CN112926137A - 一种道路限速值评估的计算方法 - Google Patents

一种道路限速值评估的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种道路限速值评估的计算方法，具体适用于高速公路、公路、城市道路的限速值评估。本发明包括线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块、整合计算模块。本发明的计算方法结合道路线形指标、路侧干扰因素、限制速度因素、车辆的性能以及驾驶员行为等因素，建立了人‑环境‑车速三者之间的数学计算方法，只需将计算参数输入计算机，即可模拟驾驶员在道路上行驶速度变化的情况，得到道路的运行速度结果。本发明的计算方法为现有道路限速值的评估提供理论依据，计算方法原理简单明确，科学高效，能够有效调整和优化道路限速值，提升城市交通运行效率，提高道路限速值评估工作的效率和准确性。

Description

一种道路限速值评估的计算方法
技术领域
本发明涉及道路交通设计技术领域，具体地指一种道路限速值评估的计算方法，可适用于高速公路、公路和城市道路的限速值评估。
背景技术
随着我国城市化发展进程的不断加快，城市交通拥堵的问题日趋严重，居民出行的交通效率低下。近年来，为了挖掘城市交通潜力，成都、重庆等城市的交通主管部门均对部分城市道路的限速值进行了重新评估，并根据评估结果对道路的限速值进行了调整和优化。
根据《道路交通标志和标线》（GB5768-2018）规范，道路限速值需结合道路的设计速度和运行速度进行评定，其中运行速度则需要通过实测V85的方法得到。实测V85运行速度是指当交通处于自由流状态、且天气良好时，在路段特征点上测定的第85个百分位上的车速。该方法存在外业工作量大、测量条件较苛刻、驾驶员受当前限速值影响导致V85数据失真等问题。
为了解决目前道路限速值评估不够合理的问题，调整和优化道路限速值，提升城市交通运行效率，本发明提出一种能够考虑道路线形、路侧干扰、限制速度、车辆的性能以及驾驶员行为等多种因素的道路限速值评估的计算方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种科学合理的道路限速值评估的计算方法，为现有道路限速值的评估提供理论依据。为实现上述目的，本发明所述的道路限速值评估的计算方法，采用以下技术方案：
一种道路限速值评估的计算方法，包括线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块、整合计算模块。所述线形指标影响模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟道路线形发生变化对驾驶员行为的影响。所述路侧干扰模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰对对不同车道驾驶员行为的影响。所述限制车速模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟道路上限速标志对驾驶员行为的影响。所述车辆性能模块用于模拟车辆轴向加速度受道路纵坡的影响。所述驾驶员行为模块用于模拟驾驶员在道路线形变化、受到路侧干扰、接受限速标志信息时驾驶车辆加、减速的行为。所述整合计算模块用于计算得到车辆在道路不同位置的车速。所述线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块均向驾驶员行为模块输出信息，所述驾驶员行为模块、车辆性能模块均向整合计算模块输出信息，所述整合计算模块输出最终计算结果。
具体的，所述整合计算模块对所述线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块进行整合，计算得到车辆在道路不同位置的车速。
进一步的，所述整合计算模块用于计算驾驶员下一刻操作车辆加速或减速的公式如下：
Figure 381918DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 176174DEST_PATH_IMAGE002
为当前车辆瞬时位置里程，单位为m；
Figure 161447DEST_PATH_IMAGE003
为终点里程，单位为m；
Figure 799102DEST_PATH_IMAGE004
为车辆瞬时速度，单位为m/s；
Figure 869826DEST_PATH_IMAGE005
为车辆瞬时加速度，单位为m/s2；
Figure 736282DEST_PATH_IMAGE006
为一个操作时间，单位为s。
进一步的，所述线形指标影响模块模拟道路线形发生变化对驾驶员行为的影响，结合人体工程学，以驾驶员对横向、纵向、轴向加速度的耐受程度为指标。根据车辆横向、纵向、轴向加速度值判断是否达到人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值，并将线形指标造成的加速度控制在人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值以内，从而计算车辆减速、加速或保持匀速情况。
进一步的，所述线形指标影响模块用于计算驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速的公式如下：
Figure 576062DEST_PATH_IMAGE007
（2）
其中，
Figure 119039DEST_PATH_IMAGE008
为驾驶员当前的横向加速度，单位为m/s2；
Figure 411480DEST_PATH_IMAGE009
为驾驶员当前的纵向加速度，单位为m/s2；
Figure 81627DEST_PATH_IMAGE010
为驾驶员当前的轴向加速度，单位为m/s2；
Figure 775913DEST_PATH_IMAGE011
为横向所能承受的最大加速度，单位为m/s2；
Figure 489792DEST_PATH_IMAGE012
为纵向所能承受的最大加速度，单位为m/s2；
Figure 535108DEST_PATH_IMAGE013
为轴向所能承受的最大加速度，单位为m/s2。
进一步的，所述路侧干扰模块模拟车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰对不同车道驾驶员行为的影响。所述道路干扰因素即车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰因素，不同车道的行驶车辆进入主线的位置和行车速度。当车辆位置接近路侧干扰的路段时，将以车辆不发生交通事故为原则计算车辆减速、加速或保持匀速情况。
进一步的，所述路侧干扰模块用于计算驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速的公式如下：
Figure 743366DEST_PATH_IMAGE014
（3）
其中，
Figure 292159DEST_PATH_IMAGE015
为主线车辆瞬时车速，单位为m/s；
Figure 442518DEST_PATH_IMAGE016
为驶入/出主车道车辆的速度，单位为m/s；
Figure 709551DEST_PATH_IMAGE017
为车辆加速度，单位为m/s2；
Figure 345936DEST_PATH_IMAGE018
为车辆减速度，单位为m/s2；
Figure 14815DEST_PATH_IMAGE019
为车身长度，单位为m；
Figure 336075DEST_PATH_IMAGE020
为车头距，单位为m。
进一步的，所述限制车速模块模拟道路上限速标志对驾驶员行为的影响。将当前道路限速值乘以1.1倍，比较当前道路限速值的1.1倍与行驶车辆实际车速的大小。将行驶车辆车速控制在当前道路限速值的1.1倍以内，计算车辆减速、加速或保持匀速情况。
进一步的，所述限制车速模块用于计算驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速的公式如下：
Figure 824825DEST_PATH_IMAGE021
（4）
其中，
Figure 640465DEST_PATH_IMAGE015
为主线车辆瞬时车速，单位为m/s；
Figure 163851DEST_PATH_IMAGE022
为当前路段限速值，单位为m/s。
进一步的，所述车辆性能模块根据车辆动力学，模拟车辆行驶时的加减速能力，用于模拟车辆轴向加速度受道路纵坡的影响。
车辆性能参数包括发动机性能参数（发动机功率、转速等性能参数）、变速箱、轮胎半径、轮胎摩擦系数。
计算出此速度下能克服的最大坡度
Figure 390433DEST_PATH_IMAGE023
。确定此速度下能克服的最大坡度
Figure 632058DEST_PATH_IMAGE023
与此时道路的实际坡度i的大小。根据车辆性能计算出车辆可能的加速度范围。
进一步的，所述车辆性能模块用于计算驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速的公式如下：
Figure 985810DEST_PATH_IMAGE024
(5)
公式（5）为汽车动力学中相关公式，其中：
Figure 363702DEST_PATH_IMAGE025
（6）
Figure 26765DEST_PATH_IMAGE026
（7）
Figure 490107DEST_PATH_IMAGE027
（8）
Figure 379041DEST_PATH_IMAGE028
（9）
其中，公式（5）、公式（6）、公式（7）、公式（8）、公式（9）参数及参数取值范围如下表所示。
Figure 877018DEST_PATH_IMAGE029
进一步的，所述驾驶员行为模块模拟驾驶员在道路线形变化、受到路侧干扰、接受限速标志信息时驾驶车辆加、减速的行为。考虑驾驶员从感受环境变化到做出反应的时间，做出操作车辆减速、加速或保持匀速的判断。
本发明专利公开的一种道路限速值评估的计算方法结合道路线形、路侧干扰、限制速度、车辆的性能以及驾驶员行为等因素，建立了人-环境-车速之间的数学计算方法，只需将计算参数输入计算机，即可模拟驾驶员在道路上行驶速度变化的情况，得到道路的运行速度结果。本发明的计算方法为现有道路限速值的评估提供理论依据，计算方法原理简单明确，科学高效，能够有效调整和优化道路限速值，提升城市交通运行效率，提高道路限速值评估工作的效率和准确性。
附图说明
图1为本发明的道路限速值评估计算方法的整体框架图。
图2为本发明的线形指标影响模块计算流程图。
图3为本发明的路测干扰模块计算流程图。
图4为本发明的限制车速模块计算流程图。
图5为本发明的车辆性能模块计算流程图。
图6为本发明的驾驶员行为模块计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种道路限速值评估的计算方法，包括线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块、整合计算模块。一种道路限速值评估的计算方法，包括以下计算步骤。
a）根据道路行驶即时车辆位置k和瞬时速度v输出线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块，综合模拟计算出驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速。
b）操作车辆的下一步行为输出驾驶员行为模块和模拟车辆行驶时的加减速能力的车辆性能模块操作车辆加速、减速或匀速。
c）判断道路行驶车辆是否到达道路终点。若道路行驶车辆已达到道路终点，输出计算结果。若道路行驶车辆未达到道路终点，记录里程k和瞬时车速v，同时更新车辆位置和瞬时速度，重新进行步骤a、步骤b和步骤c，直到车辆位置达到计算的终点。
具体的，步骤a的计算过程见附图2、附图3、附图4。
如图2所示，线形指标影响模块计算包括以下步骤。
a）根据道路行驶车辆即时位置k和瞬时速度v判断车辆横向、纵向、轴向加速度值。模拟道路线形发生变化对驾驶员行为的影响，结合人体工程学，以驾驶员对横向、纵向、轴向加速度的耐受程度为指标。根据道路行驶车辆即时位置k和瞬时速度v输入道路线形指标参数，计算此时此刻车辆在平、纵曲线的影响下的横向、纵向、轴向加速度值。
b）根据车辆横向、纵向、轴向加速度值判断是否达到人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值。
具体的，判断由线形指标造成的加速度是否达到人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值。若大于临界值，即驾驶员此时感到不舒适，则驾驶员倾向于操作车辆减速。若小于等于临界值，即驾驶员此时感到舒适，则驾驶员倾向于操作车辆加速或匀速。
如图3所示，路侧干扰模块计算包括以下步骤。
a）确定道路分合流进出口工程条件。模拟车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰对不同车道驾驶员行为的影响。确定道路分合流进出口参数包括车辆位置，加减车道长度，进出位置主线车道数量。
b）确定干扰因素参数。道路干扰因素即车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰因素，不同车道的行驶车辆进入主线的位置和行车速度。
c）根据道路分合流进出口工程条件、干扰因素参数和驾驶员所在车道以不发生交通事故为原则计算车辆行驶速度。若路侧干扰模块计算判断不可能发生交通事故，则驾驶员倾向于操作车辆加速或匀速。若路侧干扰模块计算判断可能发生交通事故，则驾驶员倾向于操作车辆减速。当车辆位置接近路侧干扰的路段时，将以车辆不发生交通事故为原则模拟计算出车辆可能的减速情况。
如图4所示，限制车速模块计算包括以下步骤。
a）确定当前道路限速值和行驶车辆实际车速。
b）计算当前限速值的1.1倍是否大于行驶车辆实际车速。当道路现状存在限速值时，驾驶员为了不违规，将压抑内心的期望车速，并采取减速措施把车速控制在当前限速值的1.1倍以内。若行驶速度小于等于当前限速值的1.1倍，则驾驶员将控制车辆加速或匀速行驶。若行驶速度大于当前限速值的1.1倍，则驾驶员将控制车辆减速行驶。
如图5所示，车辆性能模块计算包括以下步骤。
a）计算车辆的性能参数。车辆性能参数包括发动机性能参数（发动机功率、转速等性能参数）、变速箱、轮胎半径、轮胎摩擦系数。
b）结合当前的车速，计算出此速度下能克服的最大坡度
Figure 710982DEST_PATH_IMAGE023
。
c）判断当前道路的实际坡度
Figure 927200DEST_PATH_IMAGE030
是否大于最大坡度
Figure 622755DEST_PATH_IMAGE023
。若此时道路的实际坡度i小于等于
Figure 975239DEST_PATH_IMAGE023
，则说明车辆动力充足，存在继续加速的条件。若此时i大于
Figure 714524DEST_PATH_IMAGE031
，则说明车辆动力不足，需减速降档。同时，根据车辆性能计算出车辆可能的加速度范围。
如图6所示，驾驶员行为模块计算包括以下步骤。
a）根据道路环境变化，驾驶员反应判断。驾驶员在道路线形变化、受到路侧干扰、接受限速标志信息时，即感受到外界道路环境变化时，大脑会作出判断。
b）考虑驾驶员从感受环境变化到做出反应的时间。驾驶员在通过视觉或听觉感受到外界道路环境变化，到最终操作车辆是存在一个反应时间间隔的。
c）驾驶员操作车辆减速、加速或保持匀速。当外界道路环境发生变化时，驾驶员需要做出操作车辆减速、加速或保持匀速的判断。

Claims (13)

1.一种道路限速值评估的计算方法，包括一种道路限速值评估的计算方法，包括线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块、整合计算模块；具体的，所述线形指标影响模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟道路线形发生变化对驾驶员行为的影响；所述路侧干扰模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰对对不同车道驾驶员行为的影响；所述限制车速模块受道路行车车辆位置和瞬时速度影响，用于模拟道路上限速标志对驾驶员行为的影响；所述车辆性能模块用于模拟车辆轴向加速度受道路纵坡的影响；所述驾驶员行为模块用于模拟驾驶员在道路线形变化、受到路侧干扰、接受限速标志信息时驾驶车辆加、减速的行为；所述的整合计算模块用于计算得到车辆在道路不同位置的车速；所述线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块均向驾驶员行为模块输出信息，所述驾驶员行为模块、车辆性能模块均向整合计算模块输出信息，所述整合计算模块输出最终计算结果。
2.一种道路限速值评估的计算方法，包括以下步骤：
a）根据道路行驶即时车辆位置k和瞬时速度v输出线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块，综合模拟计算出驾驶员下一刻操作车辆加速还是减速；
b）操作车辆的下一步行为输出驾驶员行为模块和模拟车辆行驶时的加减速能力的车辆性能模块操作车辆加速、减速或匀速；
c）判断道路行驶车辆是否到达道路终点，循环计算直到车辆位置达到计算的终点。
3.根据权利要求1所述的整合计算模块，其特征在于，对线形指标影响模块、路侧干扰模块、限制车速模块、车辆性能模块、驾驶员行为模块进行整合，计算得到车辆在道路不同位置的车速。
4.根据权利要求3所述的整合计算模块判断加速或减速的计算公式如下：
Figure 163726DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 151274DEST_PATH_IMAGE002
为当前车辆瞬时位置里程，单位为m；
Figure 375582DEST_PATH_IMAGE003
为终点里程，单位为m；
Figure 437079DEST_PATH_IMAGE004
为车辆瞬时速度，单位为m/s；
Figure 721429DEST_PATH_IMAGE005
为车辆瞬时加速度，单位为m/s2；
Figure 133956DEST_PATH_IMAGE006
为一个操作时间，单位为s。
5.根据权利要求1所述的线形指标影响模块，其特征在于，结合人体工程学，以驾驶员对横向、纵向、轴向加速度的耐受程度为指标；根据车辆横向、纵向、轴向加速度值判断是否达到人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值；将线形指标造成的加速度控制在人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值以内，计算车辆减速、加速或保持匀速情况；所述的线形指标影响模块计算包括以下步骤：
a）根据道路行驶车辆即时位置k和瞬时速度v判断车辆横向、纵向、轴向加速度值；
b）根据车辆横向、纵向、轴向加速度值判断是否达到人体工程学中人对加速度舒适性感官的临界值。
6.根据权利要求5所述的线形指标影响模块判断加速或减速的计算公式如下：
Figure 161955DEST_PATH_IMAGE007
（2）
其中，
Figure 408784DEST_PATH_IMAGE008
为驾驶员当前的横向加速度，单位为m/s2；
Figure 598457DEST_PATH_IMAGE009
为驾驶员当前的纵向加速度，单位为m/s2；
Figure 498280DEST_PATH_IMAGE010
为驾驶员当前的轴向加速度，单位为m/s2；
Figure 64391DEST_PATH_IMAGE011
为横向所能承受的最大加速度，单位为m/s2；
Figure 366059DEST_PATH_IMAGE012
为纵向所能承受的最大加速度，单位为m/s2；
Figure 726633DEST_PATH_IMAGE013
为轴向所能承受的最大加速度，单位为m/s2。
7.根据权利要求1所述的路测干扰模块，其特征在于，模拟车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰对不同车道驾驶员行为的影响；所述的路测干扰模块计算包括以下步骤：
a）确定道路分合流进出口工程条件；
b）确定干扰因素参数；道路干扰因素即车辆分合流、交织、行人和非机动车驶入等路侧干扰因素，不同车道的行驶车辆进入主线的位置和行车速度；
c）根据道路分合流进出口工程条件、干扰因素参数和驾驶员所在车道以不发生交通事故为原则计算车辆行驶速度。
8.根据权利要求7所述的路测干扰模块判断加速或减速的计算公式如下：
Figure 176069DEST_PATH_IMAGE014
（3）
其中，
Figure 545871DEST_PATH_IMAGE015
为主线车辆瞬时车速，单位为m/s；
Figure 436466DEST_PATH_IMAGE016
为驶入/出主车道车辆的速度，单位为m/s；
Figure 233521DEST_PATH_IMAGE017
为车辆加速度，单位为m/s2；
Figure 842357DEST_PATH_IMAGE018
为车辆减速度，单位为m/s2；
Figure 78166DEST_PATH_IMAGE019
为车身长度，单位为m；
Figure 88847DEST_PATH_IMAGE020
为车头距，单位为m。
9.根据权利要求1所述的限制车速模块，其特征在于，模拟道路上限速标志对驾驶员行为的影响；所述的限制车速模块计算包括以下步骤：
a）确定当前道路限速值和行驶车辆实际车速；
b）计算当前限速值的1.1倍是否大于行驶车辆实际车速。
10.根据权利要求9所述的限制车速模块判断加速或减速的计算公式如下：
Figure 56803DEST_PATH_IMAGE021
（4）
其中，
Figure 152935DEST_PATH_IMAGE015
为主线车辆瞬时车速，单位为m/s；
Figure 864539DEST_PATH_IMAGE022
为当前路段限速值，单位为m/s。
11.根据权利要求1所述的车辆性能模块，其特征在于，模拟车辆轴向加速度受道路纵坡的影响；所述的车辆性能模块计算包括以下步骤：
a）计算车辆的性能参数；
b）结合当前的车速，计算出此速度下能克服的最大坡度im；
c）判断当前道路的实际坡度i是否大于最大坡度im。
12.根据权利要求11所述的车辆性能模块判断加速或减速的计算公式如下：
Figure 792044DEST_PATH_IMAGE023
(5)
公式（5）为汽车动力学中相关公式，其中：
Figure 930901DEST_PATH_IMAGE024
（6）
Figure 514329DEST_PATH_IMAGE025
（7）
Figure 764045DEST_PATH_IMAGE026
（8）
Figure 749319DEST_PATH_IMAGE027
（9）
其中，参数及参数取值范围见说明书表1。
13.根据权利要求1所述的驾驶员行为模块，其特征在于，模拟驾驶员在道路线形变化、受到路侧干扰、接受限速标志信息时驾驶车辆加、减速的行为；所述的驾驶员行为模块计算包括以下步骤：
a）根据道路环境变化，驾驶员反应判断；
b）考虑驾驶员从感受环境变化到做出反应的时间；
c）驾驶员操作车辆减速、加速或保持匀速。
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