高速公路混合交通流圆曲线半径可靠性设计

摘要

针对自动驾驶汽车（autonomous vehicles,AVs）与人工驾驶车辆（human-drive vehicles,HDVs）组成的混合交通流在高速公路圆曲线路段因路侧设施遮挡等原因导致的停车视距不足问题，以及传统确定性方法计算模型的局限性，研究保障混合交通流视距安全的高速公路最小圆曲线半径。基于防抱死制动系统（anti-lock braking system,ABS）制动过程、横净距法，将汽车制动过程分为3个阶段，并考虑不同偏向、不同车道的有效视距，分别建立停车视距和有效视距计算模型，量化最不利情况的视距需求与供给。基于可靠度理论，考虑不同的AVs渗透率，以及驾驶人或自动驾驶系统在运行速度和制动反应时间上的随机性，使用不确定性的方法建立圆曲线半径对应的停车视距可靠性计算模型，计算《公路路线设计规范》中圆曲线一般最小半径（以下简称规范值）的停车视距可靠概率。使用95%作为目标可靠概率，提出满足视距安全的最小圆曲线半径推荐值和不同圆曲线半径下的安全车速推荐值，通过SUMO仿真验证推荐值的合理性。结果表明：AVs渗透率为0%、圆曲线半径取规范值时左偏最内侧车道的可靠概率均小于95%；随着AVs渗透率增大，可靠概率随之增大；AVs渗透率越高，满足停车视距可靠性要求的最小圆曲线半径越小、安全车速越高；与规范值相比，采用推荐值时仿真试验的交通冲突率平均降低了71.1%、交通流功率平均提高了27.3%，且进一步增大圆曲线半径无显著效益。

关键词

道路工程 / 圆曲线半径 / 停车视距 / 可靠度理论 / 高速公路 / 自动驾驶

基金资助

国家自然科学基金项目（52472366）; 湖北省自然科学基金项目（2025AFD759）资助