灾害天气下高速公路车速及间距控制研究高速公路车速与间距

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本文从各种苦难天气对高速马路安好的危害入手，将苦难天气分成三类，针对不同的气象条件，分析安好间距操纵问题，得出了安好限制速度模型。在分析高速马路路段车流运行安好条件根基上，从宏观和微观角度，建立了以保证交通安好为目的的车流操纵模型，预防苦难天气引起的交通事故，对有效保障高速马路行车安好及安好运营至关重要，具有重大的现实意义。

苦难天气；车速；运营；操纵

据2022年国际马路安好会议公布的数据，苦难性天气直接或间接导致的交通事故在有交通事故中约占1/4，2022年在雨、雪、雾、大风、阴天、沙尘等天气条件下，共发生交通事故103661起，死亡23469人，伤97848，直接经济损失达612万余元。以上统计数据显示，随着高速马路的进展以及高速马路网的形成，苦难性天气对道路交通安好的影响越来越成为人们关注的热点。随着高速马路交通安好问题的日益突出。同时缺乏对特殊气象条件下的高速马路交通安好操纵手段，致使中国高速马路交通事故率和交通事故死亡率比兴隆国家高。由于交通事故的影响因素涉及到人、车、路、环境及管理等多方面，对我国高速马路事故发生有全面、客观的熟悉，重点分析了苦难性天气高速马路安好行车及高速马路运营的影响。因此，开展关于苦难性天气状况下高速马路交通安好操纵的研究，提出解决问题的方法，预防不良天气引起的交通事故，对保障人民生命和财产安好，具有重大的现实意义。

一、苦难天气的分类

在我国，苦难天气主要包括暴雨、雪、雾、沙尘暴、结冰和高温等，视其对交通事故的影响可分为三类。I类是仅影响驾驶员有效视距而需调整驾驶员知觉回响时间的气象，如雾天、小雨、下雪初期等；Ⅱ类是仅影响道路路面条件而需变更轮胎与路面之间附着系数的气象，如雨、雪天之后路面积水、潮湿、结冰等；Ⅲ类是既影响驾驶员有效视距、又影响道路路面条件如大雨、大雪等天气。

二、苦难天气对行车安好的危害

苦难天气条件对高速马路安好行车的影响，必然会造成高速马路通行才能降低，从国内外高速马路大量交通事故统计分析资料说明：在雨、雾、冰、雪、强风等恶劣天气条件下，交通事故发生率高。由恶劣天气引发的交通事故占事故总数的1/4左右，并且很轻易造成二次事故和连环事故。路上有冰、雪时，路面摩擦力变小，雾天、雨天、夜晚能见度低，这些都是事故发生的诱因所在，而且客观上均属于不成抗拒的自然因素，所以只能通过人为的防范措施来制止或裁减交通事故。但假设安好操纵措施不当，高速马路就会形成拥挤或中断；为保证行车安好，预防交通事故的发生，有时会采取封闭高速马路的措施，这样给沿线地区和马路管理部门等带来重大经济损失。以下将对三种常见的苦难天气举行分析。

1、雾天行车

雾是一种对环境与人类无害的自然天气现象，但却危害高速马路的交通安好。大雾对高速马路交通安好的影响主要表现在两个方面。

第一，雾使能见度下降。根据调查，有70%左右的驾驶员在进入雾区时心理过度慌张，85%左右的驾驶员在雾天开车感到疲乏，87.5%的驾驶员驾驶模样会发生变化。因此，一有意外，轻易恐慌失措而引发交通事故。

其次，由于雾水与积灰、尘土混合，导致轮胎与路面的附着系数减小，更加是北方冬季时，冰雾会在高速马路路面形成一层薄冰，轮胎与路面的附着系数下降更为明显，从而导致制动距离延长、行驶打滑、制动跑偏等现象发生。

2、雨天行车

雨天行车，视线障碍较大，并且雨天处境下的路面摩擦系数不到枯燥铺装路面的一半，因而车轮极易打滑。另外，枯燥路面上，车辆加速，附着系数几乎没有变化；而在潮湿路面上，随着车速增加，路面的摩擦系数急剧减小，车辆制动距离逐步增大，对行车安好造成极为不利的影响(见表1)。

表1不同状况下的道路摩擦系数

道路状况摩擦系数

枯燥水泥路面0．7~1

潮湿水泥路面0.4~0.6

下雨开头时0.3~0.4

3、雪天行车

高速马路上冰雪聚积使路面变滑，汽车转向及制动的稳定性下降，汽车操纵困难。据英国的气候条件与交通事故资料统计，降雪时高速马路事故发生率是枯燥路面的5倍，结冰时事故发生率是枯燥路面的8倍。

在冰雪天气条件下，路面附着系数仅为正常枯燥路面附着系数的1/8至1/4，车速越高，路面附着系数越小，车辆制动距离增大，制动困难，对行车安好要挟极大。

在冰雪积滑的路面上行驶，车轮各片面作用力稍不平衡(如转向、制动和猛然加、减速度)即可造成整车失去平衡，导致侧滑、甩尾失控，从而导致事故发生。此外，由于雪天的路面比雨天路面更滑，一些驾驶员对路面积雪湿滑程度估计缺乏也易导致事故发生。当雪后晴天时，由于积雪对阳光的猛烈反射作用，产生眩光，即雪盲现象，也会使驾驶员视力下降，成为安好行车的潜在危害。

由以上分析可见，苦难天气对车辆行驶的影响主要是由于雾、雨、雪等不良天气因素导致能见度降低和路面冻结、润湿造成路面附着系数降低产生打滑现象等理由造成的。

三、苦难天气下高速马路的车速及间距操纵

路段是高速马路最主要的组成片面，研究路段车流安好操纵问题，保证路段车流的安好运行，是制止交通事故发生的关键。安好间距操纵和速度限制是保证高速马路路段安好行车的两个主要手段。

1、行车安好间距

安好间距为得志行车安好要求而需要保持的最小车头间距，以h表示。由于高速马路路段车流是呈车队形式，因此应从跟车行驶状态来推导安好间距公式。在跟车行驶状态，前后车车速相等，考虑行车过程中的停车需要，那么安好间距应为前车紧急停车时，后车亦停车且不至于发生追尾事故需要的最小车头间距。图1为跟车行驶状态前后车的停车过程。

图1跟车状态下的停车过程

由图可得安好间距的表达式为：

�h=l+l�2+L�2-L�1

＝l+V・t+V�22g(φ�2±i)V�22g(φ�1±i)（1）�

式中：h―安好间距(m)。

�l�―最小车头间距(m)。

�l�2�―后车回响距离(m)}�l�2�=V・t

T―为后车司机回响时间(S)，为知觉回响时间t，与抬脚到制动生效时间�l�2�之和。

�L�2�―后车制动距离(m)，�L�2=V�22g(φ�2±i)�

�L�1�―前车制动距离(m)，�L�1=V�22g(φ�1±i)�

V―行车速度(m/s)

�φ�―为车轮与路面间滑动摩阻系数，在制动过程中不是恒值，随车速、路面布局、轮胎外观花纹、气候条件(干或湿)等因素而变化。

(1)一般安好间距

上式反映了停车过程的常规要求，所以称得志(1)式的安好间距为一般安好间距，不计坡度，公式为

�h=l+l�2+L�2-L�1��

�=l+V・t+V�22gφ�2-V�22gφ�1�（2）

在实际应用中，�l�受道路交通环境影响甚小，可视为常数。因此，安好间距将随行车速度、回响时间及前、后车制动性能等因素的变化而变化。

(2)充分安好间距

通常处境下，前车的停车过程是急刹车状态，后车那么由于有前车刹车信号(尾灯)的提示，可认为是缓刹车状态，考虑极端处境，前车为瞬间中断，即L�1=0，那么安好间距关系式变为：

�h��充分＝l+V・t+V�22gφ�2�（3）

式(3)反映了停车过程最不利的处境，即指在其前车突然中断时能够保证不发生追尾碰撞的最短车辆之间的距离，所以得志（3)式的安好间距就是充分安好间距。

(3)根本安好间距

考虑较为梦想的车辆条件，设前、后车制动性能一致，即L1=L2，那么安好间距关系式变为：

h��根本＝�l�+V・t（4）

实际上，车辆的安好检查要求车辆具有模范的刹车距离，而且前车的刹车尾灯也将保证后车能实时感受到前车的减速信号，所以通常不会发生最不利的前车瞬间中断状况，所以，根本安好间距对比符合实际处境，可以保证行使车辆的一般安好要求。

由此可知，安好间距为安好水平的判定供给了一个客观尺度。从根本安好间距、一般安好间距到充分安好间距，其安好水平是递增的，而且从理论上讲，只要保持根本安好间距，就能保证行车安好。

2、苦难天气条件下跟驰状态运行的安好限速

为了保证在不同气象条件下高速马路行车安好，除了为驾驶员供给安好车辆间距信息外，还应供给相应的安好车速，这就需要针对不同气象条件来操纵行车速度。车速操纵是在高速马路主线上设置可变限速标志来限制行车速度，从而使主线上的车辆能够安好行驶，同时提高道路的通行才能。

车辆运行转向和制动以车轮和路面存在附着力为前提，路面润湿、结冰和积雪都会显著降低路面平均附着系数，减小路面抗滑才能，车轮易产生滑动，而浓雾、大雨、大雪都会降低驾驶员的能见度。针对不同行车安好的需要，这里主要提出行驶安好限速和事故安好限速两种安好限速。

（1）行驶安好限速

在恶劣气象、路面环境下，假设车辆保持安好间距行驶时，此时反映了保证安好停车的最低要求。安好间距只与车辆速度，司机回响时间有关，路面变化对其没有影响。

①当有效视距S�D大于根本安好间距时；车辆能在保证根本安好的条件下正常行驶。

②有效视距S�D小于根本安好间距h��根本时

把有效视距S�D视为根本安好间距，得出相应的行驶车速作为车速限值。即

�S�D=h��根本＝V・t3.6+l�（5）

求解可得安好行车限制速度:

�v=3.6(S�D-l)t=3.6(S�D-l)t�1+t��1s+t�2�（6）

（2）事故安好限速

为了保证行车安好，车辆行驶过程中驾驶员理应在确定的距离外就能明显地确认前方车道上的障碍物。对于单向行驶车道，这个距离称为停车视距S，等价于前面论述的安好间距。

�S=v・t3.6+v�2254(φ-ε)+l�（7）

式中，S为停车视距，单位米(m)；为路面与轮胎的纵向附着系数，在制动过程中不是恒值，随车速、路面布局、轮胎外观花纹、气候条件(干或湿)等因素而变化，在不良气象条件下，可修正为φ-ε；其余同上。

III类气象条件为I、II两类气象条件的综合，因此在III类气象条件反映了最不利的清况。

①有效视距S�D大于停车视距S时

车辆以规定范围内的任何车速行驶，驾驶员在车内所见到的环境能见度应大于该车速下的停车视距。这样，即使车道上突然展现障碍物或前车突然停住，驾驶员都能实时察觉并有足够的时间举行避让和刹车。

②有效视距S�D小于停车视距S时

为了预防浓雾、大雪、大雨天气展现交通事故，理应检测能见度，把检测结果视为停车视距，并找出相应的行驶车速作为事故安好限速值。

�S�D=v・t3.6+v�2254(φ-ε)+1�(8)

求解得事故安好车速

�v=64516(φ-ε)�2t�2+13167.36(S�D-l)-254(φ-ε)t7.2�（9）

气象检测器可根据雾、雨、雪的处境计算出能见度S�D。附着系数必依不同的车速、轮胎类型、路面类型、粗糙度和潮湿程度而变化，有研究得出最安好条件下φ与初速度的关系，在实际计算过程中，采用迭代计算方法，即可得出实际摩阻系数叻和事故安好限制车速［8］。

3、路段车流安好操纵模型

高速马路路段车流是呈车队形式，描述车流状态的变量有交通量、车流密度和行车速度。对于平匀连续的稳定车流来讲，只要确定其中任意两个变量即可完全抉择路段车流的运行状态，而对任意的车流来讲，仅给定车流宏观描述变量车流密度、行车速度或交通量还不能完全抉择路段车流运行状态，务必同时给定车流微观变量，如车队中任意前后相邻两车之间的车辆间距或车辆时距，才能完全确定路段车流状态。

（1）交通流运行安好条件确实定

要保证高速马路交通安好务必从微观(车辆运行)和宏观(车流运行)两个方面对交通流操纵，裁减车流随机性，增加其确定性，使交通事故发生的可能性降为最小。

受车辆运行安好条件是：在确定交通环境条件下，以确定速度运行的车流中前后相邻两车之间务必保证必要的车辆安好间距h及相应的车辆安好时距T�A。

车流运行安好条件是保证合理的路段车流速度和车流密度以使车流运行保持平匀、稳定。

描述路段车流微观状态即车辆运行状态的变量可以是车辆间距H，车辆时距T和行车速度V。在通常道路交通环境条件下，路段车流微观变量之间存在H=VT的关系，其中任意两个可以作为自变量，另外一个作为因变量。在雨、雾、雪、路面结冰等特殊道路交通环境下，由于这些变量保证行车安好的限制值到不完全一致因素的影响，在确定程度上是相互独立的，它们之间的关系也变得繁杂，需要依据概括条件确定能保证行车安好的安好速度V�A、车辆安好间距h和车辆安好时距T�A。

（2）路段车流安好操纵模型

路段车流的宏观状态可用路段车速V，车流密度K和交通流量Q描述，车流微观状态可用车辆间距H和车辆时距T描述。在确定交通流条件下路段车流宏观变量是车流微观变量的函数，所以车流描述变量是相关的。建立路段车流安好操纵模型需要选取足够多、且相互独立的车流变量作为操纵变量来实现对车流状态的完全操纵。设高速马路某路段畅行速度珍堵塞密度K�f，车流为连续、不休止、平匀分布的稳定车流，流入该路段的车流量为Q，那么该路段车流安好操纵模型为车流变量关系方程。

宏观方程

�Q=VK（11）

V=12V�f±V�2�f-4QV�fK�f（12）

K=V�f-K�jV（13）

微观方程

K=1H（14）

V=HT（15）

车流变量约束方程

H≥h（16）

T≥T�A（17）

K≤K�A（18）

V≤V�A（19）�

式中：Q，K，V为路段车流宏观状态描述变量；H，T为路段车流微观状态描述变量；h，T�A，V�A，K�A分别为安好车辆间距、安好车辆时距、安好速度和安好车流密度。

四、结论

本文就苦难天气下，从如何制止交通事故