一種基於速度安全係數的公路限速值確定方法
2023-07-05 05:00:36
專利名稱：一種基於速度安全係數的公路限速值確定方法
技術領域：
本發明涉及一種公路限速值確定方法，具體說是一種基於速度安全係數的公路限
速值確定方法，可用於設定公路車輛行駛的限速值，達到提升行車安全的目的。屬於公路交 通管理和公路交通安全領域。
背景技術：
公路車輛限速是提升公路交通安全性、保障公路暢通以及提高公路通行效率的重 要措施。合理的限速值應能反映行車條件的優劣，並儘量符合駕駛員的期望，起到輔助駕駛 員選擇與行車條件相適應的車速的目的；過高的限速值會造成車輛速度離散程度較大，可 能埋下事故隱患；過低的限速值會引起駕駛員的牴觸心理，使限速的權威性和正確性遭到 質疑，最終可能使限速處於形同虛設的地位。因此，限速值的合理確定至關重要，它關係著 限速效果的好壞。但目前我國對限速值確定問題尚未有統一的認識和規範化的設計原則， 國家標準中也未有此方面的明確規定，公路限速處於一種比較混亂的局面。
目前主要採用的限速方法主要有2種，分別是設計速度法和85%分位車速法。設 計速度法在我國得到廣泛應用，其思路是以公路設計速度為依據，結合特殊條件，憑經驗將 設計速度降低0-20km/h作為限制速度。例如，某一級公路，其設計速度為100km/h，在管理 上通常將設計速度降低20km/h，以80km/h作為限制速度。85%分位車速法在美國、英國、加 拿大、澳大利亞等國家應用較廣泛，它通過定點單車自由流車速的實地觀測並經統計分析， 取車速累積圖中第85分位車速作為限制速度，即85%車輛的速度在限制速度之下。
兩種方法各有優缺點，並且有一定的適用條件。設計速度法簡單易行，但考慮因素 少，對主觀經驗要求較高，且存在所有路段按統一標準"一刀切"的問題，這樣在條件好的路 段，限速可能偏於保守；85%分位車速以統計學為基礎，考慮了多數車輛的情況，但也存在 2個問題，一是假定了駕駛員有能力和並且願意選擇合理的車速，事實上駕駛員對道路、交 通條件的誤判，選擇了不合理的車速是造成交通事故的重要原因；二是這種方法以交通數 據作為基礎數據，對於缺乏基礎數據的新建公路顯得無能為力。
發明內容
技術問題為克服現有方法對公路實際條件缺乏考慮的不足，本發明提供了一種 有助於提高行車安全的基於速度安全係數的公路限速值確定方法。 技術方案本發明提供的基於速度安全係數的公路限速值確定方法，包括以下步 驟 (1)收集基礎資料 收集公路的基本參數，包括平曲線半徑Rh，豎曲線半徑Rv，路面摩阻係數P ，橫向 摩阻係數％ ，縱坡度iv，路面橫坡度ih，視距S。
(2)計算最高行駛速度(km/h) 此步驟中，計算分三個維度軸向、橫向和豎向。軸向是指汽車行進的方向；橫向是指水平方向，位於平曲線所在平面；豎向是指垂直方向，位於豎曲線所在平面。三個維度 上的因素均對最高行駛速度構成限制，分別對其進行考慮，計算出最高行駛速度，即軸向最 高行駛速度Vj，橫向最高行駛速度V。s2和豎向最高行駛速度v^3。
1)軸向最高行駛速度V』 汽車行駛時，軸向應保證行車視距，在發生意外情況時，駕駛員可以及時發現並採
取避讓措施。軸向最高行駛速度Vj的計算公式如下
(1)
G = ^7779.25(p + fv)2 + 254(伊+ -88.20(> + )
2)橫向最高行駛速度Vj 汽車行駛時，橫向應保證穩定性，在平曲線上行駛上，不發生橫向滑移或者傾覆c
橫向最高行駛速度V。s2的計算公式如下
C7版+" (2)
3)豎向最高行駛速度Vj 汽車行駛時，豎向應考慮駕駛員身體對離心加速度av的承受能力，另外離心加速 度造成的超重或失重效果影響駕駛員操作的穩定性。根據試驗，離心加速度限制在0. 5m/ s2 0. 7m/s2比較合適，另有文獻表明，當離心加速度大於0. 63m/s2時，人體已感覺非常不
舒服。因此取0.63m/sM乍為離心加速度的上限(avm 如下
x)。豎向最高行駛速度V。s3的計算公式
-^/lSo^Ti^ =^13x0.63_Rv =^/8.19i v (3)
(3)選擇速度安全係數
速度安全係數的意義是將車輛行駛速度限制在最高行駛速度的一定比例之下，達 到預留安全空間，提高安全性的目的。經發明者的研究發現，三個維度上要求的安全係數並 不一致，分別為
l)軸向安全係數nv1 根據發明者的研究，軸向安全係數取值為1.3-1. 9，其具有的實際意義為當發生 意外狀況時，駕駛員即使比正常反應慢1秒，仍能成功避險。軸向安全係數的具體取值需要 進行試算確定，試算流程為 首先，假定限制速度Vsl為120km/h，計算限制速度要求的停車視距Ss
2見
=
3.6 + "
然後，計算富餘的安全距離Ax和允許的反應延遲時間At A x = S-Ss (5) Ax
(4)
(6) 接著，對允許的反應延遲時間A t進行檢驗，如果A t小於1秒，則將限速值降低 10km/h，並重新計算At，直到At大於等於l秒，結束試算。軸向最高行駛速度與此時的限制速度的比值，即為滿足要求的軸向安全係數。
2)橫向安全係數n/ 根據發明者的研究，橫向安全係數應取值3. 0。 橫向穩定性的本質是橫向力係數P與道路橫向摩阻係數^的關係當P大於外時，車輛將發生橫向滑移，車輛運行不穩定；當P小於外時，車輛運行穩定；P佔^的比例越小，車輛的運行相對越穩定。定義P為P與^的比值，P與橫向安全係數的關係為
formula see original document page 5 橫向安全係數取值3.0時，橫向力係數佔用了約11%的道路橫向附著係數，車輛
處於安全的運行狀態。 3)豎向安全係數n/ 根據發明者的研究，豎向安全係數應取值1. 5。 豎向安全係數的本質是減小豎向離心加速度，車輛行駛時產生的豎向離心加速度av與豎向離心力的上限值0. 63的關係為0.63"v=T"irr (8) 豎向安全係數取值1. 5時，豎向離心力為0. 28m/s2，駕駛員處於較舒適的狀態。[O(HO] (4)初定限速集合 步驟2中得到三個維度上的最高行駛速度，步驟3中給出了三個維度上的速度安全係數取值標準，將三個維度上的最高行駛速度分別除以對應的速度安全係數，得到可選的限速值。為方便管理和執行，限速值應該是10的整數倍。因此，將三個維度上的可選限速值分別向下取10的整數倍數值，然後將三個值中的最小值，即
formula see original document page 5
取小函數，INT為取整函數，將公路的最低設計速度20km/h作為限速集合的下限。上限值、下限值以及兩者中間的所有10的整數倍數值，組成初定的限速集合{Vj| j = 1 mh式中Vj為初定的限速集合中的元素，m為元素的個數。
(5)期望車速優選 在保障交通安全的前提下，公路限速應儘量符合駕駛員的期望。駕駛員的期望車速指的是在交通量較小時，駕駛員期望能達到的行駛速度，期望車速可以通過問巻調查得到。本步驟通過調查駕駛員的期望車速，從限速集合中優選出一個最接近期望車速的限速值。期望車速用Vi表示，期望車速為Vi的駕駛員所佔的比例用fi表示。優選公式為
formula see original document page 5 式中Vi為駕駛員的期望車速，&為期望車速為Vi的駕駛員所佔的比例，n為期望車速的個數。 將步驟4得到的初定的限速集合的所有元素代入式(9)計算，經計算，如果出現了唯一的最小值，則最小值對應的初定限速集合中的元素即為優選限速值；如果出現了 2個最小值，則最小值對應2個初定限速集合中的元素，取其中的較大者為優選限速值，所述優選限速值為限制速度。
有益效果 本發明借鑑了傳統安全係數的思想，將公路允許的最高行駛速度與限制速度的比值定義為速度安全係數。在設置限速值時，首先根據公路的實際條件計算公路允許的最高行駛速度，然後選擇合適的安全係數，將車輛的速度限制在最高行駛速度的一定比例之下；在滿足速度安全係數的基礎上，通過期望車速優選，使限速值儘量符合駕駛員的期望。這種方法確定的限速值能反映行車條件的優劣，並且預留了安全空間，更容易被駕駛員接受，從而可以達到使交通流穩定運行，提升交通安全的目的。
1.由於綜合考慮了公路的實際條件，這種方法確定的限速值能反映行車條件的優
劣。在行車條件好路段實行較高限速標準，提高運輸效率；在行車條件較差的路段實行較低
的限速標準，保證交通安全。這樣能避免出現行車條件很好，卻依照設計速度執行過低限速
標準的情況，或者行車條件很差，卻執行過高限速標準的情況，因此更合理 2.由於引入了速度安全係數的概念，可以清楚地描述預留的安全空間。通過對速
度安全係數取值的限制，使限速值能保證期望的安全空間。這樣，當駕駛員發生較小的操作
失誤時，可以有時間和空間及時調整過來，避免嚴重事故的發生，因此安全性得到了提升。 3.由於將駕駛員的期望車速納入到確定限速值的流程中，這種方法確定的限速值
在滿足安全要求的前提下，可以儘可能接近駕駛員的期望車速。這樣，駕駛員對限速值的滿
意度高，更願意遵守。
圖1為基於速度安全係數的公路限速值確定方法基本流程圖。
圖2為最高行駛速度和速度安全係數的三維方向示意圖。
圖3為軸向安全係數試算流程圖。
具體實施例方式本發明提供的一種基於速度安全係數的公路限速值確定方法是這麼實現的
(1)收集公路基礎資料，所述的公路基礎資料包括平曲線半徑Rh(m)，豎曲線半徑Rv(m)，路面摩阻係數^ (無單位)，橫向摩阻係數^ (無單位)，縱坡度iv(無單位，上坡為正，下坡為負)，路面橫坡度ih(無單位，有利於車輛在平曲線上行駛時為正，否則為負)，視距S(m); (2)分別計算軸向最高行駛速度Vj、橫向最高行駛速度V。s2和豎向最高行駛速度
1/，所述的軸向最高行駛速度^的計算方法為
G = V7779.25(^ + 02 + 254(伊+ z')S - 88.20(> + 所述的橫向最高行駛速度V。s2的計算方法為
所述的豎向最高行駛速度V。s3的計算方法為formula see original document page 7 (3)將橫向安全係數n/設定為3.0，將豎向安全係數n/設定為1.5，並試算軸向
安全係數n二所述的軸向安全係數nv1的試算方法為 假定限制速度Vsl為120km/h，計算限制速度要求的停車視距Ssformula see original document page 7 然後，計算富餘的安全距離A x和允許的反應延遲時間A tformula see original document page 7
接著，對允許的反應延遲時間A t進行檢驗，如果A t大於等於1秒，結束試算；如果At小於l秒，則將限速值降低10km/h，並重新計算At，直到At大於等於l秒，結束試算，軸向最高行駛速度與此時的限制速度的比值，即為滿足要求的軸向安全係數； (4)將formula see original document page 7作為限速集合的
上限，其中min為取小函數，INT為取整函數，將公路的最低設計速度20km/h作為限速集合的下限，上限值、下限值以及兩者中間的所有10的整數倍數值，組成初定的限速集合{Vj| j=1 m}，式中Vj為初定的限速集合中的元素，m為元素的個數； (5)使用期望車速優選方法，從初定的限速集合中優選出一個最接近期望車速的值作為公路限速值，所述的期望車速優選方法是formula see original document page 7
式中Vi為駕駛員的期望車速，&為期望車速為Vi的駕駛員所佔的比例，n為期望車速的個數。駕駛員的期望車速指的是在交通量較小時，駕駛員期望能達到的行駛速度，期望車速可以通過問巻調查得到。將初定限速集合中的所有元素代入上式計算，經計算，如果出現了唯一的最小值，則最小值對應的初定限速集合中的元素即為優選限速值；如果出現了 2個最小值，則最小值對應2個初定限速集合中的元素，取其中的較大者為優選限速值，所述優選限速值為限制速度。 結合圖l，對本發明做進一步說明，示例如下
(1)收集公路基礎資料 某公路的基本特徵參數為平曲線半徑Rh :1278m，豎曲線半徑Rv :10500m，路面摩
阻係數P:O. 4，橫向摩阻係數％:0. 4，縱坡度iv :1. 99%，路面橫坡度ih :0. 03，視距S :200m。 (2)計算最高行駛速度 軸向最高行駛速度Vj :113. 6km/h 橫向最高行駛速度Vcs2 :264. 2km/h 豎向最高行駛速度Vcs3 :293. 2km/h (3)選擇安全係數。 橫向安全係數係數nv2取值3. 0 ，豎向安全係數nv3取值1. 5 ，軸向安全係數riv1需試算，步驟如圖3所示。 1)假定限速值為120km/h，則A t = _0. 15 < 1，不合格; 2)將限速值降為110km/h，貝U A t = 0. 09 < 1，不合格； 3)將限速值降為100km/h，貝U A t = 0. 37 < 1，不合格； 4)將限速值降為90km/h，則A t = 0. 68 l，合格，結束試算。 軸向安全係數取值為113. 6/80 = 1. 42。 (4)初定限速集合。 軸向限制速度113. 6/1. 42 = 80km/h橫向限制速度264. 2/3. 0 = 88km/h 豎向限制速度293. 2/1. 5 = 195km/h 將這三個值分別向下取10的整數倍數值，並取最小值80km/h為限速集合的上限。因此，初定限速集合為:{20， 30……70,80}
(5)期望車速優選 根據調查，期望車速為70km/h的駕駛員佔20%，期望車速為80km/h的駕駛員佔50%，期望車速為90km/h的駕駛員佔30%。經過優選公式的選擇，取限速值為80km/h。
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權利要求
一種基於速度安全係數的公路限速值確定方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)收集公路基礎資料，所述的公路基礎資料包括平曲線半徑Rh，豎曲線半徑Rv，路面摩阻係數橫向摩阻係數縱坡度iv，路面橫坡度ih，視距S；(2)分別計算軸向最高行駛速度Vcs1、橫向最高行駛速度Vcs2和豎向最高行駛速度Vcs3，所述的軸向最高行駛速度Vcs1的計算方法為所述的橫向最高行駛速度Vcs2的計算方法為所述的豎向最高行駛速度Vcs3的計算方法為 V cs 3= 13 avmax Rv = 13 0.63 Rv = 8.19 Rv (3)將橫向安全係數nv2設定為3.0，將豎向安全係數nv3設定為1.5，並試算軸向安全係數nv1，所述的軸向安全係數nv1的試算方法為假定限制速度Vsl為120km/h，計算限制速度要求的停車視距Ss然後，計算富餘的安全距離Δx和允許的反應延遲時間ΔtΔx＝S-Ss t= x Vsl 接著，對允許的反應延遲時間Δt進行檢驗，如果Δt大於等於1秒，結束試算；如果Δt小於1秒，則將限速值降低10km/h，並重新計算Δt，直到Δt大於等於1秒，結束試算，軸向最高行駛速度與此時的限制速度的比值，即為滿足要求的軸向安全係數；(4)將作為限速集合的上限，其中min為取小函數，INT為取整函數，將公路的最低設計速度20km/h作為限速集合的下限，上限值、下限值以及兩者中間的所有10的整數倍數值，組成初定的限速集合{vj|j＝1～m}，式中vj為初定的限速集合中的元素，m為元素的個數；(5)使用期望車速優選方法，從初定的限速集合中優選出一個最接近期望車速的值作為公路限速值，所述的期望車速優選方法是 i=1 n f i| v i- v j| 式中vi為駕駛員的期望車速，fi為期望車速為vi的駕駛員所佔的比例，n為期望車速的個數，將初定限速集合中的所有元素代入上式計算，經計算，如果出現了唯一的最小值，則最小值對應的初定限速集合中的元素即為優選限速值；如果出現了2個最小值，則最小值對應2個初定限速集合中的元素，取其中的較大者為優選限速值，所述優選限速值為限制速度。F2009102345157C0000011.tif,F2009102345157C0000012.tif,F2009102345157C0000013.tif,F2009102345157C0000014.tif,F2009102345157C0000016.tif,F2009102345157C0000021.tif,F2009102345157C0000022.tif,F2009102345157C0000023.tif
全文摘要
一種基於速度安全係數的公路行駛車輛限速值確定方法，包括以下步驟收集基礎資料，即公路的平縱線形設計參數；分軸向、橫向和縱向三個維度，計算公路的最高行駛速度；為每個維度選擇合適的速度安全係數；將三個維度的最高行駛速度除以速度安全係數，得到三個維度的可選限制速度，取三個限速值的最小值作為限速集合的上限，得到初定限速值；通過駕駛員的期望車速優選限制速度。這種方法確定的限速值反映了行車條件的優劣，並且預留了安全空間，容易得到駕駛員的遵守。
文檔編號G08G1/052GK101714297SQ20091023451
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者李鑫銘, 陸建 申請人:東南大學