基于道路实测数据的私家车制动行为研究

杜建波，徐月云，贺可勋，谢振凯

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

基于道路实测数据的私家车制动行为研究

杜建波，徐月云，贺可勋，谢振凯

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

制动行为的研究不仅可以应用于交通事故处理中，还可应用于许多汽车安全性能检测设备的设计和标定中。以31个城市1 314辆私家车为数据采集样本，获取道路实测数据，并对数据进行制动行为分析。结果表明：在国内，私家车正常制动行为的初速度普遍在低速范围内，75%以上制动行为的制动距离在90 m以内；制动行为存在区域差异，对比东北地区，长江以南的制动行为的初速度要更加大；与晴天驾驶环境相比，下雪天驾驶员会使用降低制动初速度的保守驾驶来弥补道路附着系数减小带来的制动距离增加。最后根据实测数据给出了制动初速度和制动距离的关系模型，供后续制动行为分析和相关研究使用。

制动行为；道路实测数据；制动初速度；制动距离

0 引言

汽车追尾事故在事故总数中所占比例非常高，在国外，占25%～40%[1]；在国内占到20%左右,在高速公路和隧道中分别占到49%和67%[2]。有研究表明：在采集的事故样本中，当前方存在突发状况时，47%驾驶人未能够使用足够的制动力，78%驾驶人未能达到最大的制动踏板力[3]。所以紧急工况下，如果驾驶人能准确及时地释放制动操作可降低交通安全事故的发生概率。因此导致这类事故的原因有两个：(1)车距过近；(2)驾驶员制动过程中刹车力度不够。汽车制动行为是指人们通过踏下制动踏板使汽车迅速降低车速直至停车的行为。制动行为的研究不仅可以应用于交通事故处理中,还可以应用于许多汽车安全性能检测设备的设计和标定中。一直以来，人们对汽车制动性能的研究主要从理论和试验两个方面进行[4]。在理论研究方面，已经取得了一定的成就，并且制定了各种关于汽车制动试验的方法和评价指标。但是，由于汽车的实际制动过程受到很多因素的影响，依赖于传统理论分析制动过程需要做出简化，忽略掉较多因素，因此这种定量分析汽车制动过程并不能真实反映汽车制动的实际工况。

鉴于此，作者依托中国汽车工况信息化系统，在汽车上安装数据采集终端，采集私家车车辆实际道路行驶工况数据，通过分析道路实际采集车辆制动的制动力和充分发出的平均减速度等参数，研究车辆实际道路的制动行为，最后建立的车辆实际道路上制动行为中的速度和行驶距离关系，为车辆开发和降低交通事故提供决策依据。

1 数据源与数据处理

文中使用的数据来源于汽车道路实测数据，数据的获取和处理流程如图1所示。

图1 数据处理流程

1.1 数据采集

利用车载数据采集系统采集数据。该车载数采系统通过GPS(全球定位系统)获取行驶车辆的实时定位参数，通过CAN总线接收车辆的行驶参数。数据采集后将参数编排成统一的数据协议，并按照设定的发送速率将行驶数据通过数据传输专用网络发送到中国工况信息化系统通信模块。数据采集流程如图2所示。中国汽车工况信息化系统有专门的大容量通信引擎进行数据接收、数据解析，解析后的数据按照分类进入中国汽车工况信息化系统数据库。

图2 数据采集流程

采集车辆涵盖31个城市的1 314辆私家车，采集数据总里程共计约76.7×104km，各城市采集数据详情如图3所示。

图3 采集城市和里程图

1.2 数据处理

车辆从起步出发至目的地停车，受道路交通状况影响，中间可能要经历多次的停车和起动。车辆从一个怠速开始到下一个怠速开始的运动定义为短行程，短行程起始点t时刻的车速vt=0，且前1 s的车速vt-1>0。运动段指不含怠速段的短行程，而且起始车速和终点车速均为0。

数据采集过程中，由于采样设备的原因(如 GPS 在山区或隧道内丢失信号、仪器本身具有一定的零漂)、人为因素或者受到其他不可抗因素的影响，难免有一些采集到的数据是不合理的或是无效的，因此需要对原始车速数据进行预处理，筛选出有效的数据，用于后续的研究工作。

数据预处理从以下几方面进行：

(1)我国交通法规规定最高车速不能大于120 km/h，考虑到车辆在高速路上行驶时偶尔会出现一定程度的超速问题，将片段的最高车速设置为130 km/h。

(2)所有数据点处的加速度值均在-4.5～4 m/s2之间。因为当车辆的加速度大于4 m/s2时，相当于其车速在1 s内增加了超过14 km/h，这种情况在正常行驶条件下是不太可能发生的，因此这样的数据是不合理的，应予以修正。同样的道理，当加速度小于-4.5 m/s2时，数据也是不合理的，也应予以修正。

(3)当车辆的怠速持续时间超过200 s时，应当是出现了正常驾驶以外的情况(如驾驶员将试验车辆怠速停靠在路边进行休息，而GPS仍在连续记录车速信息的情况)，导致采集到的数据是不合理的，对这样的数据也进行了剔除或修正，否则会导致采集到的数据怠速比例偏高、平均车速偏低，影响最终开发出的工况的代表性。

(4)针对GPS“跟随”问题和数据上传不连续问题，分别制定了均速比例规则和数据缺失率规则。

(5)文中还设定了一些其他的筛选条件，如短行程的持续时间不应小于10 s、短行程的最大车速不应小于5 km/h等。

1.3 制动行为特征

汽车制动行为是指人们通过踏下制动踏板使汽车迅速降低车速直至停车的行为。根据数据处理后的短片段计算1 s一次的加速度，从最后一短片段点开始前推，直至首次加速度为正值，确定此点为制动行为的初速度点，记录速度值和时间点，便于后续计算。

GB12676-2014《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》标准中规定的制动系统性能是在规定的条件下，通过测量相应的初速度下的制动距离和/或充分发出的平均减速度来确定[5-6]。充分发出的平均减速度aMFDD按下列公式计算：

aMFDD=(vb-ve)/25.92×(se-sb) (m/s2)

式中：v为试验车制动初速度，km/h；ve为0.8v试验车速，km/h；vb为0.1v试验车速，km/h；sb为试验车速从v到ve的行驶距离；se为试验车速从v到vb行驶距离。

制动距离是指驾驶员开始促动制动控制装置时起到车辆停止时车辆所驶过的距离。制动初速度是指驾驶员开始促动制动控制装置时的车辆速度。

2 私家车制动行为分析

2.1 全国制动行为分析

制动初速度反映了驾驶行为中制动行为的激烈程度。通过全国私家车制动初速的分布可知，在全国范围内制动的初速度多在0～20 km/h的速度区域。其中5～10 km/h的制动初速度出现的频率最高达到16%，0～5 km/h、10～15 km/h的制动初速度出现的频率分别占13%和12%。制动初速度大于75 km/h的急刹车出现的频率很低，如图4所示。

图4 制动初速度分布

从制动距离上看(见图5)，大部分的制动距离在0～10 m之间，制动距离大于150 m的制动行为出现的频率很低，制动距离在50～70 m内出现的频率几乎一致。

图5 制动距离分布

通过制动距离和制动初速度的联立分布(见图6)可知：中国的实际道路驾驶过程中制动行为普遍是低速短距离的非激烈驾驶制动，这种制动的绝大部分制动速度控制在35 km/h以内，制动距离60 m以内。制动距离大于200 m、制动初速度大于65 km/h的紧急避险制动行为出现的比例很低。从这一角度说明绝大多数正常行驶过程中的制动行为属于非紧急避险制动行为。

2.2 区域制动行为分析

挑选31个城市中的福州、上海、深圳私家车作为长江以南实际道路测试车辆；沈阳、长春、哈尔滨3个城市私家车作为东北地区实际道路测试车辆；济南、北京、郑州车辆作为中部平原的实际道路测试车辆，分区域进行实际道路测试，进行制动行为分析。由图7—8可知：东北地区制动初速度要比中部平原和长江以南私家车制动初速度出现的频率要高；在制动初速度大于45 km/h的制动行为中，长江以南的私家车辆的比例要高于中部平原和东北地区的私家车辆；制动距离3个地区相差不大，但是长江以南的制动距离大于90 m出现的比例要比中部平原和东北地区高。由此可知东北地区制动行为为低速、短距离制动，长江以南的城市制动行为的制动初速度和制动距离要略高于东北地区。

图8 区域制动速度分布

2.3 特殊天气制动行为分析

从上述分析可知：不同区域制动行为初速度有一定变化，这与区域的气候关系和区域的道路状况有很大关系。根据济南市历史气象资料显示： 2016年12月1日至2017年3月1日共有7天下雪天气。分别选取晴天的2016年12月14日至2016年12月18日5天作为晴天天气进行比较。

表1 济南下雪天日期

由图9—11可知：下雪天制动行为的制动初速度明显要低于晴天天气，但是制动的距离并没有很大变化。通过比较充分发出减速度发现：在下雪天，充分发出减速度要明显小于晴天的充分发出减速度。这是因为道路上结了大量的雪，使道路附着系数变小，要从一个固定的速度出发，在附着系数变小的情况下，伴随着初始出发速度的降低，充分发出的减速度随之变小。这表明，在下雪天气下，人们开车倾向于更加谨慎，以降低刹车时的初速度来保证合理的刹车距离。

图9 雪天制动初速度分布

图10 雪天制动距离分布

图11 雪天制动充分发出初速度分布

2.4 制动距离与初始速度的关系

根据系统的功能原理,分析制动力增长过程和制动力稳定过程的速度、时间和制动距离,建立汽车制动距离与制动初速度关系的计算公式，如图12所示。

图12 制动距离和制动初速度散点图

3 结论

利用31个城市私家车的道路实测数据对私家车制动行为进行分析。研究表明：在国内，私家车辆实际行驶过程中制动行为的初速度普遍比较低，绝大多数的制动初速度小于50 km/h，75%的制动行为制动距离小于90 m；受道路状况和天气的影响，国内制动行为具有区域差异，长江以南城市的制动初速度要大于东北地区的制动初速度，但是整体制动距离，南北差异并不明显；相对于晴天天气下的制动行为，下雪天制动行为更加谨慎，以较小的初速度来弥补充分发出减速度变小带来的制动距离增加，以保证制动距离在可控范围之内。

[1]KIEFER R J，CASSAR M T，FLANNAGAN C A，et al.Forward Collision Warning Requirements Project Final Report-Task1[R].Washington DC:National Highway Traffic SafetyAdministration,2003.

[2]DENG B,CHEN X,WANG X.Shanghai 2020 Driving Scenario Models and Traffic 5 Accident Models Development[R].Shanghai:General Motor,2011.

[3]HARA M,OHTA M,YAMAMOTOA,et al．Development of the Brake Assist system[C]//International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles，1998.

[4]雷同飞.基于路面状况的汽车制动性能仿真研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.

[5]张树清.充分发出的平均减速度MFDD[J].重型汽车,1998(6):22-25.

[6]程军.平均充分发出的制动减速度问题的研究[J].汽车技术,1995(10):18-22.

StudyontheBrakingBehaviorofPrivateCarsBasedontheRoadMeasuredData

DU Jianbo, XU Yueyun, HE Kexun, XIE Zhenkai

(China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300300,China)

The research of braking behavior can not only be used in traffic accident treatment, but also can be used in the design and calibration of many automobile safety testing equipment.In this study,1 314 private car data from 31 cities in China were collected,and the braking behavior data were analyzed.The results show that: the beginning speeds of the normal braking behavior of private cars are in the low-speed range;most of the braking distances that are tested are less than 90 m;braking behavior in differences domestic are different,compared with the northeast, the braking behaviors of the cities in south of Yangtze River have high begin speeds;usually, the driver will adopt conservative driving with reduced initial braking speed to compensate the reduction of the road adhesion coefficient to decrease the braking distance. Finally, based on the measured data, the relationship between the initial braking speed and braking distance was given.

Braking behavior; Measured road data; Initial braking speeds; Braking distance

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.014

U491

A

1674-1986(2017)12-056-04