基于驾驶员心率的高速公路纵坡路段驾驶舒适度评价

为了量化分析高速公路纵坡路段的驾驶舒适度,进行实车试验,采集驾驶员心生理数据、道路参数以及车辆运行速度数据。运用傅里叶变换转化驾驶员心率随机信号来研究心率变化的规律。采用偏相关分析,确定上、下坡路段影响驾驶员心率增长率的显著性因素。以交通工程学、人因工程学和心理学为基础,探究坡度和速度差对驾驶员心率增长率的影响,构建了基于心率增长率阈值的驾驶舒适度评价模型。研究结果表明：坡度、速度差与驾驶员心率增长率显著相关,而坡长与驾驶员心率增长呈弱相关;上坡路段行车时驾驶员心率增长率主要分布在15%～32%之间,坡度对驾驶舒适度影响较大;下坡路段行车时驾驶员心率增长率主要分布在15%～35%之间,速度差对驾驶舒适度影响较大。研究结果可为高速公路纵坡路段安全管理提供理论依据。     

基于心生理反应的山区高速公路线形安全分析

山区高速公路受地理环境限制呈现地形高差大、线性组合多等特点,其复杂的线形使驾驶人的心生理发生变化,行车风险增大。为提高山区高速公路的行车安全性,选取16名驾驶员在典型山区高速公路纵坡路段、平曲线路段和弯坡路段进行驾驶试验,结合驾驶模拟技术和计算机仿真技术采集心率、速度等参数,探究心率增长率与坡度、平曲线半径、线形组合指标、速度差和交通量之间的关系。结果显示：纵坡路段坡度＞3%时,在下坡速度差大于17.6 km·h-1、上坡速度差大于18.5 km·h-1条件下驾驶员心率增长率均超过舒适阈值,处于紧张状态;平曲线路段平曲线半径>0.65 km时,心率增长率处于舒适阈值范围内,平曲线半径<0.65 km时,心率增长率处于紧张阈值范围内;弯坡路段上坡方向线性组合指标大于6、速度差大于14.8 km·h-1,下坡方向线性组合指标大于4.7、速度差大于16 km·h-1时,驾驶员均处于紧张状态。建立道路线形安全评价模型,并通过实测数据对模型进行验证,为山区高速公路的交通安全建设与管理提供了理论依据。     

基于重载车辆性能的高速公路长大纵坡临界坡长确定

针对由山区高速公路纵坡坡度和坡长组合设置不合理,导致长大纵坡路段交通事故频发的问题,通过分析重型车辆上下坡运行速度特性及受力情况,以陕汽生产的F3000重载汽车为例,通过理论推导构建重型车辆公路纵坡爬坡及下坡车速与坡长理论模型,模拟不同比功率重型车辆上、下坡运行速度与坡长的变化关系,并确定高速公路合理的上下坡临界坡长。研究中假设工况为高速公路坡度1%～6%,上坡车辆最高初速度和最低末速分别为80、50 km/h,下坡最低初速度和最高末速度为0、80 km/h。使用MATLAB模拟计算其坡度与车速的变化规律。研究结果表明:上坡过程中,以80 km/h的初速度为例,稳定车速为45～61 km/h;当坡度一定时,比功率越大的车型速度降低的越快,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长越长。下坡过程中,当坡度一定时比功率越大的车型,车速增大越多,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长就越短。在坡度为1%～3%时,无须设置爬坡车道;当坡度大于3%时,比功率较低的车型,爬坡性能较差,车速下降较快,需要设置爬坡车道。重型车辆在4%、5%、6%的坡度行驶时,设置避险车道的坡长阈值分别为5.5、4、3 km。研究成果可为山区公路线形的合理设计、道路的安全防护以及爬坡车道与避险车道的设置提供理论依据,从而提高山区高速公路重型车辆的行车安全。     

基于驾驶行为需求的长大纵坡界定

考虑到山区高速公路的设计中长大纵坡路段的设计,且现行路线设计规范中没有针对长大纵坡路段给出界定标准的问题.本文从驾驶需求出发,将车辆运行速度作为驾驶行为的宏观表现,对长大纵坡路段驾驶行为特性进行分析.采集20名大货车驾驶员在长大纵坡路段实车试验数据,分析得到驾驶员在长大纵坡路段运行速度与平均纵坡坡度和坡长之间的互动关系,建立了大货车运行速度预测模型.分析得到设计速度为60 km/h的山区高速公路在不同平均纵坡条件下最大坡长.      

基于驾驶负荷模型的高原弯坡组合路段安全性分析与评价

为了解驾驶员安全舒适度评价指标(驾驶负荷)在高原公路弯坡路段的变化特征,利用生物反馈仪等相关设备,在海拔大于3 000~5 000 m的高原公路选取符合标准的弯坡路段62段进行行车试验。定量分析了驾驶负荷与海拔、高原公路弯坡路段线形组合值之间的变化关系;并且建立了相关模型。结果表明,驾驶员在高原公路弯坡路段行车过程中,驾驶负荷受到海拔与弯坡路段线形组合值的双重影响;驾驶负荷随着海拔的升高而增大;上下行过程中,驾驶负荷随着弯坡路段线形组合值的增大而增大;在海拔与弯坡路段线形组合值的共同作用下,驾驶负荷变化更加明显,海拔越高、弯坡线形组合值越大,驾驶负荷越大。     

连续长大下坡路段大货车运行速度预测模型

针对既有线形一致性评价方法未考虑连续长大下坡道路特性的问题,利用10个高速公路连续长大下坡路段的95个特征断面运行速度观测数据,分析了大货车运行速度与坡长、平均纵坡和曲率的关系,建立了大货车运行速度与车辆驶离连续长大下坡起点的距离、车辆至连续长大下坡起点的平均纵坡的关系模型,提出了基于大货车运行速度的连续长大下坡路段线形一致性评价方法. 研究结果表明,提出的模型反映了连续长大下坡路段大货车的运行速度特征,可为高速公路连续长大下坡路段路线安全设计和线形一致性分析提供理论支撑.     

平纵组合线形几何特征对车速变化的影响

利用同济大学高仿真驾驶模拟器,采集山区高速公路连续车速数据,将车速变化划分为减速、稳定车速及提速3个区间.通过多项Logistic回归模型建立组合线形及相邻路段几何特征与车速变化的定量关系.结果表明:组合线形中,坡长越长,平均坡度越大,越不易维持稳定车速;下坡时,提速通过平纵组合线形路段的可能性大;向左转弯,维持稳定车速的可能性大;上游和平纵组合线形的坡度差越大,越不易维持稳定车速;下游路段的曲率越大,减速通过平纵组合线形路段的可能性越大.     

公路长大下坡路段小客车运行速度预测模型

为了提高高等级公路长大下坡路段交通安全设施设置的合理性,给出了长大下坡路段小客车运行速度数据采集方案;利用数理统计原理,分析了高等级公路长大下坡路段小客车运行速度与坡长、坡度的关系,建立了高等级公路长大下坡路段小客车运行速度的一般预测模型,利用长大下坡路段实测数据对该模型进行了验证.预测车速与观测车速对比结果表明:各观测断面的预测车速与实地观测车速数值基本相符,高等级公路长大下坡路段车辆的运行速度主要受平均纵坡和坡长的影响;根据实测数据建立的车速预测模型能够反映高等级公路长大下坡路段小客车运行速度的分布规律.     

连续长下坡路段的安全坡长

分别观测了试验路段试验车与实际货车的刹车毂温度,通过SPSS软件分析了刹车毂温度与长下坡路段坡度、坡长、车辆下坡速度及货车总质量之间的关系,建立了长下坡路段货车刹车毂温度预测模型,并以此为基础给出了长下坡路段合理的安全坡长。研究结果表明:长下坡路段安全坡长、一般安全坡长、极限最大坡长对应的刹车毂温度可分别为200℃、220℃、260℃;通过刹车毂温度预测模型可确定不同等级公路的合理坡长。     

山地城市交叉口车辆纵行运行特性

为研究车辆在山地城市道路交叉口停车减速阶段的运行特性,本文利用无人机采集了某山地城市道路交叉口的高空视频数据。基于云平台DataFromSky AI,采用Lucas-Kanade和背景差分等算法提取视频中车辆的速度和加速度等数据。按照不同坡度类型,分析停车减速过程中速度变化特征、停车点位置分布规律等运行特性。结果表明：在不同坡度路段,越靠近停止线的车辆其截面初速度越大,离散程度越高;停止线位置处的速度均与停车距离具有较强的正相关性;上坡路段车辆截面初速度、减速率和速度降幅均小于下坡路段;车辆与停止线距离越近,其停车位置点分布越集中;下坡路段车辆停车点位置更分散,分布的区间也较大,停车距离也逐渐增大。本次研究成果可以为山地城市道路交叉口仿真模型参数标定与修正等方面提供理论支撑和数据支持。     

基于制动毂温升的连续下坡安全设计方法

为提升高速公路连续下坡行车安全水平,缓解中国长下坡路段车路协同矛盾,研究了基于货车制动毂温升的纵坡组合安全设计方法.选取六轴铰接列车为主导车型,采用理论分析法构建了制动毂温升模型,通过实车试验验证了模型准确性.收集了试验路段多年事故数据,基于对货车事故率与制动毂温升的相关性分析,选取温度达到200℃时下坡距离、坡底温度和温升速率作为纵坡组合安全性分析指标,对连续下坡纵坡组合设计方法进行了分析.结果表明:从制动毂温升层面考虑,连续下坡应从缓坡设置、坡度差控制和坡长组合三方面进行安全设计与优化,并辅以主、被动防护和交通管控措施;合理设置缓坡有利于缓解制动毂温升,但缓坡降温效果有限,坡度无限趋缓既无益于降低制动毂温度,也增加了路线长度,宜根据临界坡度指标合理控制缓坡取值;相邻坡段坡度差不宜过大,尽量以坡差较小的纵坡组合进行展线,宜根据平均纵坡以及最大坡度差回归方程控制坡差;同时应采用长缓坡和短陡坡的坡长组合形式.由此可最大限度避免连续下坡的货车制动毂超过200℃,提升货车下坡安全.     

山区道路弯坡组合路段重载车辆行驶速度模型

为解决山区复杂公路三维空间线形条件下的重型车辆运行速度预测问题,提出了一种新的弯坡组合路段运行速度建模思路并给出了实现技术。以基于平面和横断面要素的运行速度曲线作为纵坡路段的期望速度;同时,在加速度模型中引入单位质量比功率来反映货车动力性能差异和荷载情况;再通过加速性能使用系数和速度敏感性阈值来描述驾驶行为差异性;最后,以2条直坡道和2条复杂山区公路作为算例。研究结果表明:模型能够预测出坡道任意位置的速度值,用其可以得到车速降低/升高至某一值时的行驶距离,从而能够对临界坡长进行控制;能够体现平面线形的影响,借助该模型能够实现对复杂山区公路空间线形的综合评价。     

高速公路隧道纵坡对驾驶人心率的影响

挑选5名男驾驶人和3名女驾驶人,通过测试获得不同性别驾驶人在通过秦岭某段隧道时的心率增加率,分析不同性别驾驶人心率的变化,采用回归分析的方法,建立隧道纵坡与驾驶人心率增加率、隧道纵坡与速度的关系模型,定量比较了驾驶人在不同隧道纵坡时的心率增加率。分析结果表明:高速公路隧道纵坡的坡度对驾驶人的心率变化率有相当大的影响;并计算得出试验段隧道的安全坡度和上、下坡的汽车安全行驶速度。     

公路弯坡路段线形设计

根据动力学原理，对汽车在弯坡路段上的运行状态及行车安全性进行了分析。认为弯坡路段之所以成为车辆运行安全隐患的原因是由于设计速度与车辆实际运行速度不协调造成的，在弯坡路段的线形组合设计中应根据车辆的实际运行速度选用技术指标。利用Matlab绘制出在不同设计速度下，坡长、坡度与速度的关系图及“速度与半径的关系图”，为设计公路在弯坡路段的线形组合中合理选取技术指标提供了依据。     

半挂铰接列车山区高速路段协同水平分析

现阶段半挂铰接列车动力性能不足,导致山区高速公路设计指标与车辆行驶性能存在协同水平低的问题。文章以东风天龙半挂铰接列车为研究对象,开展了自然驾驶实车连续行驶试验,根据车辆运行状态参数及道路纵面高程变化,剖析了纵坡路段下车辆连续速度、平衡车速以及短下坡-上坡衔接路段速度变化特征,并以20 km·h~(-1)作为速度折减量,获取了适用于半挂铰接列车的临界坡长指标。试验结果表明:相比于相关公路路线设计规范中的代表车型,半挂铰接列车平衡车速下降了25%～35%,临界坡长降低了44%～58%;在短下坡-上坡山区高速路段,车辆车速主要分布在80～90 km/h区间,呈现区间控制状态。该研究可为山区高速公路纵断面设计、车路仿真及车速管控提供基础数据,进而提高半挂铰接列车行车安全。     

山区高速公路长大下坡路段缓坡设计指标

为了明确中国山区高速公路长下坡缓坡设计指标，在汽车动力学理论的基础上，以六轴铰接列车为主要研究对象，剖析其以发动机辅助刹车方式长下坡时的货车加速特征与制动毂散热特征。首先，建立力学平衡方程，构建挡位-速度-临界坡度模型，求解不同速度和挡位条件下的缓坡临界坡度值。然后，进一步考虑中国高速公路设计控制条件与货车行驶特性，以12挡和11挡时对应的临界坡度作为高速公路缓坡设计控制指标，提出连续下坡缓坡设计指标与方法；最后，以进入缓坡速度70 km/h为例，对比基于降速及降温特性得到的缓坡坡长指标，并结合西南某山区高速公路进行方案设计优化及优化效果分析。研究结果表明：连续长下坡路段之间设置缓和坡段有助于制动毂降温，恢复货车制动性能；基于速度特性得出了速度折减值10和20 km/h不同缓坡坡度下的缓坡坡长值；基于降温特性求解的缓坡坡长以制动毂失效温度260℃为最不利条件，并得出了不同运行速度及温度折减值；基于降速特性得到的缓坡坡长值对纵坡设计具有指导意义，而基于降温特性得到的缓坡坡长值相对较大，不宜作为设计参考但可作评价研究，并整理得到连续长下坡缓坡设计-评价流程，以西南山区某高速公路为实例分析发...     

山地城市道路交叉口车辆纵向加速度特性分析

为明确车辆在山地城市交叉口停车等待到直行通过这一过程中的纵向加速度特性以及驾乘人员舒适性,在重庆市选取4处交叉口作为研究对象。基于无人机航拍的交叉口交通流视频,提取车辆运行状态参数,研究不同坡度交叉口不同停车位次的车辆纵向加速度特性,并以加速度和急动度为指标进行舒适性分析。结果表明：(1)在缓坡路段,停车位次越靠前的车辆其加速度峰值越大;(2)在下坡路段,车辆在加速阶段末段加速度会在0 m/s2上下波动,车辆间断性的加减速;(3)在上坡路段,第1和第4位次车辆加速度特性相近,加速峰值较大,第2和第3位次加速度特性相近,加速峰值略小;(4)第1停车位次的车辆在下坡减速过程中更容易带来不适感。     

山区高速公路长距离连续升坡路段纵坡设计研究

在总结山区长距离连续升坡路段纵断面线形特性的基础上,提出了由一个缓坡和一个陡坡组成的纵坡组合单元概念.针对纵坡组合单元,应用汽车行驶理论,建立了载重汽车在连续升坡路段上行驶时的速度、坡度及坡长间的理论模型和简化模型,并通过对两类模型的应用分析及陡坡上货车最低行驶速度的讨论,结合实例比较了简化模型的计算精度.通过对简化模型的应用分析,获得了纵坡组合单元纵坡设计指标的建议值,即:对于中型货车,在纵坡组合单元中当陡坡值id≤4.25%时,不管缓坡(3%)如何与它组合,都能以不低于50km·h-1的速度驶完陡坡段;对于重型货车,在纵坡组合单元中陡坡值不应大于3.0%,否则,不能保证最低车速50km·h-1.     

基于典型汽车爬坡的高海拔地区公路最大纵坡

以典型车型实地行车试验数据为基础,建立了载重汽车在不同海拔、坡度下的运行速度-距离曲线.结果表明:在3 000~5 000 m海拔范围内,海拔越高,汽车在相同坡度路段的爬坡速度下降越快,达到的稳定速度也越低;高海拔地区设计速度为100、80和60 km·h~(-1)公路的最大纵坡与现行标准中规定的相同设计速度下一般地区的公路最大纵坡相比降低了1%~2%.     

长大纵坡路段重型车辆爬坡速度

为了确定合理的坡度和坡长,建立了适宜于长大纵坡路段特点的重型车辆动力学模型。模型中的轮胎和悬架既能够承受垂向荷载作用,也可以承受沿坡道方向的水平荷载作用;利用发动机的转矩特性和动力传递系统的挡位转换关系,研究了重型车辆爬坡过程中的速度变化规律,分析了轴载、入坡速度、坡度和坡长等因素对车辆爬坡速度的影响。研究结果表明:爬坡过程中,车辆驱动力矩变化复杂,而车辆速度呈单调下降状态;当坡长足够长时,总存在某一稳定速度,坡度越大、轴重越高,车速下降越快,稳定速度就越小;入坡速度对稳定速度没有影响,但入坡速度越高,稳定坡长越大。在分析爬坡速度影响规律基础上,提出了坡度和坡长设计控制指标,建立了合理坡度与坡长的函数模型,可供山区公路路线设计参考。