高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動停車視距安全風(fēng)險分析

劉磊 姜傳

【摘 要】停車視距不足的問題，多數(shù)研究僅僅是與規(guī)范值的比較。為此，基于國內(nèi)外對停車視距計算參數(shù)取值的研究，提出緊急制動停車視距概念，并研究表明在山區(qū)高速公路圓曲線半徑較小路段行駛時，駕駛員處于有預(yù)期的高警惕性狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時所做出停車決策的反應(yīng)時間要短于一般路段，以此計算緊急制動停車視距。

【關(guān)鍵詞】高速公路;緊急制動;安全風(fēng)險

1 高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動停車視距概述

1.1 緊急制動停車視距基本概念

（1）緊急制動停車視距基本概念

車輛在高速公路行駛過程中，為了避免追尾或保證安全換道，駕駛員經(jīng)常需要制動減速，但一般不需要緊急停車;如果發(fā)現(xiàn)前方障礙物是靜止的物體時需要緊急停車或換道，最短停車距離取決于駕駛員緊急制動反應(yīng)時間和最大制動減速度。當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)前方障礙物后采取緊急制動所需要的反應(yīng)時間，與駕駛員年齡、性別、駕駛經(jīng)驗有關(guān)系，但與行駛時駕駛員的警惕性程度關(guān)系最大。

（2）高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動停車視距合理性分析

根據(jù)高速公路實測運行速度分析，運行速度分布圖中V85與高速公路限速基本一致，從圖1可知，設(shè)計速度或公路限速為120 km/h時，超過60%車輛行駛速度在110 km/h以下，僅有15%的駕駛員行駛速度達到或超過高速公路限速值，顯然行駛速度在110 km/h以上的駕駛員在較小的圓曲線路段上行駛時，駕駛員通常有相當(dāng)警惕性。

1.2 緊急制動停車視距計算值及推薦值

根據(jù)“高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車停車視距合理取值的研究”?；诼访婺ψ枇ο禂?shù)的停車視距計算方法，摩阻力系數(shù)宜取0.46;基于制動減速度計算方法，制動減速度宜取4.51 m/s2;緊急制動反應(yīng)時間取1.5 s，舒適制動反應(yīng)時間取2.5 s。

2 山區(qū)高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車采用緊急制動停車視距安全風(fēng)險分析

2.1 緊急制動停車視距小于規(guī)范值路段發(fā)生概率與危害程度分析

2.1.1 高速公路左側(cè)車道被占發(fā)生概率分析

根據(jù)調(diào)查，高速公路車道內(nèi)側(cè)車道被占有3種情況：（1）在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域出現(xiàn)山體滑坡，由于高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距不利位置在山體的外側(cè)，所以只有當(dāng)全幅路基的2/3被占時內(nèi)側(cè)車道才會被占，顯然滑坡體較大，中間帶防撞護欄和防眩設(shè)施可能遮擋不住視線;（2）發(fā)生交通事故，事故車輛尚未移除;（3）車輛落物，物體較大。這3類事故都是隨機偶發(fā)事件，并不完全在圓曲線半徑最小或較小的路段，對某一圓曲線路段而言發(fā)生概率非常小。

2.1.2 發(fā)生事故危害程度分析

根據(jù)《公路限速標(biāo)志設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3381-02—2020）（以下簡稱《限速規(guī)范》）相關(guān)研究，行駛速度影響事故所導(dǎo)致傷害的嚴重程度，當(dāng)車輛行駛速度超過30 km/h，其所造成的傷害將超過人體的承受能力，但大多數(shù)人可以存活;被行駛速度50 km/h 的車輛撞擊時，大多數(shù)人會失去生命。

2.2 換道行為的可能性及換道概率分析

2.2.1 換道長度計算模型

當(dāng)車輛發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時，車輛采取緊急停車的同時會考慮換道行為。在內(nèi)側(cè)車道的車輛要完成變換到外側(cè)車道上，換道過程由發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時緊急制動反應(yīng)時間、尋找可插入間隙時間、變換車道時間等3部分組成。

（1）緊急制動反應(yīng)時間及距離L1

①緊急制動反應(yīng)時間t1

根據(jù)前述，當(dāng)車輛發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時車輛采取緊急停車或換道行為的緊急制動反應(yīng)時間，取1.603 s，即選擇信息容量1 bit且為有預(yù)期反應(yīng)時間的值。

②反應(yīng)時間前進的距離L1

（2）等待可插入間隙時前進的距離L2

車輛在準(zhǔn)備換道過程中，需要等待相鄰車道的可插入間隙時間，在該時間內(nèi)前進的距離由式（3）計算：

式中，V為等待可插入間隙過程中車輛的行車速度;tw為平均等待一個可插入間隙的時間，由式（4）計算：

式中，t為車輛臨界間隙，一般取值為4.0 s;λ為單位時間的平均到達率，為直行交通量;τ為車頭時距的最小值，一般取值為1.2 s。

（3）判斷可插入間隙時行駛的距離L3

L3為判斷可插入間隙是否可以安全插入時縱向行駛距離，由式（5）計算：

式中V為判斷可插入間隙過程中車輛的運行速度。

（4）車輛變換一次車道時行駛的距離L4

研究表明，車輛的橫移速度為1 m/s，我國車道寬度3.75 m，根據(jù)“基于駕駛員視點位置的多車道高速公路最小圓曲線半徑研究”，換道橫移距離取3.05 m，橫移時間t4取值為3.05 s。車輛橫移時行駛的距離為L4，由式（6）計算。

式中V為變換車道過程中車輛的運行速度。

（5）車輛換道距離L

綜合上述分析，得到車輛完成車道變換所需的距離，由式（7）計算：

2.2.2 換道行為的可能性分析

根據(jù)上述換道計算公式計算，正常車輛換道所需要的距離要遠大于停車視距，要在停車視距范圍內(nèi)完成換道，其前提條件必須是當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時能立即進入可插入狀態(tài)，即換道距離L=L1+L4，同時可考慮障礙物占車道位置情況，本研究緊急制動停車視距是以占半個車道（視點位置）為準(zhǔn)進行計算，則L=0.771V。

2.2.3 換道行為的可行性概率分析

車輛在準(zhǔn)備換道過程中，需要等待相鄰車道的可插入間隙時間，可插入間隙時間計算公式如下：

式中，tw為平均等待一個可插入間隙的時間，由式（4）計算;e為自然常數(shù);t為車輛臨界間隙，一般取值為4.0 s;λ為單位時間的平均到達率，為直行交通量;τ為車頭時距的最小值，一般取值為1.2 s。

3 結(jié)論

研究主要從高速公路內(nèi)側(cè)車道被占概率、停車視距不足時可能碰撞速度與風(fēng)險，以及換道行為的可能性與換道概率等多角度進行了研究。主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)調(diào)查，高速公路車道內(nèi)側(cè)車道被占有3種情況，但事故都是隨機偶發(fā)事件，并不完全在圓曲線半徑最小或較小的路段，對某一圓曲線路段發(fā)生概率非常小。而且，根據(jù)緊急制動停車視距與規(guī)范值比較，即使在緊急制動停車視距范圍未能將車輛停止，經(jīng)計算不同的設(shè)計速度可能的碰撞速度均低于20 km/h，對車內(nèi)的人員傷害非常小，對車輛損壞嚴重程度較低，即使出現(xiàn)碰撞行人事故，安全風(fēng)險較低，可能造成的直接經(jīng)濟損失小，建議山區(qū)高速公路采用緊急制動停車視距作為內(nèi)側(cè)車道圓曲線最小半徑的控制指標(biāo)。

（2）正常車輛換道所需要的距離要遠大于停車視距，要在停車視距范圍內(nèi)完成換道，其前提條件必須是當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時能立即進入可插入狀態(tài)，以此計算結(jié)果障礙物占半個車道（視點位置）且在發(fā)現(xiàn)障礙物時能立即進入變道行為下，不同設(shè)計速度換道長度均短于緊急制動停車視距，具有換道行為的可能性。

參考文獻：

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