基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法与流程

本发明属于交通安全领域，具体涉及一种基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法。

背景技术：

随着高速公路网的不断完善，我国公路建设逐渐偏向西部地区。由于其地质条件不良，地形极其复杂，起伏较大，路线布设困难，往往会出现较多的连续长下坡路段。连续长下坡路段的坡段长而陡，平纵线形指标较低，且行车过程中经常受到冰、雪、雨、雾、强降雨等不利气候条件的影响，是山区高速公路事故频发路段。公安部和国家安全生产监督管理总局研究确定的两部局督办治理的全国29处危险路段中，属于连续长下坡路段的就有16处，比例高达55％。由此可见，连续长下坡路段交通安全问题不容忽视。

相关研究表明，制动失效是连续长下坡路段交通事故发生的主要原因之一。车辆在连续长下坡行驶的过程中，牵引力持续做正功，重力势能不断减小，转化成动能和热能，随着车速的提高，驾驶员心理负荷增加，趋向于采取较为安全的车速行驶，因此会采取制动措施维持一个安全的车速下坡。此外，车辆在半径较小的圆曲线也容易采取制动措施。由此可见，连续长下坡路段平纵线形会导致驾驶员非常频繁地采取制动措施，进而导致制动器温度升高，甚至产生制动失效的现象，严重危害着行车安全。

目前，国内外对于连续长下坡路段平纵组合的研究较少，主要依据汽车动力学及驾驶员心身理学、交通事故数据、运行速度模型、制动鼓温升模型、仿真实验以及台架试验等对道路线形质量进行评价，研究成果多为纵坡优化设计和路段危险等级判别，主要用于提高连续长下坡路段的安全保障技术，缺乏一种评价连续长下坡路段线形质量的方法。

由于实车制动鼓温升试验耗时耗材且安全性不足，利用汽车动力学和能量守恒定律以及台架试验间接推导得到的制动鼓温度预测模型，实测数据很少，准确性和实用性不足，利用交通事故数据对道路线形质量进行评价实用性很强，但是交通事故随机、不可逆、事故统计不完全。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提出一种基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法，从事故致因原理出发，为连续长下坡路段平纵组合研究提供一种新思路，弥补交通事故随机、不可逆、事故统计不完全以及实车试验耗时耗材且安全性低的缺陷，为路线设计人员提供参考。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案是：

基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法，包括如下步骤：

(1)将路段分为k个单元路段，每个单元路段内采取制动措施的路段视为该单元路段的一个子集；

(2)计算各单元路段的长度l和单元路段内的制动作用距离l，见式(1)、(2)；

l＝{l1,l2,l3,……,lk}(1)

l＝{l1,l2,l3,……,lk}(2)

(3)将路段纵坡i分为m个区间，平曲线半径r分为n个区间，见式(3)、(4)；

(4)依据步骤(3)中路段的纵坡区间和平曲线半径区间划分不同的平纵组合路段，并计算各平纵组合路段内的评判系数i1m,n和i2m,n，见式(5)-(10)，最终得到路段评判系数矩阵i1和i2；

(5)依据步骤(4)计算出的评判系数矩阵i1和i2，得到路段的制动作用指数矩阵bei，评判系数矩阵与制动作用指数矩阵的关系为：

当i1m,n和i2m,n均小于10％，bei＝1，路段是安全的；

当i1m,n和i2m,n均小于30％，bei＝2，路段偏安全；

当i1m,n和i2m,n均小于50％，bei＝3，路段较危险；

当i1m,n或i2m,n大于50％时，bei＝4，路段危险。

进一步，步骤(1)中单元路段的划分以变坡点、直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点为划分依据，每个单元路段的纵坡、平曲线半径保持不变，缓和曲线路段视为单元路段。

进一步，步骤(2)中参考路段直曲转角表和纵坡竖曲线表计算单元路段的长度l，利用实车试验中制动信号采集模块获取的数据或者车辆的加速度数据计算路段制动作用距离l。

进一步，步骤(2)中计算得到的l1、l2、l3、……、lk分别是关于纵坡(i)，平曲线半径(r)的单元路段长度，l1、l2、l3、……、lk分别是关于纵坡(i)，平曲线半径(r)的单元路段内制动作用距离，l是l的一个子集。

进一步，步骤(3)中路段纵坡区间和平曲线半径区间分别为i∈[0,imax]、r∈[rmin,9999]，imax与rmin的取值与路段设计速度相关。

进一步，步骤(3)中路段纵坡区间的划分以1％的纵坡为间隔，平曲线半径区间的划分以规范要求的圆曲线半径最小值、一般值、一般值的倍数以及不设超高的圆曲线半径和直线半径为划分依据。

本发明从事故致因原理出发，引入制动作用指数的概念，将其作为评价连续长下坡路段线形质量的指标，建立了线形质量分级模型，与现有技术相比，本发明方法具有以下优点和有益效果：

(1)本发明提出的连续长下坡路段线形质量评价方法从事故致因原理出发，将路段危险程度、制动作用距离、路段平纵线形三者建立联系，建立了线形质量分级模型。

(2)本发明提出的基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法与基于汽车动力学及驾驶员心身理学、交通事故数据、运行速度模型、制动鼓温升模型、仿真实验以及台架试验建立的线形质量评价模型相比，综合考虑了道路平纵线形对制动作用距离的影响，数据获取简单方便，模型建立过程经济安全，能够很好地与实际道路状况相结合，具有很强的实用性。

(3)本发明为连续长下坡路段平纵组合研究提供了一种新思路，研究成果可以为路线设计人员提供参考。

附图说明

图1为基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量分级模型建立流程图

图2为单元路段划分示意图

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明针对连续长下坡路段大货车容易制动失效从而引发交通事故的现象，从事故致因原理出发，提出一种基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法。

如图1所示，基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法，包括以下步骤：

(1)将路段l分为k个单元路段，每个单元路段内采取制动措施的路段视为该单元路段的一个子集。

(2)计算各单元路段的长度l和单元路段内的制动作用距离l，见式(1)、(2)。

l＝{l1,l2,l3,……,lk}(1)

l＝{l1,l2,l3,……,lk}(2)

(3)将路段纵坡i分为m个区间，平曲线半径r分为n个区间，见式(3)、(4)。

……

……

(4)依据步骤(3)中路段的纵坡区间和平曲线半径区间划分不同的平纵组合路段，并计算各平纵组合路段内的评判系数i1m,n和i2m,n，见式(5)-(10)，最终得到路段评判系数矩阵i1和i2。

(5)依据步骤(4)计算出的评判系数矩阵i1和i2得到路段的制动作用指数矩阵bei。评判系数矩阵与制动作用指数矩阵的关系为：

当i1m,n和i2m,n均小于10％，bei＝1，路段是安全的；

当i1m,n和i2m,n均小于30％，bei＝2，路段偏安全；

当i1m,n和i2m,n均小于50％，bei＝3，路段较危险；

当i1m,n或i2m,n大于50％时，bei＝4，路段危险。

进一步，步骤(1)中单元路段的划分以变坡点、直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点为划分依据，每个单元路段的纵坡、平曲线半径保持不变，缓和曲线路段可以视为单元路段。

进一步，步骤(2)中参考路段直曲转角表和纵坡竖曲线表计算单元路段的长度l，利用实车试验中制动信号采集模块获取的数据或者车辆的加速度数据计算路段制动作用距离l。

进一步，式(1)中l1、l2、l3、……、lk分别是关于纵坡(i)、平曲线半径(r)的单元路段长度，i∈[0,imax]，r∈[rmin,9999]，imax与rmin的取值与路段设计速度相关。

进一步，式(2)是式(1)的一个子集，式(2)中l1、l2、l3、……、lk分别是l1、l2、l3、……、lk的子集。

进一步，式(2)中l1、l2、l3、……、lk分别是关于纵坡(i)、平曲线半径(r)的单元路段内制动作用距离，i∈[0,imax]，r∈[rmin,9999]，imax与rmin的取值与路段设计速度相关。

进一步，步骤(3)中路段纵坡区间的划分以1％的纵坡为间隔，平曲线半径区间的划分以规范要求的圆曲线半径最小值、一般值、一般值的倍数以及不设超高的圆曲线半径和直线半径为划分依据。

进一步，式(5)-(10)中，

进一步，步骤(5)中制动作用指数bei(brakingeffectindex，bei)的实质为特定平纵组合路段内制动作用距离占路段长度比例的大小，bei越大，表明该路段制动作用距离越长，制动鼓累积温度越高，制动失效概率越大，路段越危险。

基于制动作用指数的连续长下坡路段线形质量评价方法从事故致因原理出发，将路段危险程度、制动作用距离、路段平纵线形三者建立联系，建立了线形质量分级模型，这是本发明的核心。

下面以西南某高速公路连续长下坡路段为研究路段，进行该方法的说明，其具体过程如下：

(1)以变坡点、直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点为划分依据，将试验路段划分为178个单元路段，见表1、图2所示。

表1单元路段划分(部分)

(2)单元路段长度集合l和各单元路段内制动作用距离长度集合l分别为：

l＝{1297,83,700,117,56,289,321……，392,143,34,31,65,55,60}

l＝{60,83,160,117,565,299,321……，0,143,34,31,65,55,60}

(3)研究路段设计速度为80km/h，以圆曲线半径最小值(250m)、一般值(400m)、一般值的n倍(n＝2，3，4，5)、不设超高的最小圆曲线半径(2500m)、直线半径(9999m)为划分区间的依据，将测试路段的平曲线半径划分为7个区间，分别为：

以1％的纵坡为间隔将研究路段纵坡分为5个区间，分别为：

(4)依据步骤(3)的路段纵坡区间与平曲线半径区间划分不同的平纵组合路段，依据式(5)-(10)计算各平纵组合路段内的评判系数i1m,n和i2m,n，最终得到路段评判系数矩阵i1和i2。

(5)根据步骤(4)计算出的评判系数矩阵及其与制动作用指数bei的关系，可以得到研究路段的bei矩阵以及不同平纵组合路段的危险度，见表2所示。

表2研究路段不同平纵组合路段的危险度

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。