高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距安全风险分析

刘磊 姜传

【摘 要】停車视距不足的问题，多数研究仅仅是与规范值的比较。为此，基于国内外对停车视距计算参数取值的研究，提出紧急制动停车视距概念，并研究表明在山区高速公路圆曲线半径较小路段行驶时，驾驶员处于有预期的高警惕性状态，当发现前方有障碍物时所做出停车决策的反应时间要短于一般路段，以此计算紧急制动停车视距。

【关键词】高速公路;紧急制动;安全风险

1 高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距概述

1.1 紧急制动停车视距基本概念

（1）紧急制动停车视距基本概念

车辆在高速公路行驶过程中，为了避免追尾或保证安全换道，驾驶员经常需要制动减速，但一般不需要紧急停车;如果发现前方障碍物是静止的物体时需要紧急停车或换道，最短停车距离取决于驾驶员紧急制动反应时间和最大制动减速度。当驾驶员发现前方障碍物后采取紧急制动所需要的反应时间，与驾驶员年龄、性别、驾驶经验有关系，但与行驶时驾驶员的警惕性程度关系最大。

（2）高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距合理性分析

根据高速公路实测运行速度分析，运行速度分布图中V85与高速公路限速基本一致，从图1可知，设计速度或公路限速为120 km/h时，超过60%车辆行驶速度在110 km/h以下，仅有15%的驾驶员行驶速度达到或超过高速公路限速值，显然行驶速度在110 km/h以上的驾驶员在较小的圆曲线路段上行驶时，驾驶员通常有相当警惕性。

1.2 紧急制动停车视距计算值及推荐值

根据“高速公路内侧车道小客车停车视距合理取值的研究”。基于路面摩阻力系数的停车视距计算方法，摩阻力系数宜取0.46;基于制动减速度计算方法，制动减速度宜取4.51 m/s2;紧急制动反应时间取1.5 s，舒适制动反应时间取2.5 s。

2 山区高速公路内侧车道小客车采用紧急制动停车视距安全风险分析

2.1 紧急制动停车视距小于规范值路段发生概率与危害程度分析

2.1.1 高速公路左侧车道被占发生概率分析

根据调查，高速公路车道内侧车道被占有3种情况：（1）在地质条件复杂区域出现山体滑坡，由于高速公路内侧车道停车视距不利位置在山体的外侧，所以只有当全幅路基的2/3被占时内侧车道才会被占，显然滑坡体较大，中间带防撞护栏和防眩设施可能遮挡不住视线;（2）发生交通事故，事故车辆尚未移除;（3）车辆落物，物体较大。这3类事故都是随机偶发事件，并不完全在圆曲线半径最小或较小的路段，对某一圆曲线路段而言发生概率非常小。

2.1.2 发生事故危害程度分析

根据《公路限速标志设计规范》（JTG/T 3381-02—2020）（以下简称《限速规范》）相关研究，行驶速度影响事故所导致伤害的严重程度，当车辆行驶速度超过30 km/h，其所造成的伤害将超过人体的承受能力，但大多数人可以存活;被行驶速度50 km/h 的车辆撞击时，大多数人会失去生命。

2.2 换道行为的可能性及换道概率分析

2.2.1 换道长度计算模型

当车辆发现前方有障碍物时，车辆采取紧急停车的同时会考虑换道行为。在内侧车道的车辆要完成变换到外侧车道上，换道过程由发现前方有障碍物时紧急制动反应时间、寻找可插入间隙时间、变换车道时间等3部分组成。

（1）紧急制动反应时间及距离L1

①紧急制动反应时间t1

根据前述，当车辆发现前方有障碍物时车辆采取紧急停车或换道行为的紧急制动反应时间，取1.603 s，即选择信息容量1 bit且为有预期反应时间的值。

②反应时间前进的距离L1

（2）等待可插入间隙时前进的距离L2

车辆在准备换道过程中，需要等待相邻车道的可插入间隙时间，在该时间内前进的距离由式（3）计算：

式中，V为等待可插入间隙过程中车辆的行车速度;tw为平均等待一个可插入间隙的时间，由式（4）计算：

式中，t为车辆临界间隙，一般取值为4.0 s;λ为单位时间的平均到达率，为直行交通量;τ为车头时距的最小值，一般取值为1.2 s。

（3）判断可插入间隙时行驶的距离L3

L3为判断可插入间隙是否可以安全插入时纵向行驶距离，由式（5）计算：

式中V为判断可插入间隙过程中车辆的运行速度。

（4）车辆变换一次车道时行驶的距离L4

研究表明，车辆的横移速度为1 m/s，我国车道宽度3.75 m，根据“基于驾驶员视点位置的多车道高速公路最小圆曲线半径研究”，换道横移距离取3.05 m，横移时间t4取值为3.05 s。车辆横移时行驶的距离为L4，由式（6）计算。

式中V为变换车道过程中车辆的运行速度。

（5）车辆换道距离L

综合上述分析，得到车辆完成车道变换所需的距离，由式（7）计算：

2.2.2 换道行为的可能性分析

根据上述换道计算公式计算，正常车辆换道所需要的距离要远大于停车视距，要在停车视距范围内完成换道，其前提条件必须是当驾驶员发现前方有障碍物时能立即进入可插入状态，即换道距离L=L1+L4，同时可考虑障碍物占车道位置情况，本研究紧急制动停车视距是以占半个车道（视点位置）为准进行计算，则L=0.771V。

2.2.3 换道行为的可行性概率分析

车辆在准备换道过程中，需要等待相邻车道的可插入间隙时间，可插入间隙时间计算公式如下：

式中，tw为平均等待一个可插入间隙的时间，由式（4）计算;e为自然常数;t为车辆临界间隙，一般取值为4.0 s;λ为单位时间的平均到达率，为直行交通量;τ为车头时距的最小值，一般取值为1.2 s。

3 结论

研究主要从高速公路内侧车道被占概率、停车视距不足时可能碰撞速度与风险，以及换道行为的可能性与换道概率等多角度进行了研究。主要结论如下：

（1）根据调查，高速公路车道内侧车道被占有3种情况，但事故都是随机偶发事件，并不完全在圆曲线半径最小或较小的路段，对某一圆曲线路段发生概率非常小。而且，根据紧急制动停车视距与规范值比较，即使在紧急制动停车视距范围未能将车辆停止，经计算不同的设计速度可能的碰撞速度均低于20 km/h，对车内的人员伤害非常小，对车辆损坏严重程度较低，即使出现碰撞行人事故，安全风险较低，可能造成的直接经济损失小，建议山区高速公路采用紧急制动停车视距作为内侧车道圆曲线最小半径的控制指标。

（2）正常车辆换道所需要的距离要远大于停车视距，要在停车视距范围内完成换道，其前提条件必须是当驾驶员发现前方有障碍物时能立即进入可插入状态，以此计算结果障碍物占半个车道（视点位置）且在发现障碍物时能立即进入变道行为下，不同设计速度换道长度均短于紧急制动停车视距，具有换道行为的可能性。

参考文献：

[1]JTG D20—2017，公路路线设计规范[S].JTG D20—2017，Design Specifications for Highway Alignment [S].

[2]杨帆，白浩晨，贺亚龙，等.高速公路中央分隔带停车视距评价方法研究[J].公路交通科技，2018，35（6）：45-51.