[发明专利]基于动力学仿真的主线收费站ETC指示标志设置距离安全性评价方法

说明书

技术领域

本发明属于收费站安全设计与管理研究领域，具体涉及一种基于动力学仿真的主线收费站ETC指示标志设置距离安全性评价方法。

背景技术

目前我国的收费方式多为人工半自动收费方式，人工收费MTC仍是目前收费站的主导模式，但随着技术的发展，在未来一段时间内，自动收费ETC(Electronic Toll Collection电子不停车收费系统)和MTC(Manual Toll Collection，人工半自动收费系统)共存的收费模式是我国高速公路的主要收费形式。

ETC与MTC收费方式的不同致使两种不同特征的交通流互相干扰，同时由于ETC车道指示标志设置距离的不合理造成车辆紧急换道、非ETC用户误入ETC收费车道，ETC用户来不及换道至ETC收费车道等行为，这些行为将降低高速公路主线收费站的通行效率并显著增加发生事故的几率，而交通事故的发生就会对后续车辆产生严重影响，甚至发生大规模拥堵与追尾事故。因此为降低主线收费站的事故数，ETC车道指示标志距收费亭的距离应能够给驾驶员充分的反应与操作时间，避免紧急换道，但目前我国还没有一套完整的主线收费站ETC指示标志距离安全性评价方法。

国内外学者在收费站ETC指示标志方面开展了大量的研究，其中主要集中在指示标志的设置形式与标志内容的设计。从安全角度对收费站指示标志位置的研究大多根据经验确定，并且仅适用于普通收费站，没有考虑到ETC与MTC共存的特殊性。已有的评价方法大都根据经验总结得出，没有考虑车辆间的相互影响以及车辆的动力学响应情况。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于动力学仿真的主线收费站ETC指示标志设置距离安全性评价方法，该方法根据ETC用户看到ETC指示标志后换道至ETC收费车道的过程，建立相应的人车路虚拟仿真试验平台，通过仿真分析评价现有ETC指示标志距收费亭的距离能否满足车辆换道过程的安全性要求。

技术方案：本发明采用如下技术方案：基于动力学仿真的主线收费站ETC指示标志设置距离安全性评价方法，包含如下步骤：

(1)确定车辆在设置ETC指示标志的主线收费站的换道过程及换道模型，根据道路参数计算车辆在换道过程产生的沿车道方向的纵向位移L；

(2)确定评价ETC指示标志设置距离的控制函数

其中β_l为侧滑角，为侧倾角，a_l为侧向加速度，g为重力加速度，LTR_l为转向轴垂向载荷转移率，分别为侧滑角、侧倾角、侧向加速度、转向轴垂向载荷转移率的阈值；

(3)应用Adams/Car软件构建驾驶员-车辆-主线收费站路段虚拟试验仿真平台；

(4)使用步骤(3)中构建的虚拟试验仿真平台，仿真获取车辆在具有ETC指示标志的收费站路段上按指示标志换道行驶时的动力学指标，分别计算车辆的侧滑角β_l、侧倾角侧向加速度a_l和转向轴垂向载荷转移率LTR_l的值；

(5)根据步骤(4)中计算得到的β_l、a_l和LTR_l值，判断是否符合控制函数F(l)的要求；

(5-1)若符合控制函数要求，则主线收费站ETC指示标志设置距离满足安全性要求，评价合格；

(5-2)若不符合控制函数要求，则主线收费站ETC指示标志设置距离不满足安全性要求，评价不合格，需要对其进行重新设计。

步骤(1)中车辆在设置ETC指示标志的主线收费站的换道过程包括反应期和换道期；反应期，即ETC指示标志出现在驾驶员视野范围内至驾驶员对指示信息判断完毕的过程，时间为t_p，优选为2.5秒；换道期，即驾驶员开始决定变道至ETC车道的过程。首先驾驶员等待可插入间隙，然后经过数次换道行至ETC收费车道。等待可插入间隙的时间，即换道期时间为t_w，计算公式为：

其中t为临界间隙时间，一般取值为4.0s；λ为平均到达率；τ为最小车头时距，一般取值为1.2s。

车辆换道模型选取等速偏移和正弦函数叠加换道模型，一次换道的函数为：

其中，d为相邻两车道的车道中线间的距离，L为换道过程产生的沿车道方向的纵向位移。

优选地，控制函数F(l)为：