DEST_PATH_IMAGE002
表示制动踏板力累计频次，
Figure 845309DEST_PATH_IMAGE003
表示预设的制动踏板力累计频次初始值；
Figure 504216DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 330090DEST_PATH_IMAGE005
表示实时制动踏板力，
Figure 304999DEST_PATH_IMAGE006
表示预设的初始制动踏板力，
Figure 334266DEST_PATH_IMAGE007
为常数。其中拟合参数如表2所示：
Figure 544668DEST_PATH_IMAGE009
拟合结果如图2所示，3种标载工况拟合函数的一阶导数的变化趋势较为一致，在进入下降趋势后均于32N处作为趋势变化点开始再次变缓，故本例将32N作为标载工况的重刹临界值确定重刹频次，以对道路安全进行危险评估。
采用重刹频率及制动踏板力最大值分别作为代表值，两两构成数据点对。并根据数据点对绘制标载工况的制动踏板力、纵坡坡度散点图。其中重刹频率代表重刹频次与坡长的比值。如图3所示，其中，(A)为制动踏板力-纵坡坡度散点图；(B)为重刹频率-纵坡坡度散点图；(C)为制动踏板力-坡顶距离散点图；(D)为重刹频次-坡顶距离散点图。可知，纵坡坡度及坡顶距离与踏板力及重刹频率之间存在一定程度的正相关性，即随着坡度的增加，驾驶人更趋向于采取较大的踏板力及更高的重刹频率来控制车速变化。随与坡顶的距离增大，驾驶人施加在制动踏板上的作用力提高、重刹频率增大。
基于上述相关性分析，本例将每次重刹时间点对应的货车与坡顶实时距离与累计重刹频次对应形成数据点对，绘制累计重刹频次-坡顶距离散点图，如图4所示。定义相邻离散点连线的斜率为重刹频次对坡顶距离的敏感度（即重刹频次增长率），并绘制其累计频率图。由于3种标况下，重刹频次增长率即敏感度较为一致，本例只讨论标载1工况下的敏感度，如图5所示。
根据累计频率图可知，最低敏感度区间占比约为30%，累计频率50%对应的敏感度为3.25。故将其划分为30%≤M＜50%，50%≤M＜90%，90%≤M三个区段，分别定义为常规路段、风险路段、危险路段。其中M表示敏感度累计频率。三个百分比所对应的敏感度分别为1.25，3.25，17.25。以敏感度为3.25将整个长大纵坡坡划分为4个区段，即K18+500～K11+390，K11+390～K8+030，K8+030～K2+279，K2+279～K0+700（如表2）。以敏感度3.25为基准值，将此长大下坡划分为常规路段（区段1、区段3），风险路段（区段2中K10+115～K8+975以外路段），危险路段（K10+115～K8+975、区段4）。如表3所示。
表3区段划分表
Figure 474315DEST_PATH_IMAGE010
根据现场勘探，以本例危险路段识别方法进行的路段识别，与现场勘探是相符合的。因此本例提供的基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法是准确有效的。
实施例2
本例选取相邻重刹行为间隔时间作为驾驶人对线形在制动行为上的反馈，以筛选长大下坡的“制动突变路段”，即重刹高频路段。本例以标载1为例。
以制动踏板力32N作为标载工况的重刹判断值，定义前一次重刹行为结束时间与相邻重刹行为开始时间之差变为重刹间隔时间。根据重刹间隔时间与对应桩号绘制柱状图，如图6所示。由图可知，相邻重刹间隔时间规律相似，大致皆呈现内字母“W”状，即驾驶人在坡中及坡底的重刹频次较其他路段高，说明该路线中后段线形条件或行车环境不如其他路段，或驾驶人随制动鼓的效能衰减而频繁重刹。以相邻重刹行为间隔时间均值33s作为临界值，将小于间隔时间均值的路段定义为重刹高频路段。
经核查比对：标载1的重刹高频路段为K17+028～K16+688、K15+619～K15+498、K10+444～K8+386、K1+676～K0+922。
若不同工况下筛选的重刹高频路段不一致，则将所有重刹高频路段做并集处理，得到全线重刹高频路段区间。经现场勘探可知，以本例危险路段识别方法进行的重刹高频路段，与现场勘探是相符合的。
综上，本发明分析驾驶人的制动行为，通过制动踏板力幅值的分布特性，确定重刹频次，构建货车与坡顶实时距离与累计重刹频次的离散点图，引入累计重刹频次对货车与坡顶实时距离的敏感度概念，并根据敏感度筛选出该长大下坡的风险路段。同时，还根据重刹行为间隔时间来确定长大纵坡的重刹高频路段。

Claims (4)

1.基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集实验数据；所述实验数据包括货车行驶于待识别长大纵坡的实时制动踏板力及货车与坡顶实时距离；
步骤2：根据实时制动踏板力确定重刹临界值，根据重刹临界值确定重刹行为，从而确定累计重刹频次；
步骤3：将每次重刹行为对应的货车与坡顶实时距离与累计重刹频次对应形成数据点对，构建离散点图；相邻离散点连线的斜率为累计重刹频次对货车与坡顶实时距离的敏感度；并构建敏感度累计频率图；
步骤4：敏感度累计频率大于等于30%小于50%对应的路段为常规路段，敏感度累计频率大于等于50%小于90%对应的路段为风险路段，敏感度累计频率大于等于90%对应的路段为危险路段。
2.根据权利要求1所述的基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，其特征在于，所述步骤2中，根据实时制动踏板力构建制动踏板力累计频率分布图，累计频率区间为90%～95%对应的实时制动踏板力均值为重刹临界值。
3.根据权利要求1所述的基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，其特征在于，所述步骤2中，根据实时制动踏板力确定制动踏板力累计频次，并对制动踏板力累计频次进行拟合，选取一阶导数下降后的趋势变化点作为重刹临界值，拟合公式如下：
Figure 257382DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 846626DEST_PATH_IMAGE002
表示制动踏板力累计频次，
Figure 564046DEST_PATH_IMAGE003
表示预设的制动踏板力累计频次初始值；
Figure 755993DEST_PATH_IMAGE004
为常数；
Figure 6584DEST_PATH_IMAGE005
表示实时制动踏板力，
Figure 501150DEST_PATH_IMAGE006
表示预设的初始制动踏板力，
Figure 440287DEST_PATH_IMAGE007
为常数。
4.根据权利要求2或3所述的基于货车制动重刹特性的长大纵坡危险路段识别方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤5：计算相邻两次重刹行为之间的重刹间隔时间；计算待识别长大纵坡的重刹间隔时间平均值，重刹间隔时间小于平均值的路段为重刹高频路段。
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