Алгоритм оценки безопасности движения с учетом функционального состояния водителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 625.72

АЛГОРИТМ ОЩНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДИТЕЛЯ

О.Ю Гредасова, асп., А.Г. Батракова, проф., д.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Аннотация. Обоснован подход к оценке и прогнозированию аварийности на автомобильных дорогах общего пользования, основу которого составляют принципы системного проектирования автомобильных дорог и закономерности изменения функционального состояния водителя в процессе движения. Предложена модель и соответствующий алгоритм, оценки безопасности движения. Дана оценка параметров модели.

Ключевые слова: безопасность дорожного движения, функциональное состояние водителя, надежность деятельности водителя, тгтшо-эксплусатционньк показатели, жизненный цикл автомобильной дороги.

АЛГОРИТМ ОЦЩЮВДННЯ БЕЗПЕКИ РУХУ 3 УРАХУВДННЯМ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СТАНУ ВОДЩ

О.Ю Гредасова, асп., А.Г. Батракова, проф., д.т.н., Харювський нацюнальний авгомобьльно-дорожнш ушверситег

Анотащя Обсрунтовано nidxid до оцтювання i прогнозування aeapirnocni на автомобыьних дорогах загального користування, основу якого складають принципы системного проектування автомобыьних dopiz i законоларност1 злани фунщонального стону вод1я у процеа руху. Запропоновано модель i eidnoeiduuu алгоритм оц1нки безпеки руху. Дано ощнку napaMempie модел1.

Климов слова: безпека дорожнього руху, фунщональний стан водйя, надштсть dimbuocmi водйя, техн1ко-експлуатоц1йн1 показникц життовий цикл автомобыьног дороги.

GORITHM FOR ESTIMATING ROAD TRAFFIC SAFETY TAKING INTO ACCOUNT THE DRIVER'S FUNCTIONAL STATE

O. Gredasova, P. G., A. Batrakova, Prof., D. Sc. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University

Abstract. An approach to assessment and prediction of accidents on the roads of general use, which is based on the system design of highways and regularities of changes of the driver's functional state during the trip is grounded. Amodel and the corresponding algorithm for evaluating traffic safety are offered. The model parameters are estimated.

Key words: road safety, driver's functional state, reliability of driver's activity, performance indicators, life cycle of the road.

ЕЬедение

Одрой из основных причин роста аварийности является несоответствие технико-эксп-луаталронных показателей состояния автомобильных дорог требованиям современного

автотранспорта. Кроме того, увеличение интенсивности дзрожного движения и нарушение правил дорожного движения приводят к росту числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП).

Анализ публикаций

Многочисленными исследованиями установлено, что на количество ДШ влияют факторы, связанные со средой дорожного дрижения, участниками дорожного дрижения и транспортным средством [1, 2, 3]. При этом, по мнению отечественных и зарубежных ученых, несоответствие параметров среда дрижения закономерностям поведения водителя является одаой из основных причин возникновения ДТП [1, 2, 3].

Цель и постановка задачи

Существующее в настоящий момент метода не позволяют прогнозировать изменение безопасности дорожного дрижения во времени. Вместе с тем, при разработке проектов строительства и реконструкции автомобильных дзрог, при решении задач организации дорожного дрижения, возникает необходимость в оценке безопасности дорожного дрижения в процессе жизненного цикла автомобильной дороги. Это связано с изменением технико-эксплуатацронных показателей (ГЭП) автомобильной дороги в процессе жизненного ццкла, что приводит к изменению уровня безопасности дорожного дрижения. Следовательно, методцка оценки и прогнозирования уровня безопасности дорожного должна учитывать закономерности изменения технико-эксплуатацронных показателей в процессе жизненного ццкла автомобильной дороги.

С другой стороны, в рамках системного проектирования, автомобильная дорога понимается как логическая основа деятельности водщеля Поэтому основу методаки должен составить эргономический подаэд позволяющей оценить функциональное состояние водителя с учетом изменения ТЭП автомобильной дороги в процессе ее жизненного ццкла

Проведенный анализ показал, что из существующих методов оценки аварийности наиболее перспективным является метод Э.В. Гаврилова, согласно которому условия дрижения по автомобильной дороге ставятся в соответствие требованиям водителя и оцениваются по результатам его деятельности [3, 4]. При этом система «водщель-автомобиль-дорога» рассматривается как биомеханическая система [2] с обратной связью, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Схема биомеханической системы «водщель-транспоргное средство-условия дорожного дрижения»»

Поэтому целью исследования является разработка алгоритма оценки и прогнозирования уровня безопасности дорожного дрижения по показателям функционального состояния водщеля с учетом изменения ТЭП в процессе жизненного ццкла автомобильной дороги.

Результаты исследования

Основными показателями функционального состояния водщеля, позволяющими судщь о напряженности его деятельности и тем самым характеризующими степень опасности дорожных условий, являются:

- надёжность деятельности водщеля (Ру);

- продуктивность деятельности водщеля (№>;

- удельные затраты абстрактного труда водщеля (Л).

В свсю очереда к дорожным условиям относятся показатели, изменяющееся и не изменяющееся в процессе эксплуатации. К первой группе показателей относятся ТЭП, в наибольшей степени влияюшце на функциональное состояние водщеля и определяюшце выбор водщелем безопасной скорости и дистанции для дрижения, а именно: ровность покрытия и сцепные качества покрытия, оцениваемые коэффициентом сцепления. Тогда решение задачи оценки и прогнозирования безопасности дрижения сводщся:

- к определению параметров среда дрижения, обеспечивающих дрижение со скоростями, близкими к суммативной норме скорости, то есть обеспечивающих минимум

удельных затрат труда водителя, минимум психического принуждения и максимум надежности деятельности водителя; - к определению предельных скоростей движения, определяемых предельными значениями показателей функционального состояния водщеля.

Следовательно, задача обеспечения безопасности движения может быть представлена в виде набора целевых функций

W = pv уз.

Вероятность удержания заданной скорости определяется [4]

Ру = 1 при У3 <У0 ;

Ру=1-Ув^з -у0 )Р1 при У0 <У3 <уЙО;

(5)

РУ = !-УвГс Уз-Уо Уз-У„з при у„„<у3<у„2;

Ру

W

У

-> шах,

-> шах,

(1)

-> гшп,

Ру=1-Ус(Уз-Уяз)-Уб Уз-У„2 ПРИ У„2<Уз<У„3>

Р¥=1"Уб Уз"У„2 ПРИ У„3<У3<У„'

где РУ - надёжность деятельности водителя; W - продуктивность деятельности водителя; У - удельные затраты абстрактного труда водщеля.

Удельные затраты абстрактного труда водителя (У определяются по экспериментально установленной зависимости [5]

у=

(2)

где и - психическое принуждение водщеля, являющееся функцией психической и энергетической стоимости движения; W - продуктивность деятельности водщеля.

Психическое принуждение (И) может быть оценено по формуле [4]

и = |МШ-

ш V "V

2 2 + т V -V

с з нЗ

(3)

где М - сила мотива; П - потребность; т[7,тс - жесткость мотивов безопасности движения и свобода действий соответственно; У3 - заданная скорость движения автомобиля, км/час; Ун2, Ун3 - нормы скоростей

движения, при которых силы мотивов безопасности и свободы действий равны нулю, км/час.

Продуктивность деятельности водщеля определяется как вероятность удержания заданной скорости (Ру) к заданной скорости движения автомобиля (У.)

Р¥ = 0 при у3>у„;

где Ун2, у ,уп - нормы скоростей для мотива безопасности, свободы действий и предельно допустимая скорость по показателям состояния водщеля, км/час; У3 - заданная (расчетная) скорость движения автомобиля, км/час.

На основе методики Гаврилсва Э.В. разработан алгоритм оценки показателей функционального состояния водщеля (рис. 2), включающий в себя блок, учитывающей изменения ТоП во вреъени, и блж расчета жгрспий-ных характеристик с учетсм изменения техни-ко-жсплуатаиионных пжазагелей (рис. 3).

Исходя из поставленных задач, в работе дана оценка связи ТЭП с показателями функционального состояния водщеля, а именно: с надежностью деятельности водщеля, с нормами скоростей, с психическим принуждением и продуктивностью работы водщеля, представленными на рис. 4-7.

Проведенные исследования позволили обосновать критерии оценки безопасности движения по показателям функционального состояния водителя, основу которых составляет связь между частотой сердцебиения (АФГ) и коэффициентом происшествий (К,р) [6]

У =

АФГ \V-Pv

где ДФ, - частота сердцебиений.

■л

а

а

Начало

I

Введение исходных данных

Разделение

дороги на участки

Расчет количества информации в поле восприятия водителя

I

Расчет энтропийных характеристик

обстановки движения H,Q

Расчет коэффициента стохастичности, G

Расчет норм скоростей движения на данном участке дороги

I

Расчет вероятности удержания заданной скорости

V V

I

V

Расчет продуктивности деятельности водителя

Определение степени опасности участка автомобильной дороги

Год эксплуатации Т= Г+1

Ровность Rov = ^М!)

Сцепление 1ё 1б5К0 С-^ЛЯ]

Рис. 2. Алгоритм оценки показателей функционального состояния водцгеля с учетом изменения технико-эксплуатаццонньк показателей во времени

Расчет энтропийных характеристик

Расчет вероятности нахождения элемента дороги в опасном для дрижения состоянии

Р=0,14449 + (2,67553-Ко\*104) + (5,33827РоуРоу*10-7)

Расчет текущей энтропии поля восприятия водителя - Н

п п

Н = Р. 1о§2 р - п^ (1 - Р )1оё2 (1 - Р.)

¡=1 ¡=1

Расчет абсолютной организации поля восприятия водцтеля - Q

п п

^ п^ ^ р11ое2 р^ ^ Р1) 1о§2 <- Р^

1-1 1=1

Рис. 3. Блок-схема расчета энтропийных характеристик с учетом изменения технико-эксплуагаццонных показателей

ш 0,4ч

*

ф ч га I

"т-т-!

.. . _

N \

—■— при Rov=100 - *- при Rov=200 ■ при Rov=400 —при Rov=700 - - при Rov=1000

\ \ \\

Ч 4 \ \

\ \

75 90

Скорость, V км/ч

Рис. 4. Надежность деятельности водцтеля

150

2

л 90

Нормы скоростей движения в свободном движ. и.тр.потоке при R=2000 ( ), ¡=0%о и R=600, ¡=50%о, сцеплении=1 и 0,88

---Vн2 -----Vн3

-----Ур ---Vcн

60

30

200 300 400 500 600 700 Ровность, см/км

Рис. 6. Нормы скоростей дрижения

45

60

105

120

800

-12

-15

У

// для 3 кат.а.д. при R=2000 ¡=0 в транспортном потоке - и при R=200 - - и при R=400 и при R=1000

' // //

// 1/

20

40

60 80 Скорость, км/ч

100

120

Рис. 5. Психическое принуждение водцтеля

ч о а. П

60

20

- W в свободном движ. при разной ровности W в трансп.потоке при разной ровности

\\Ч

у

20

40

60

80

100

120

Скорость, V км/ч

Рис. 7. Продуктивность работы водцтеля

0

100

80

40

0

1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8

=т 0,6

0,4

0,2

0,0

_ Y=2,31915-5,77012*X+5,96038*X2-2,32823*X3

\ ■

■ ^

■

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Надежность деятельности водителя

Рис. 8. Зависимость между надежностью деятельности водителя и коэффициентом происшествий

В свсю очередь, в работе [6] показано, что частота сердцебиения связана с показателем функционального состояния водителя, что позволило установить связь между надежностью деятельности водителя и коэффициентом происшествий (рис. 8) и разработать градацию степени опасности участков дзроги по показателю надежности деятельности водителя (Ру)

к^од.тли

Дф =YW,

ДФГ = Y • Pv -У,

w = pv-Ye

(7)

где Кпр - коэффициент происшествий; Уа -скорость автомобиля, км/час.

Выводы

Проведенное исследование позволило разработать алгоритм оценки безопасности движения, учигываюший изменение функционального состояния водителя и ТЭП во

времени. Дана оценка параметров модели и установлена связь технико-эксплуатационных показателей с показателями функционального состояния водителя. Алгоритм составляет основу методики прогнозирования аварийности в процессе живненнсго цикла автомобильной дороги.

Литература

1. Лобанов ЕМ Проектирование дорог и ор-

ганизация движения с учетом психофизиологии водителя / ЕМ Лобанов. - М: Транспорт, 1980. - 312 с.

2. Селюков ДД Теоретические основы

обоснования технических параметров автомобильных дорог с учетсм физиологических и функциональных требсваний автотранспортнсй системы автореф. дас. на соискание ученой степени докг. техн. наук. / ДД Селюков. - Минск, 1997. -34 с.

3. Гаврилов Э.В. Системное проектирование

автомобильных дорог / Э.В. Гаврилов, AM Гридшн, В.Н Ряпухин. - Белгород: АСВ. 1988. - 138 с.

4. Гаврилов Э.В. Эргономика на автомобиль-

ном транспорте / Э.В. Гаврилов. - К: Техника, 1976. - 152 с.

5. Голованенко НС. Оценка эргономическо-

го качества автомобильных дорог и условий движения: дасс. ... кацд техн. наук: спец, 05.22.11 / НС. Голованенко. - X: ХДДИ, 1983. - 280 с.

6. Гаврилов Э.В. Оценка безопасности дви-

жения в городских условиях / Э.В. Гаврилов, ИЭ. Линник, A.B. Банатов / Вестник ХГДГУ: сб. науч. тр. - 2002. -Вып. 17. - С. 57-62.

Рецензент: ИС. Наглкж, профессор, дт.н, ХНДДУ.

Статья поступила в редакцию 13 июня 2016 г.