【博士】高速公路线形安全设计研究【2007】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：长安大学　　学位年度： 2007年　　我国高速公路建设只用十余年的时间就走过了西方发达国家几十年的历程，随着高速公路通车里程和汽车保有量的快速增长，交通事故的发生次数明显上升、死亡人数也呈大幅增加趋势，且重大、恶性交通事故居多，与西方发达国家高速公路交通安全相比存在很大差距。高速公路设计速度高，汽车对交通安全的要求也高，相对于高速公路的其它部分，线形设计通过对驾驶者行为的客观干扰，会对驾驶员的过失行为放大，使之与行车安全产生互动关联，从而导致了交通事故的发生。因此，线形设计在高速公路安全设计起着重要的作用，从定性到定量角度研究线形指标对交通事故的影响，对优化、改进线形设计，预防交通事故的发生，减少人员伤亡和财产损失至关重要。　　高速公路线形安全设计不仅要满足汽车行驶动力学和运动学的要求，更要考虑驾驶员生理、心理方面的要求，考虑为司乘人员提供怎样的行车环境；其综合反映为高速公路线形提供给驾驶员的速度，以及驾驶员从安全角度对高速公路线形及其环境判断所采用的期望速度。一般情况下，只要条件允许，驾驶员总是倾向于采用高速行驶，交通事故调查资料也表明在平坦路段的交通事故比急弯、陡坡段要高。因此，高速公路线形安全设计，关键是不给驾驶员提供判断错误，诱导驾驶员超速的信息。　　本文以大量的平、纵面线形设计资料、交通事故资料，全面综合分析了高速公路交通事故与人、车、路的相互影响及关系，阐述了高速公路线形安全设计的理论与方法，提出了高速公路线形安全设计指标体系中各指标相互协调配合的设计新思路：从交通事故、人、车、路特性等方面，对高速公路线形安全设计的提出综合性的指导意见。　　首先，通过分析高速公路线形设计中以设计速度为指标进行线形设计及线形组合设计理论中存在的问题，指出了现行设计指标体系只考虑车辆、不考虑驾驶人员驾驶行为的缺陷：从道路交通安全审计角度，提出了高速公路线形安全设计中应重点考虑的线形设计要素。并根据陕西580公里高速公路线形设计数据及其对应的3年来交通事故数据，分析了高速公路交通事故产生的时间、驾驶员特性、车辆类型、气候状况、事故原因、事故结果，首次对巨量样本采用聚类分析方法研究了高速公路平、纵面线形指标及线形组合与交通事故的相关关系；并用数理统计软件SPSS进行了统计分析，建立了线形指标与交通事故的相关模型。　　其次，从车辆动力学的角度，研究了车辆动力性能与高速公路纵面线形指标的关系，首次提出了对山区高速公路上、下行采用不同最大纵坡及坡长限制，理想最大纵坡、一般最大纵坡、极限最大纵坡、缓和坡段纵坡的设计概念。　　再次，依据驾驶员对车辆、高速公路信息的感知，分析了驾驶员的驾驶行为特性及驾驶操纵行为，将驾驶员开车过程分为信息感知、轨迹决策和操作校正三个基本环节；　　研究了预瞄跟随理论、系统模糊决策理论、非线性系统控制论等建模理论，并以模糊决策理论为基础，按照稳态预测动态校正假说、研究了驾驶员预期轨迹决策的驾驶安全性、合法性和驾驶轻便性三个基本模糊评价指标；并应用非线性系统控制论中局部等效线性方法解决汽车动力学控制系统强非线性问题，建立了驾驶员最优预瞄纵向加速度和最优预瞄侧向加速度的．阶线性传递函数模型、最优预瞄加速度的决策及校正模型，高速公路平、纵面线形实际供给车速及驾驶员期望速度模型。　　最后，根据交通事故与高速公路线形要素的相关性分析及对车辆动力性能的研究结果，提出了高速公路线形安全设计的总体要求，公路平面线形要素、纵面线形要素、平纵面线形组合的设计要求；并利用平、纵面线形实际供给车速，驾驶员期望速度仿真与交通事故发生的对比分析，真实、客观反映了线形设计在满足现有公路工程技术标准、公路路线设计规范指标条件下可能存在的隐形安全缺陷问题，提出了应用驾驶员期望速度仿真图评价线形设计的方法和评价标准，科学、合理地解决了高速公路线形设计安全定量评价难题。　　

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