基于脑电信号分析的不同年龄驾驶人疲劳特性

为研究不同年龄驾驶人驾驶过程中疲劳情况及疲劳累积速度,对比其疲劳产生与变化的差异性,获取不同年龄驾驶人的最优驾驶时间,设计自然驾驶试验,利用Physio生理多导仪采集脑电数据,并采用主观检测方法对驾驶人进行问询。应用MATLAB对采集到的脑电数据进行降噪处理,通过积分获取各时段α波、β波和θ波的平均功率谱密度,进而求得脑电指标R_（α/β）,R_（θ/β）,R_{（α+θ）/β}。利用SPSS将其与驾驶时间进行单因素方差分析,并通过敏感性判断,选取R_{（α+θ）/β}作为驾驶疲劳表征指标。对各年龄段驾驶人的R_{（α+θ）/β}进行均值化处理,并将其与驾驶时间进行线性拟合,分析驾驶人年龄对驾驶疲劳累积速度的影响。对驾驶过程中各时段的R_{（α+θ）/β}进行配对样本t检验,并结合主观问询结果确定不同年龄驾驶人的最优驾驶时间。研究结果表明：青年和中年驾驶人在0~1.5 h内疲劳累积速度相对缓慢,老年驾驶人较快;在1.5~3 h内,青年驾驶人疲劳累积速度最快,中年驾驶人最慢;老、中、青年驾驶人的最优驾驶时间分别为60~75,120~135,105~120 min;不同年龄驾驶人其驾驶经验、体力和精力及外界环境干扰是影响疲劳累积速度的重要因素;试验结果验证了采用R_{（α+θ）/β}作为驾驶疲劳表征指标的有效性,有助于为不同年龄驾驶人安全驾驶时长的确定提供科学依据。     

基于多源数据的单调道路环境与驾驶疲劳关系模型

为了研究单调道路环境对驾驶疲劳的影响,采用眼动仪、脑电仪等仪器设备在G109格尔木-西藏沿线开展实车驾驶试验,获取19名被试驾驶过程中的生理和驾驶行为等多源数据以及驾驶疲劳主观KSS量表,分析不同时间窗下各特征参数随疲劳程度的变化规律。采用不同海拔对应的植被等级作为单调道路环境的量化指标,将驾驶疲劳程度划分为清醒、轻度疲劳、重度疲劳3个等级,根据皮尔逊相关性和自变量共线性检验结果,选取脑电（α+θ）/β、平均眨眼持续时间、血氧含量和植被等级为自变量,驾驶人疲劳程度为因变量,建立基于有序多分类Logistic的单调道路环境与驾驶疲劳的关系模型,并分析单调环境下驾驶疲劳生成机理。研究结果表明：在高海拔单调道路环境下,短时驾驶疲劳主要与环境单调程度有关,驾驶时间并不是引起短时驾驶疲劳的主要因素;脑电α/β和心率与驾驶疲劳程度无显著相关性,脑电（α+θ）/β、平均眨眼时间与疲劳程度呈正相关,血氧含量与疲劳程度呈负相关。当植被覆盖率从较稀疏变为稀疏时,驾驶人警觉性较高,疲劳程度增加5.9%;随着植被覆盖率下降至非常稀疏状态,驾驶人会出现克服自身疲劳的情况,疲劳程度增加5.8%;当环境单调性进一步加剧,植被覆盖率降低至严重稀疏状态时,驾驶人疲劳程度明显增加,进入重度疲劳状态。研究成果可为单调道路环境下驾驶疲劳的预防奠定理论基础。     

主应力轴旋转条件下黄土变形特性试验

为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性,采用空心圆柱扭剪仪（HCA）开展了2种不同应力路径下的扭剪试验。第1种应力路径为保持主应力轴方向不变,改变偏应力大小,研究黄土在不同主应力轴方向角α和不同中主应力系数b下的变形特性;第2种应力路径为保持偏应力大小不变,改变主应力轴方向,研究主应力轴循环旋转周期对黄土性状的影响。试验结果表明：土样剪切强度与中主应力系数b、主应力轴方向角α相关,当b相同,α=30°时土样剪切强度最大,α=60°时土样剪切强度略大于α=45°时;α相同时,剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度;纯主应力轴旋转会使土体产生塑形应变,并且随着旋转周期的增加,土体产生的塑形应变将不断累积。     

道路监控补光灯对青年驾驶员夜间行车安全影响研究

为了研究夜间环境道路监控补光灯对青年驾驶员驾驶行为的影响,考虑不同光照强度和是否存在行人横穿道路行为2个变量,通过UC-win/Road软件设计城市道路仿真场景,采用驾驶模拟器开展试验,并结合眼动仪、生理记录仪采集青年驾驶员的视觉、生理及驾驶操作3种特性指标。再利用重复测量方差分析方法,分析变量对青年驾驶员的3种特性的影响及其显著性水平。结果表明：①无论是否存在行人横穿道路行为,随着光照强度的增加,青年驾驶员的注视时间、瞳孔面积变化率及脑电(α+θ)/β均减小,心率增长率、制动踏板深度比例及制动反应距离均增加,表明光照强度越大对青年驾驶员的视觉、生理、驾驶操作特性越不利;②在存在行人横穿道路行为时,光照强度对青年驾驶员的视觉、生理及驾驶操作特性的影响更加明显;③当光照强度小于50 lx时,脑电(α+θ)/β和驾驶操作指标变化较缓,而光照强度大于50 lx时,脑电(α+θ)/β指标下降显著,变化率大于10%,其数值低于3.70,表明青年驾驶员产生情绪波动,警觉性显著增大,制动踏板深度比例显著增大,其数值大于0.55,制动反应距离超过13.40 m,制动操作力度较大,操作稳定性降低,且避让行人的成功率显著降低,不利于夜间行车。因此,建议道路监控补光灯的光照强度宜小于50 lx。     

驾驶人对潜在危险性事件的心理预期识别研究

为准确识别驾驶人对潜在危险事件的心理预期,提出一种通过脑电信号对驾驶人心理预期进行识别的方法。参照心理学预期行为研究常用的标准S1-S2范式,改进设计了路侧停靠公交车造成视觉遮挡的人车碰撞事故模拟驾驶试验。模拟任务中以路侧停靠的公交车为线索刺激,公交车头的行人为目标刺激,诱发驾驶人的心理预期。为有效识别驾驶人心理预期,首先采用释放油门的避险行为对每个试次标定是否产生心理预期,然后通过快速傅里叶变换提取相关的脑电特征数据,并通过差异性分析及主成分分析算法对脑电特征指标进行筛选和压缩,最后基于支持向量机建立驾驶人心理预期识别模型。研究获取36名驾驶人数据,共计1 440个样本。结果表明:当驾驶人产生心理预期活动时,枕区和额区的α波能量值显著降低,而β波能量值则显著增加;差异性分析显示共有31项脑电指标对驾驶人心理预期敏感,所有脑电特征指标通过PCA算法进行降维,抽取出5个主成分作为识别模型输入;选择径向基核函数构建SVM识别模型,通过粒子群寻优算法对模型进行优化,模型对驾驶人心理预期水平的平均识别正确率为82.02%,平均AUC面积为0.82,结果表明模型具有良好的识别能力和稳定性,可为驾...     

无信号控制交叉口老年驾驶人转向行为图谱研究

考虑到老年驾驶人存在的视觉弱化、反应能力下降等问题,有必要分析其转向行为特征。基于此,本文分析了在无信号控制交叉口情景下老年驾驶人的转向行为特征,并绘制图谱描述行为特征的时序变化。基于无信号控制交叉口的现实场景调查,搭建了具备常见冲突类型的虚拟仿真驾驶场景（包含6个无信号控制交叉口）,招募符合要求的老年驾驶人与中青年驾驶人进行驾驶模拟实验,分别采集车辆行驶数据（驾驶模拟器）、眼动数据和生理心理数据分析老年驾驶人与中青年驾驶人在不同转向场景下的行为特征差异,应用图谱理论构建驾驶人转向行为图谱描述老年驾驶人与中青年驾驶人的转向行为特征时序变化。实验结果表明：老年驾驶人的速度均值为20.4 km/h、注视持续时间均值为289.47 ms、扫视幅度均值为3.51°;中青年驾驶人的速度均值为35.79 km/h、注视持续时间均值为247.94 ms、扫视幅度均值为4.56°。老年驾驶人的心率变异性时域指标（SDNN和RMSSD）与频域指标（LF/HF和TP）的值更低,表明老年驾驶人在转向过程中更加紧张。图谱显示老年驾驶人的紧张持续时间更长,并在信息获取广度上弱于中青年驾驶人。结合图谱时空差异性指标发现,这2类驾驶人的驾驶行为在左转向场景下存在显著性差异,老年驾驶人驾驶操作的稳定性与安全性较低。     

山区公路纵坡段驾驶人脚操纵特征及驾驶负荷

为证实山区道路纵坡参数与驾驶人生理指标之间的相关性,明晰纵坡路段参数影响驾驶负荷的内在机制,在3条山区双车道公路上开展了小客车实车驾驶试验,采集道路纵坡参数、真实驾驶习惯条件下的驾驶人心电信号、加速踏板力和制动踏板力。基于实测数据,描述制动和加速踏板力幅值的分布特性,分析坡度值对踏板力的影响;探讨加速踏板力、制动踏板力与心率增长率H之间的关联度,并建立H与踏板力之间的回归模型,最终从体力和精神负担两方面揭示了纵坡路段驾驶负荷的形成机制。研究结果表明：制动踏板力的均值和特征分位值均高于加速踏板力,对应最高使用频率的制动踏板力幅值也高于加速踏板力,即下坡路段踩踏板操作的体力负荷更大;踏板力与H正相关,其中下坡制动踏板力与H之间的相关性更强,表明下坡路段尤其是陡坡路段的踏板操作更容易导致精神负担;当踏板力超过某幅值之后,部分驾驶人的H对踏板力的增加变得敏感;对纵坡单元各被试驾驶人的H和踏板力数据取均值,发现在消除驾驶人的个体差异之后,H踏板力的相关性变得更高。     

基于样本熵特征的驾驶人换道过程特征分析

在行车环境中,驾驶人的精神负荷是否能合理分配直接影响行驶安全,因而驾驶人的驾驶熟练程度与驾驶人驾驶过程中的精神负荷分配之间关系值得研究,其中脑电是客观评价驾驶人精神负荷的重要指标.通过实验采集了10组城市道路环境下驾驶人驾驶过程中的脑电信号,并记录了车辆行驶过程中的车辆数据,然后使用样本熵的方法来定量计算脑电数据,从而评价驾驶人在换道过程中的精神负荷问题.样本熵计算结果显示:换道过程中驾驶人的脑电特征要明显比非换道过程中驾驶人的脑电特征复杂;换道过程中驾驶人的脑电特征样本熵明显大于非换道状态下的驾驶人脑电特征样本熵,熟练驾驶人的脑电数据样本熵明显小于非熟练驾驶人的样本熵值,熟练驾驶人在换道过程中车速高于非熟练驾驶人;相较于跟驰驾驶行为,换道驾驶行为过程占用更多的精神负荷,熟练驾驶人比非熟练驾驶人分配更少的精神负荷在换道过程中.     

音乐和自然声音对驾驶行为和安全性的影响——以城市道路模拟驾驶为例

近来,当车辆行驶在城市道路时,研究者倾向于调查自然声音、古典音乐和硬摇滚音乐对驾驶性能和驾驶人生理的影响.利用自然声音作为刺激因素,对驾驶行为进行研究.参与者(N=36)在驾驶模拟器中并且伴有自然声音、古典音乐、硬摇滚音乐的环境中进行驾驶,而另一组中没有声音(控制条件).此外,通过研究驾驶性能和参与者的心率,确定时长为18 min的每个驾驶情况下的生理指标.混合MANOVA分析的结果表明,听觉刺激对相干性、延迟响应和心率具有显着影响.这项研究显示硬摇滚音乐在实验期间增加的心率(心率=86.7 BPM),并且听硬摇滚音乐对驾驶性能和生理学有负面影响.更重要的是,听自然声音对车辆跟踪的精度(相干性=0.76)和对前车速度变化的响应延迟(延迟响应=3.9 s)有正面影响.在注意力和集中力方面,这些发现表明,听自然声音可增加驾驶员的驾驶能力.此外,听觉刺激和性别之间的相互作用对驾驶性能和生理学有显着的影响.     

网联环境下基于精简车头时距特性的驾驶风格分类

基于现有网联数据获取技术与条件,从车联网系统提取车头时距参数并将3 s内的车头时距特征值定义为驾驶模式,根据驾驶模式进而对驾驶风格（即驾驶人的驾驶行为习惯）进行分类。通过车头时距特性对驾驶模式进行量化分类,根据标定好的驾驶风格结果,辨识每种驾驶风格包含的典型驾驶模式;运用模糊分类方法赋予典型驾驶模式相应分值,通过计算每位驾驶人分值并结合已标定的驾驶风格结果设定每种驾驶风格的阈值;利用该阈值对测试集中的驾驶人风格进行识别,以验证识别准确率。采集了44名驾驶人网联环境行车数据将驾驶人标定为激进型、普通（即既不保守也不激进）型和保守型。按上述方法设置各驾驶风格阈值,结果表明：各驾驶风格的阈值分别为：S < 64.67为保守型,64.67 ≤ S < 181.20为普通型,S ≥ 181.20为激进型;使用所提方法来识别驾驶人风格,总体准确率为85.7%。所提出的基于车头时距的驾驶风格分类方法,使用了极精简的驾驶行为参数,为驾驶风格分类应用提供了新思路。

     

倾斜坡顶黄土边坡垂直裂隙深度计算方法

垂直裂隙在黄土层中发育极为普遍,为研究黄土边坡坡顶垂直裂隙深度的问题,改进传统裂隙法中存在的缺陷,分别建立单裂隙与多裂隙滑动模型,并结合边坡滑动后垂直裂隙后壁形成的垂直张拉段土体自稳特点,采用极限平衡法对2种滑动模型进行受力分析,建立边坡极限状态方程;并进一步利用最优值法对方程进行求解,推导出黄土边坡倾斜坡顶垂直裂隙极...     

The critical hitch angle for jackknife avoidance during slow backing up of vehicle–trailer systems

We set out to answer the question: At what hitch angle does it become impossible for a vehicle and trailer to continue to backing up without getting into a jackknife? Jackknifing during backing up of trailers occurs when the hitch angle increases to a point such that the vehicle and trailer fold together about the hitch point like a jackknife. If the backward motion is continued, the jackknife effect progressively worsens, until the vehicle and trailer are in physical contact with each other. Jackknifing can result in traffic disruptions and wasted time, and can potentially cause damage or personal injury. Our goal is to analytically determine the ‘critical hitch angle’ (θ_cr), the hitch angle threshold beyond which a continued reverse motion causes an inescapable jackknifing. In this paper, we provide a formal definition of θ_cr for slow backing up of vehicle–trailer systems on a level solid surface, beyond which the vehicle must stop backing up and revert to forward motion in order to escape from jackknifing. The critical hitch angle is sub-categorised into Absolute (θ_cr, a) and Directional (θ_cr, d) critical hitch angles depending on the operating constraints and vehicle steering objectives. One solution for θ_cr is posed as a numerical solution to the steady-state conditions of the dynamic equations. The effects of such hitch angle limitations are demonstrated through simulation. Also, a warning system making use of the θ_cr is proposed. Such warning systems can assist drivers in avoiding jackknifing while backing up a vehicle–trailer system.     

地震荷载作用下粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量和阻尼比的影响

为分析川西地区混合土地震荷载作用下的动力特性，针对该地区保留全部粒径的天然混合土，对3组土分别采用筛分法剔除60，20，10，5 mm粒径颗粒，制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样，利用DJSZ-150粗粒土动、静两用三轴试验机进行大型动三轴试验，采用Hardin-Drnevich双曲线模型（H-D模型）拟合动应力-应变关系曲线，获得G_d/G_max-γ和λ-γ曲线变化规律，分析不同围压和粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量G_d和阻尼比λ的影响作用。结果表明：混合土动剪切模量G_d、阻尼比λ均随围压及大于5 mm的粗颗粒含量的增大而增大，原因是随着围压增大，粗细颗粒的接触增多，土体结构更加紧实，提高了颗粒壁隙间的动摩擦力，增大了能量传递时的耗损，导致动剪切模量与阻尼比随之增大；当粗颗粒含量小于40%时，细颗粒构成土骨架，粗颗粒的接触被细颗粒阻隔，导致其对动剪切模量及阻尼作用贡献不大，此时动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的速度较慢，当粗颗粒含量为40%~60%时，混合土中粗颗粒骨架形成，且细颗粒有效填充了粗颗粒间的孔隙，粗颗粒在土中起主导作用，此时动剪切模量与阻尼比随着粗颗粒含量的增加而快速增加，当粗颗粒含量大于60%时，粗颗粒的增加无法进一步增强其骨架效应，而此时细颗粒间的胶结作用随粗颗粒的增多导致细颗粒的相应减少而减弱，动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的趋势不明显。     

基于驾驶人转向意图的双电机驱动电动汽车稳定性控制策略

为了使双电机驱动电动车在车辆稳定性控制过程中能够精确解读驾驶意图,使车辆实际行驶状态与驾驶意图期望的车辆行驶状态尽可能相符合,提出一种基于驾驶人意图辨识的稳定性控制策略.利用基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)得到的特征参数构建基于长短期记忆(LSTM)模型的驾驶人转向意图辨识模型;基于转向意图识别结果,以方向...     

粒料的正交异性非线性回弹特性研究

粒料的回弹力学特性具有非线性和正交异性。为研究此特性，设计了一种综合考虑粒料应力依赖性和正交异性的动态回弹特性解决方案，该方案包含：改进的重复加载三轴试验方案、正交异性系数α、Uzan应力依赖模型。改进的试验方案包含多个应力水平，每个应力水平上通过施加应力扰动，实现压缩、拉伸和剪切3个应力状态；α表征粒料的正交异性程度，并减少正交异性增量本构方程中的未知数；Uzan三参数应力依赖模型表征模量和泊松比的应力依赖性。推导了增量本构方程，并计算了粒料的5个回弹特性参数：竖向模量、水平向模量、竖平面内泊松比、水平面内泊松比，剪切模量。使用该方案对3种粒料（石灰岩、砾石、花岗岩）进行了室内试验研究，计算了粒料的回弹特性参数，分析了应力水平、级配和含水率对动态回弹特性的影响。结果表明：①该解决方案同时考虑了粒料的正交异性和应力依赖性，实测数据和计算数据相关性良好，计算结果准确合理；②粒料的回弹模量和泊松比都具有应力依赖性，动态回弹模量主要受体应力的影响，泊松比受剪切应力的影响更大；③粒料的回弹模量和泊松比均存在显著的正交异性，当剪应力较大时，有可能出现剪胀现象；④各回弹特性参数随影响因素的变化规律正确，该方案能够显著地反映出各因素对回弹特性参数的影响。     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。     

仿生层级薄壁方管的耐撞性研究

为了进一步改善车辆结构部件的耐撞性能,基于甲虫翅鞘微观锥形小梁结构提出新颖的仿生层级薄壁方管(BHST)结构,包括SBHST-4,SBHST-9,BHST-4和BHST-9。通过非线性有限元软件和试验验证结果建立BHST有限元模型,并对比其与传统多胞薄壁方管结构的轴向吸能特性。考虑到结构壁厚、截面尺寸和空间位置因素对BHST-9结构耐撞性能的影响,采用参数分析方法,研究小方锥管下截面尺寸b分别和空间位置参数λ、结构壁厚t对BHST-9结构轴向吸能特性的影响。此外,结合径向基函数(RBF)神经网络代理模型技术与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对BHST-9结构进行多目标优化分析,以获取BHST-9结构的最优配置。研究结果表明:BHST-9结构呈现出较优异的轴向吸能效果,其比吸能较传统9胞薄壁方管在等质量的条件下提高了22.87%,初始峰值力降低了10.22%;适当增加结构壁厚和小方锥管下截面尺寸有利于提升BHST-9结构的吸能能力;随着λ的增加,BHST-9结构的比吸能呈现出先增后减的趋势,当λ为0.5时,不同下截面尺寸小方锥管的BHST-9结构整体上具有较高的比吸能和较稳定的折叠变形...