高速公路半幅封闭施工区限速标志效能试验

采用现场试验与统计分析, 研究了高速公路半幅封闭施工作业区交通标志尤其是限速标志的警示效能, 提出了分阶限速方案和交通标志效能试验方案, 选择典型路段开展了既有交通标志效能试验、限速标志位置试验、分阶限速效能试验和优化后交通标志效能试验。试验结果表明: 既有交通标志尤其是限速标志效能不足, 试验路段客货车经过限速标志后车速远高于限速值, 且速度降低幅度很小。通过分阶限速优化交通标志设置, 施工作业区车辆速度明显降低, 客车速度降低38km·h^-1, 货车速度降低32km·h^-1; 施工作业区客车运行速度与限速值的差值从60km·h^-1降低到15km·h^-1, 货车速差从40km·h^-1降低到5km·h^-1, 基本达到限速值, 整个交通流运行速度与限速值差值变化趋势一致。可见, 分阶限速优化后的交通标志效能提高明显。     

桥隧组合复杂场景速度行为特性及线形评价

为研究山地城市快速路桥隧组合场景的“车-路”耦合环境和线形协调程度,在重庆市主城区快速路3隧2桥组合场景开展自然驾驶实验,采集18名驾驶员的实时运行速度和13个断面的小型车地点车速,根据道路条件和运行速度数据构建线形综合评价模型。实验结果表明：在隧道-桥梁-隧道多场景切换连接方式中,主线路段的运行速度均值分布在50.00～64.25 km·h^-1;驾驶员在桥梁路段行驶最为警惕,从桥梁驶进衔接匝道或隧道入口时,车辆速度明显减小,有15%以下的车辆会低速通行或经历严重的交通拥堵,其速度分布在8.00～39.50 km·h^-1;验算实验路段的“车-路”耦合强度发现,实验路段整体运行安全状况水平良好,线形条件较好。对山地城市快速路桥隧组合场景的速度行为管控不能只依靠对单体隧道或桥梁的交通管理手段和治理措施,需考虑与上游道路衔接路段的距离和受信号控制的时长等。     

换道决策中的车辆速度估计模型

为研究换道决策阶段驾驶人对后方车辆的速度感知特征, 以小型乘用车为平台, 利用毫米波雷达、车载总线数据仪、音视频监测系统等搭建了试验车。招募了15名驾驶人, 在某高速公路完成后方车辆速度估计试验, 试验车速度分别设置为60、70、80、90km·h^-1, 最后获取了1 625组数据。采用显著性分析方法, 分析了相对速度、后方车辆速度与相对距离对驾驶人速度估计行为的影响特性。利用多元线性回归理论建立了驾驶人速度估计模型, 并对模型进行了检验。分析结果表明: 约60%的速度估计误差绝对值不大于10km·h^-1, 且驾驶人的速度估计误差满足正态分布; 驾驶人速度估计误差随两车相对速度和后方车辆速度的增大而减小, 相对速度和后方车辆速度较低时, 易高估后方车辆速度, 相对速度和后方车辆速度较高时, 易低估后方车辆速度; 随两车相对距离的增大, 驾驶人速度估计误差变化趋势不显著, 但两车相对距离较小时, 驾驶人易高估后方车辆速度; 速度估计模型的平均误差为-0.56km·h^-1, 因此, 估计结果可靠。     

城市快速路速度引导预测控制模型

在城市快速路控制系统中, 将速度引导作为控制变量, 建立了宏观动态交通流模型。以车辆总行程时间与速度引导为目标函数, 计算了城市快速路入口区域流量和匝道入口区域流量, 建立了快速路速度引导预测控制模型, 对速度引导进行优化设计, 利用MATLAB软件对下游交通流突变进行仿真分析。分析结果表明: 通过速度引导控制, 交通流平均速度由72.704 6km.h^-1上升到74.167 6km.h^-1, 交通流平均密度由23.011 2veh.km^-1下降到21.156 7veh.km^-1, 波动均小于8%;速度方差下降, 且最大值仅为420(km.h^-1)²; 速度引导控制前后的速度方差与密度方差之比分别为3.57、1.91;在交通流突变时段内, 速度引导控制前后的速度方差与密度方差之比分别为4.56、2.34。可见, 速度引导控制模型有效。     

中国高速公路运输态势

挖掘了中国高速公路13年的客货车运输量、车辆结构、运行速度、运输密度、货车空驶和货车超载等历史数据, 分析了高速公路上客货车运输态势。分析结果表明: 2018年高速公路行驶量为7.32×10¹¹ veh·km, 其中货车行驶量为2.21×10¹¹ veh·km, 客车行驶量为5.11×10¹¹ veh·km, 高速公路行驶量与车道里程相关系数高达0.99; 2018年高速公路旅客周转量达到1.77×10¹²人次·km, 相当于2006年高速公路旅客周转量的3倍, 相当于同年铁路旅客周转量的1.25倍; 随着私家车保有量的增加, 7座以下客车出行总量和比例均持续大幅增长, 已从2006年占高速公路总旅客周转量的29.75%, 增长至2018年的71.74%;2018年中国高速公路货物周转量为2.99×10¹² t·km, 较2017年同比增长约4.25%;2018年高速公路货物周转量占全社会营业性货车货物周转量的42.00%, 且高速公路运输量波动与经济周期基本同步; 中国各省高速公路客货车运输较为合理; 2018年各省旅客和货物运输密度的基尼系数分别为0.36和0.30, 均处于相对合理区间; 2018年高速公路货运车辆结构进一步优化, 与2017年相比超载现象降低了1.63%, 货车空驶现象增加了4.28%。     

山区圆曲线路段半挂汽车列车行驶安全性分析

根据山区圆曲线路段的特点, 分析了轮胎的受力和变形情况, 建立了半挂汽车列车与山区圆曲线路段的耦合动力学模型。以牵引车和半挂车的轮胎侧偏角和折叠角为指标, 运用提出的动力学仿真法分析了不同车速下圆曲线路段半径、超高、滑动附着系数对半挂汽车列车行驶安全性的影响, 并与运行速度法和理论极限速度法的计算结果进行对比。仿真结果表明: 当圆曲线半径为125m, 路面超高为2%, 滑动附着系数分别为0.20、0.35、0.50、0.80时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为20、35、55、72km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速均为50km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为18、20、25、30km·h^-1; 当圆曲线半径为250m, 滑动附着系数为0.35, 超高分别为0、2%、4%、6%时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为35、38、25、20km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速均为60km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为30、31、32、33km·h^-1; 当路面超高为6%, 滑动附着系数为0.50, 圆曲线半径分别为125、250、400、650m时, 运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为58、62、70、72km·h^-1, 运用运行速度法求得的临界安全车速分别为50、60、68、71km·h^-1, 运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为28、37、48、60km·h^-1。可见, 提出的动力学仿真法考虑了车辆悬架动力学特性、天气与路面条件, 可以准确描述半挂汽车列车的运行状态。     

高速公路出入口区域行车风险评价及车速控制

分析了高速公路出入口区域交通流特性及事故原因, 以车辆临界减速度和不安全度为基础, 将危险程度由二维矢量转化为一维标量, 提出了以制动减速度和不安全密度指数作为出入口区域行车风险评价指标, 建立了行车风险评价模型。根据安全风险管理规定与人机工程学原理, 确定了风险等级和评价标准; 基于大量试验数据, 提出了高速公路出入口区域主线行车控制标准建议值。分析结果表明: 不限速时, 整个出口区域行车风险处于中等; 限速为65 km.h^-1时, 出口区域行车风险均降至低等, 出口区域平均风险值最小, 不安全密度指数峰值从0.112减小到0.064, 下降了42.86%;限速分别为55、50 km.h^-1时, 出口区域行车风险反而增至高等, 不安全密度指数峰值分别为0.125和0.121。可见, 限速65 km.h^-1的措施最有效。     

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型, 推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式, 对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态, 提出了临界滑水速度的上下限解概念, 校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征, 研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律, 分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明: 在76.6kN轴载作用下, 轮胎模型接地面积为0.076m2, 轮胎中心竖向变形约为3.27cm, 轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h^-1, 与NASA轮胎滑水试验数据一致, 验证了仿真模型的合理性和适用性; 在胎压为1 140kPa时, 减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h^-1, 小于加速冲击时的上限226km·h^-1, 轮胎接地面积明显减小, 道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内, 减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守, 两者相差30⁷0km·h^-1; 轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值, 增大轮胎接地面积, 减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%, 增幅约为加速冲击时的2倍; 当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时, 胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h^-1和43km·h^-1; 在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下, 临界滑水速度下限仅为127km·h^-1, 低于常见飞机进近接地速度205~250km·h^-1, 因此, 滑水事故风险增加。     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型, 结合车辆系统动力学, 模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态, 分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响, 研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明: 空气弹簧失气后车辆临界速度由623 km·h^-1大幅降低为351 km·h^-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小, 轮重减载率增大, 且失气过程越短, 轮重减载率越大, 失气过程为0.2 s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300 km·h^-1时, 车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显, 当大于300 km·h^-1时, 减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时, 在圆曲线上失气最危险, 轮重减载率最大为0.652。     

基于收费数据的高速公路运输量指标特征

基于2017年中国高速公路联网收费系统数据库, 辅以典型收费站抽样调查, 分析了中国高速公路网运输量指标的结构性特征。分析结果表明: 2010~2017年高速公路车辆总行驶量持续增加, 其中2017年总行驶量为6.80×10¹¹ veh·km, 客、货车行驶量分别为4.70×10¹¹、2.10×10¹¹ veh·km; 2017年高速公路客运量为229.65亿人次, 周转量为16 886.05亿人·km, 平均行程为72.96km, 运输密度为1 257.47万人·km·km^-1, 分别较2016年增长了11.72%、9.13%、3.07%、4.21%;营业性客车完成的旅客周转量为5 055.71亿人·km, 同比增长了1.76%;Ⅰ型客车流量在客车总流量中的比重为95.70%, 其客运量和旅客周转量都保持快速增长态势, 客运量为165.28亿人次, 旅客周转量为10 862.80亿人·km, 较2016年分别增长了15.25%和11.60%;2017年高速公路货运量为170.45×10⁸ t, 周转量为287.05×10¹⁰ t·km, 平均运距为167.89km, 运输密度为2 138.32×10⁴ t·km·km^-1, 分别较2016年增长了15.33%、16.17%、0.42%、11.37%;2轴货车流量最大, 占高速公路总货车流量的41.14%;货车的空车走行率为26.81%, 省内与跨省运输货车空车走行率分别为43.80%、15.67%。高速公路运输总体指标在2017年稳中有升, 货物运输量、货物种类、货物价值是货物运输经济结构调整的效果集中体现。     

基于电子不停车收费数据的山区高速公路 车速分布与车型分类研究

为研究山区高速公路车型分类方法，以重庆市包茂高速某路段的电子不停车收费数据(即ETC数据)为基础，分析平缓路段和连续上坡路段不同车型的速度分布特征发现：在不同线形路段，部分车型的速度分布有明显的特点，三型货车在连续上坡路段速度分布呈驼峰状，四型客车因营运限速的存在，在平缓路段速度分布集中于最大速度92 km·h-1 ；相同线形路段各车型速度分 布显著不同，客车车型在平缓路段速度分布表现为分散，在连续上坡路段相对集中，而货车车型的速度分布变化趋势正好相反；连续上坡路段各车型的速度特征值明显下降，但同路段上的部分车型间的速度特征值仍较为接近；连续上坡路段速度离散性大于平缓路段，追尾风险水平更高。在ETC数据基础上，运用k-medoids算法对山区高速公路平缓路段和连续上坡路段的车型进行聚类分析，优化后车型分类结果为：平缓路段车型可分为4类，分别为一型客车、二型～四型客车、一 型货车、二型～六型货车；连续上坡路段车型分类结果为4类，分别为一型～四型客车、一型货车和三型(空载)货车、二型～四型货车(三型为满载)、五型～六型货车。本文有助于山区高速公路速度管理措施的制定和道路线形设计时代表性车型的选择。     

高速公路隧道路段大型车运行速度模型

为确定高速公路隧道路段大型车的运行速度特征点和运行速度值, 分析了高速公路隧道路段运行速度特性及规律, 通过跟车试验, 研究了不同长度隧道内驾驶人的行车规律和隧道路段的车速变化规律, 提出了隧道路段运行速度研究点, 通过特征点速度采集试验, 确定了隧道路段运行速度特征点, 建立了高速公路长大隧道特征点运行速度模型, 并对模型进行了验证。分析结果表明: 中短隧道对大型车运行速度影响不大; 隧道进口前200 m、进口、出口外100 m 3个点可作为长大隧道运行速度特征点; 运行速度模型的相对误差均在10%以内, 模型有效。     

基于视觉适应性的公路隧道限速研究

通过分析隧道对驾驶员视觉、心理的影响,得出车辆通过隧道时车速的变化情况,进而确定了隧道限速段的长度。利用瞳孔面积变化速度与行车安全关系的定量分析,得出基于视觉适应能力的隧道进出口安全行车的临界速度,结合车辆在隧道限速段内的速度变化情况及隧道本身条件确定了保证行车安全的隧道限速值。     

基于行程速度指数的城市快速路服务水平评价方法

根据城市快速路的特性, 将城市快速路分为基本路段、交织区和分合流区。运用Greenshields模型计算自由流行程速度, 通过双线圈检测器获取地点速度并由此估算行程速度。对行程速度指数进行右侧均值和均方差的一致性检验, 将服务水平量化, 提出了基于行程速度指数的城市快速路服务水平评价方法, 并在西安市南二环某路段上进行实例验证。评价结果表明: 当自由流、高峰时段、平峰时段的行程速度分别为82.514、47.825、67.930km·h^-1时, 高峰时段行程速度指数的均值和均方差检验结果分别为7.206、8.482, 城市快速路服务水平为2.667, 为Ⅲ级; 平峰时段行程速度指数的均值和均方差检验结果分别为6.408、8.960, 城市快速路服务水平为4.083, 为Ⅱ级。计算结果与实际情况相符, 提出的方法有效。     

隧道进出口线形过渡一致性评价探讨

结合国内外运行车速调研及辽宁省部分高速公路运行车速实测及有关调查,建立高速公路隧道进出口运行车速预测模型及线形设计一致性标准,确定隧道进出口线形一致性评价指标,提出高速公路隧道进出口线形一致性设计建议值。     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s^-1, 车速达到100km.h^-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h^-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。