城市地下道路分合流區(qū)變速車道長(zhǎng)度研究

王 萌，毛 琰，狄勝德，張巍漢

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 公路交通安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088)

0 引言

隨著我國(guó)城市居民車輛保有量的提升，城市路面交通逐漸面臨發(fā)展極限，現(xiàn)有的城市平面道路交通已不能滿足居民的基本出行需求。受土地使用面積的限制，城市道路建設(shè)逐漸向立體發(fā)展，越來(lái)越多的城市地下道路開始被建設(shè)并投入使用，隨之產(chǎn)生的地下道路交通運(yùn)行安全問(wèn)題也越來(lái)越受到重視[1-2]。其中，城市地下道路的分合流區(qū)路段由于沖突點(diǎn)增加、車輛間速度差擴(kuò)大常常成為安全事故多發(fā)路段，在地下道路設(shè)計(jì)階段，分合流區(qū)的變速車道長(zhǎng)度是設(shè)計(jì)者必須考慮的重要指標(biāo)，合理的變速車道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，對(duì)維持駕駛?cè)嗽诜趾狭鲄^(qū)內(nèi)速度的平穩(wěn)過(guò)渡、保障城市地下道路車輛通行安全具有重要意義。

目前對(duì)于地下道路分合流區(qū)變速車道長(zhǎng)度，國(guó)內(nèi)外的研究相對(duì)較少[3-4]，挪威地下道路設(shè)計(jì)手冊(cè)[5]將地下道路分合流區(qū)劃分為變速段、過(guò)渡段和變速車道3個(gè)部分，并根據(jù)不同的地下道路主線設(shè)計(jì)速度提出了3種路段相應(yīng)的推薦設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。我國(guó)2015年11月開始實(shí)施的《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 221—2015)[6]中，針對(duì)4種主線設(shè)計(jì)速度，給出了地下道路變速車道的最小設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(不包含漸變段)。李素艷[7]等將地下道路合流區(qū)分為加速段、等待合流段和過(guò)渡段，將分流區(qū)劃分為過(guò)渡段和減速段，并根據(jù)駕駛?cè)嗽诓煌范紊系男旭傄?guī)律提出各個(gè)路段長(zhǎng)度的計(jì)算公式，最終給出地下道路變速車道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的建議值。

上述研究通常是通過(guò)假定駕駛?cè)嗽谧兯佘嚨郎系男旭傄?guī)律，并依據(jù)假定的行駛規(guī)律提出相應(yīng)的變速車道長(zhǎng)度計(jì)算模型，進(jìn)而給出變速車道長(zhǎng)度的推薦值。但通過(guò)類比高速公路分合流區(qū)駕駛行為的研究結(jié)果[8-11]不難發(fā)現(xiàn)，駕駛?cè)藢?shí)際的駕駛行為通常與標(biāo)準(zhǔn)假定的行車規(guī)律存在出入，而地下道路由于空間密閉、視野受限等特點(diǎn)[12-13]，駕駛?cè)说鸟{駛行為較地上道路更為復(fù)雜[14-17]，因此依靠理論假定的方法確定地下道路變速車道長(zhǎng)度存在一定的局限性。近年來(lái)飛速發(fā)展的駕駛模擬技術(shù)為交通從業(yè)者提供了新的研究方式，研究者通過(guò)駕駛模擬器，將駕駛?cè)酥糜谕鎸?shí)道路環(huán)境高度仿真的行車場(chǎng)景中，同時(shí)采集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)及駕駛?cè)瞬僮鲾?shù)據(jù)并進(jìn)行分析，研究結(jié)論基于真實(shí)客觀的駕駛行為數(shù)據(jù)，更加具有實(shí)用意義。

本次研究依托國(guó)內(nèi)先進(jìn)的8自由度駕駛模擬平臺(tái)搭建地下道路分合流區(qū)的三維仿真場(chǎng)景，通過(guò)開展駕駛模擬試驗(yàn)，采集駕駛?cè)说恼鎸?shí)駕駛行為數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果總結(jié)駕駛?cè)嗽诘叵碌缆贩趾狭鲄^(qū)的行車特性，進(jìn)而給出地下道路變速車道長(zhǎng)度的推薦值。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

研究采用的是交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院所搭建的八自由度研究型交通安全駕駛模擬平臺(tái)，該系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、球體模擬艙、投影系統(tǒng)、車輛仿真系統(tǒng)、場(chǎng)景生成系統(tǒng)、控制平臺(tái)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、音響系統(tǒng)和相關(guān)輔助系統(tǒng)。見圖1。

圖1 八自由度駕駛模擬平臺(tái)Fig.1 8 DOF driving simulation platform

其中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(6DOF)、長(zhǎng)行程單元(X-Table)、系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)(Yaw-Table)和振動(dòng)臺(tái)(Vibration)共同組成八自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，為駕駛?cè)颂峁┱鎸?shí)的駕乘感受；模擬艙使用的是直徑約4 m，高約3.5 m的密閉球體，內(nèi)置模擬車輛，并提供大小車(雅閣實(shí)車和簡(jiǎn)易貨車車頭)的更換功能；駕駛艙上方裝有8臺(tái)Sim5W型專業(yè)投影儀，提供上下40°、水平360°的全景投影；車輛仿真系統(tǒng)通過(guò)專業(yè)車輛性能仿真軟件CarSim和TruckSim可模擬各種車輛的性能；場(chǎng)景生成和控制系統(tǒng)在Forum8公司Uc-winRoad軟件基礎(chǔ)上開發(fā)，可根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在3D地球中真實(shí)構(gòu)建道路模型，并可通過(guò)天氣、溫度、路面摩擦、邊坡處理、交通流設(shè)置以及相關(guān)紋理、模型的修改來(lái)模擬各種情境下的道路環(huán)境；數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)將駕駛?cè)嗽谀M駕駛中方向盤、離合器、車輛速度、加速度、車道位置等近百項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸保存，并可同步FaceLab眼動(dòng)儀等心生理設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，供研究人員分析使用。

1.2 被試

共計(jì)30名駕駛?cè)藚⑴c試驗(yàn)，其中男性28人，女性2人，年齡26～58歲(平均年齡38歲)，駕齡1～27 a(平均駕齡12.4 a)。試驗(yàn)樣本中新手駕駛?cè)?駕齡≤3 a)8人，熟練駕駛?cè)?駕齡>3 a)22人。

1.3 試驗(yàn)場(chǎng)景

試驗(yàn)所用場(chǎng)景的道路平面線形如圖2所示，主線總長(zhǎng)3 km，采用雙向六車道、車道寬度3.5 m的橫斷面結(jié)構(gòu)，主線上依次設(shè)置出口和入口，并通過(guò)單車道匝道將出口和入口連接。出口漸變段起點(diǎn)設(shè)置在距主線起點(diǎn)850 m處，以保證被試在到達(dá)漸變段前有足夠的距離將速度調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài)，入口設(shè)置在距主線起點(diǎn)2 km處，出入口變速車道均采用平行式。

圖2 試驗(yàn)場(chǎng)景Fig.2 Experiment scenario

1.4 方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)流程

本次試驗(yàn)選取了4種主線設(shè)計(jì)速度，作為地下道路變速車道長(zhǎng)度研究的試驗(yàn)條件，并針對(duì)分流區(qū)和合流區(qū)設(shè)計(jì)了不同的試驗(yàn)方案。對(duì)于出口分流區(qū)，試驗(yàn)針對(duì)不同的主線速度預(yù)先設(shè)置了相應(yīng)的減速車道預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示；對(duì)于入口合流區(qū)，試驗(yàn)不設(shè)置漸變段和加速車道，入口后的主線一直保持四車道的形式(見圖2)，為了模擬加速車道的功能，試驗(yàn)時(shí)要求被試進(jìn)入主線后，將車速提升至主線設(shè)計(jì)速度后向內(nèi)變換一個(gè)車道。本次試驗(yàn)場(chǎng)景中減速車道漸變段長(zhǎng)度統(tǒng)一采用50 m，匝道設(shè)計(jì)速度統(tǒng)一采用20 km/h。

表1 4種主線設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的減速車道預(yù)設(shè)長(zhǎng)度

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，場(chǎng)景內(nèi)搭建了4組試驗(yàn)道路，各試驗(yàn)道路除減速車道長(zhǎng)度不同外，其他線形指標(biāo)均保持一致。試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)員隨機(jī)為被試加載4種道路場(chǎng)景，并告知被試當(dāng)前道路場(chǎng)景指定的主線速度及匝道速度，被試開始以主線設(shè)計(jì)速度在最外側(cè)車道行駛，并通過(guò)減速車道進(jìn)入匝道，被試由匝道再次駛?cè)胫骶€時(shí)，需加速到當(dāng)前主線設(shè)計(jì)速度后，向內(nèi)側(cè)變換一個(gè)車道然后停車。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

駕駛?cè)嗽谕ㄟ^(guò)出入口分合流區(qū)時(shí)，其駕駛行為可以分解為車輛行駛方向上的速度調(diào)整行為和垂直行駛方向的車道變換行為，對(duì)于速度調(diào)整行為，本研究重點(diǎn)關(guān)注駕駛?cè)嗽诜趾狭鲄^(qū)的變速特征點(diǎn)和變速區(qū)間，對(duì)于車道變換行為，則重點(diǎn)關(guān)注駕駛?cè)说膿Q道特征點(diǎn)和換道區(qū)間。上述特征點(diǎn)和區(qū)間可通過(guò)綜合分析駕駛?cè)说乃俣?、加速度、車輛運(yùn)行軌跡、方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)程度4項(xiàng)指標(biāo)獲取，圖3以某被試通過(guò)出口減速車道時(shí)上述4項(xiàng)指標(biāo)的變化曲線為例，闡述兩種行為特征點(diǎn)及行為區(qū)間的獲取方法。

圖3 數(shù)據(jù)提取方法Fig.3 Method of data collection

(1)變速特征點(diǎn)和變速區(qū)間

變速特征點(diǎn)包括開始變速位置和結(jié)束變速位置兩項(xiàng)，如圖3所示，本研究將加速度值出現(xiàn)顯著變化的起點(diǎn)位置定義為開始變速位置，將加速度值趨于零且速度趨于穩(wěn)定值的位置定義為結(jié)束變速位置，兩變速位置之間的距離即為駕駛?cè)送瓿伤俣日{(diào)整所需的最小距離區(qū)間，定義為變速區(qū)間。

(2)換道特征點(diǎn)和換道區(qū)間

換道特征點(diǎn)包括開始換道位置、結(jié)束換道位置和通過(guò)分界線位置3項(xiàng)，本研究將方向盤發(fā)生顯著變化的起點(diǎn)位置定義為開始換道位置，將車輛完全進(jìn)入變速車道后方向盤趨于穩(wěn)定的終點(diǎn)位置定義為結(jié)束換道位置，將車道分界線的縱坐標(biāo)與軌跡重合的位置定義為通過(guò)分界線位置，開始和結(jié)束換道位置之間的距離即為駕駛?cè)送瓿绍嚨雷儞Q所需的最小距離區(qū)間，定義為換道區(qū)間。

變速特征點(diǎn)和換道特征點(diǎn)能夠反映出駕駛?cè)嗽谧兯佘嚨郎系募訙p速時(shí)機(jī)和換道時(shí)機(jī)，是研究地下道路出入口變速車道長(zhǎng)度的重要參考指標(biāo)，合理的出入口變速車道長(zhǎng)度應(yīng)能夠同時(shí)滿足駕駛?cè)苏{(diào)整速度及變換車道的需要。本研究通過(guò)綜合分析駕駛?cè)说膬煞N行為特征點(diǎn)和行為區(qū)間在變速車道上的分布特點(diǎn)，總結(jié)其分布規(guī)律，最終提出4種速度水平下，能夠同時(shí)滿足駕駛?cè)怂俣燃皳Q道需求的地下道路出入口變速車道適宜長(zhǎng)度。

2 出口分流區(qū)

對(duì)主線出口分流區(qū)的駕駛行為進(jìn)行分析時(shí)，由出口漸變段起點(diǎn)向上游取150 m作為研究起點(diǎn)，向下游取200 m作為研究終點(diǎn)，研究范圍包含了主線普通段、主線漸變段、減速車道段及匝道段，涵蓋了駕駛?cè)擞芍骶€通過(guò)分流區(qū)駛?cè)朐训赖娜窟^(guò)程。

采用1.5節(jié)介紹的數(shù)據(jù)提取方法得到各被試在分流區(qū)內(nèi)的減速區(qū)間及換道區(qū)間，為了統(tǒng)計(jì)減速/換道區(qū)間的分布特征，在研究范圍內(nèi)，每隔10 m統(tǒng)計(jì)一次當(dāng)前正在進(jìn)行減速/換道的被試人數(shù)，并換算為頻率值，如圖4和圖5所示。駕駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)的減速特征及換道特征分析如下。

2.1 減速特征

表2統(tǒng)計(jì)了4種速度水平下30名駕駛?cè)说臏p速特征點(diǎn)的平均值，圖4為30名駕駛?cè)嗽诔隹诜至鲄^(qū)的減速區(qū)間分布圖及相應(yīng)的減速頻率圖。圖中統(tǒng)一將主線出口漸變段的起點(diǎn)定義為橫軸的0點(diǎn)，頻率圖中縱軸表示的是當(dāng)前正在執(zhí)行減速的人數(shù)占總被試人數(shù)(30人)的比值，圖中深色柱形區(qū)表示減速頻率值最高的區(qū)間。

結(jié)合表2和圖4可以看出：

圖4 分流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)藴p速區(qū)間分布及減速頻率Fig.4 Distribution of drivers’ deceleration zones and deceleration frequencies in diverging area

(1)駕駛?cè)嗽谕ㄟ^(guò)主線分流區(qū)時(shí)，減速區(qū)間的分布較為離散，主線設(shè)計(jì)速度較小時(shí)，駕駛?cè)送瓿蓽p速所需的減速區(qū)間明顯較短，隨著設(shè)計(jì)速度增加，駕駛?cè)诵枰臏p速區(qū)間越來(lái)越長(zhǎng)。

(2)無(wú)論主線采用何種設(shè)計(jì)速度，大部分駕駛?cè)司跍p速車道漸變段前即開始減速，主線設(shè)計(jì)速度越高，駕駛?cè)碎_始減速的位置越早，甚至有駕駛?cè)嗽跐u變段前已結(jié)束減速。

表2 分流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)烁鳒p速特征點(diǎn)的平均值

注：漸變段起點(diǎn)坐標(biāo)為0，括號(hào)內(nèi)數(shù)值表示減速車道終點(diǎn)坐標(biāo)值。

(3)對(duì)減速頻率最高的區(qū)間進(jìn)行分析后得出，主線設(shè)計(jì)速度為40 km/h時(shí)，駕駛?cè)藴p速頻率最高的位置在漸變段終點(diǎn)，而當(dāng)主線設(shè)計(jì)速度大于50 km/h時(shí)，駕駛?cè)藴p速頻率最高的位置均出現(xiàn)在漸變段起點(diǎn)，這也表明隨著設(shè)計(jì)速度的增加，駕駛?cè)颂崆皽p速的概率越大。

(4)表3分別統(tǒng)計(jì)了新手駕駛?cè)撕褪炀汃{駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)的減速區(qū)間平均值，可以看出各速度水平下，新手駕駛?cè)说钠骄鶞p速區(qū)間長(zhǎng)度普遍低于熟練駕駛?cè)?，新手駕駛?cè)嗽谥骶€分流區(qū)采取了更為激烈的減速措施。

表3 新手駕駛?cè)伺c熟練駕駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)的平均減速區(qū)間長(zhǎng)度Tab.3 Average deceleration zone lengths of novice drivers and skilled drivers in diverging area

2.2 換道特征

4種速度水平下30名駕駛?cè)说膿Q道特征點(diǎn)的平均值如表4所示，出口分流區(qū)內(nèi)的換道區(qū)間分布圖及相應(yīng)的換道頻率圖如圖5所示。

表4 分流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)烁鲹Q道特征點(diǎn)的平均值

注：漸變段起點(diǎn)坐標(biāo)為0。

(1)表4數(shù)據(jù)顯示，在匝道設(shè)計(jì)速度固定的情況下，主線設(shè)計(jì)速度越高，駕駛?cè)嗽皆玳_始換道，同時(shí)越晚結(jié)束換道，主線速度較高時(shí)駕駛?cè)藫Q道所需要的距離長(zhǎng)度遠(yuǎn)高于主線速度低時(shí)駕駛?cè)诵枰膿Q道區(qū)間長(zhǎng)度，但4種速度水平下駕駛?cè)藫Q道時(shí)通過(guò)車道分界線的位置沒(méi)有太大差別。

(2)圖5顯示，駕駛?cè)嗽谕ㄟ^(guò)主線分流區(qū)時(shí)，換道區(qū)間的分布較為集中，4種速度水平下，各個(gè)駕駛?cè)司跍p速車道漸變段起點(diǎn)之前開始換道，在進(jìn)入減速車道后結(jié)束換道。

圖5 分流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)藫Q道區(qū)間分布及換道頻率Fig.5 Distribution of drivers’ lane changing zones and lane changing frequencies in diverging area

(3)對(duì)換道頻率最高的區(qū)間(深色柱形圖)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，4種速度水平下，駕駛?cè)藫Q道頻率最高的區(qū)間起點(diǎn)均出現(xiàn)在漸變段起點(diǎn)位置，隨著主線速度增加，駕駛?cè)藫Q道頻率最高的區(qū)間范圍略有延長(zhǎng)，但幅度不大，可認(rèn)為4種速度水平下駕駛?cè)藫Q道頻率值最高的區(qū)間分布基本相同，均集中在減速車道的漸變段上。

(4)表5分別統(tǒng)計(jì)了新手駕駛?cè)撕褪炀汃{駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)換道時(shí)通過(guò)車道分界線的位置，可以看出在各速度水平下兩類駕駛?cè)送ㄟ^(guò)車道分界線的位置沒(méi)有太大差別，均分布在漸變段終點(diǎn)附近。

2.3 減速車道長(zhǎng)度

對(duì)主線出口分流區(qū)內(nèi)減速區(qū)間和換道區(qū)間的分布特征進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，駕駛?cè)嗽隈偝鲋骶€時(shí)，減速行為和換道行為的先后順序并無(wú)明顯規(guī)律，大部分駕駛?cè)藘煞N操作行為相互穿插進(jìn)行，表現(xiàn)為駕駛?cè)说臏p速區(qū)間與換道區(qū)間在部分路段上相互重合、甚至出現(xiàn)兩區(qū)間相互包含的情況。合理的減速車道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(含漸變段)應(yīng)該至少滿足減速區(qū)間或換道區(qū)間的最大值所需的距離。

表5 新手駕駛?cè)伺c熟練駕駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)通過(guò)車道分界線的平均位置

注：漸變段起點(diǎn)坐標(biāo)為0。

對(duì)4種主線速度條件下駕駛?cè)说钠骄鶞p速區(qū)間和平均換道區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并取兩區(qū)間中的最大值對(duì)應(yīng)的整數(shù)值作為減速車道長(zhǎng)度(含漸變段)的推薦值，結(jié)果如表6所示。將推薦的減速車道長(zhǎng)度與公路及城市道路出入口減速車道規(guī)范長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表7所示，由表中數(shù)據(jù)可以看出，本研究推薦的減速車道長(zhǎng)度滿足公路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定值，略高于城市地下道路的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

表6 各主線速度對(duì)應(yīng)的減速車道推薦長(zhǎng)度(含漸變段)

表7 減速車道推薦長(zhǎng)度與相關(guān)規(guī)范值對(duì)比

3 入口合流區(qū)

對(duì)主線入口合流區(qū)的駕駛行為進(jìn)行分析時(shí)，選取主線入口前100 m作為研究起點(diǎn)，主線入口后600 m 作為研究終點(diǎn)。研究范圍包含了駕駛?cè)擞稍训劳ㄟ^(guò)合流區(qū)進(jìn)入主線的全部過(guò)程。同樣對(duì)駕駛?cè)嗽诟魉俣人较碌鸟{駛行為指標(biāo)進(jìn)行分析，得到駕駛?cè)嗽谌肟诤狭鲄^(qū)內(nèi)的變速區(qū)間及換道區(qū)間，并每隔10 m統(tǒng)計(jì)一次駕駛?cè)说募铀兕l率及換道頻率。

3.1 加速特征

統(tǒng)計(jì)30名駕駛?cè)嗽诟鱾€(gè)速度水平下加速特征點(diǎn)的平均值，結(jié)果如表8所示。同時(shí)繪制駕駛?cè)嗽谌肟诤狭鲄^(qū)內(nèi)的加速區(qū)間分布圖及相應(yīng)的加速頻率圖如圖6所示。圖中統(tǒng)一將主線入口位置定義為橫坐標(biāo)軸的0點(diǎn)，頻率圖中縱軸表示的是加速人數(shù)占總被試人數(shù)(30人)的比值，圖中深色柱形區(qū)表示加速頻率值最高的區(qū)間。駕駛?cè)思铀偬卣鼽c(diǎn)與加速區(qū)間的分布規(guī)律如下：

(1)由于試驗(yàn)要求駕駛?cè)诉M(jìn)入主線后開始加速，因此各速度水平下駕駛?cè)说拈_始加速位置沒(méi)有太大差別，結(jié)束加速位置主要取決于駕駛?cè)诵枰_(dá)到的主線速度。結(jié)合圖6與表8可知，在匝道設(shè)計(jì)速度固定的情況下，主線設(shè)計(jì)速度越高，駕駛?cè)嗽酵斫Y(jié)束加速，駕駛?cè)怂璧募铀賲^(qū)間越長(zhǎng)。

(2)對(duì)加速頻率最高的區(qū)間進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在距主線入口50 m左右，駕駛?cè)说募铀兕l率達(dá)到最大值，且隨著主線設(shè)計(jì)速度的增加，加速頻率最高的區(qū)間范圍越長(zhǎng)。

(3)表9分別統(tǒng)計(jì)了新手駕駛?cè)撕褪炀汃{駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)的加速區(qū)間的平均值，可以看出各速度水平下，新手駕駛?cè)怂璧募铀賲^(qū)間長(zhǎng)度普遍高于熟練駕駛?cè)耍率竹{駛?cè)嗽谥骶€合流區(qū)并線時(shí)加速操作更為謹(jǐn)慎。

圖6 合流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)思铀賲^(qū)間分布及加速頻率Fig.6 Distribution of drivers’ acceleration zones and acceleration frequencies in merging area

表8 合流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)烁骷铀偬卣鼽c(diǎn)的平均值

注：主線入口位置坐標(biāo)為0。

表9 新手駕駛?cè)伺c熟練駕駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)的平均加速區(qū)間長(zhǎng)度

3.2 換道特征

4種速度水平下30名駕駛?cè)说膿Q道特征點(diǎn)的平均值如表10所示，入口合流區(qū)內(nèi)的換道區(qū)間分布圖及相應(yīng)的換道頻率圖如圖7所示。駕駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)換道特征點(diǎn)與換道區(qū)間的分布規(guī)律如下：

(1)由于試驗(yàn)要求駕駛?cè)诉M(jìn)入主線后需要加速至主線速度后再開始換道，根據(jù)3.1節(jié)分析結(jié)果可知，主線速度越高，加速區(qū)間越長(zhǎng)，因此駕駛?cè)碎_始換道的位置隨著主線速度的增加距離入口越來(lái)越遠(yuǎn)，結(jié)合圖7和表10明顯可見，主線速度較高時(shí)駕駛?cè)送瓿蓳Q道需要的區(qū)間長(zhǎng)度大于主線速度低時(shí)的區(qū)間長(zhǎng)度，因此駕駛?cè)私Y(jié)束換道的位置隨著主線速度的增加也越來(lái)越遠(yuǎn)。

(2)結(jié)合加速特征點(diǎn)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，雖然試驗(yàn)要求駕駛?cè)思铀僦林骶€速度后再進(jìn)行換道，但試驗(yàn)中駕駛?cè)司诩磳⑼瓿杉铀贂r(shí)即開始換道，各級(jí)速度水平下的開始換道位置均早于結(jié)束加速位置。

(3)表11分別統(tǒng)計(jì)了新手駕駛?cè)撕褪炀汃{駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)換道時(shí)通過(guò)車道分界線的位置，可以看出在各速度水平下新手駕駛?cè)说钠骄鶕Q道位置普遍晚于熟練駕駛?cè)?，結(jié)合兩類駕駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)的平均加速區(qū)間分布規(guī)律，可知新手駕駛?cè)诵枰L(zhǎng)的距離以尋找合適的車輛間隙匯入主線車流。

3.3 加速車道長(zhǎng)度

主線入口合流區(qū)內(nèi)加速區(qū)間和換道區(qū)間的分布特征顯示，駕駛?cè)嗽谕ㄟ^(guò)入口合流區(qū)時(shí)的動(dòng)作順序?yàn)椋洪_始加速→開始換道→結(jié)束加速→通過(guò)車道分界線→結(jié)束換道。入口合流區(qū)加速車道的長(zhǎng)度至少應(yīng)該滿足自駕駛?cè)碎_始加速至其通過(guò)車道分界線的距離。本次試驗(yàn)中，駕駛?cè)碎_始加速的位置統(tǒng)一設(shè)置在主線入口處，因此合流區(qū)加速車道長(zhǎng)度的研究即轉(zhuǎn)化為研究駕駛?cè)送ㄟ^(guò)車道分界線位置的分布規(guī)律。

圖7 合流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)藫Q道區(qū)間分布及換道頻率Fig.7 Distribution of drivers’ lane changing zones and lane changing frequencies in merging area

表10 合流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)烁鲹Q道特征點(diǎn)的平均值

注：主線入口位置坐標(biāo)為0。

對(duì)4種主線速度條件下駕駛?cè)送ㄟ^(guò)合流區(qū)車道分界線的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示該特征點(diǎn)數(shù)據(jù)在各個(gè)速度條件下符合正態(tài)分布，因此繪制各個(gè)速度水平下駕駛?cè)送ㄟ^(guò)車道分界線位置的累積頻率曲線，如圖8所示。在各個(gè)曲線上取頻率為90%時(shí)對(duì)應(yīng)的位置作為加速車道推薦長(zhǎng)度(含漸變段)，該長(zhǎng)度能夠滿足90%的駕駛?cè)说募铀偌靶枰?，并將推薦長(zhǎng)度與公路及城市道路入口合流區(qū)加速車道規(guī)范長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表12所示。

表11 新手駕駛?cè)伺c熟練駕駛?cè)嗽诤狭鲄^(qū)內(nèi)通過(guò)車道

注：主線入口位置坐標(biāo)為0。

圖8 合流區(qū)內(nèi)駕駛?cè)送ㄟ^(guò)車道分界位置的累積頻率曲線Fig.8 Cumulative frequency curve of position of driver passing through lane dividing line in merging area

表中數(shù)據(jù)顯示，推薦的加速車道長(zhǎng)度(含漸變段)均高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定值，原因是試驗(yàn)中匝道運(yùn)行速度統(tǒng)一取值為20 km/h，該值小于設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范中使用的匝道設(shè)計(jì)速度。這說(shuō)明主線與匝道速度差異對(duì)加速車道長(zhǎng)度有重要影響，當(dāng)工程中匝道與主線速度差異過(guò)大時(shí)，最好進(jìn)行針對(duì)性驗(yàn)證工作。

表12 各主線速度對(duì)應(yīng)的加速車道推薦長(zhǎng)度

4 結(jié)論

本研究利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的駕駛模擬試驗(yàn)平臺(tái)開展駕模試驗(yàn)，對(duì)4種主線速度水平下，駕駛?cè)嗽诘叵碌缆贩趾狭鲄^(qū)內(nèi)的速度調(diào)整行為和車道變換行為進(jìn)行研究。結(jié)果顯示：在分流區(qū)內(nèi)，駕駛?cè)苏{(diào)整速度和變換車道通常交叉進(jìn)行，減速區(qū)間和換道區(qū)間往往部分重合甚至相互包含；而在合流區(qū)內(nèi)，駕駛?cè)送ǔＴ诮Y(jié)束加速操作前開始變換車道。與熟練駕駛?cè)讼啾龋率竹{駛?cè)嗽诜至鲄^(qū)內(nèi)采取了更為激烈的減速措施，而在合流區(qū)內(nèi)新手駕駛?cè)送ǔＰ枰L(zhǎng)的加速距離以尋找合適的匯入間隙。

結(jié)合分合流區(qū)內(nèi)變速區(qū)間和換道區(qū)間的分布特征，本研究相應(yīng)提出了地下道路分合流區(qū)變速車道長(zhǎng)度的計(jì)算方法，同時(shí)給出了4種主線速度水平下地下道路分合流區(qū)變速車道長(zhǎng)度的推薦值。推薦值與當(dāng)前公路及城市地下道路變速車道規(guī)范長(zhǎng)度相比，略高于規(guī)范值。

由于試驗(yàn)條件所限，本研究?jī)H針對(duì)匝道設(shè)計(jì)速度為20 km/h時(shí)，4種主線設(shè)計(jì)水平下的地下道路變速車道長(zhǎng)度進(jìn)行研究，未來(lái)將考慮針對(duì)更多主線-匝道速度組合條件下的地下道路變速車道長(zhǎng)度進(jìn)行進(jìn)一步研究。