基于驾驶行为特性的超多车道高速公路左侧硬路肩设置

张于平

(广深高速公路改扩建管理处，广州 510699)

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，早期建设的高速公路通行能力已难以满足日益增长的交通需求。特别是粤港澳大湾区等经济活跃地区，越来越多高速公路提质扩容的需求被提上日程，且高速公路改扩建整体趋势从车道数“四改八”逐渐往“六改十”方向发展。

根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)条文4.0.5和《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)条文6.4.2，高速公路车道数达八车道及以上时，宜设置宽度不小于2.5m的左侧硬路肩，为内侧车道故障车辆提供临时停靠的空间[1-2]。鉴于现行标准规范对十车道及以上高速公路是否设置左侧硬路肩未进行强制规定，且国内也尚无已实施的工程案例，越来越多的“六改十”车道的高速公路对于左侧硬路肩是否设置的论证结论也不一致。因此，科学合理地论证分析对于左侧硬路肩的设置决策显得尤为重要。

广深高速公路全长122.8km，双向六车道，设计速度120km/h。作为联系广州、东莞、深圳、香港的重要通道，一直以来被誉为国内交通最繁忙的高速公路之一，目前全线年平均交通量已达12.3万pcu/d，部分路段如太平至五点梅段已高达18.7万pcu/d。

广深高速公路改扩建工程北起广州黄村立交，南止于深圳市皇岗收费站，改造里程全长118.2km，采用整体拼接扩建成十车道，局部交通量较大的路段采用分离式扩建成十四车道的方案进行扩建，设计速度100～120km/h。在进行十车道改扩建方案论证过程中，因国内关于左侧硬路肩设置相关的技术标准尚不完善，就左侧硬路肩的设置问题产生了较大分歧。

本文采用模拟驾驶实验对有无左侧硬路肩情况下的驾驶行为特性进行分析，提出基于驾驶行为特性分析的超多车道高速公路左侧硬路肩论证方法，结合广深高速公路改扩建工程实例，为后续相似工程项目和研究提供参考。

1 左侧硬路肩定义及功能

硬路肩是指与行车道相邻并辅以具有一定强度路面结构的路肩部分，它可承受汽车荷载的作用力。我国高速公路将右侧硬路肩称为应急车道、紧急停车带或救援通道等，主要作用是为行车提供有效停车视距，供故障车辆紧急停车、救援车辆通行等。

左侧硬路肩是指位于行车道左侧的硬路肩，当同向单幅车道数达到四车道及以上时，由于车道数的增加，行驶在内侧车道上的车辆需要经过三次甚至以上的换道操作，才能到达最右侧硬路肩停靠。多次换道不仅使得故障车道停靠的过程变得困难，而且多次换道需要较长的行驶距离，也会对其他车道上正常行驶的车辆带来不利影响[2]。因此，左侧硬路肩的设置可提高八车道及以上高速公路行车的安全性和舒适性。

2 左侧硬路肩设置对驾驶行为特性影响实验

2.1 实验目的

针对超多车道高速公路的不同路侧形式，建立相关的实验场景，通过驾驶模拟实验，采集驾驶人生理心理特征数据，采用深度学习算法挖掘潜在规律，分析不同路侧方案对驾驶人行车安全性及舒适性的影响，从而为超多车道高速公路左侧硬路肩的设置提供理论支持。

2.2 实验场景

设计有左侧硬路肩、内侧两车道封闭和无左侧硬路肩、内侧两车道封闭两种实验场景，根据国内外调研结果，初步设定左侧硬路肩宽度为3m，如图1和图2所示。

图1 左侧3m硬路肩

图2 左侧无硬路肩

2.3 实验仪器和设备

实验采用日本FORUM8公司的UC-win/Road 13.0进行场景建模，使用基于真实汽车驾驶座舱开发的驾驶模拟器进行模拟驾驶实验并采集数据(图3)。

图3 驾驶模拟平台

2.4 实验被试

为了确保实验结果的准确性，尽量避免由于驾驶人的驾驶经验、驾驶习惯差异等原因对实验数据产生较大的影响，本次共招募24名被试进行模拟驾驶实验，包括8名职业驾驶人(代驾及出租车司机)和16名非职业驾驶人。

2.5 实验流程

根据实验目的以及实验场景设置，每位被试按照以下流程进行模拟驾驶实验，如图4所示。

图4 实验流程

实验过程中要求驾驶人尽可能保持最高限速120km/h的速度稳定行驶，实验场景中每个过渡段放置120km/h的限速标志。实验场景全程约为16km，驾驶时间需要10min/次/人。每个场景之间相隔2～3km，通过普通路段连接，车辆均在最左侧行驶，遇到车道封闭时，驾驶人自主选择避险绕行。通过每个场景后还需进行主观问卷调查。

图5 被试实验过程

2.6 实验数据采集

通过填写的基本信息问卷获得驾驶人姓名、性别、年龄、驾龄等基本信息；通过主观感受问卷获得驾驶人对不同路侧布置形式的主观评价。

本次模拟驾驶实验采集到24人次的有效实验数据，其中包括24份车辆运行数据以及对应的主观问卷和基本信息问卷。

图6 UC-win/Road采集的数据文件

3 左侧硬路肩设置对驾驶行为特性影响分析

根据调研分析，不同路侧设置方式会影响突发交通状况下路段的通行能力、安全特性和舒适性。本次以交通安全性和舒适性为目标进行分析。首先，车辆操控参数直接反映驾驶人在紧急情况下的驾驶行为特征，体现行车安全性和舒适性；其次，安全替代指标也用于评价紧急避险过程中的安全性；此外，驾驶人的主观感受也是重要的评价指标。

3.1 不同左侧路侧设置下的车速特性

车辆运行速度是反映道路安全性的重要指标，特别是纵向车速的稳定性体现了道路环境的协调性。在模拟驾驶过程中，采集主线静止车辆上游500m、下游100m范围的车速。每50m设为一个断面(断面11为停车点)，一共分析了13个断面的车速。利用SPSS软件对不同标线段上行驶速度数据进行分析，断面车速分布情况如图7所示。

图7 不同路侧设置方式车辆通过障碍的车速

对比分析发现：在不设左侧硬路肩的情形下，车速波动最大，多数在最内侧行驶的小型车都有减小到接近0km/h的车速，在越过障碍物后逐渐加速；而设置了3m连续左侧硬路肩情况时，车辆路过前方停驶车辆时车速稍高一些，越过障碍车的车速可达到84km/h。

出现这种结果的原因主要是：没有设置左侧硬路肩时，在遇到极端情形(左侧2车道被占用)，车辆在短时间内无法进行较大的车道变换，只能采取减速或停车避让措施，然后再绕过障碍车。而设置了左侧硬路肩的情况下，左侧硬路肩可为内侧车道上高速行驶的车辆提供必要的避险空间。同时，在遇到极端情形(左侧2车道被占用)，左侧硬路肩可为在内侧车道行驶的车辆提供临时停车避险的地点。从进行的实验来看，部分驾驶人采取了从左侧绕行的避险行为，而没有采用向右侧合流，这在特殊情况下，可避免恶性交通事故的发生。总的来说，当事发路段正好有左侧硬路肩时，驾驶绩效都较好。

3.2 不同左侧路侧设置下的安全替代指标

为研究不同路侧设置方式下车辆遇到紧急情况的避险特性，本文选取了典型的交通安全替代指标量化分析，如碰撞时间(Time to collision,TTC)体现了车辆与前方车辆距离碰撞所剩的时间，可以表达车辆的安全性能。

在主线左侧车道有车辆停止而实验车在左侧行驶的情形下，本节将分析不同的左侧路侧设置对最小TTC的影响，评价其在交通安全方面的效果。最小TTC是指在一例紧急避险过程中，整个避险时间序列的TTC的最小值，TTC的最小值能够体现安全裕度，最小TTC越小表明越危险。对不同左侧路侧形式的避险行驶数据进行提取分析，统计出各例驾驶最小TTC的位置，如图8所示。

图8 不同左侧路侧设置下最小TTC点分布

对比分析发现，在不设左侧硬路肩的情形下，车辆遇到停驶车辆时，最小TTC均值为1.91s，最小TTC值为0.2s，情况较为危险；设置了3m左侧硬路肩的情形下，车辆遇到停驶车辆时，最小TTC均值为3.20s，最小TTC值为1.3s，安全状况有较大的改善。

3.3 不同左侧路侧设置下的驾驶负荷

为了分析不同左侧路侧设置对驾驶人舒适性的影响，采用主观驾驶负荷测量方法进行分析。驾驶负荷代表了驾驶人对外部环境的实时感知，是其驾驶任务强度的直接体现，也反映了其驾驶过程中舒适程度的高低。

实验使用NASA-TLX量表进行驾驶人驾驶负荷的评价。NASA-TLX主观评定量表是多维的脑力负荷评价量表，共涉及到六个负荷维度，分别是脑力需求、体力需求、时间需求、绩效水平、努力程度和受挫程度等。采用10分量表表示各维度的强弱，1分表示最低、10分表示最高，如图9所示。

图9 NASA-TLX驾驶负荷量表

模拟驾驶过程中每完成一例驾驶片段，均通过问卷采集驾驶人在典型区域的主观驾驶负荷。针对是否设置左侧硬路肩两种场景，分别计算出脑力需求、体力需求、时间需求、绩效水平、努力程度和受挫程度等，最后可得出综合驾驶负荷。

假设遇到前方停车，统计不同左侧路侧设置情形下主观驾驶负荷发现：不设任何路侧形式下，综合驾驶负荷为8.22，综合驾驶负荷高；设置3m硬路肩情况下，综合驾驶负荷为6.87，综合驾驶负荷水平相对较低。总的来说，在遇到两个车道被占用的情形下，驾驶人处理这种紧急情形的驾驶负荷都较高，而有左侧路侧空间时，驾驶负荷有较大程度的降低。

表1 不同左侧路侧设置下的主观驾驶负荷结果

4 结语

本次研究共招募24名被试进行模拟驾驶实验，研究左侧硬路肩设置对驾驶行为特性的影响。结果表明，在不设左侧硬路肩的情形下，车辆遇到停驶车辆时，最小TTC均值较小，综合驾驶负荷值较高；设置了左侧硬路肩的情形下，车辆遇到停驶车辆时，安全状况得到较大改善，综合驾驶负荷同样有较大缓解。

为了提高行车安全性和舒适性，本文建议超多车道高速公路设置左侧硬路肩。广深高速公路改扩建工程可行性研究阶段已采用该建议。