基于視距模型的輔助減速車道標志設置*

余曼，趙煒華，吳玲，李郁菡

基于視距模型的輔助減速車道標志設置*

余曼，趙煒華，吳玲，李郁菡

（西安航空學院車輛工程學院，陜西 西安 710077）

文章結合駕駛人視距模型對輔助減速車道字體、版面進行合理化設計，以提高駕駛人的辨識程度；通過駕駛員認知特性對輔助減速車道標志前置距離設計進行研究，為輔助減速車道合理化利用提供可能，降低了由于車輛自動失效后因錯過輔助減速車道強制減速造成重大交通事故的可能。

視距模型；輔助減速車道；高度設置；重復距離設置

前言

重型汽車制動失效問題在山區交通事故總所占比重較大，特別是在西部山區長下坡路段。而由于長時間制動而造成的制動器衰退是其中的一個原因，為了解決制動器失效問題，在長大下坡路段旁邊設置了一種輔助減速車道。輔助減速車道提醒標志設置的合理性，將直接影響輔助減速車道的使用。本文就將基于視距模型對長達下坡路段的中輔助減速車道的標志，研究其合理化使用和服務輔助減速車道。

1 視距模型與車道標志字體和版面設計

1.1 車速與視野范圍的視距模型

車輛行駛過程中駕駛人的視野范圍隨著車速的提升會逐漸減小。與此同時，隨著車輛車速的增加，駕駛人的雙眼視覺范圍會匯聚在遠方一點，這種“隧道視覺”會使駕駛人失去對周圍環境的感知能力，對環境信息敏感能力下降，對于駕駛安全來說十分危險[1]。如表1所示為駕駛人水平方向的視角的分布規律[2][3]。

表1 駕駛人水平視野范圍與車速關系表

1.2 字體與字體高度的設計

根據漢字不同字體的筆畫細節尺寸和視覺系統的分辨能力，粗字體和黑體字的視認性較好，而相比于沒有字庫的粗字體，黑體字應用起來比較方便，黑體的默認筆畫粗細與字高的比為 1:10[4]。

駕駛員識別交通標志，一方面與交通指示牌和自己的距離有關，另一方面與交通指示牌的尺寸有關，當然車速也會影響駕駛員識別交通標志的內容。從交通標志的尺寸來看，影響視認距離的主要因素是文字的高度，文字高度的計算公式為[5]：

在（1）式中：車速V（m/s）；交通標志文字設置的高度h（m）；轉化系數C=3.07，駕駛員閱讀理解交通標注時間=2.6；絕對是駕駛人絕對視力、相對是相對視力，取絕對=0.672。

1.3 交通標志的總體版面設計

參考國標對于交通標志邊框和襯邊的設定，在這一小節采用警告標志作為輔助減速車道的標志類型，襯邊顏色用黃色或者熒光黃色，邊框設定為黑色。下表2為國標中對版面的設計規定。

表2 國標中標志牌文字排版規定

規定其他文字，如阿拉伯數字等的設置，應以漢字為基礎確定，具體為下表3，給出了大小寫、字高、字寬和筆畫粗細的設定。如果有特里情況，不能符合下表要求，那么采用的高度最小為0.8倍的規定值。

表3 其他文字與漢字高度的關系

文字警告類標識和禁令類標識的字高也應按照上表來確定。如果有其他特殊的情況，認為警告的文字標識可最高降低為表中限制的0.6倍。

根據以上規定和優化得到的文字高度以及輔助減速車道的實際模型，得出標識牌的推薦尺寸、高度及文字間隔：標志的尺寸為4×5m，文字高度52cm，文字間隔10cm。

2 車道標志高度設置

2.1 水平路面上交通標志高度設置

由于車輛高度相較于交通標志較低，駕駛員一般仰視交通標志。為了能有充分時間分析處理數據，至少要求標志視認后的距離大于消失距離。

圖1 水平路面交通標志高度模型

如圖1所示，當駕駛人對交通標志觀察距離剛好為消失距離時，有：

式中：為駕駛人視線的豎直視角，人機工程學的研究表明，當＞8°時，駕駛人視認能力迅速下降，取8°為的臨界值；為駕駛人視點高度，一般取1.2m；為交通標志設置高度。

綜合上式可得：

2.2 長大下坡路段上交通標志高度的設計

針對視高為3m的重型載貨汽車，建立圖2的模型：

圖2 單一坡度條件下的標志高度模型

得：

由上式解得：

式（6）中：為視點高度；為可視視角；為道路的縱坡；是駕駛人的視認距離。

長大下坡路段駕駛人對交通標志視認與水平路面上的不同之處，交通標志設置的過低，會由于從下坡路段下來，可視角度的原因導致駕駛人不能夠清晰準確的閱讀和理解輔助標志；相反如果輔助交通標志設置的過高，那么駕駛員還沒有充分閱讀和理解標志信息，就錯過了交通標志。綜合分析道路坡度，駕駛員可視高度和可視視角，結合視認距離，推導出長大下坡路段交通標志高度設置的優化模型。如下表4，提供了不同車速，車輛在不同道路縱坡行駛時交通標志的建議設置高度。

表4 交通標志建議高度[6]

3 車道標志前置距離研究

車輛在行駛過程中，駕駛人首先通過視覺感知信息、處理信息，第二步才會通過車輛的操縱裝置對車輛施行減速操作。

如下圖3所示，車輛由A至G行駛。在行駛的過程中，駕駛員在A點發現交通標志，但是僅限于識讀標志輪廓，車輛繼續行駛到B點后駕駛人才能夠清楚的識讀標志內的信息。車輛由B行駛到C的時間也是駕駛人大腦中處理信息的時間。由于不斷變化的角度，車輛行駛到D點時，F點設置的交通標識就會消失。車輛繼續行駛到E點時，駕駛人就會操縱車輛的操縱機構，意圖使車輛減速、轉向或者變換車道。車輛行駛B-F為視認距離，B-C為認讀距離，D-F為消失距離。

圖3 交通標志的視認過程

根據圖3為了使駕駛人有足夠的時間處理信息并且操縱和控制車輛，交通標識的設置應該滿足以下的條件：

在A-E的過程，車輛都進行勻速行駛，通過E點之后，制動踏板開始作用，車輛開始進行減速運動。如圖4所示，駕駛人經時間0后認讀完交通標志，1之前的時間駕駛員用來反應，將其右腳移動至相應的踏板，2之前制動踏板消除間隙，消除之后制動器才逐漸起作用，達到持續制動。

制動器起作用階段，減速度隨時間的變化而線性增長，則車輛駛過的距離為：

同理可得：

故制動器起作用階段的制動距離為：

式中：0初速度；3為制動器作用力上升時間，取3=0.5；為減速度的均值。

車輛的制動力不僅與制動器產生的制動力有關系，還與輪胎所接觸的路面的附著系數有關，受附著條件的影響，長大下坡路段的制動減速度為（12）式：

式中：為路面附著系數，道路的坡度，為道路的縱坡。

在4中，車輛的保持制動減速度恒定的勻減速運動，車速由v降到所需要的期望車速v，在此過程中，車輛所行駛的距離為式（13）：

由此可得，交通標志的前置距離為：

式中：為交通標志前置距離；1為制動器起作用行駛距離；2為持續制動行駛的距離；0為發現交通標識時的速度；0為駕駛人理解、分析、處理標志所需的時間，取0=2.5；1為駕駛人反應時間，取1=2.0；2為駕駛人實際操縱減速裝置所需要的時間，取2=1.5；t為一次變換車道所用的時間，取t=60；為變換車道的次數；為視認距離：

將公示（1）帶入公示（15）得表5：

表5 交通標志視認距離

綜合考慮車輛的減速特性和駕駛人的視認距離對交通標志前置距離的進行設計，如表6所示為在道路縱坡=5%下，不同車速條件下，車輛減速到指定速度的交通標志所需要放置的前置距離。

表6 交通標志前置距離

4 結論

本文基于視距特性，通過分析車輛行駛視覺模型，得到了長大下坡路段車道標志的大小高度與前置距離，為更加高效的使用輔助車道，合理放置車道標志提供了理論支持。車道標志作為保障行車安全的一個不可忽視的重要標志，除了參考國標現有標準以外，也應根據不同道路情況，因地制宜設置合適的標志。

[1] 彭余華,呂紀娜.基于駕駛人視認特性的高速公路作業區文字類交通標志尺寸[J].長安大學學報:自然科學版, 2016,36(4):71-78.

[2] 劉勇.從駕駛者有效視野出發探討交通標志設置與研究[J].公路交通技術,2012,10(5):129-132.

[3] 楊晉生.淺談車速對視力和視野的影響[J],人民公安報.交通安全周刊,2016,6(3).

[4] 王磊,蔣海峰,韓文元.漢字筆畫粗細與識認性的關系研究[J].公路交通科技（應用技術版）,2008,9(45):165-168.

[5] 廖小芳,關志娟,陸康.漢字交通標志可認知性評價指標及標準[J]. 公路, 2012(10):114-119.

[6] 王志新.基于汽車行駛安全特性的山區公路連續長大下坡路段輔助減速車道研究[D].長安大學博士論文,2018(4)

Auxiliary Deceleration Lane Sign Setting Based on Visual Distance Model*

Yu Man, Zhao Weihua, Wu Ling, Li Yuhan

（Xi'an Aeronautical University School of Automobile, Shaanxi Xi'an 710077）

Based on the driver's stadia model, the font and layout of the auxiliary deceleration lane are designed reasonably in order to improve the driver's recognition degree. Based on the driver's perceive characteristics, this paper studies the design of the front distance of the sign of the auxiliary deceleration lane, which provides the possibility for the rational use of the auxiliary deceleration lane and reduces the possibility of major traffic accidents caused by missing the forced deceleration of the auxiliary deceleration lane after the vehicle braking failure.

Stadia model; Auxiliary deceleration lane; Height setting; Setting of repetitive distance

U471

A

1671-7988(2019)14-76-04

U471

A

1671-7988(2019)14-76-04

余曼，博士，講師，就職于西安航空學院車輛工程學院，研究方向：電動汽車及其控制技術。

基金項目：陜西省重點產業創新鏈（群）項目（2018ZDCXL-GY-05-03-01）；陜西省重點研發計劃（重點項目）（2018ZDXM-GY-082）資助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.024