高速公路作業區動態限速值仿真試驗分析

金勇

摘 要：限速作為一種能夠平衡高速公路養護施工作業區運行效率和運行安全的管理方法得到了廣泛的應用。作業區作為高速公路交通系統的危險路段，容易造成交通擁堵，誘發各類交通事故。因此合理的限速標準對高速公路作業區的安全性有著重要意義。

關鍵詞：高速；作業區；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.102

本文仿真的高速公路作業區為一條平直路段，車輛的行駛環境處于單個車輛的運行狀態，是一種理想狀況。路徑（方向）控制選擇跟蹤中線行駛，速度控制選擇維持車速策略，即設定一個初速度V，觀察汽車通過該路段的車輛參數變化，例如，速度、加速度、位移等。多次設置不同的初始值，進行多次仿真分析，比較得出最佳的限速方案并且驗證理論分析所提出的一般性結論。

1 仿真實驗步驟

（1）將被仿真道路的數據點坐標導入路面譜文件生成能被ADAMS/CAR識別的路面譜。

（2）運行ADAMS/CAR，在主界面上選擇File | Open | Assembly導入將要進行仿真試驗的車輛模型。完成后，可看到主界面上出現想要的車輛三維實體圖。

（3）選擇Simulate | Full-Vehicle Analysis | Course Events | ISO Lane Change[32]，彈出ISO Lane Change分析參數輸入界面。

圖1中相關參數的填寫做下說明，Full-Vehicle Assembly右邊這一欄填寫仿真的車輛名稱，通常這一欄不需要填寫，系統自動默認先前引入的車輛模型的名稱。第二欄填寫的是仿真試驗名稱的前綴，可按用戶的意愿任意填寫。第三欄為系統默認無需改寫，第四欄選擇仿真的模式，可供選擇的模式有interactive，background，file only這三種。本文中選用interactive（交互式）。第五欄填寫以rdf為后綴的道路數據文件。第六欄填寫初始速度值。將最后兩項選中，系統會自動分析駕駛員控制文件。數據填寫完畢后，點擊ok，仿真系統自動進行仿真分析。

（4）選擇Review Animation Controls，彈出圖2所示對話框。進行一些相關數據填寫后，就可點擊播放按鈕進行仿真回放。

（5）選擇Review Post Processing Window來到仿真后處理界面，在這里可以得到仿真實驗的速度、加速度、位移等曲線。

2 仿真分析

2.1 不同車速下的縱向速度對比

根據車輛在不同車速下的縱向速度隨時間的變化，限速值為100km/h的車輛行駛速度波動較大，仿真車輛起動車速穩定后的縱向速度變化量超過車速的1/10。限速值為60km/h的車輛運行縱向速度變化緩慢，影響了車流運行，容易造成交通擁擠現象。而限速值為80km/h和100km/h之間的速度，車輛運行速度變化波動相對較小，且不影響車流運行。因此從行駛速度來看，限速值在80-100km/h之間比較合理。

2.2 不同車速下的側向加速度對比

車輛側向加速度變化基本上差異不大，說明作業區在規定速度范圍內不同的速度之下，加速度變化幅度基本上相一致。

2.3 不同車速下地面對輪胎的法向反作用力對比

車輛每個車輪在不同車速下的垂向力隨時間的變化，速度越高車輛通過作業區時車輪垂向力波動越大，對車輛平穩安全性影響很大。

綜合以上分析，車輛以80-100km/h之間的速度進入高速公路作業區是合理安全的，且不影響交通流的暢通運行。因此限制速度應該設定在這個區間。

2.4 具體限速值的確定

結合試驗路段全體小車型85%位速度（90.8km/h）和所有車輛85%位速度（87.9km/h）進行具體的分析。

（1）縱向速度變化曲線對比分析。二者縱向速度隨時間的變化，當速度為90.8km/h時的車輛平穩性要比89.7km/h時的平穩性要好。即從縱向速度變化對比來看，以全體小型車的V85速度運行，車輛穩定性較好。

（2）側向加速度變化曲線對比分析。二者側向加速度隨時間的變化，橫向加速度變化幅度差異不大，均符合要求。

（3）位移變化曲線對比分析。二者位移隨時間的變化，可以看出盡管兩者均在合理的限速范圍內，但當速度為90.8km/h時的車輛平穩性要比89.7km/h時的平穩性要好。因此結合前面的分析，將90km/h設定為該作業區的最高合理限速值。

綜上所述，高速公路作業區限速的一般結論為：在綜合考慮各作業區的實際情況下，小型車應以60km/h為基礎，結合相應的小型車V85位速度，如果小型車V85高于60km/h，將限速值設定為小型車V85左右，否則則應設定為60km/h。

3 結語

本章通過設定不同的車速，對車輛在道路上的運動狀態進行分析，得到了車速限定值。通過理論分析，證明該車速是合理、有效的。該方法針對不同道路線形、道路狀況等進行限速設定，可實現車速限定的動態性。