高速公路內側車道采用緊急制動停車視距安全風險分析

劉磊 姜傳

【摘 要】停車視距不足的問題，多數研究僅僅是與規范值的比較。為此，基于國內外對停車視距計算參數取值的研究，提出緊急制動停車視距概念，并研究表明在山區高速公路圓曲線半徑較小路段行駛時，駕駛員處于有預期的高警惕性狀態，當發現前方有障礙物時所做出停車決策的反應時間要短于一般路段，以此計算緊急制動停車視距。

【關鍵詞】高速公路;緊急制動;安全風險

1 高速公路內側車道采用緊急制動停車視距概述

1.1 緊急制動停車視距基本概念

（1）緊急制動停車視距基本概念

車輛在高速公路行駛過程中，為了避免追尾或保證安全換道，駕駛員經常需要制動減速，但一般不需要緊急停車;如果發現前方障礙物是靜止的物體時需要緊急停車或換道，最短停車距離取決于駕駛員緊急制動反應時間和最大制動減速度。當駕駛員發現前方障礙物后采取緊急制動所需要的反應時間，與駕駛員年齡、性別、駕駛經驗有關系，但與行駛時駕駛員的警惕性程度關系最大。

（2）高速公路內側車道采用緊急制動停車視距合理性分析

根據高速公路實測運行速度分析，運行速度分布圖中V85與高速公路限速基本一致，從圖1可知，設計速度或公路限速為120 km/h時，超過60%車輛行駛速度在110 km/h以下，僅有15%的駕駛員行駛速度達到或超過高速公路限速值，顯然行駛速度在110 km/h以上的駕駛員在較小的圓曲線路段上行駛時，駕駛員通常有相當警惕性。

1.2 緊急制動停車視距計算值及推薦值

根據“高速公路內側車道小客車停車視距合理取值的研究”。基于路面摩阻力系數的停車視距計算方法，摩阻力系數宜取0.46;基于制動減速度計算方法，制動減速度宜取4.51 m/s2;緊急制動反應時間取1.5 s，舒適制動反應時間取2.5 s。

2 山區高速公路內側車道小客車采用緊急制動停車視距安全風險分析

2.1 緊急制動停車視距小于規范值路段發生概率與危害程度分析

2.1.1 高速公路左側車道被占發生概率分析

根據調查，高速公路車道內側車道被占有3種情況：（1）在地質條件復雜區域出現山體滑坡，由于高速公路內側車道停車視距不利位置在山體的外側，所以只有當全幅路基的2/3被占時內側車道才會被占，顯然滑坡體較大，中間帶防撞護欄和防眩設施可能遮擋不住視線;（2）發生交通事故，事故車輛尚未移除;（3）車輛落物，物體較大。這3類事故都是隨機偶發事件，并不完全在圓曲線半徑最小或較小的路段，對某一圓曲線路段而言發生概率非常小。

2.1.2 發生事故危害程度分析

根據《公路限速標志設計規范》（JTG/T 3381-02—2020）（以下簡稱《限速規范》）相關研究，行駛速度影響事故所導致傷害的嚴重程度，當車輛行駛速度超過30 km/h，其所造成的傷害將超過人體的承受能力，但大多數人可以存活;被行駛速度50 km/h 的車輛撞擊時，大多數人會失去生命。

2.2 換道行為的可能性及換道概率分析

2.2.1 換道長度計算模型

當車輛發現前方有障礙物時，車輛采取緊急停車的同時會考慮換道行為。在內側車道的車輛要完成變換到外側車道上，換道過程由發現前方有障礙物時緊急制動反應時間、尋找可插入間隙時間、變換車道時間等3部分組成。

（1）緊急制動反應時間及距離L1

①緊急制動反應時間t1

根據前述，當車輛發現前方有障礙物時車輛采取緊急停車或換道行為的緊急制動反應時間，取1.603 s，即選擇信息容量1 bit且為有預期反應時間的值。

②反應時間前進的距離L1

（2）等待可插入間隙時前進的距離L2

車輛在準備換道過程中，需要等待相鄰車道的可插入間隙時間，在該時間內前進的距離由式（3）計算：

式中，V為等待可插入間隙過程中車輛的行車速度;tw為平均等待一個可插入間隙的時間，由式（4）計算：

式中，t為車輛臨界間隙，一般取值為4.0 s;λ為單位時間的平均到達率，為直行交通量;τ為車頭時距的最小值，一般取值為1.2 s。

（3）判斷可插入間隙時行駛的距離L3

L3為判斷可插入間隙是否可以安全插入時縱向行駛距離，由式（5）計算：

式中V為判斷可插入間隙過程中車輛的運行速度。

（4）車輛變換一次車道時行駛的距離L4

研究表明，車輛的橫移速度為1 m/s，我國車道寬度3.75 m，根據“基于駕駛員視點位置的多車道高速公路最小圓曲線半徑研究”，換道橫移距離取3.05 m，橫移時間t4取值為3.05 s。車輛橫移時行駛的距離為L4，由式（6）計算。

式中V為變換車道過程中車輛的運行速度。

（5）車輛換道距離L

綜合上述分析，得到車輛完成車道變換所需的距離，由式（7）計算：

2.2.2 換道行為的可能性分析

根據上述換道計算公式計算，正常車輛換道所需要的距離要遠大于停車視距，要在停車視距范圍內完成換道，其前提條件必須是當駕駛員發現前方有障礙物時能立即進入可插入狀態，即換道距離L=L1+L4，同時可考慮障礙物占車道位置情況，本研究緊急制動停車視距是以占半個車道（視點位置）為準進行計算，則L=0.771V。

2.2.3 換道行為的可行性概率分析

車輛在準備換道過程中，需要等待相鄰車道的可插入間隙時間，可插入間隙時間計算公式如下：

式中，tw為平均等待一個可插入間隙的時間，由式（4）計算;e為自然常數;t為車輛臨界間隙，一般取值為4.0 s;λ為單位時間的平均到達率，為直行交通量;τ為車頭時距的最小值，一般取值為1.2 s。

3 結論

研究主要從高速公路內側車道被占概率、停車視距不足時可能碰撞速度與風險，以及換道行為的可能性與換道概率等多角度進行了研究。主要結論如下：

（1）根據調查，高速公路車道內側車道被占有3種情況，但事故都是隨機偶發事件，并不完全在圓曲線半徑最小或較小的路段，對某一圓曲線路段發生概率非常小。而且，根據緊急制動停車視距與規范值比較，即使在緊急制動停車視距范圍未能將車輛停止，經計算不同的設計速度可能的碰撞速度均低于20 km/h，對車內的人員傷害非常小，對車輛損壞嚴重程度較低，即使出現碰撞行人事故，安全風險較低，可能造成的直接經濟損失小，建議山區高速公路采用緊急制動停車視距作為內側車道圓曲線最小半徑的控制指標。

（2）正常車輛換道所需要的距離要遠大于停車視距，要在停車視距范圍內完成換道，其前提條件必須是當駕駛員發現前方有障礙物時能立即進入可插入狀態，以此計算結果障礙物占半個車道（視點位置）且在發現障礙物時能立即進入變道行為下，不同設計速度換道長度均短于緊急制動停車視距，具有換道行為的可能性。

參考文獻：

[1]JTG D20—2017，公路路線設計規范[S].JTG D20—2017，Design Specifications for Highway Alignment [S].

[2]楊帆，白浩晨，賀亞龍，等.高速公路中央分隔帶停車視距評價方法研究[J].公路交通科技，2018，35（6）：45-51.