基于自然驾驶的互通立交匝道横向加速度特性研究

发布时间：2020-08-10 08:46

【摘要】：互通式立体交叉作为一种重要的道路构造物,通过匝道使各个方向的车流在不同高程的平面上行驶,消除和减少了冲突点,保证了交通安全,有效提高了道路的通行能力。本文依托于国家自然科学基金上项目和交通运输部应用基础研究项目,以三种典型互通式立交匝道(环形、迂回式、螺旋形)作为研究对象,通过自然驾驶实验研究其横向加速度特性,开展的自然驾驶实验涉及9座立交、26条匝道。同时,有16位不同职业的驾驶人作为被试参与本项实验,获得大量的自然驾驶数据。分析汽车在匝道上连续行驶的横向加速度变化曲线,发现环形、螺旋形匝道横向加速度均呈“三阶段”变化特征:驶入增长阶段、稳定或变化阶段、驶出降低阶段,其中环形、螺旋形匝道横向加速度第二阶段变化主要以“稳定阶段”为主,分别占比41%和53%。;迂回式匝道横向加速度呈“五阶段”变化特征:驶入稳定阶段、驶入增长阶段、稳定或变化阶段、驶出降低阶段、驶出稳定阶段。对汽车在匝道上的行驶路径、车道选择、超车行为进行分析,发现汽车在环形和螺旋形匝道上行驶时具有“内倾”选择倾向,以及“惯性”行驶习惯;汽车在匝道内的行驶路径选择与匝道进口前后的轨迹形态密切相关。对环形、螺旋形匝道的横向加速度进行描述性统计分析等,得到不同情况下横向加速度的统计特性:环形匝道横向加速度峰值的算数均值及第85%分位值各分布在1.62-3.02m/s2、2.12-3.61m/s2,而螺旋形匝道所对应横向加速度各分布在2.07-3.08m/s2、2.54-3.67m/s2;其中环形匝道横向加速度频率分布主要呈“正偏态”,螺旋形匝道横向加速度频率分布主要呈“负偏态”;横向加速度累计频率曲线发生第二次突变的位置主要集中在第92%-95%分位值之间。同时以横向加速度作为评价匝道舒适性标准,发现汽车在这两类匝道上行使时,驾乘人员均能获得较好的驾驶及乘车体验,极少出现“不舒适,不可忍受”的感受。对环形和螺旋形匝道上的“横向加速度-速度”之间的关系展开分析,发现不同匝道之间“横向加速度-速度”分布的差异性,其中匝道路面宽度越小、交通环境越简单,“横向加速度-速度”的分布越集中;同时从舒适性和速度等方面考虑,对“横向加速度-速度”进行聚类分析,发现可以将其分为三种类别。论文的研究为道路互通立交的运行管理、安全改善、计算模型修正以及设计规范修订提供科学依据,推动互通立交安全性评价理论与技术等的发展。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：

平曲线,匝道

庆市主城区交通发展年度报告》统计，重庆市主城区截止 2016 年底已投立交达到 219 座，较 2015 年增加 15 座。重庆众多的立交也给本文的研丰富的试验对象库。本文选取了重庆市辖区内（包括主城区和涪陵区）的 9 座具有代表性的自然驾驶试验，涵盖了公路立交和城市道路立交；试验匝道 25 条，主要、环形、螺旋线两种类型；平曲线转角均超过 90°，部分两层以上的螺旋甚至超过了 720°。①迂回式匝道试验选取的两条迂回式匝道为江南立交的 A、B 匝道（图 3-7）。江南立庆市南岸区，A、B 两条匝道跨越内环快速路；各条迂回式匝道的主要技表 3.1。表 3.1 迂回式匝道主要技术指标匝道名称设计速度/(km/h)车道数转角/(°)圆曲线半径/m试验段/m南立交 A 匝道 20 2 200 40.5 47南立交 B 匝道 20 2 210 52.5 44

匝道,螺旋形,螺旋

重庆交通大学硕士学位论文③螺旋形匝道试验选取的四座螺旋立交分为为重庆融侨路螺旋高架、涪陵长江一桥螺旋立交、涪陵乌江二桥螺旋立交和涪陵金凯装饰城螺旋线（图 3-9），上、下行共计 8条匝道。融侨路螺旋高架位于重庆市南岸区，其余三座均位于重庆市涪陵区。(a) 重庆融侨路螺旋高架 (b) 涪陵乌江二桥

影像,匝道,奇异点,速度曲线

图 4-32 子图中，各条横向加速度曲线在行驶距离约 230m 处均出现一次加速度下降，如图中红色方框所圈出位置①所示。通过对行车记录仪分析得知江南立交 A 匝道该处路面有一道横向坑槽（图 4-34(a)），驾驶员在驶过坑槽附近时均采取了一定的减速操作；②处速度下降的原因是在即将驶出圆曲线范围时道路出现了一定的拥堵（图 4-34(b)），后续分析中将不考虑该时刻的行驶数据；江南立交 A匝道行驶后半段，由于即将汇入主线，车速受到主线车流影响（图 4-34(c)、(d)），在少数试验中汽车行驶速度出现了低于正常水平的现象（③）；图 4-33④、⑤处速度下降是由于该时刻江南立交 B 匝道比较拥堵（图 4-34(e)、(f)），驾驶员跟车行驶过程中采取了减速操作。图 4-34 迂回式匝道速度曲线部分奇异点行车影像从图4-32和图4-33中可明显看出迂回式匝道上汽车的横向加速度变化具有阶段性特征，因此可对其进行阶段划分。在正常行驶条件下，汽车在迂回式匝道上行驶的横向加速度主要可以分为“五个阶段”，即：1）阶段Ⅰ：驶入稳定阶段

【参考文献】