混合交通中自行車交通特性研究

陳紹志，韓志引，張　煒

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機(jī)電工程學(xué)院，山東　濰坊　262500）

混合交通中自行車交通特性研究

陳紹志，韓志引，張煒

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機(jī)電工程學(xué)院，山東濰坊262500）

當(dāng)前我國(guó)城市交通的一個(gè)重要特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車混合行駛并形成混合交通流。我國(guó)的非機(jī)動(dòng)車主要是自行車，因此對(duì)自行車行駛軌跡進(jìn)行研究，把握自行車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于機(jī)動(dòng)車駕駛員更好的判斷自行車的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，做好預(yù)判，提高道路交通安全性和通行能力。

混合交通；自行車；交通仿真；蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡

自行車作為“綠色交通”的一種重要交通工具，具有價(jià)格低廉、出行方便、無污染、有利于健康的特點(diǎn)，以及各城市大力發(fā)展公共自行車系統(tǒng)，因此復(fù)雜的混合交通流在我國(guó)多數(shù)城市仍將持續(xù)。機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車構(gòu)成的混合交通流造成的矛盾突出，機(jī)非混合交通流中機(jī)非相互干擾比較嚴(yán)重。尤其是在我國(guó)城市中機(jī)非混行，自行車占用機(jī)動(dòng)車道和側(cè)向貼近機(jī)動(dòng)車，嚴(yán)重干擾了機(jī)動(dòng)車的行駛，影響了道路交通秩序，降低了道路通行能力，引發(fā)了交通擁堵、交通事故增加等一系列問題。為避免以上問題的發(fā)生，首先對(duì)自行車的交通特性進(jìn)行研究。

1　自行車流的交通特性

機(jī)非混合交通流特性是由該環(huán)境下的機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車的交通特性共同決定的。與純機(jī)動(dòng)車流在相應(yīng)的車道行駛相比，混合交通流中的自行車行駛軌跡的隨意性強(qiáng)，靈活多變，同時(shí)二者在速度、加速度、安全間距、反應(yīng)時(shí)間等方面也存在較大的差異。機(jī)非混行交通流特性主要受非機(jī)動(dòng)車流中占主體的自行車流影響，對(duì)于純機(jī)動(dòng)車流交通特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了深入的研究，因此，準(zhǔn)確把握自行車交通特性是科學(xué)地、合理地運(yùn)用機(jī)非混行交通特性的前提。對(duì)前期的研究成果進(jìn)行概括總結(jié)，自行車流具有以下交通特性：

（1）搖擺性。自行車行駛時(shí)與地面的接觸點(diǎn)只有兩個(gè)，因此它的平衡穩(wěn)定性不佳，從而在騎行的過程中其行駛軌跡并不是一條直線，而是向前進(jìn)軸線兩側(cè)左右搖擺，這種情況被稱為“蛇行”。同時(shí)自行車需要不斷轉(zhuǎn)向來保持重心平衡，在行駛中也經(jīng)常需要超車、讓車等行為而產(chǎn)生橫向的擺動(dòng)。

（2）成群性。在路段經(jīng)常出現(xiàn)多輛自行車成群前進(jìn)的現(xiàn)象。自行車群行車的原因主要有兩個(gè)方面，一是共同出行的自行車通常在道路上并排行駛，阻擋了后面騎行較快的自行車超越，形成以自行車群前進(jìn)的現(xiàn)象；其次是由于上游交叉口的紅燈，自行車出現(xiàn)集聚現(xiàn)象。自行車群的產(chǎn)生和消失是動(dòng)態(tài)的，當(dāng)自行車群中后面期望車速較快的騎行者逐漸找到空當(dāng)完成超越后，自行車群就會(huì)消失，在下游較慢的自行車比較集中地方，將會(huì)形成新的自行車群。

（3）單行性。與成群性恰好相反，有些騎行者不愿在陌生人群中騎行，也不愿緊緊尾隨在他人之后，往往選擇沖到前面與后方自行車?yán)_一定距離而單獨(dú)騎行，而有些騎行者選擇滯后一段單行，這一點(diǎn)女性尤為顯著。

（4）多變性。自行車具有機(jī)動(dòng)靈活和操作（轉(zhuǎn)向、加速或減速等）頻繁的特點(diǎn)，因此自行車車速與車頭方向經(jīng)常發(fā)生變化。速度較快的騎行者經(jīng)常會(huì)穿插空檔行駛。速度與方向變化的頻繁程度與自行車流量有關(guān)。

（5）潮汐性。自行車車流由于在交叉口受到?jīng)_突點(diǎn)和信號(hào)控制的影響，需要周期性地經(jīng)歷著截流、集聚和釋放的過程，使得路段上的自行車車流像潮汐一樣一群一群的向前流動(dòng)。

2　自行車蛇形行駛運(yùn)動(dòng)軌跡分析

機(jī)非混行交通特性分析既要研究交通個(gè)體之間的相關(guān)特性，又要研究交通系統(tǒng)各個(gè)要素自身的特性。研究機(jī)非混行特性，首先研究自行車的行駛運(yùn)動(dòng)軌跡。

自行車作蛇形運(yùn)動(dòng)的主要原因：①為保持平衡，騎車人需要不斷調(diào)整重心位置；②自行車依靠雙腿下蹬作為動(dòng)力，左腿下蹬時(shí)，騎車人勢(shì)必朝向左側(cè)偏移；右腿下蹬將朝右偏移，表現(xiàn)出一左一右的結(jié)果；③自行車的轉(zhuǎn)向，主要依靠騎車人的重心的左右移動(dòng)控制方向；④自行車行駛沒有固定的行駛軌道，圍繞著前進(jìn)軸線在左右搖擺作蛇形運(yùn)動(dòng)。自行車運(yùn)行過程中蛇形軌跡的寬度與車速、自行車類型以及騎車人的年齡素質(zhì)等有關(guān)。自行車的自身平衡性不佳，當(dāng)受到外力干擾時(shí)極易傾倒，在自行車行駛過程中還必須要留有一定的側(cè)向安全間距。

在一定的非機(jī)動(dòng)車道寬度和自行車數(shù)量的情況下，自行車在非機(jī)動(dòng)車道上行駛的蛇形軌跡寬度將決定自行車的橫向占用空間，橫向占用空間的不同將直接決定自行車對(duì)機(jī)動(dòng)車的干擾程度。自行車行進(jìn)的動(dòng)力是由人體發(fā)出的，其速度是由騎行者的身體素質(zhì)決定的。自行車騎行者的身體素質(zhì)隨著年齡逐漸變化的，自行車初學(xué)者（主要是中小學(xué)生）較弱、青年人基本保持比較強(qiáng)的狀態(tài)、老年人會(huì)逐漸變?nèi)?，自行車初學(xué)者和老年人身體素質(zhì)與青年人相比較弱，行駛速度較小。自行車在行駛過程只有兩個(gè)支點(diǎn)，騎行者要不斷轉(zhuǎn)動(dòng)車把調(diào)整重心來保持自行車的平衡，自行車轉(zhuǎn)動(dòng)車把車頭方向與騎行方向的角度一般保持在6°以內(nèi)。

自行車提高車速需要騎行者加快蹬腳踏板的速度，騎行者調(diào)整重心的頻率也會(huì)增加，因此，車把的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也將有所減小。對(duì)自行車的動(dòng)力特性和蛇形運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，自行車行駛過程中蛇形軌跡的寬度主要與騎行者的身體素質(zhì)有關(guān)，即與年齡素質(zhì)有關(guān)。為簡(jiǎn)單起見，自行車運(yùn)行蛇形軌跡的寬度由公式所示：

W=2vt調(diào)sinα

式中：W為自行車行駛的蛇形軌跡寬度；v為自行車行駛的速度；t調(diào)為自行車騎行者蹬腳踏板時(shí)調(diào)整重心的時(shí)間（假定與轉(zhuǎn)把時(shí)間相同）；α自行車轉(zhuǎn)動(dòng)車把車頭方向與騎行方向的角度。自行車的運(yùn)動(dòng)具有成群性的特性。在一個(gè)自行車群中，只要有一輛自行車的蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡寬度比較大，將會(huì)對(duì)其他的自行車產(chǎn)生較大的影響，與該自行車相鄰的自行車避免與其碰撞，蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡寬度也將增加。

3　結(jié)語

通過研究自行車交通流的宏觀特性和自行車的微觀運(yùn)動(dòng)軌跡，為深入研究機(jī)非混行環(huán)境中的駕駛員行為提供了有利依據(jù)，也為微觀交通流仿真研究提供了理論基礎(chǔ)。準(zhǔn)確把握自行車特性有利于提高機(jī)動(dòng)車駕駛員的預(yù)判能力，從而有效提高道路交通的安全性和道路通行能力。

［1］羅振科.路段機(jī).非混合交通流特性研究及在交通擁堵甄別中的應(yīng)用［D］.南京：東南大學(xué)，2009.

［2］中國(guó)公路學(xué)會(huì).《交通工程手冊(cè)》編委會(huì).交通工程手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，1998.

The Bicycle Traffic Characteristic Study in Mixed Traffic

CHEN Shao-zhi，HAN Zhi-yin，ZHANG Wei
（Weifang Engineering Vocational College，SEM School of Electromechanical Engineering，Weifang，Shandong 262500，China）

An important characteristic of the current urban traffic in our country is that motor vehicles and non-motor vehicles drive together and form a hybrid traffic flow.Non-motor vehicles in China are mainly bicycles，so the study on the trajectory of bicycle wil help us grasp the movement of the bicycle，help motorists better judge the movement trend of bicycle and improve road traffic safety and traffic capacity.

mixed traffic；bicycle；traffic simulation；snake trajectory

U491.225

A

2095-980X（2015）10-0069-02

2015-09-14

陳紹志（1986-），男，碩士研究生，助教，主要研究方向：機(jī)電。