高速公路作業(yè)區(qū)動態(tài)限速值仿真試驗(yàn)分析

金勇

摘 要：限速作為一種能夠平衡高速公路養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)區(qū)運(yùn)行效率和運(yùn)行安全的管理方法得到了廣泛的應(yīng)用。作業(yè)區(qū)作為高速公路交通系統(tǒng)的危險(xiǎn)路段，容易造成交通擁堵，誘發(fā)各類交通事故。因此合理的限速標(biāo)準(zhǔn)對高速公路作業(yè)區(qū)的安全性有著重要意義。

關(guān)鍵詞：高速；作業(yè)區(qū)；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.102

本文仿真的高速公路作業(yè)區(qū)為一條平直路段，車輛的行駛環(huán)境處于單個車輛的運(yùn)行狀態(tài)，是一種理想狀況。路徑（方向）控制選擇跟蹤中線行駛，速度控制選擇維持車速策略，即設(shè)定一個初速度V，觀察汽車通過該路段的車輛參數(shù)變化，例如，速度、加速度、位移等。多次設(shè)置不同的初始值，進(jìn)行多次仿真分析，比較得出最佳的限速方案并且驗(yàn)證理論分析所提出的一般性結(jié)論。

1 仿真實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將被仿真道路的數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入路面譜文件生成能被ADAMS/CAR識別的路面譜。

（2）運(yùn)行ADAMS/CAR，在主界面上選擇File | Open | Assembly導(dǎo)入將要進(jìn)行仿真試驗(yàn)的車輛模型。完成后，可看到主界面上出現(xiàn)想要的車輛三維實(shí)體圖。

（3）選擇Simulate | Full-Vehicle Analysis | Course Events | ISO Lane Change[32]，彈出ISO Lane Change分析參數(shù)輸入界面。

圖1中相關(guān)參數(shù)的填寫做下說明，F(xiàn)ull-Vehicle Assembly右邊這一欄填寫仿真的車輛名稱，通常這一欄不需要填寫，系統(tǒng)自動默認(rèn)先前引入的車輛模型的名稱。第二欄填寫的是仿真試驗(yàn)名稱的前綴，可按用戶的意愿任意填寫。第三欄為系統(tǒng)默認(rèn)無需改寫，第四欄選擇仿真的模式，可供選擇的模式有interactive，background，file only這三種。本文中選用interactive（交互式）。第五欄填寫以rdf為后綴的道路數(shù)據(jù)文件。第六欄填寫初始速度值。將最后兩項(xiàng)選中，系統(tǒng)會自動分析駕駛員控制文件。數(shù)據(jù)填寫完畢后，點(diǎn)擊ok，仿真系統(tǒng)自動進(jìn)行仿真分析。

（4）選擇Review Animation Controls，彈出圖2所示對話框。進(jìn)行一些相關(guān)數(shù)據(jù)填寫后，就可點(diǎn)擊播放按鈕進(jìn)行仿真回放。

（5）選擇Review Post Processing Window來到仿真后處理界面，在這里可以得到仿真實(shí)驗(yàn)的速度、加速度、位移等曲線。

2 仿真分析

2.1 不同車速下的縱向速度對比

根據(jù)車輛在不同車速下的縱向速度隨時(shí)間的變化，限速值為100km/h的車輛行駛速度波動較大，仿真車輛起動車速穩(wěn)定后的縱向速度變化量超過車速的1/10。限速值為60km/h的車輛運(yùn)行縱向速度變化緩慢，影響了車流運(yùn)行，容易造成交通擁擠現(xiàn)象。而限速值為80km/h和100km/h之間的速度，車輛運(yùn)行速度變化波動相對較小，且不影響車流運(yùn)行。因此從行駛速度來看，限速值在80-100km/h之間比較合理。

2.2 不同車速下的側(cè)向加速度對比

車輛側(cè)向加速度變化基本上差異不大，說明作業(yè)區(qū)在規(guī)定速度范圍內(nèi)不同的速度之下，加速度變化幅度基本上相一致。

2.3 不同車速下地面對輪胎的法向反作用力對比

車輛每個車輪在不同車速下的垂向力隨時(shí)間的變化，速度越高車輛通過作業(yè)區(qū)時(shí)車輪垂向力波動越大，對車輛平穩(wěn)安全性影響很大。

綜合以上分析，車輛以80-100km/h之間的速度進(jìn)入高速公路作業(yè)區(qū)是合理安全的，且不影響交通流的暢通運(yùn)行。因此限制速度應(yīng)該設(shè)定在這個區(qū)間。

2.4 具體限速值的確定

結(jié)合試驗(yàn)路段全體小車型85%位速度（90.8km/h）和所有車輛85%位速度（87.9km/h）進(jìn)行具體的分析。

（1）縱向速度變化曲線對比分析。二者縱向速度隨時(shí)間的變化，當(dāng)速度為90.8km/h時(shí)的車輛平穩(wěn)性要比89.7km/h時(shí)的平穩(wěn)性要好。即從縱向速度變化對比來看，以全體小型車的V85速度運(yùn)行，車輛穩(wěn)定性較好。

（2）側(cè)向加速度變化曲線對比分析。二者側(cè)向加速度隨時(shí)間的變化，橫向加速度變化幅度差異不大，均符合要求。

（3）位移變化曲線對比分析。二者位移隨時(shí)間的變化，可以看出盡管兩者均在合理的限速范圍內(nèi)，但當(dāng)速度為90.8km/h時(shí)的車輛平穩(wěn)性要比89.7km/h時(shí)的平穩(wěn)性要好。因此結(jié)合前面的分析，將90km/h設(shè)定為該作業(yè)區(qū)的最高合理限速值。

綜上所述，高速公路作業(yè)區(qū)限速的一般結(jié)論為：在綜合考慮各作業(yè)區(qū)的實(shí)際情況下，小型車應(yīng)以60km/h為基礎(chǔ)，結(jié)合相應(yīng)的小型車V85位速度，如果小型車V85高于60km/h，將限速值設(shè)定為小型車V85左右，否則則應(yīng)設(shè)定為60km/h。

3 結(jié)語

本章通過設(shè)定不同的車速，對車輛在道路上的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析，得到了車速限定值。通過理論分析，證明該車速是合理、有效的。該方法針對不同道路線形、道路狀況等進(jìn)行限速設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)車速限定的動態(tài)性。