1、降雨条件下路段基本通行能力研究摘要：根据降雨条件下道路交通特性，对常规的道路基本通行能力计算方法进行改进，分析雨天行车时驾驶员反应时间、路面附着系数、安全距离等参数的变化，对常规的路段通行能力计算模型进行修正，从行车安全的角度提出了降雨条件下路段通行能力的计算方法，对高速公路雨天安全行车及交通管理具有一定的参考价值。 关键词：降雨条件；附着系数；安全距离；基本通行能力 中图分类号：P426.62 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 通行能力可分为以下三种：理论通行能力、可能通行能力、设计通行能力，理论通行能力反映了道路允许通过车辆数的极限值，是计算各种通行能力的基础。车流计算模型由于逻辑性强
2、，每个参数可根据实际情况修正而适合特殊道路，而被广泛的应用。同样，采用车流计算模型分析降雨条件下，高速公路路段通行能力也是合适的。 论文根据降雨条件高速公路的交通特性，对常规车流计算模型进行了改进，并对其参数取值进行了修正，提出了降雨条件下路段通行能力的计算方法。 2 基本通行能力 基本通行能力又称理论通行能力，是在理想的道路与交通条件下的通行能力，在理想条件下建立的车流计算模型为： （pcu/h） （1） 其中: （2） 式中：l0车头最小间距；t驾驶员反应时间（s） ，一般取1s；v行车速度（Km /h） ；l 车车辆平均长度（m） ；l 安车辆间的最小安全停车距离（m） ；l 制车辆的制
3、动距离（m ） ；l反司机在反应时间内车辆行驶的距离（m ） ；轮胎与路面间的附着系数。 则有： （3） 设基本通行能力记为 CB，单位为：pcu/h，则： （4） 令，可求得最佳车速为 （5） 带入上式可得理论最大通行能力为： （6） 按照上述，轮胎与路面间的附着系数 从 0.1 到 0.7，一条车道在不同附着系数时理论通行能力和达到通行能力的最佳速度如表 1 所示。 表 1 不同附着系数时理论通行能力和最佳车速 3 降雨条件下路段通行能力计算参数 3.1 驾驶员反应时间 反应特性是驾驶员最重要的特性之一。就驾驶车辆而言，对一个特定刺激产生感知并对做出反应，应包括以下四个性质截然不同的心理活
4、动：感知，对需要做出反应的刺激的再认识和了解；识别，对刺激的辨别和解释；判断，对刺激做出反应的决策；反应，由决策引起的肢体反应。这一系列连续活动所用的总时间称为感知反应时间，即信息处理过程的灵敏程度。 对驾驶员来说，特别重要的是制动反应时间。以紧急制动为例，驾驶员从发现紧急情况到开始制动时刻所需的时间为制动反应时间。试验室假定确认危险（反射时间）约 0.4s，将脚从油门踏板移到制动踏板约0.2s，脚接触到制动踏板和将踏板踩下约 0.1s，共计约 0.7s，因此在计算时反应时间常取 1s。而在实际驾驶过程中，驾驶员反应时间受外界环境的影响显著。雨天行驶时，不仅能见度受到限制而且因为道路摩擦系数的
5、降低，驾驶员在操作过程需要更加专注，同时还要保持较高的行车速度，驾驶员的心率变化明显增大，心理负荷明显增大，反射时间及反应时间均大于理想条件，并考虑到降雨条件下行车安全的需要，取反应时间为 1.52.5s。 3.2 路面附着系数 水膜厚度与降雨强度的关系 （7） 式中：l坡长（m） ；i坡度；A降雨强度（mm/min） ；TD构造深度（mm） 。 根据此式，可得到对应不同水膜厚度、不同坡长、不同坡度、不同构造深度下的降雨强度如表 2。 表 2 降雨强度与水膜厚度关系计算 研究表明不同水膜厚度下小车（子午线轮胎 185/70R13）附着系数与行驶速度关系如下： （8） 根据（7）式算得不同水膜厚
6、度下的附着系数见表 3。 表 3 不同水膜厚度下的附着系数 3.3 安全距离 为满足行车安全要求而需要保持的最小车头间距就称为安全间距，记为 l 安。考虑跟车行驶状态，此时前、后车的车速相等，若顾及行车过程中的停车需要，则从道理上讲，安全间距就应该是当前车紧急停车时，后车亦能停车且不致发生追尾事故而需要的最小车头间距。图 2 显示了跟车行驶状态下前、后两车的停车过程，由此可得安全间距的表达式为 图 1 前车开始减速时，两车位置关系 图 2 停车后两车位置及行驶距离 （9） 式中:l0最小车头间距（m） ；l1最小车头间距（m） ，l1=l 安+l 车；l2后车的反应距离（m） ，l2=vt；L
7、2后车的刹车距离（m） ；L1前车的刹车距离（m） ；v行车速度（m/s） ；d1、d2前、后车的最大减速度（m/s2） 。 式（9）反映了停车过程中的常规要求，所以满足式（9）的安全间距即为一般安全间距。最小车头间距 l0 可看作是确定的，那么由式（9）可知，安全间距将随着行车速度、反应时间及前、后车的制动性能等因素的变化而变化。通常情况下，前车的停车过程是急刹车状态，后车则由于有前车刹车信号（尾灯）的提示，停车过程可认为是缓刹车状态，所以有 d1d2。考虑极端情况，前车为瞬间停止，亦即 d1=，则安全间距与车速的关系就变为 （10） 由于这种考虑反映了停车过程中最不利情况的需求，所以就称满
8、足式（10）关系的安全间距为充分安全间距。 同理，考虑较为理想的车辆条件，亦即前、后车的制动性能均相同。那么因为 d1=d2，所以此时安全间距与车速的关系就变为 （11） 由于此种情况反映了保证安全停车的最低要求，所以就称满足式（11）的安全间距为基本安全间距（亦即最小安全间距） 。就实际的道路交通情况而言，车辆安检要求车辆都有规范性的刹车距离，而且前车的刹车尾灯也能保证后车及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停止状况，因此基本安全间距比较符合实际情况，它就能保证交通安全的一般要求。 3.4 安全车速 高速公路车流一般呈队形状态，雨天行驶时由于能见度及路面附着系数降低，车
9、流一般处于跟驰状态。因此，可以通过分析降雨条件下行驶的安全距离来获得相应的安全车速。 （12） 式中： l0最小车头间距（m）; l 视路段可视距离（m） 。 4 降雨条件下路段理论通行能力计算 降雨条件下行车时，驾驶员注意力较集中，行车格外小心，一般都是尾追行驶，前后车行车速度不相上下，前后车的最大减速度基本相同，前后车的刹车行驶距离可以认为基本相同。一般来说，车辆安检要求车辆都有规范性的刹车距离，而且前车的刹车尾灯也能保证后车及时感受到前车的减速信号，通常不会发生最不利的前车瞬间停止状况，因此，在通行能力计算中刹车距离差可以忽略不计，降雨条件下的车头间距为：（13） 这是基本安全间距（亦即
10、最小安全间距） 。 因此降雨条件下，路段通行能力计算模型为: （14） 5 小结 论文根据降雨条件下，高速公路的交通特性，对常规车流计算模型进行了改进，对其参数取值进行了修正，建立了改进的道路车流模型作为降雨条件下的路段通行能力计算模型。该计算模型可为高速公路的安全运营及限速控制提供参考。 参考文献 1 季天剑，黄晓明，刘清泉.部分滑水对路面附着系数的影响J.北方交通，2003，12（4） 2 刘清泉，陈学文，王耀明.高速公路路面抗滑力与交通事故的模糊分析J.广西交通科技，2003，28 3 PAPACOSTAS C S, PREVEDOUROS P D. Transportation eng
11、ineering and planning M. A Simon &Schuster Company, Englewood Cliffs. U S A,1993. 4 Highway capacity manual R.TRB special report 209.Washington,D C,1994. 5 Souleyrette，Reginald R；Maze, Thomas H；Agawam, Manish. Weather and Its Impact on Urban Freeway Traffic Operations，TRB 2006 Annual Meeting. 6 张瑶，程迎迎.沥青路面的雨天行车安全性分析J.南通航运职业技术学院学报，2009，3 7 何杰，刘霞，陈一锴，赵池航.恶劣天气路面条件对行车安全的影响J.交通运输工程学报， 2011，2（11） 8 景属，孟祥海.冰雪融冻期道路行车速度和流量及其关系模型研究J.森林工程，2006，9 9 祝站东，荣建，周伟.不良天气条件下的驾驶行为研究J.武汉理工大学学报（交通科学与工程版） ，2010，10（34） 作者简介：敖翔宇(1984-)，工程硕士，研究方向：公路环境工程、隧道工程、交通工程
