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高速公路作业区动态限速值仿真试验分析

金勇

摘 要：限速作为一种能够平衡高速公路养护施工作业区运行效率和运行安全的管理方法得到了广泛的应用。作业区作为高速公路交通系统的危险路段，容易造成交通拥堵，诱发各类交通事故。因此合理的限速标准对高速公路作业区的安全性有着重要意义。
关键词：高速；作业区；仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.102
本文仿真的高速公路作业区为一条平直路段，车辆的行驶环境处于单个车辆的运行状态，是一种理想状况。路径（方向）控制选择跟踪中线行驶，速度控制选择维持车速策略，即设定一个初速度V，观察汽车通过该路段的车辆参数变化，例如，速度、加速度、位移等。多次设置不同的初始值，进行多次仿真分析，比较得出最佳的限速方案并且验证理论分析所提出的一般性结论。
1 仿真实验步骤
（1）将被仿真道路的数据点坐标导入路面谱文件生成能被ADAMS/CAR识别的路面谱。
（2）运行ADAMS/CAR，在主界面上选择File | Open | Assembly导入将要进行仿真试验的车辆模型。完成后，可看到主界面上出现想要的车辆三维实体图。
（3）选择Simulate | Full-Vehicle Analysis | Course Events | ISO Lane Change[32]，弹出ISO Lane Change分析参数输入界面。
图1中相关参数的填写做下说明，Full-Vehicle Assembly右边这一栏填写仿真的车辆名称，通常这一栏不需要填写，系统自动默认先前引入的车辆模型的名称。第二栏填写的是仿真试验名称的前缀，可按用户的意愿任意填写。第三栏为系统默认无需改写，第四栏选择仿真的模式，可供选择的模式有interactive，background，file only这三种。本文中选用interactive（交互式）。第五栏填写以rdf为后缀的道路数据文件。第六栏填写初始速度值。将最后两项选中，系统会自动分析驾驶员控制文件。数据填写完毕后，点击ok，仿真系统自动进行仿真分析。
（4）选择Review Animation Controls，彈出图2所示对话框。进行一些相关数据填写后，就可点击播放按钮进行仿真回放。
（5）选择Review Post Processing Window来到仿真后处理界面，在这里可以得到仿真实验的速度、加速度、位移等曲线。
2 仿真分析
2.1 不同车速下的纵向速度对比
根据车辆在不同车速下的纵向速度随时间的变化，限速值为100km/h的车辆行驶速度波动较大，仿真车辆起动车速稳定后的纵向速度变化量超过车速的1/10。限速值为60km/h的车辆运行纵向速度变化缓慢，影响了车流运行，容易造成交通拥挤现象。而限速值为80km/h和100km/h之间的速度，车辆运行速度变化波动相对较小，且不影响车流运行。因此从行驶速度来看，限速值在80-100km/h之间比较合理。
2.2 不同车速下的侧向加速度对比
车辆侧向加速度变化基本上差异不大，说明作业区在规定速度范围内不同的速度之下，加速度变化幅度基本上相一致。
2.3 不同车速下地面对轮胎的法向反作用力对比
车辆每个车轮在不同车速下的垂向力随时间的变化，速度越高车辆通过作业区时车轮垂向力波动越大，对车辆平稳安全性影响很大。
综合以上分析，车辆以80-100km/h之间的速度进入高速公路作业区是合理安全的，且不影响交通流的畅通运行。因此限制速度应该设定在这个区间。
2.4 具体限速值的确定
结合试验路段全体小车型85%位速度（90.8km/h）和所有车辆85%位速度（87.9km/h）进行具体的分析。
（1）纵向速度变化曲线对比分析。二者纵向速度随时间的变化，当速度为90.8km/h时的车辆平稳性要比89.7km/h时的平稳性要好。即从纵向速度变化对比来看，以全体小型车的V85速度运行，车辆稳定性较好。
（2）侧向加速度变化曲线对比分析。二者侧向加速度随时间的变化，横向加速度变化幅度差异不大，均符合要求。
（3）位移变化曲线对比分析。二者位移随时间的变化，可以看出尽管两者均在合理的限速范围内，但当速度为90.8km/h时的车辆平稳性要比89.7km/h时的平稳性要好。因此结合前面的分析，将90km/h设定为该作业区的最高合理限速值。
综上所述，高速公路作业区限速的一般结论为：在综合考虑各作业区的实际情况下，小型车应以60km/h为基础，结合相应的小型车V85位速度，如果小型车V85高于60km/h，将限速值设定为小型车V85左右，否则则应设定为60km/h。
3 结语
本章通过设定不同的车速，对车辆在道路上的运动状态进行分析，得到了车速限定值。通过理论分析，证明该车速是合理、有效的。该方法针对不同道路线形、道路状况等进行限速设定，可实现车速限定的动态性。

-全文完-