基于空間視距的林區(qū)曲線道路行車(chē)舒適性研究

摘 要：為提高林區(qū)曲線道路駕駛員行車(chē)安全性和舒適性，采用駕駛模擬試驗(yàn)辦法，利用眼動(dòng)和心率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從動(dòng)態(tài)視角對(duì)林區(qū)曲線道路行車(chē)舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。基于空間視距理論建立5種不同空間視距的林區(qū)曲線道路場(chǎng)景，研究結(jié)果表明，駕駛員瞳孔直徑變化率和心率增長(zhǎng)率隨著空間視距增大而不斷減小，駕駛舒適性不斷增大。考慮瞳孔直徑變化率和心率增長(zhǎng)率的最小空間視距值為101 m和89 m，得出瞳孔直徑變化率和心率增長(zhǎng)率的空間視距適宜值為128 m和132 m。

關(guān)鍵詞：林區(qū)道路； 舒適性評(píng)價(jià)； 空間視距； 駕駛模擬試驗(yàn)； 駕駛指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U491.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.7525/j.issn.1006-8023.2024.04.022

Study on Driving Comfort of Curved Roads in Forest Areas Based on Spatial Sight Distance

LI Ankang1， LI Mingbao1*， ZHENG Junjie2

（1.School of Civil Engineering and Transportation， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China；2.School of Civil and Hydraulic Engineering， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： In order to improve driving safety and comfort of drivers on curved roads in forest areas， a driving simulation test was adopted to evaluate the driving comfort on curved roads in forest areas from a dynamic perspective using eye movement and heart rate as evaluation indexes. Based on the theory of spatial sight distance， five different spatial visual distance scenarios of curved roads in forest areas were established， and the results showed that the rate of change of pupil diameter and the growth rate of heart rate of the driver decreased with the increase of spatial sight distance， and the driving comfort increased continuously. The mi05f95T9WLzNXTFR+QYYarw==nimum spatial sight distance values considering the pupil diameter change rate and heart rate growth rate were 101 m and 89 m， and the appropriate spatial sight distance values considering the pupil diameter change rate and heart rate growth rate were 128 m and 132 m.

Keywords： Forest roads； comfort evaluation； spatial sight distance； driving simulation test； driving indicator

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的增長(zhǎng)，道路交通安全問(wèn)題越來(lái)越需要重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)交通事故中彎道區(qū)域占交通事故總量的10.5%［1］，其中彎道事故多發(fā)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非彎道路段，特別是林區(qū)公路曲線路段。

目前，林區(qū)交通事故中與人為因素相關(guān)的占到93%［2］，在曲線路段，交通事故率主要與駕駛?cè)艘暰嘤嘘P(guān)，呈負(fù)相關(guān)［3］。Chung等［4］研究了道路線形和駕駛疲勞之間的聯(lián)系。Foy等［5］提出在駕駛過(guò)程中駕駛?cè)说男睦碡?fù)荷是關(guān)鍵因素，駕駛員的心理負(fù)擔(dān)隨著駕駛環(huán)境改變而變化，通過(guò)駕駛員的心率變化、眼動(dòng)變化等直接影響駕駛員操作。郭根盛［6］采用實(shí)車(chē)試驗(yàn)研究了駕駛員心率增長(zhǎng)率和林區(qū)公路平曲線半徑的關(guān)系。王進(jìn)州等［7］通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)研究駕駛員心率增長(zhǎng)率與平曲線轉(zhuǎn)角值的關(guān)系。喬建剛等［8］結(jié)合駕駛模擬技術(shù)探究心率增長(zhǎng)率與坡度、平曲線半徑、線形組合指標(biāo)、速度差和交通量之間的關(guān)系。潘曉東等［9］通過(guò)分析駕駛員心率和血壓的變動(dòng)規(guī)律，分析曲線半徑的合理性。Wilson［10］運(yùn)用心電信號(hào)來(lái)判斷駕駛員駕駛過(guò)程的心理壓力。朱蓉［11］通過(guò)駕駛?cè)藙?dòng)視角特性，利用Matlab軟件，提出基于B樣條曲線三維線形模型的空間動(dòng)態(tài)視距計(jì)算辦法。孫璐等［12］以可靠度理論為基礎(chǔ)，選擇曲線半徑、路面阻力系數(shù)、豎曲線半徑作為重要變量，建立基于以上參數(shù)的隧道視距可靠性函數(shù)。

綜上，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在林區(qū)道路的研究主要集中在道路線形和駕駛員操作方面，探究駕駛員心率特性、視覺(jué)特性與林區(qū)道路之間的內(nèi)在關(guān)系。但是關(guān)于林區(qū)道路行車(chē)視距方面較少，行車(chē)視距研究主要集中在隧道路段。因此，在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，運(yùn)用駕駛模擬試驗(yàn)的辦法，分析在不同空間視距下駕駛員行車(chē)舒適性，提供適宜的行車(chē)視距值。

1 林區(qū)曲線道路線形設(shè)計(jì)方案

1.1 基于行駛穩(wěn)定考慮的圓曲線最小半徑

《林區(qū)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（LYJ 113—1992）對(duì)圓曲線最小半徑作了明確規(guī)定，其主要是考慮汽車(chē)在圓曲線上行駛的穩(wěn)定性，確保不滑移、不傾覆，但是想要保證車(chē)輛在駕駛過(guò)程中的穩(wěn)定性，需要車(chē)輛受到的橫向力和摩阻力相互抵消，基于行車(chē)穩(wěn)定性的圓曲線半徑計(jì)算公式為

R=v^2/127（μ_max+i_max ） 。 （1）

式中：R為圓曲線半徑，m；v為設(shè)計(jì)速度，km/h；μ_max為最大橫向力系數(shù)；imax為最大超高值。

《林區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（LY 5104—1998）規(guī)定圓曲線部分路段最大超高值在6%，在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，由于地形地貌的影響，駕駛員需要設(shè)計(jì)較小半徑的曲線路段，選擇較大的超高值，曲線路段設(shè)計(jì)時(shí)更加游刃有余。綜上分析，本研究選擇6%作為超高值進(jìn)行林區(qū)曲線路段最小半徑的計(jì)算。對(duì)橫向力系數(shù)進(jìn)行選取，表1為我國(guó)與其他國(guó)家的橫向力系數(shù)選取。

關(guān)于最小圓曲線半徑的確定，各國(guó)的辦法基本一致，對(duì)μ的取值卻各不相同。在μ的選取上，車(chē)速較高時(shí)選擇較小的μ，車(chē)速較低時(shí)選擇較大的μ。本研究在對(duì)μ取值時(shí)，考慮到增大林區(qū)曲線道路圓曲線半徑臨界最小半徑，曲線路段行車(chē)安全性更高，駕駛員舒適度更高，因此各工況采用表2中的μmin作為本研究數(shù)據(jù)，確定圓曲線臨界半徑的μmax值。

根據(jù)公式，以imax=8%、μ=μmax計(jì)算滿足行車(chē)穩(wěn)定性的圓曲線最小半徑，結(jié)果見(jiàn)表3。

1.2 基于滿足行車(chē)視距需求的圓曲線最小半徑

根據(jù)《林區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（LY 5104—1998）規(guī)定，駕駛員視點(diǎn)取高于路面1.2 m，林區(qū)公路的最小行車(chē)視距見(jiàn)表4。

林區(qū)曲線路段因?yàn)榈匦蔚孛驳脑蚝蜆?shù)木遮擋的原因，停車(chē)視距如式2所示。

S=S_1+S_2=vt/3.6+v^2/（254（?+ψ））。 （2）

式中：S為停車(chē)視距，m；S1為駕駛員反應(yīng)距離，m；S2為制動(dòng)距離，m；?為輪胎與路面之間附著系數(shù)；ψ為路面摩擦系數(shù)；v為行車(chē)速度，m/s；t為駕駛員反應(yīng)時(shí)間，s。

同時(shí)滿足行車(chē)視距要求，還要考慮圓曲線半徑和橫凈距大小的影響，橫凈距是指駕駛員視點(diǎn)軌跡線和視距曲線間的距離，如圖1所示。圓曲線內(nèi)最大橫凈距，如式（3）所示。

h=R_S-R_S cos r/2=R_S （1-cos r/2）。 （3）

式中：h為最大橫凈距，m；S為停車(chē)視距，m；RS為駕駛員視點(diǎn)軌跡線半徑，m；r為視距長(zhǎng)度所對(duì)的圓心角。

將cos r/2按級(jí)數(shù)展開(kāi)，展開(kāi)式如下。

cos r/2=1-（r/2）^2/2！+（r/2）^4/4！-（r/2）^6/6！+…≈1-（r/2）^2/2！。 （4）

根據(jù)式（4）可知

h≈S^2/（8R_S ）。 （5）

根據(jù)《林區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（LY 5104—1998）規(guī)定，林區(qū)公路標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)表5。

根據(jù)式（5）計(jì)算得出結(jié)果見(jiàn)表6。

1.3 基于汽車(chē)前燈散射角的圓曲線最小半徑

在地形地貌復(fù)雜的林區(qū)公路曲線路段，夜間行車(chē)時(shí)駕駛?cè)藛T的視野大小受汽車(chē)前燈散射角影響較大，參考趙永平等［13］提出基于汽車(chē)前燈散射角的圓曲線最小半徑，汽車(chē)前燈散射角取α=15°較為合適，停車(chē)視距與汽車(chē)前燈散射角計(jì)算關(guān)系如式（6）所示。

S=R πα/180-b。 （6）

式中：S為停車(chē)視距，m；R為曲線半徑，m；α為汽車(chē)前燈計(jì)算散角，（°）；b為橫凈距，m。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

1.4 林區(qū)曲線道路臨界最小半徑確定

綜合以上分析，考慮到林區(qū)曲線公路的行車(chē)安全，分別考慮行駛穩(wěn)定性、滿足行車(chē)視距要求、汽車(chē)前燈散射角下各工況曲線半徑最大值作為林區(qū)曲線道路臨界半徑最小值，臨界半徑最小值見(jiàn)表8。

林區(qū)公路因?yàn)闃?shù)木遮擋導(dǎo)致視距不足，所以行車(chē)速度大多數(shù)限制為60 km/h，所以本研究討論設(shè)計(jì)速度為60 km/h的林區(qū)公路，此時(shí)左轉(zhuǎn)臨界半徑為296 m，右轉(zhuǎn)臨界半徑為297 m，因此，本研究以200 m為一檔，因?yàn)楸狙芯恐饕懻摬煌€半徑路況下實(shí)際視距對(duì)駕駛行為的影響，所以不考慮左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)區(qū)別。因此，分別建立曲線半徑為300、500、700、900、1 100 m的林區(qū)曲線道路仿真路況。

2 林區(qū)曲線道路三維空間視距確定

2.1 三維空間視距計(jì)算原理

在三維空間中，假設(shè)駕駛員的視野呈橢圓錐體，如圖2所示。其中，O為駕駛員視線點(diǎn)，B為豎向最遠(yuǎn)可見(jiàn)視野點(diǎn)，D為橫向最遠(yuǎn)可見(jiàn)視野點(diǎn)，F(xiàn)為沿著車(chē)輛行駛方向道路中線上的任一點(diǎn)，C是A點(diǎn)方向駕駛員可見(jiàn)視野最遠(yuǎn)點(diǎn)。OA為視線中心線，C'和C″為C點(diǎn)在通過(guò)視線中心線且與水平面垂直和平行的平面上的投影。∠BOA表示駕駛員能看到豎向最大視野角，記為θ；∠DOA表示駕駛員能看到橫向最大視野角，記為α；∠AOC為駕駛員在方向上能夠看到的最大視野范圍，記為?；∠C′OA為∠AOC在BOA平面內(nèi)的投影，記為φ。這些元素共同構(gòu)成了對(duì)駕駛員視野的詳細(xì)幾何描述，有助于深入理解駕駛員在不同方向上的視覺(jué)感知范圍，為交通系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)提供重要參考［14］。

從駕駛員出發(fā)起點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)于任一視距計(jì)算點(diǎn)O，從車(chē)輛行駛方向的第1個(gè)駕駛員能看到的點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行視距驗(yàn)算，對(duì)于視距驗(yàn)算F，通過(guò)判斷OA和OC的夾角χ是否在O方向最大動(dòng)態(tài)視角?內(nèi)來(lái)確定路線上C點(diǎn)相對(duì)于O點(diǎn)的可視性。若O與F間所有點(diǎn)均可視，但下一個(gè)驗(yàn)算點(diǎn)不可視，則沿道路中線方向的距離LOF，即為駕駛員在O點(diǎn)的三維動(dòng)態(tài)視距。駕駛員在不受道路周邊交通環(huán)境影響下能夠辨識(shí)清楚前方物體的最遠(yuǎn)距離為Smax，則當(dāng)視距計(jì)算點(diǎn)和驗(yàn)算點(diǎn)距離達(dá)到Smax時(shí)停止驗(yàn)算，此時(shí)該點(diǎn)的動(dòng)態(tài)視距為Smax。

2.2 林區(qū)曲線道路三維空間視距空間約束條件

當(dāng)視距計(jì)算點(diǎn)在平縱組合復(fù)雜路段時(shí)，采取空間約束條件，約束條件如下［14］。

|χ-?|<δ。 （7）

式中，δ為誤差限，δ=0.001。

χ=arccos[d_xo （x_F-x_O ）+d_yo （y_F-y_O ）+d_ZO （z_F-z_O ） ]/√（d_xo^2+d_yo^2+d_zo^2×√（（x_F-x_O ）^2+（y_F-y_O ）^2+（z_F-z_O ）^2 ）） 。 （8）

依據(jù)空間幾何關(guān)系，在驗(yàn)算點(diǎn)F駕駛員能觀測(cè)到的最大視野范圍?與∠C′OA為∠AOC在BOA平面內(nèi)的投影φ的關(guān)系為

?=arctan√（tan^2 α-（tan^2 αtan^2 φ）/（tan^2 θ）+tan^2 θ）。 （9）

平面BOA內(nèi)，投影角φ計(jì)算公式為

φ=arccos|（OA） ? |/|（OB） ? | 。 （10）

2.3 林區(qū)曲線道路三維空間視距豎向約束條件

2.3.1 凸曲線路段

當(dāng)車(chē)輛行駛在凸曲線路段時(shí)，駕駛員視距主要受到凸曲線坡頂點(diǎn)和駕駛員在坡頂?shù)呢Q直動(dòng)態(tài)視角限制，如圖3所示，此時(shí)臨界判定條件為

|φ_NE-φ_E |<δ且φ_NE≤θ。 （11）

φ_E=arctan（dZ_E）/√（〖d_xE〗^2+〖d_yE〗^2 ）。 （12）

φ_NE=arctan（Z_E-Z_N）/√（（x_E-x_N ）^2+（y_E-y_N ）^2 ）。 （13）

φ_NM=arctan（Z_M-Z_N）/√（（x_M-x_N ）^2+（y_M-y_N ）^2 ）。 （14）

式中：φ_NE為（NE） ?和水平面夾角，（°）；φ_NM為（NM） ?和水平面夾角，（°）；φ_E為坡頂點(diǎn)切線和水平面夾角，（°）；h1為駕駛員觀測(cè)點(diǎn)高度，m；N為經(jīng)視高修正后的點(diǎn)；M為經(jīng)物高修正后的點(diǎn)。

2.3.2 凹曲線路段

當(dāng)車(chē)輛行駛在凹曲線路段時(shí)，駕駛員視距主要受到豎向最大視野角θ和車(chē)燈照射范圍限制，如圖4所示，此時(shí)臨界判定條件為

|（|φ_HF-φ_O |-min（θ，γ） ）|<δ。 （15）

式中：φ_HF為（HF） ?和水平面夾角，（°）；φ_O為觀測(cè)點(diǎn)O的切線和水平面夾角，（°）；γ為車(chē)前燈照射向上最 大照射角度，（°）；θ為駕駛員豎向向上最大視野 角，（°）；h3為車(chē)前燈高度，m；H為車(chē)前燈修正高度點(diǎn)。

2.4 林區(qū)曲線道路三維空間視距橫向約束條件

當(dāng)駕駛員觀測(cè)點(diǎn)O和視距驗(yàn)算點(diǎn)F處于同一個(gè)水平面上時(shí)，如圖5所示。采用橫向約束條件約束，因周邊林區(qū)樹(shù)木遮擋，駕駛員視距主要受到圓曲線半徑、車(chē)燈照射范圍和橫向最大視野影響［15］，臨界判定條件為

|λ_OF-min（α，ε） |<δ。 （16）

2.5 林區(qū)曲線道路三維空間視距的確立

分析得出林區(qū)曲線道路三維空間視距模型為

S=min{S_max，∑_（k=j）^（j+1）?[（x_（k+1）-x_k ）^2+（y_（k+1）-y_k ）^2+（z_（k+1）-z_k ）^2 ]^（1/2） }， {■（?_（i，j）≤?_max@?_（i，j+1）>?_max@j>n）┤。 （17）

式中：Smax為駕駛員視野可視最遠(yuǎn)距離，m；i為視距計(jì)算點(diǎn)標(biāo)號(hào)；j為視距檢查點(diǎn)標(biāo)號(hào)；n為滿足?i，k>?max，?k∈［1，n-1］且?_（i，j）≤?_max，k=n時(shí)為驗(yàn)算的第一個(gè)點(diǎn)；?_max為駕駛員橫向最大視野角，（°）。

2.6 林區(qū)曲線道路三維空間視距模型檢驗(yàn)

運(yùn)用Matlab開(kāi)發(fā)林區(qū)曲線道路計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。

由圖6可知，三維空間視距和傳統(tǒng)平面視距的計(jì)算差值在±10以內(nèi)，說(shuō)明林區(qū)曲線道路三維空間視距模型較為合理。同時(shí)，圓曲線半徑在700 m左右，三維空間視距在120 m左右時(shí)，三維空間視距是小于平面視距的，這時(shí)因?yàn)閳A曲線半徑較小，駕駛?cè)藛T在駕駛車(chē)輛時(shí)受周邊樹(shù)木和自然環(huán)境影響較大，隨著圓曲線半徑的增大，三維空間視距和平面視距逐漸趨于一致。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)被試對(duì)象

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，由于個(gè)體的性格、年齡和反應(yīng)能力等差異，導(dǎo)致不同程度的駕駛習(xí)慣，而對(duì)肇事者人員進(jìn)行的相關(guān)研究也顯示，導(dǎo)致車(chē)禍的主要年齡在18～25歲［16］。因此，基于預(yù)期方差、目標(biāo)置信度和誤差幅度來(lái)計(jì)算所需樣本容量，計(jì)算公式如式（18）所示，招募10名有3 a以上駕駛經(jīng)驗(yàn)的在讀碩士和博士作為模擬駕駛?cè)藛T，被測(cè)試人員信息見(jiàn)表10。

n≥（Zσ/e）^2。 （18）

式中：n為樣本容量大小；Z為標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)；σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差；e為最大誤差。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備：模擬駕駛設(shè)備為德國(guó)WIVW研發(fā)的駕駛模擬器，眼動(dòng)儀測(cè)試設(shè)備為SMART EYE公司研發(fā)的非接觸式眼動(dòng)追蹤設(shè)備，生理記錄儀為BIOPAC記錄儀。

3.3 試驗(yàn)場(chǎng)景搭建

本次試驗(yàn)研究對(duì)象為通過(guò)SILABA Edit軟件搭建曲線半徑為300、500、700、900、1 100 m的林區(qū)曲線道路仿真路況，道路路況見(jiàn)表11。

3.4 試驗(yàn)流程

1）以實(shí)際道路為參照，構(gòu)建不同曲線半徑的駕駛模擬場(chǎng)景，確保試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)合理。

2）選擇符合試驗(yàn)要求的駕駛員，要求其在試驗(yàn)前的24 h禁止飲酒，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并對(duì)其進(jìn)行20 min的模擬駕駛器實(shí)操培訓(xùn)，保證被測(cè)試人員能夠適應(yīng)模擬駕駛。

3）開(kāi)啟駕駛模擬器、眼動(dòng)儀和生理記錄儀，調(diào)整眼動(dòng)儀對(duì)準(zhǔn)駕駛員眼部和佩戴生理記錄儀設(shè)備，并打開(kāi)駕駛模擬場(chǎng)景。

4）駕駛員開(kāi)始在模擬場(chǎng)景進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，保證試驗(yàn)室內(nèi)安靜，無(wú)人與駕駛員進(jìn)行交談，防止對(duì)駕駛員產(chǎn)生干擾。

5）記錄好駕駛員在駕駛時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)和心率數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)有效性，當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)效時(shí)，會(huì)對(duì)駕駛員再次駕駛一次。

6）試驗(yàn)完成后，關(guān)閉設(shè)備，打掃試驗(yàn)室，保證下次試驗(yàn)便利。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 瞳孔直徑分析

在行車(chē)過(guò)程中，駕駛員80%～90%的信息是通過(guò)瞳孔來(lái)獲取的，其中95%的信息是不斷變化的，駕駛員的動(dòng)態(tài)視覺(jué)特征和交通事故有著緊密聯(lián)系［17］。相關(guān)研究表明，一般情況下，瞳孔面積變化的主要影響因素為光照度的急劇變化和駕駛員心理因素。瞳孔面積是衡量人體負(fù)荷的靈敏指標(biāo)，瞳孔直徑變化能夠準(zhǔn)確描述駕駛員駕駛心生理負(fù)荷程度。

基于瞳孔直徑指標(biāo)，瞳孔面積變化率（U）也能夠反應(yīng)駕駛?cè)藛T的行車(chē)狀態(tài)，將駕駛行車(chē)狀態(tài)分為舒適、較緊張和很緊張狀態(tài)：舒適時(shí)U<20%；較緊張時(shí)20%≤U≤40%；很緊張時(shí)U>40%［18］。因?yàn)橥仔螤罱朴趫A形，因此可以使用瞳孔直徑大小變化百分比DTK進(jìn)行駕駛安全性分析，瞳孔直徑變化率計(jì)算公式為

D_TK=|D_i-D_0 |/D_0 ×100%。 （19）

式中：DTK為瞳孔直徑變化率，%；Di為駕駛?cè)嗽诹謪^(qū)曲線道路行駛第i時(shí)刻的瞳孔直徑，mm；D0為駕駛?cè)瞬辉隈{駛狀態(tài)下的瞳孔直徑，mm。

對(duì)不同空間視距下的駕駛員通過(guò)曲線道路的瞳孔直徑均值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊次檢驗(yàn)，分析結(jié)果見(jiàn)表12、表13和圖7，不同空間視距下駕駛員通過(guò)曲線道路瞳孔直徑均值對(duì)應(yīng)的P大于顯著水平（P>0.05），數(shù)據(jù)均具有正態(tài)性，P-P圖是根據(jù)變量的累積比例與指定分布的累積比例之間的關(guān)系所繪制的圖形，由統(tǒng)計(jì)軟件SPSS分析數(shù)據(jù)得出。

由表13可知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員的瞳孔直徑均值對(duì)應(yīng)的P大于顯著水平（P>0.05），表明不同空間視距下駕駛員瞳孔直徑均值的變化性是一致的，因此具有方差齊性，滿足單因素方差分析的前提條件，對(duì)不同空間視距下的駕駛員瞳孔直徑均值進(jìn)行單因素方差分析，分析結(jié)果見(jiàn)表14。

由表14可知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員平瞳孔直徑均值對(duì)應(yīng)的P<0.05，表明不同空間視距對(duì)駕駛?cè)送字睆骄涤兄@著影響，不同空間視距下的駕駛?cè)送字睆骄底兓鐖D8所示。

由圖8可知，駕駛員瞳孔直徑均值隨著空間視距的增大而不斷減小，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這表明隨著空間視距增大，駕駛員的駕駛壓力不斷減輕，緊張感減弱。在空間視距78～120 m，隨著空間視距變化，駕駛員瞳孔直徑均值變化較大，在空間達(dá)到120 m后，變化明顯變小，表明120 m以上的空間視距滿足駕駛員的行車(chē)視距需求，能夠保證比較輕松的駕駛狀態(tài)。

根據(jù)式（19）對(duì)所測(cè)得的不同空間視距下的瞳孔直徑值進(jìn)行計(jì)算，求出瞳孔直徑變化率值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表15。

對(duì)表15的瞳孔直徑變化率進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊次檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表16、表17和圖9，在不同空間視距下駕駛員瞳孔直徑變化率對(duì)應(yīng)的P值小于顯著水平（P<0.05），數(shù)據(jù)不具有嚴(yán)格的正態(tài)性。但是數(shù)據(jù)峰度小于3，并且偏度接近于0，考慮到仿真試驗(yàn)的誤差性和真實(shí)性，所以可以近似看作是正態(tài)分布。

由表17可知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員的瞳孔直徑變化率對(duì)應(yīng)的P大于顯著水平（P>0.05），表明不同空間視距下駕駛員瞳孔直徑變化率變化性是一致的，因此具有方差齊性，滿足單因素方差分析的前提條件，對(duì)不同空間視距下的駕駛員瞳孔直徑均值進(jìn)行單因素方差分析，分析結(jié)果見(jiàn)表18。

由表18可知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員瞳孔直徑變化率對(duì)應(yīng)的P<0.05，表明不同空間視距對(duì)駕駛?cè)送字睆阶兓视兄@著影響，不同空間視距下的駕駛?cè)送字睆阶兓首兓厔?shì)如圖10所示。

由圖10可知，駕駛員瞳孔直徑變化率隨著空間視距的增大而不斷減小，代表著瞳孔直徑變化波動(dòng)變小。在空間視距為78、95 m時(shí)，駕駛員瞳孔直徑變化率較大，瞳孔直徑波動(dòng)較大，分別為28.4%、20.19%，在空間視距為142、160 m時(shí)，駕駛員瞳孔直徑變化率為6.65%、4.04%，瞳孔直徑波動(dòng)較小，這說(shuō)明隨著空間視距的增大，駕駛員的駕駛舒適性不斷提高，駕駛負(fù)荷不斷減小。

為了探究空間視距與瞳孔直徑變化率的關(guān)系，利用spss繪制散點(diǎn)圖，如圖11所示，瞳孔直徑變化率和空間視距呈現(xiàn)非線性關(guān)系，選擇非線性函數(shù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表19。

由表19可知，調(diào)整后的R2為0.834，回歸效果較好，不同空間視距和瞳孔直徑變化率的關(guān)系式如式（20）所示。

D_TK=108.57×e^（（-S_SJ/67.48） ）-6.24。 （20）

式中：DTK為瞳孔直徑變化率，%；SSJ為三維空間視距，m。

相關(guān)研究已經(jīng)將駕駛員瞳孔直徑變化率與駕駛員行車(chē)舒適性閾值之間關(guān)系進(jìn)行了標(biāo)定［19］，具體關(guān)系見(jiàn)表20。

瞳孔直徑變化率大小代表著駕駛員的緊張程度，也代表著行車(chē)舒適性，根據(jù)表20以10%～18%作為行車(chē)舒適閾值區(qū)間，基于瞳孔直徑變化率的空間視距推薦值見(jiàn)表21。

4.2 林區(qū)曲線道路駕駛員心率特性行為分析

心率（Heart rate，HR）是一個(gè)正常人心臟每分鐘跳動(dòng)的頻率，通常在60～100次，正常的人在安靜的時(shí)候會(huì)心跳比較緩慢，但是在高負(fù)荷工作、緊張或者疲勞的時(shí)候，心跳會(huì)加速，心率會(huì)超過(guò)100次/min［20］。當(dāng)人處于緊張或疲勞狀態(tài)時(shí)，心率會(huì)迅速增加到100次/min以上。相關(guān)研究表明駕駛?cè)笋{駛負(fù)荷越大時(shí)，情緒越緊張，心率增長(zhǎng)率越大，可以使用心率增長(zhǎng)率來(lái)代表駕駛員的駕駛負(fù)荷情況。心率增長(zhǎng)率計(jì)算如式（21）所示。

H_RI=（H_R2-H_R1）/H_R1 ×100%。 （21）

式中：HRI為駕駛員心率增長(zhǎng)率，%；HR1為駕駛員靜息心率，次/min；HR2為駕駛員通過(guò)林區(qū)曲線道路的平均心率，次/min。

將對(duì)生理記錄儀所測(cè)心電數(shù)據(jù)導(dǎo)入Acqkonwlege5.0軟件，根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的HR數(shù)據(jù)代入式（21），得到不同空間視距下駕駛員心率增長(zhǎng)率見(jiàn)表22。

對(duì)表22的心率增長(zhǎng)率進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊次檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表23和表24，在不同空間視距下駕駛員心率增長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的P大于顯著水平（P>0.05），數(shù)據(jù)均具有正態(tài)性。

由表24所知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員心率增長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的P大于顯著水平（P>0.05），表明不同空間視距下駕駛員心率增長(zhǎng)率的變化性是一致的，因此具有方差齊性，滿足單因素方差分析的前提條件，對(duì)不同空間視距下的駕駛員心率增長(zhǎng)率進(jìn)行單因素方差分析，分析結(jié)果見(jiàn)表25。

由23表可知，不同空間視距對(duì)應(yīng)下駕駛員心率增長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的P<0.05，表明不同空間視距對(duì)駕駛?cè)诵穆试鲩L(zhǎng)率有著顯著影響。不同空間視距下的駕駛?cè)诵穆试鲩L(zhǎng)率變化趨勢(shì)如圖13所示。

由圖13可知，駕駛員心率增長(zhǎng)率隨著空間視距的增大而不斷減小，代表著在空間視距為78、95 m時(shí)，駕駛員心率增長(zhǎng)率較大，心率波動(dòng)較大，分別為33.57%、27.5%，在空間視距為142 、160 m時(shí)，駕駛員心率增長(zhǎng)率為17.19%、14.78%，心率波動(dòng)較小，這說(shuō)明隨著空間視距的增大，駕駛員的駕駛舒適性不斷提高，駕駛負(fù)荷不斷減小。

為探究空間視距與心率增長(zhǎng)率的關(guān)系，利用spss繪制散點(diǎn)圖，如圖14所示，心率增長(zhǎng)率和空間視距呈現(xiàn)非線性關(guān)系，選擇非線性函數(shù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表26。

由表26可知，調(diào)整后的R2為0.828，回歸效果較好，因此可得到不同空間視距和心率增長(zhǎng)率的關(guān)系式如式（22）所示。

H_RI=76.698×e^（（-S_SJ/177.66） ）-16.49。 （22）

式中：HRI為駕駛員心率增長(zhǎng)率，%；SSJ為三維空間視距，m。

喬建剛［21］通過(guò)駕駛模擬倉(cāng)和心電儀的有機(jī)結(jié)合，提出駕駛員緊張度的理論區(qū)域和心率增長(zhǎng)率的緊張度閾值。HRI<20%時(shí)，駕駛員感受為舒適； 20%≤HRI≤30%，駕駛員感受為較緊張；30%<HRI，駕駛員感受為特別緊張。

考慮到在林區(qū)曲線道路行駛中，需要駕駛員保持一定的緊張程度來(lái)保證行車(chē)安全性，所以選擇20%～30%心率增長(zhǎng)率為林區(qū)曲線道路空間視距適宜值推薦范圍，最小空間視距為89 m，適宜空間視距為132 m。

5 結(jié)論

通過(guò)駕駛模擬試驗(yàn)，對(duì)比分析不同空間視距下的林區(qū)曲線道路駕駛員行車(chē)舒適性研究，得出以下結(jié)論。

1）建立林區(qū)曲線道路空間視距模型，并和現(xiàn)有的二維空間視距進(jìn)行對(duì)比，誤差較小，適用于設(shè)計(jì)速度為60 km/h的林區(qū)曲線道路

2）根據(jù)瞳孔直徑均值和瞳孔直徑變化率，駕駛員瞳孔直徑變化率隨著空間視距的增大而不斷減小，瞳孔直徑波動(dòng)變小，駕駛員駕駛負(fù)荷減小，駕駛舒適性不斷提高，依據(jù)瞳孔直徑變化率行車(chē)舒適閾值，得出考慮瞳孔直徑變化率的最小空間視距為101 m，適宜空間視距為128 m。

3）根據(jù)心率增長(zhǎng)率，駕駛員心率增長(zhǎng)率隨著空間視距增大而不斷減小，駕駛員駕駛舒適性不斷提高，依據(jù)心率增長(zhǎng)率緊張度閾值，得出考慮心率增長(zhǎng)率的最小空間視距為89 m，適宜空間視距為132 m。

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