[发明专利]直接式高速公路出口匝道功能区范围确定方法

权利要求书

1.直接式高速公路出口匝道功能区范围确定方法，其特征是在高速公路出口匝道设置出口匝道功能区，所述出口匝道功能区包括主线上游段、主线下游段及匝道内段，在主线上游段，车辆完成减速、车道变换等驾驶行为，交通流特征由稳定状态过渡至紊乱状态；在主线下游段，车辆完成车道变换、加速驾驶行为，交通流特征由紊乱状态恢复至稳定状态；在匝道内段上，驶入出口匝道的车辆完成持续减速的驾驶行为，出口匝道功能区范围L={L_上,L_下,L_匝}为：

L_上为主线上游段长度包括驾驶员安全识别距离和减速距离，其中驾驶员安全识别距离为出口识别视距和标志识认距离两者之中的最大值，减速距离由减速车道长度和渐变段长度组成；

L_下为主线下游段长度，指外侧车道经过分流点后，主线车辆由紊乱过渡到平稳运行所需的距离；

L_匝为匝道内段长度，指将车辆由匝道鼻端车速减速至匝道最小曲线半径处速度时所需的距离；

出口匝道功能区长度L_上，L_下，L_匝的确定包括以下步骤，所有计算结果均精确到5m：

1）由高速公路主线设计速度与驾驶员预先操纵时间，计算出口识别视距d₁，其计算公式为：

d₁=0.278V_Dt    (1)

其中：V_D，主线设计速度，km/h；

t，预先操纵时间，指驾驶员处理相关危险信息所需的时间，包括发觉识别

危险点的时间和判断相应开始的时间，单位s，t的取值范围为(14.0-14.5)；

2）由车辆行近路口时的车速，驾驶员反应时间，车辆平均变更车道次数以及变换车道时间，计算标志识认距离d₂，其计算公式为：

d2=vt1+nvt23.6---(2)]]>

其中：v，行近路口时的车速，单位km/h，为路口处的85%位车速；

t₁，驾驶员反应时间，单位s，t₁取4.5s；

n，车辆平均变换车道次数；

t₂，变更车道时间，单位s，t₂取10s；

3）由出口识别视距d₁与标志识认距离d₂，确定驾驶员的安全识别距离L₁：

L₁=max{d₁,d₂}    (3)

其中：d₁，出口识别视距，单位m；

d₂，标志识认距离，单位m；

4）根据车辆在减速车道与匝道上的制动减速情况，计算单车道减速车道长度d₃，双车道减速车道的长度为单车道减速车道长度的1.5倍：

d3=le+lb=v0t33.6-12a1t32+125.92a2[(v0-3.6a1t3)2-v12]---(4)]]>

其中：l_e，发动机减速距离，单位m；

L_b，制动器减速距离，单位m；

t₃，发动机减速持续时间，单位s，取值为3s；

a₁，用发动机减速的减速度，单位m/s²，a₁的取值范围为(0.6-1.0)；

a₂，用制动器制动的减速度，单位m/s²，a₂的取值范围为(1.2-2.0)；

v₀，主线平均运行车速，单位km/h，为主线85%位车速；

v₁，匝道平均运行车速，单位km/h，为匝道处的85%位车速；

5）由匝道宽度与变速车道出入口渐变率，计算渐变段长度d₄：

d4=BP---(5)]]>

其中：B，单车道匝道或双车道匝道宽度，单位m，单车道B取3.5m，双车道B取7m；

P，变速车道出入口的渐变率；

6）由减速车道长度d₃与渐变段长度d₄，确定减速距离L₂：

L₂=d₃+d₄    (6)

其中：d₃，减速车道长度，单位m；

d₄，渐变段长度，单位m；

7）由安全识别距离L₁与减速距离L₂，计算出口匝道功能区主线上游段长度L_上：

L_上=L₁+L₂    (7)

8）由主线上车辆的正常运行速度，车辆在鼻端断面的平均运行速度以及加速度，计算出口匝道功能区主线下游段长度L_下：

其中：L_下，出口匝道功能区主线下游段长度，单位m；

v_m，主线上车辆的正常运行速度，单位km/h，为主线85%位车速；

v_mg，主线车辆在鼻端断面的平均运行速度，单位km/h，为在鼻端断面的85%位车速；

a，加速度，指主线车辆受驶出匝道车辆的影响，加速至正常速度时的所用的加速度，单位m/s²，a取1m/s²；

9）由车辆通过分流点端点的车速，通过匝道最小曲线半径时的车速以及加速度，计算出口匝道功能区的匝道内段长度L_匝，双车道匝道内段长度取单车道匝道内段的1.2倍：

其中：L_匝，出口匝道功能区单车道匝道内段长度，单位m；

v_rdg，通过分流点端点的车速，单位km/h，取主线设计车速的60%；

v_r，通过匝道最小曲线半径时的车速，单位km/h，取主线设计车速的45%；

a，加速度，单位m/s²，同减速车道计算时减速度取值；

10）得到出口匝道功能区长度包括L_上，L_下，L_匝。