تحلیل رفتار تغییر خط راننده تحت تأثیر دسته‌های کامیون در خروجی‌های بزرگراه: یک مطالعه شبیه‌سازی رانندگی

با افزایش استفاده از کامیون‌های دسته‌جمعی برای بهبود بهره‌وری سوخت و استفاده از جاده، چالش‌های جدیدی برای رانندگان در خروجی‌های بزرگراه‌ها ایجاد شده است، جایی که کامیون‌های دسته‌جمعی می‌توانند موانع قابل توجهی ایجاد کنند و مانند دیوارهای متحرک عمل کنند که به دلیل طول و موقعیتشان از تغییر خط ایمن برای وسایل نقلیه در حال خروج جلوگیری می‌کنند. این مطالعه به بررسی رفتارهای راننده در تغییر خط و رمپ خروجی در نزدیکی خروجی‌های بزرگراه تحت تأثیر کامیون‌های دسته‌جمعی می‌پردازد. با استفاده از یک آزمایش شبیه‌سازی رانندگی، تأثیر شکاف‌های مختلف کامیون‌ها و توزیع‌های جانبی مختلف بر تصمیمات راننده تجزیه و تحلیل شد. یافته‌های کلیدی نشان می‌دهد که شکاف‌های بزرگتر بین کامیون‌ها، نرخ ادغام و اعتماد به نفس راننده در سبقت گرفتن را افزایش می‌دهد، در حالی که شکاف‌های کوچکتر منجر به تغییر خط دیرهنگام و رفتارهای محافظه‌کارانه‌تر می‌شود. اختلاف سرعت بین وسیله نقلیه و کامیون دسته‌جمعی و فاصله بین وسیله نقلیه و کامیون دم دسته‌جمعی بیشترین تأثیر را بر تصمیمات راننده در مورد تغییر خط دارد. بینش‌های حاصل از این مطالعه می‌تواند به طراحی استراتژی‌های کامیون‌های دسته‌جمعی و سیستم‌های کمک راننده کمک کند و در نهایت کارایی و ایمنی ترافیک را در خروجی‌های بزرگراه افزایش دهد.

مقدمه

کامیون‌ها نقش حیاتی در سیستم‌های حمل و نقل مدرن ایفا می‌کنند؛ با این حال، به دلیل اندازه بزرگ، وزن زیاد و قدرت مانور نسبتاً ضعیف، تأثیر قابل توجهی بر رفتار سایر رانندگان دارند. این تأثیر به ویژه در خروجی‌های بزرگراه‌ها، جایی که حضور کامیون‌ها می‌تواند بر تغییر خط رفتارها و خروج سایر رانندگان تأثیر زیادی بگذارد، مشهود است. مطالعات، اثر مانعی دسته‌های کامیون در ورودی‌ها و خروجی‌های بزرگراه‌ها را برجسته کرده‌اند و باعث ایجاد مشکلاتی برای وسایل نقلیه در حال ادغام یا خروج می‌شوند (Aramrattana و همکاران، 2020).

اقدامات مقابله‌ای ترافیکی فعلی برای مشکل خروج وسایل نقلیه تحت تأثیر دسته‌های کامیون شامل محدود کردن حداکثر تعداد کامیون‌ها در یک دسته یا طول کل دسته برای کاهش اثر مانع؛ حفظ فواصل کوتاه در دسته برای جلوگیری از ورود وسایل نقلیه اطراف؛ و فعال کردن رانندگانی که نیاز به تغییر خط اجباری دارند تا درخواست ادغام را به دسته کامیون تحت شرایط ارتباط خودرو به خودرو (V2V) ارسال کنند. سپس دسته، فاصله طولی را افزایش می‌دهد تا امکان ادغام وسایل نقلیه دستی یا خودران فراهم شود (هو و همکاران، 2018). با این حال، این اقدامات محدودیت‌ها و الزامات بالایی برای فناوری‌های ارتباطی و کنترل دسته دارند. در مراحل اولیه کاربرد فناوری دسته کامیون، دسته‌های کامیون خودران جاده‌ها را با وسایل نقلیه دستی بدون ارتباط V2V به اشتراک می‌گذارند. اگر فواصل طولی دسته‌های کامیون زیاد باشد، رانندگان ممکن است به اجبار خطوط را تغییر دهند تا در وسط دسته ادغام شوند، اما این رفتار می‌تواند خطرات ایمنی را به ویژه در موارد شدید مانند اختلالات ارتباطی و خرابی سیستم ایجاد کند.

فاصله طولی در حرکت گروهی کامیون‌ها به فاصله سپر جلوی کامیون تعقیب‌کننده تا سپر عقب کامیون جلویی اشاره دارد. در ابتدا، سیستم کنترل تعقیب‌کننده عمدتاً با هدف کاهش حجم کار راننده و کمک به کنترل طولی و جانبی خودرو طراحی شده بود (Balk et al., 2016; Inman et al., 2016a). آزمایش‌های تونل باد و تست‌های جاده‌ای در دنیای واقعی نشان داده‌اند که فاصله طولی کوتاه‌تر، نیروی مقاومت آیرودینامیکی را کاهش می‌دهد و منجر به کاهش مصرف سوخت می‌شود (Browand et al., 2004; Tsugawa et al., 2011). بنابراین، کاهش فاصله طولی بین اعضای گروه، تمرکز اصلی تحقیقات بوده است. در حال حاضر، محدودیت اصلی در کاهش فاصله، مشکل ایمنی برای کامیون تعقیب‌کننده در طول حرکت گروهی است.

با پیشرفت فناوری، فاصله طولی در دسته‌های کامیون همچنان در حال کاهش است. با این حال، در کوتاه‌مدت، حذف خطرات ایمنی ناشی از عوامل شدید مانند وقفه‌های ارتباطی و خرابی سیستم دشوار است. از این رو، شاخص زمان ایمنی همچنان یک عامل حیاتی در طراحی فاصله طولی دسته‌های کامیون است. تحت فناوری کنترل کروز تطبیقی مشارکتی (CACC)، زمان ایمنی در حدود 1 ثانیه است. با فناوری V2V، زمان ایمنی می‌تواند به کوتاهی 0.3 تا 0.5 ثانیه یا حتی کمتر باشد. هنگامی که سرعت طراحی یک دسته کامیون 80 کیلومتر در ساعت است، فاصله طولی را می‌توان تحت فناوری CACC به 30 متر کاهش داد. به عنوان مثال، در آزمایش‌های جاده‌ای سوئد، فاصله در حالت رانندگی کنترل کروز تطبیقی (ACC) 22 متر بود (Inman و همکاران، 2016b). تحت فناوری V2V، این فاصله را می‌توان به 8 تا 15 متر کاهش داد. برای مثال، گروه کامیون‌های خودران که به طور مشترک توسط شرکت صنایع خودروسازی شانگهای (SAIC) و گروه بندر بین‌المللی شانگهای (SIPG) اداره می‌شوند، هنگام عبور از پل دونگهای (بخش لینگانگ کمیته مدیریت منطقه آزاد تجاری آزمایشی شانگهای، 2023) به مسافت 19 تا 22 متر دست یافتند. اگرچه برخی از آزمایش‌های جاده‌ای بسته توسط شرکت‌های فناوری یا تولیدکنندگان کامیون ادعا می‌کنند که فاصله بین دسته‌های آنها به 10 متر یا حتی 6 تا 8 متر کاهش یافته است (Ellwanger and Wohlfarth, 2017)، محققان به طور آینده‌نگرانه‌ای نحوه ورود وسایل نقلیه خودران به دسته‌های کامیون را بررسی کرده و فاصله ایمنی جلو و عقب را 15 متر تعیین کرده‌اند (Hu et al., 2018). مهم است که بدانیم فاصله طولی در دسته‌های کامیون هنوز در حال تکامل است. در حالی که می‌تواند کمتر از 30 تا 40 متر باشد، حفظ فاصله در محدوده 10 متر در هر شرایطی از نظر فنی چالش برانگیز است (Balk et al., 2017).

گمان می‌رود که یک مرحله گذار در ترافیک جاده‌ای آینده وجود داشته باشد، که در آن وسایل نقلیه با راننده دستی در دسته کامیون‌ها ادغام می‌شوند و وقتی نرخ نفوذ وسایل نقلیه مجهز به CACC پایین باشد، نمی‌توانند از طریق ارتباط V2V با وسایل نقلیه اطراف ارتباط برقرار کنند (Castritius و همکاران، 2020). بنابراین، لازم است که قصد ادغام و تصمیمات تغییر خط وسایل نقلیه با راننده دستی که وارد دسته‌های کامیون می‌شوند، مورد مطالعه قرار گیرد.

این مطالعه بر تأثیر شکاف‌های طولی مختلف، توزیع‌های جانبی و طول مناطق مانع در دسته‌های کامیون بر تصمیمات تغییر خط و رفتار رانندگی وسیله نقلیه دستی که نیاز به خروج از رمپ در بزرگراه دارد، تمرکز دارد. مسائل زیر در این مقاله بررسی شده‌اند:
(1) تصمیم تغییر خط وسیله نقلیه دستی که از رمپ خارج می‌شود، تحت متغیرهای مختلف دسته کامیون چگونه تغییر می‌کند؟
(2) رفتار رانندگی وسیله نقلیه دستی چگونه در طول فرآیند تغییر خط و خروج از رمپ تحت تصمیمات مختلف تغییر می‌کند؟
(3) ایجاد یک مدل پیش‌بینی تصمیم راننده مربوط به داده‌های رفتار رانندگی و متغیرهای دسته کامیون برای هدایت و هماهنگی بهتر با تصمیمات پیش‌بینی‌شده راننده در مورد تغییر خط (منبع)