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交通流状态与交通安全 1 1 交通流状态与交通安全 高速公路基本路段上车流是全封闭式的非间断流 车辆在行驶过程不受非机动车和行人的干扰 在不同的交通流状态下 车辆运行对应着不同的行车状态 在低交通密度时 车辆处于自由行驶的状态 车辆间相互影响小 在中等交通密度时 车辆处于跟驰和超车的状态 车辆间有一定的影响 在高密度交通流时 车辆处于跟车状态 超车较为困难 2 1 1 自由行驶行为 在自由流状态下 车辆所受约束较小 驾驶员根据实际的道路情况 产生了期望运行速度 通过车辆的加速或减速以达到期望运行速度 从而获得最大的行车利益 比如提高速度 缩短行程时间 期望车速受驾驶员个性 车辆动力性能 道路线形及路面条件的影响 不同驾驶员驾驶不同车辆在不同的道路上行驶 期望车速也不同 通常服从正态分布 3 1 2 跟车行驶行为 在高密度交通流的状态下 车辆处于非自由行驶状态 即车辆是以车队形式运行 车辆的驾驶行为主要由车队的整体运动特性决定 车辆特征和驾驶员个性的影响较小 通常驾驶员根据前车的速度 本车的速度 加速度以及车辆间距等状况 选择相应的驾驶行为 如加速行驶 或减速行驶等 4 1 2 跟车行驶行为 运行特征 1制约性车辆在跟车过程中 需满足紧急停车情况下车辆不发生碰撞 即车间距大于安全停车间距 因此 跟车的车速应保持在前车车速一定范围内 避免前后车速差引起车间距减小 同时在跟车过程中 后车驾驶员为防止邻近车道车辆驶入紧随前车行驶 这些影响因素制约着车辆安全跟车行驶 图2 5表示跟车与前车行为的一致性 5 1 2 跟车行驶行为 运行特征 2延迟性驾驶员的操作反应过程是由感知阶段 认识 判断和操作四个连续阶段组成 这四个阶段所需的时间称为反应时间 当前车运行状态发生改变 如突然紧急制动 减速等 时 跟车驾驶员产生反应 随后进行驾驶操作 此时前后车运行状态的改变不是同步的 具有一定的延迟性 3传递性跟车行驶的一列车队 车辆之间总是相互影响的 第一辆车的运行状态影响着第二辆车的运动状态 第二辆车又影响第三辆车 依此类推 当第一辆车紧急制动时 随后第二辆车也将紧急制动 第三辆车随后也采取紧急措施 这样就形成了向后传递推移的阻尼波 可见 车队中任何一辆车运动状态的改变都将影响其跟随车辆的运动状态 6 1 3 换车道行驶行为 在中等交通流密度状态时 车辆间存在着可变换车道的间距 高速行驶的车辆为摆脱慢速车辆的限制而变换车道 从而获得最大的驾驶满意程度或达到一定的驾驶目的 如驶出或驶入匝道 根据车道变换要求 将换车道分为判断性换车道 discretionarylanechanging 和强制性换车道 mandatorylanechanging 两类 在高速公路的基本路段上 车辆主要发生判断性换车道行为 其行为产生的动机主要有 1 提高车辆运行速度 2 超越慢车或重车 3 避让行人或障碍物 在判断性换车道过程中 首先驾驶员要根据当前车道和目标车道的运行车速 判断能否进行车道变换 其次观察目标车道及当前车道前后车的运行情况 估计目标车道可接受间隙的大小 如果可接受间隙不能满足安全变换车道的要求 那么驾驶员将保持车辆在当前车道上继续行驶 如果可接受间隙能够满足安全变换车道的要求 那么驾驶员将实施车道变换操作 从而在目标车道加速到更大的速度 7 2 车辆运行安全性分析 超速行驶安全性跟车行驶安全性换车道行驶安全性 8 2 1 超速行驶安全性 超速行驶是高速公路交通事故发生的一个主要原因 由于高速公路是全封闭 全立交 横向干扰少 在低密度交通流状态下为车辆超速行驶创造条件 当遇到紧急情况时 预留给驾驶员的反应时间很短 极易导致交通事故发生 另一方面 连续的高速行驶容易导致轮胎的温度过高 轮胎内的空气急剧膨胀 这样容易出现车轮爆胎 导致事故的发生 我国高速公路管理条例中规定车辆行驶的最高速度为120km h 设计车速根据不同的道路条件分为120km h 100km h 80km h等标准 然而在实际道路运营中存在着大量运行车速远远高于设计车速的情况 9 2 1 超速行驶安全性 20世纪80年代 国外学者Gipps对自由行驶状态下车辆运行安全进行研究 他认为 1 当车辆运行速度小于期望车速时 车辆保持加速度状态 其大小随着发动机扭矩的增加而增加 2 当车辆的运行车速达到期望车速时 加速度减为0 车辆保持原来的运行车速 3 当车辆的运行车速超过期望车速时 驾驶员采取减速措施 车辆减至期望车速 他通过在公路上反复进行自由车辆行驶试验 建立自由行驶状态下车辆安全行驶模型 10 2 2 跟车行驶安全性 在交通密度高的交通流状态下 驾驶员无法实施变换车道的行为 紧随前车行驶 同时为防止邻近车道上车辆的驶入 驾驶员倾向于保持小间距高速行驶的状态 在高速跟车状态中 当前车遇到紧急情况突然刹车时 由于车辆间距较小 容易引发后车与前车发生碰撞 11 2 2 跟车行驶安全性 小汽车跟驰小汽车安全分析 取小汽车的车身长度为6m 安全停车距离L 9m 前后车制动减速度为 7 4m s2 12 2 2 跟车行驶安全性 小汽车跟驰中型汽车安全分析 取中型汽车的车身长度为12m 制动减速度为 6 2m s2 安全停车距离L 15m 13 2 2 跟车行驶安全性 小汽车跟驰重型汽车安全分析 取重型汽车的车身长度为16m 制动减速度为 5 5m s2 安全停车距离L 20m 14 2 3 换车道行驶安全性 换车道安全影响因素 高速公路为车辆提供了良好的行车环境 在低交通流密度时 驾驶员可以根据道路 交通及车辆运行状况 选择运行速度和行驶车道 在高速公路基本路段上车辆主要发生判断性变换车道 不包括因车道封闭施工 交通事故等关闭车道 行为 在车辆变换车道之前 驾驶员首先判断目标车道的车头间距 期望车速等 15 2 3 换车道行驶安全性 通常情况下 驾驶员都会选择一个大于临界车头时距 criticalgap 的时机进行车道变换 只有当邻近车道的车头时距足够大时 驾驶员才会进行车道变换操作 然而在某些情况下 如行车道和超车道被慢车长时间占用 快车处于低速跟车行驶状态 驾驶员处于情绪焦急烦躁时期 这时驾驶员不断寻找变道时机 并在小间距时进行车道变换 在这种情形下 驾驶员接受的车头间距通常比临界车头时距小20 16 2 3 换车道行驶安全性 安全约束条件 第一约束条件 避免换车道车辆1F与当前车道前车1L追尾第二约束条件 避免换车道车辆1F与目标车道后车2F相撞第三约束条件 避免换车道车辆1F与目标车道前车2L追尾 17 3 研究实例 3 1 实验路段 18 3 研究实例 3 1 实验路段 19 3 研究实例 3 2 仿真分析仿真试验采用同济大学交通运输工程学院引进德国PTV公司的VISSIM交通仿真软件 根据预测的交通量和交通组成 考虑高速公路车辆性能差异特性 并结合路线平面和纵断面线形对车流影响特征 仿真试验重点研究交通量在1000veh h 2000veh h 3000veh h及4000veh h时 小车与货车比例分别为7 3 8 2 9 1时 汽车行驶的跟车风险和换车道风险 20 3 研究实例 3 2 1 交通量为1000veh h时仿真分析 21 3 研究实例