高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車停車視距合理取值的研究

林宣財(cái)，王 科，李 濤，李 星

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710075)

0 引言

山區(qū)高速公路地形條件復(fù)雜，為了更好的控制工程造價(jià)，早期已建高速公路較多項(xiàng)目平面圓曲線最小半徑采用一般值或接近一般值，如果根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)(以下簡(jiǎn)稱《路線規(guī)范》[1])規(guī)定的停車視距對(duì)應(yīng)的圓曲線最小半徑進(jìn)行核查，這些指標(biāo)都不符合要求。我國(guó)規(guī)范規(guī)定的停車視距值與日本規(guī)定值[2-3]相同，比美國(guó)規(guī)定[4]小，但這些規(guī)定都是30多年前的指標(biāo)，且多車道高速公路內(nèi)外側(cè)車道停車視距采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是否合理有待商榷。

國(guó)內(nèi)多數(shù)研究者們對(duì)不同車道的停車視距進(jìn)行驗(yàn)算，并針對(duì)不滿足停車視距的路段提出安全保障措施。陳雨人等[5]基于支持向量機(jī)的視距計(jì)算模型，并將該模型應(yīng)用于實(shí)際隧道的視距檢驗(yàn)。文浩雄等[6]對(duì)高速公路中央分隔帶彎道路段橫凈距進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)不能滿足停車視距要求，針對(duì)性地提出增大中央分隔帶橫凈距、設(shè)置限速標(biāo)志及減速標(biāo)線等措施。張玥[7]通過分析橫向力系數(shù)取值，提出對(duì)規(guī)范中最小半徑值調(diào)整的建議；并提出新的橫向力系數(shù)與平曲線半徑擬合公式，得到不同縱坡下的安全運(yùn)行臨界半徑。梁友哲[8]計(jì)算了曲線外側(cè)超車道滿足視距要求的最小平曲線半徑，針對(duì)中分帶曲線外側(cè)超車視距不足的問題，提出了保障停車視距的措施。邢福東[9]通過分析安全及舒適行駛對(duì)半徑的需求，提出了不同設(shè)計(jì)速度下的圓曲線最小半徑；并通過分析停車視距對(duì)半徑的需求，提出一般路段與隧道路段圓曲線最小半徑值。趙永平[10]、王曉楠[11]以及孟云龍[12]等人認(rèn)為停車視距計(jì)算模型的駕駛員視點(diǎn)位置在距離車道左側(cè)邊緣線1.2 m處。駕駛員行駛在隧道路段時(shí)，視線容易受隧道側(cè)壁的遮擋，影響行車安全。長(zhǎng)安大學(xué)周海宇[13]通過數(shù)據(jù)調(diào)查得到：小客車在第1車道行駛時(shí)，視點(diǎn)位置距離左側(cè)行車道邊緣線1.6 m，在第2車道行駛時(shí)距離右側(cè)車道左邊線0.8 m處。長(zhǎng)安大學(xué)唐力焦[14]在此基礎(chǔ)上界定隧道內(nèi)貨車的視點(diǎn)位置：貨車在第1車道行駛時(shí)，視點(diǎn)位置距離左側(cè)行車道邊緣線1.4 m，在第2車道行駛時(shí)距離右側(cè)車道左邊線1.0 m處。長(zhǎng)安大學(xué)楊帆[15]等研究認(rèn)為通過提高視點(diǎn)目標(biāo)物高度至0.8 m時(shí)，規(guī)范規(guī)定的停車視距對(duì)應(yīng)的圓曲線最小半徑值小于規(guī)范中圓曲線最小半徑，可避免中央分隔帶護(hù)欄進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或增加高速公路占地措施。武漢理工大學(xué)張航[16]提出滿足高速公路對(duì)應(yīng)安全等級(jí)的可靠性要求的停車視距。

國(guó)外研究者們對(duì)針對(duì)曲線路段停車視距計(jì)算模型的不足提出改進(jìn)的建議值。Sarhan和Hassan[17]使用有限元技術(shù)軟件分析了3維(3D)組合路線中具有路邊或中間障礙的水平曲線上的可用停車視距。R.X.Xia等人[18]建立了曲線路段停車視距計(jì)算模型，將計(jì)算值現(xiàn)行規(guī)范推薦的停車視距值進(jìn)行比較，并給出了平曲線停車視距的一般值和極限值。E.Papadimitriou等人[19]在對(duì)若干幾何參數(shù)的解釋性建模方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)停車視距不足的概率和障礙物的高度來修正停車視距值。M.Bassani等人[20]針對(duì)在視距不足時(shí)駕駛員通過水平彎道的駕駛行為進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)駕駛員會(huì)通過減速或增大橫凈距來保證行車安全。

綜上所述，所謂停車視距不足，多數(shù)研究?jī)H僅是按規(guī)范規(guī)定的停車視距所需要的圓曲線最小半徑與實(shí)際采用的圓曲線半徑進(jìn)行比較，或與規(guī)范中圓曲線最小半徑規(guī)定值比較；較少?gòu)钠囌w性能和高速公路路面摩阻力系數(shù)的提高，停車視距富余度越來越大方面考慮，更沒有從多車道高速公路不同車道是否應(yīng)該采用不同的標(biāo)準(zhǔn)考慮。所以有必要分析研究不同車道停車視距及計(jì)算參數(shù)的合理取值問題，也只有對(duì)高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距規(guī)定值或圓曲線最小半徑規(guī)定值進(jìn)行修訂，才能使停車視距所需要的最小圓曲線半徑與規(guī)范中圓曲線最小半徑規(guī)定值相一致。高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距取值合理性問題，如果沒有明確的研究結(jié)論，必然造成山區(qū)高速公路不得不采用高指標(biāo)，使工程造價(jià)居高不下，本文基于國(guó)內(nèi)外對(duì)停車視距計(jì)算參數(shù)的大量研究數(shù)據(jù)，對(duì)高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距及計(jì)算參數(shù)的合理取值展開較為系統(tǒng)的研究，提出高速公路內(nèi)側(cè)車道應(yīng)采用緊急制動(dòng)停車視距的建議。

1 停車視距對(duì)圓曲線最小半徑指標(biāo)運(yùn)用的影響

1.1 高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距所需要的圓曲線最小半徑

我國(guó)高速公路中央帶均設(shè)置防眩設(shè)施，小客車在左偏曲線內(nèi)側(cè)車道行駛時(shí)，因受中央帶防眩設(shè)施的遮擋，存在停車視距不滿足規(guī)范規(guī)定值的要求。根據(jù)2009年版《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》(總校稿)中“高速公路內(nèi)側(cè)車道幾何視距與對(duì)應(yīng)的圓曲線半徑”對(duì)照表，詳見表1，其中表中內(nèi)側(cè)車道中心線距護(hù)欄以2.5 m為計(jì)算基準(zhǔn)。停車視距所需要的圓曲線半徑較規(guī)范中規(guī)定的圓曲線最小半徑大的較多；設(shè)計(jì)速度越高，所需要的圓曲線最小半徑值越大，設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)圓曲線最小半徑較一般值增大一倍還多，即由1 000 m變?yōu)? 204 m；設(shè)計(jì)速度為80 km/h 時(shí)提高了50%，圓曲線最小半徑由400 m變?yōu)?04 m，與極限值相比較，相差更大。

表1 高速公路內(nèi)側(cè)車道幾何視距與對(duì)應(yīng)的圓曲線半徑

1.2 停車視距對(duì)圓曲線最小半徑指標(biāo)運(yùn)用的影響

圓曲線設(shè)計(jì)指標(biāo)如果按停車視距所需要的圓曲線最小半徑掌握，顯然相當(dāng)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的圓曲線半徑規(guī)定值提高了，而且提高幅度較大。從2010年之后，受停車視距規(guī)定值的影響，山區(qū)高速公路較多項(xiàng)目不得不采用高指標(biāo)，不僅增加橋隧工程規(guī)模，造成工程造價(jià)大幅度提高，而且有些項(xiàng)目出現(xiàn)大填大挖，造成對(duì)自然環(huán)境的較大影響，高邊坡或深挖路段還可能帶來工程安全性問題。

我國(guó)圓曲線最小半徑極限值與美國(guó)、日本等多數(shù)國(guó)家規(guī)定基本一致，美國(guó)沒有一般值的規(guī)定，見表2。如果以規(guī)范中的停車視距對(duì)應(yīng)圓曲線半徑值作為控制指標(biāo)，意味著我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較美國(guó)、日本等國(guó)家大得多的多；如果按美國(guó)規(guī)定的停車視距反算圓曲線最小半徑，所需要的半徑值更大，與其圓曲線最小半徑規(guī)定值相差更大，顯然美國(guó)圓曲線最小指標(biāo)不是按照停車視距所需要的最小圓曲線半徑確定。根據(jù)了解，歐美高速公路較多項(xiàng)目中央帶沒有設(shè)置防眩設(shè)施，所以不存在高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距不足的問題。

表2 中國(guó)、美國(guó)停車視距與圓曲線最小半徑規(guī)定值

1.3 新建高速公路采用輔助措施解決停車視距不足問題的可行性分析

(1)對(duì)中央分隔帶進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。為了滿足停車視距所對(duì)應(yīng)的圓曲線最小半徑值要求，當(dāng)?shù)匦螚l件受限制，平面線形調(diào)整困難時(shí)，采取輔助措施滿足視距要求，如改變中央分隔帶型式，把波形護(hù)欄改為新澤西護(hù)欄，或者將波形護(hù)欄向中央分隔帶中心移動(dòng)等。當(dāng)調(diào)整后內(nèi)側(cè)車道中心距新澤西護(hù)欄的距離為3.0 m時(shí)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)速度120，100，80 km/h所要求的最小平曲線半徑分別為：1 836，1 065，503 m，即對(duì)中央分隔帶進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，最小圓曲線半徑也大于現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定的一般最小值，難以解決根本問題。

(2)改變路面標(biāo)線位置的措施。近幾年，一些設(shè)計(jì)者為了解決規(guī)范中不一致的規(guī)定問題，提出改變標(biāo)線位置滿足視距要求的設(shè)計(jì)方案，如設(shè)計(jì)速度80 km/h的高速公路，平曲線半徑小于604 m時(shí)，保持中央帶防撞護(hù)欄及防眩方式不變，采取將靠中央分隔帶的內(nèi)側(cè)行車道標(biāo)線外移以增大橫凈距。由于行車道右側(cè)有2.5 m寬的硬路肩，對(duì)圓曲線半徑400 m

圖1 基于高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距的路面標(biāo)線設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

(3)考慮我國(guó)土地資源緊缺，如果全路段通過加寬中間分隔帶寬度解決地形條件受限制路段的停車視距問題，顯然不合理，也不經(jīng)濟(jì)。

2 既有高速公路停車視距不足路段交通安全性調(diào)查

2009年版《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》(總校稿)出來之前，由于設(shè)計(jì)、審查均沒有核查“高速公路內(nèi)側(cè)車道幾何視距與對(duì)應(yīng)所需要的圓曲線半徑”之間的關(guān)系，所以，山區(qū)高速公路圓曲線最小半徑都是按規(guī)范中規(guī)定的圓曲線最小半徑一般值控制，即較多項(xiàng)目較多路段圓曲線半徑采用接近或等于最小半徑一般值。近幾年，我國(guó)已通車的高速公路限制速度進(jìn)行了調(diào)整，從基于設(shè)計(jì)速度的高速公路限速調(diào)整結(jié)果來看，不但沒有降低限速，基本上都是“提速”；有些省設(shè)計(jì)速度不論是100 km/h，還是80 km/h，除了隧道和連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段外，小客車一律將限速調(diào)整為120 km/h；有些省設(shè)計(jì)速度為80 km/h 時(shí)小客車限速調(diào)整為100 km/h，設(shè)計(jì)速度為100 km/h時(shí)限速調(diào)整為120 km/h。提速的高速公路項(xiàng)目中存在較多路段平面指標(biāo)采用設(shè)計(jì)速度所對(duì)應(yīng)的最小半徑一般值或接近一般值，中間帶寬度沒有進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)；顯然，既有高速公路有較多路段停車視距不滿足限速調(diào)整的要求。但是，根據(jù)初步調(diào)查，這些路段沒有發(fā)現(xiàn)交通事故率明顯高于其他路段，說明高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距及計(jì)算參數(shù)的取值有待商榷。

3 高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動(dòng)停車視距的研究

3.1 停車視距概述

(1)停車視距基本概念

停車視距由駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物到采取制動(dòng)措施期間內(nèi)(反應(yīng)時(shí)間)的行駛距離和制動(dòng)過程行駛的減速距離組成的。停車視距計(jì)算圖式如圖2所示，停車視距的取值主要取決于駕駛員反應(yīng)時(shí)間、車輛的行駛速度及減速度或路面摩阻力系數(shù)等參數(shù)。

圖2 停車視距計(jì)算圖式

(2)停車視距計(jì)算方法

①基于縱向摩阻力的停車視距傳統(tǒng)計(jì)算方法

基于路面縱向摩阻力系數(shù)的停車視距理論計(jì)算模型如式(1)[1]所示。

(1)

式中,St為停車視距；v為行駛速度：規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)速度120～80 km/h時(shí)為其85%，設(shè)計(jì)速度60～40 km/h 時(shí)為其90%，設(shè)計(jì)速度30～20 km/h時(shí)為其100%；tr為駕駛員反應(yīng)時(shí)間；g為重力加速度，取9.8 m/s2，計(jì)算小客車停車視距時(shí)不考慮縱坡的影響；f為縱向摩阻系數(shù)，依車速及路面狀況而定，路面為潮濕狀態(tài)。

由式(1)可知，停車視距的取值主要取決于駕駛員反應(yīng)時(shí)間、車輛的行駛速度及路面縱向摩阻力系數(shù)等參數(shù)。

②基于汽車制動(dòng)減速度的停車視距計(jì)算方法

基于汽車制動(dòng)減速度的停車視距理論計(jì)算模型如式(2)[4]所示。

(2)

式中,St為停車視距；v為設(shè)計(jì)速度或行駛速度；tr為駕駛員反應(yīng)時(shí)間；a為減速度(m/s2)。

3.2 緊急制動(dòng)停車視距計(jì)算參數(shù)取值分析

3.2.1 反應(yīng)時(shí)間取值分析

(1)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

我國(guó)研究人員對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了研究，認(rèn)為反應(yīng)時(shí)間與設(shè)計(jì)速度、設(shè)計(jì)控制條件等有關(guān)，陳勝營(yíng)等《公路設(shè)計(jì)指南》[21]中反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)值如表3所示。

表3 反應(yīng)時(shí)間表

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究基本上認(rèn)為反應(yīng)時(shí)間的變化區(qū)間是1.5～2.5 s。表中理想反應(yīng)時(shí)間應(yīng)用于高速公路主車道上，并應(yīng)盡可能用于其他等級(jí)的公路上；極限最短反應(yīng)時(shí)間只能用于駕駛員可望有相當(dāng)警惕性的區(qū)域。根據(jù)調(diào)查研究，在高速公路圓曲線半徑較小路段內(nèi)側(cè)車道上高速行駛時(shí)，駕駛員處于相當(dāng)警惕性的狀態(tài)，設(shè)計(jì)速度為80 km/h時(shí)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.5 s。

同濟(jì)大學(xué)吳斌等[22]基于中國(guó)自然駕駛數(shù)據(jù)，建立了緊急工況下制動(dòng)避撞的駕駛員模型，圖3為51例前車慢行或靜止的直行追尾危險(xiǎn)工況緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間分布圖，研究表明：駕駛員的緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與駕駛工況的緊急長(zhǎng)度相關(guān)，以碰撞時(shí)刻倒數(shù)的臨界值0.2 s-1作為危險(xiǎn)觸發(fā)閾值，駕駛員的緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間分布均值為0.5 s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.63 s，且最大值為2.0 s，一般不超過1.5 s，該研究成果可作為緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間取值的參考依據(jù)。圖3中緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為負(fù)的工況表明駕駛員在危險(xiǎn)觸發(fā)閾值前就采取了制動(dòng)措施。

圖3 追尾危險(xiǎn)場(chǎng)景駕駛員緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間分布及擬合

(2)國(guó)外的研究

在國(guó)外相關(guān)研究成果中，以決策的復(fù)雜程度，即決策的信息容量來確定駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)駕駛員對(duì)于道路條件是否有了預(yù)先的估計(jì)，有預(yù)期反應(yīng)時(shí)間與決策的信息容量之間的關(guān)系見圖4?；貧w得到式(3)計(jì)算。

圖4 有預(yù)期反應(yīng)時(shí)間的模型示意圖

y=1.237 554e0.258 913x，

(3)

式中，y為反應(yīng)時(shí)間。x為信息容量，1個(gè)bit的信息容量相當(dāng)于從兩個(gè)相同概率的反應(yīng)中選擇一個(gè)所需的信息處理量，而從3個(gè)等概率的選項(xiàng)中決策的信息容量，等于1.5 bit；以此類推，得到信息容量的量化水平。

無預(yù)期的反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行同樣的分析，得到相關(guān)散點(diǎn)圖與趨勢(shì)線，見圖5?；貧w模型為：

圖5 無預(yù)期反應(yīng)時(shí)間的模型示意圖

y=1.878 384e0.261 087x，

(4)

式中各符號(hào)的意義同前。

根據(jù)上述模型可計(jì)算不同信息容量情況下有、無預(yù)期的反應(yīng)時(shí)間見表4。

表4 駕駛員是否選擇停車的反應(yīng)時(shí)間

如果選擇信息容量1 bit且為無預(yù)期反應(yīng)時(shí)間是2.439 s；如果選擇信息容量1 bit且為有預(yù)期反應(yīng)時(shí)間是1.603 s。與國(guó)內(nèi)相關(guān)研究相比較，所謂無預(yù)期即為理想行駛狀態(tài)，有預(yù)期就是相當(dāng)警惕性狀態(tài)。在山區(qū)高速公路圓曲線半徑較小路段的內(nèi)側(cè)車道高速行駛時(shí)，符合駕駛員處于相當(dāng)警惕性的區(qū)域，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.603 s，理想狀態(tài)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取2.439 s。

國(guó)外除歐洲七國(guó)反應(yīng)時(shí)間取2 s外，其余國(guó)家駕駛員反應(yīng)時(shí)間大多取2.5 s。根據(jù)AASHTO規(guī)定，駕駛?cè)俗R(shí)別判斷時(shí)間1.5 s，作用時(shí)間為1.0 s，反應(yīng)時(shí)間取2.5 s。這些反應(yīng)時(shí)間基本上為理想狀態(tài)的取值。

(3)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間取值

根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究，駕駛員可望有相當(dāng)警惕性的區(qū)域，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.5 s；國(guó)外相關(guān)研究認(rèn)為如果選擇信息容量1 bit且為有預(yù)期時(shí)反應(yīng)時(shí)間為1.603 s。從國(guó)內(nèi)外的研究成果可以看出，反應(yīng)時(shí)間差別不大。結(jié)合我國(guó)既有高速公路限速調(diào)整(提速)后交通運(yùn)行平穩(wěn)考慮，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.5 s；理想狀態(tài)反應(yīng)時(shí)間取2.5 s是國(guó)內(nèi)外研究人員所認(rèn)可的，即舒適制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。

3.2.2 路面摩阻力系數(shù)

根據(jù)既有研究成果，路面摩阻力系數(shù)一般大于0.5，我國(guó)規(guī)范對(duì)高速公路停車視距計(jì)算時(shí)摩阻力系數(shù)取值范圍為0.29～0.31，對(duì)低等級(jí)公路停車視距計(jì)算摩阻力系數(shù)為0.38和0.44，見表5，路面條件較高速公路差，但摩阻力系數(shù)取值反而高，說明高速公路摩阻力系數(shù)取值偏于安全。國(guó)外較多國(guó)家摩阻力系數(shù)取值高于我國(guó)，詳見表6。

表5 我國(guó)《規(guī)范》中小客車縱向摩阻系數(shù)取值

表6 國(guó)外摩阻力系數(shù)

我國(guó)《路線規(guī)范》采用潮濕狀態(tài)下的道路摩阻系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，取值明顯偏低，與現(xiàn)有路面、車輛性能等匹配度較低。隨著車輛性能的提升以及道路條件的發(fā)展，原先推薦的道路阻力系數(shù)已經(jīng)不再能準(zhǔn)確地反映停車緊急制動(dòng)的實(shí)際情況，綜合國(guó)內(nèi)外摩阻力系數(shù)取值，并按設(shè)計(jì)速度計(jì)算時(shí)，我國(guó)高速公路緊急制動(dòng)摩阻力系數(shù)可取0.46。

3.2.3 汽車緊急制動(dòng)減速度

美國(guó)綠皮書從2001版開始，運(yùn)用汽車制動(dòng)減速度來代替道路摩阻系數(shù)計(jì)算停車視距，德國(guó)、歐盟、澳大利亞也采用制動(dòng)減速度計(jì)算。AASHTO對(duì)45名駕駛員進(jìn)行3 000次制動(dòng)試驗(yàn)，指出大多數(shù)駕駛員在意外發(fā)現(xiàn)前方道路有障礙物需停車時(shí)所采用的減速度>4.5 m/s2，約90%的駕駛員采用的減速度>3.4 m/s2。調(diào)查研究表明大多數(shù)的車輛制動(dòng)系統(tǒng)和多數(shù)道路的輪胎與路面摩擦水平都能提供至少3.4 m/s2的減速率。德國(guó)對(duì)制動(dòng)減速度的取值為3.7 m/s2，歐盟法律條例規(guī)定的制動(dòng)減速度為5 m/s2，各國(guó)平均制動(dòng)減速度如表7所示。

表7 各國(guó)制動(dòng)減速度(單位：m/s2)

同濟(jì)大學(xué)吳斌等[22]基于中國(guó)自然駕駛數(shù)據(jù)，在緊急制動(dòng)工況下未發(fā)生碰撞，駕駛員的制動(dòng)過程在其操控能力范圍內(nèi)，大部分最大制動(dòng)減速度都未達(dá)到車輛或路面的極限情況，圖6是121例追尾危險(xiǎn)工況下緊急制動(dòng)避撞最大制動(dòng)減速度正態(tài)分布及擬合圖，正態(tài)分布均值u=-6.1 m/s2，標(biāo)準(zhǔn)差 1.2 m/s2。

圖6 最大制動(dòng)減速度分布及擬合

小客車制動(dòng)減速度的取值，對(duì)停車視距的計(jì)算結(jié)果影響較大。根據(jù)以上相關(guān)研究可知，在緊急情況下，小客車的最大減速度一般能達(dá)到7.5 m/s2，作為高速公路緊急制動(dòng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，緊急制動(dòng)減速度取4.51 m/s2，約為最大減速度的60%，不僅留有富裕，減速度也不是特別大，給后車保留一定的制動(dòng)距離，為避免追尾留有空間?；谥苿?dòng)減速度的停車視距計(jì)算模型，緊急制動(dòng)減速度采用 4.51 m/s2。

3.2 緊急制動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)反應(yīng)時(shí)間和最大制動(dòng)減速度。緊急制動(dòng)所需要的反應(yīng)時(shí)間與駕駛員年齡、性別、駕駛經(jīng)驗(yàn)有一定關(guān)系，但與駕駛員在行駛時(shí)所保持的警惕性程度關(guān)系最大。從保證舒適制動(dòng)駕駛狀態(tài)考慮，道路通行條件應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的停車視距要求，規(guī)范規(guī)定的停車視距是理想的停車視距。

根據(jù)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的取值研究，所謂緊急制動(dòng)停車視距是指：駕駛員處于有預(yù)期的或高警惕性駕駛狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)前方障礙物所需要的反應(yīng)時(shí)間較無預(yù)期的正常駕駛狀態(tài)短，相應(yīng)的停車視距計(jì)算值較規(guī)范值小。

研究表明：當(dāng)車輛在高速公路內(nèi)側(cè)車道上以限制速度為基準(zhǔn)高速行駛時(shí)，駕駛員對(duì)道路通行條件有預(yù)期，特別是駛?cè)胼^小的圓曲線路段時(shí)，駕駛員保持高警惕性駕駛狀態(tài)；根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的研究數(shù)據(jù)綜合分析，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.5 s，計(jì)算得到的停車視距稱為“緊急制動(dòng)停車視距”，適用于高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車停車視距。在高速公路外側(cè)車道或圓曲線半徑較大的路段，多數(shù)駕駛員處于無預(yù)期的正常駕駛狀態(tài)；多數(shù)國(guó)家(包括中國(guó))對(duì)無預(yù)期的舒適性駕駛狀態(tài)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間均取2.5 s，計(jì)算得到的停車視距稱為“舒適制動(dòng)停車視距”，其值與規(guī)范規(guī)定值基本一致，適用于高速公路內(nèi)側(cè)車道除外的其他車道。

3.4 高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動(dòng)停車視距合理性分析

根據(jù)高速公路實(shí)測(cè)運(yùn)行速度分析，運(yùn)行速度分布圖中V85與高速公路限速基本一致，從圖7可知，設(shè)計(jì)速度或公路限速為120 km/h時(shí)，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(dá)到或超過高速公路限速值，顯然對(duì)行駛速度在110 km/h以上的車輛在較小的圓曲線路段上行駛時(shí)，駕駛員通常有相當(dāng)警惕性。高速公路內(nèi)側(cè)車道作為超車道或快車道，是多車道高速公路限速最高的車道，車輛在內(nèi)側(cè)車道上以限制速度為基準(zhǔn)高速駛?cè)胼^小圓曲線半徑路段時(shí)，特別是駛?cè)胱笃€形路段，由于內(nèi)側(cè)車道停車視距較短，行駛條件最為不利，駕駛員從對(duì)道路通行條件的預(yù)期考慮，必然處于高警惕性駕駛狀態(tài)；同時(shí)考慮小半徑圓曲線路段基本上里程都較短，不存在長(zhǎng)時(shí)間高警惕性帶來疲勞駕駛風(fēng)險(xiǎn)的問題；對(duì)行駛速度在110 km/h以下的車輛，舒適制動(dòng)停車視距基本滿足要求，所以，對(duì)多車道高速公路提出不同車道采用不同的停車視距標(biāo)準(zhǔn)，高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動(dòng)停車視距，高速公路其他車道采用舒適制動(dòng)停車視距，即規(guī)范規(guī)定值。

圖7 高速公路內(nèi)側(cè)車道運(yùn)行速度分布

3.5 緊急制動(dòng)停車視距計(jì)算值及推薦值

綜上研究，基于路面摩阻力系數(shù)的停車視距計(jì)算方法，摩阻力系數(shù)宜取0.46；基于制動(dòng)減速度計(jì)算方法，制動(dòng)減速度宜取4.51 m/s2；舒適制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間取2.5 s，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間取1.5 s。小客車緊急制動(dòng)停車視距和舒適制動(dòng)停車視距計(jì)算值和推薦值如表8所示。采用舒適制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間計(jì)算的停車視距與我國(guó)規(guī)范規(guī)定值較為一致，計(jì)算模型及結(jié)果較規(guī)范規(guī)定值更合理。

表8 緊急制動(dòng)停車視距和舒適制動(dòng)停車視距計(jì)算值及推薦值

4 緊急制動(dòng)停車視距對(duì)應(yīng)的高速公路內(nèi)側(cè)車道圓曲線最小半徑

4.1 基于停車視距的高速公路橫凈距及圓曲線最小半徑計(jì)算公式

車輛在圓曲線行駛時(shí)，駕駛員的視線主要受道路側(cè)向能提供的最大橫凈距和圓曲線半徑影響，左轉(zhuǎn)曲線和右轉(zhuǎn)曲線道路能提供的橫凈距差異較大。根據(jù)幾何關(guān)系，計(jì)算點(diǎn)滿足視距要求圓曲線半徑與橫凈距的關(guān)系的計(jì)算公式為[23]：

(5)

式中，m為橫凈距；R為計(jì)算行車道中心曲率半徑。St為停車視距

由cosα=1-α2/2!+α4/4!-…+(-1)nα2n/2n!，對(duì)式(5)進(jìn)行近似取代簡(jiǎn)化時(shí)n=2，得停車視距圓曲線半徑計(jì)算簡(jiǎn)化公式為：

(6)

4.2 緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑計(jì)算值及推薦值

緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑計(jì)算值及推薦值見表9(計(jì)算過程省略)，從表中可知，當(dāng)設(shè)計(jì)速度80 km/h時(shí)緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑為390 m，較規(guī)范中圓曲線最小半徑一般值小10 m。所以本文推薦內(nèi)側(cè)車道小客車采用緊急制動(dòng)停車視距能較好的釋義停車視距與規(guī)范中圓曲線最小半徑規(guī)定值之間的關(guān)系，即當(dāng)設(shè)計(jì)速度為80 km/h時(shí)，只要圓曲線半徑大于規(guī)范中規(guī)定的圓曲線半徑一般值，高速公路中間帶不需要特殊設(shè)計(jì)。但如果設(shè)計(jì)速度為100 km/h時(shí)或120 km/h時(shí)，由于緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑分別為815 m和1 460 m，分別較規(guī)范中圓曲線最小半徑一般值700 m和1 000 m大115 m和460 m，在不滿足內(nèi)側(cè)車道小客車緊急制動(dòng)停車視距要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或采取限速等措施。

表9 緊急制動(dòng)停車視距所需的圓曲線最小半徑

5 結(jié)論

圓曲線最小半徑如果按內(nèi)側(cè)車道停車視距所需要的圓曲線最小半徑掌握，顯然相當(dāng)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的圓曲線半徑規(guī)定值提高了，而且提高幅度較大。根據(jù)研究，對(duì)中央分隔帶進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)時(shí)，如果需要增加中間帶寬度必然增加較大工程規(guī)模；如果采用改變路面標(biāo)線位置的措施，又會(huì)出現(xiàn)行車道軌跡線不符合圓曲線設(shè)計(jì)要求。結(jié)合既有高速公路圓曲線不滿足停車視距要求的路段交通運(yùn)行平穩(wěn)的現(xiàn)狀，有必要研究高速公路不同車道停車視距計(jì)算參數(shù)的合理取值問題，也只有對(duì)高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距規(guī)定值或圓曲線最小半徑規(guī)定值進(jìn)行修訂，才能使停車視距所需要的最小圓曲線半徑與規(guī)范中圓曲線最小半徑規(guī)定值相一致。本文主要研究結(jié)論如下：

(1)根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究：對(duì)道路通行條件有無預(yù)期或駕駛員是否處于高警惕性駕駛狀態(tài)，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間不同。本文基于已有研究成果基礎(chǔ)上，提出多車道高速公路內(nèi)側(cè)車道停車視距應(yīng)采用不同的標(biāo)準(zhǔn)。研究表明：當(dāng)車輛在高速公路內(nèi)側(cè)車道保持限制速度高速行駛時(shí)，駕駛員對(duì)道路通行條件是有預(yù)期的，特別是駛?cè)胼^小的圓曲線路段時(shí)，駕駛員通常處于高警惕性駕駛狀態(tài)，這時(shí)如果前方發(fā)現(xiàn)障礙物所做出緊急制動(dòng)停車決策的反應(yīng)時(shí)間要短于無預(yù)期的舒適性駕駛狀態(tài)。

(2)根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量研究數(shù)據(jù)綜合分析，當(dāng)駕駛員處于有預(yù)期的高警惕性駕駛狀態(tài)時(shí)，緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可取1.5 s，計(jì)算得到的停車視距稱為“緊急制動(dòng)停車視距”，適用于高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車停車視距。在高速公路外側(cè)車道或圓曲線半徑較大的路段，多數(shù)駕駛員處于無預(yù)期的舒適性駕駛狀態(tài)；多數(shù)國(guó)家(含中國(guó))對(duì)無預(yù)期的舒適性駕駛狀態(tài)緊急制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間均取2.5 s，計(jì)算得到的停車視距稱為“舒適制動(dòng)停車視距”，其值與規(guī)范規(guī)定值基本一致，適用于高速公路內(nèi)側(cè)車道除外的其他車道。

(3)緊急制動(dòng)停車視距較規(guī)范規(guī)定值小，當(dāng)設(shè)計(jì)速度為80 km/h時(shí)，緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑值與現(xiàn)行規(guī)范中圓曲線最小半徑一般值基本一致；結(jié)合既有高速公路圓曲線不滿足停車視距要求的路段交通運(yùn)行平穩(wěn)的現(xiàn)狀，顯然高速公路內(nèi)側(cè)車道小客車采用緊急制動(dòng)停車視距較為合理。當(dāng)設(shè)計(jì)速度為120 km/h或100 km/h時(shí)，其緊急制動(dòng)停車視距所需要的圓曲線最小半徑值較現(xiàn)行規(guī)范圓曲線最小半徑一般值大較多；如果圓曲線路段圓曲線半徑不滿足緊急制動(dòng)停車視距要求，應(yīng)采取特殊設(shè)計(jì)或限速等安全措施。

(4)本文提出的緊急制動(dòng)停車視距較規(guī)范規(guī)定值小，應(yīng)進(jìn)一步開展高速公路內(nèi)側(cè)車道采用緊急制動(dòng)停車視距交通安全風(fēng)險(xiǎn)分析的研究。