多车道下低速货车对通行能力的影响机理研究

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3.0 牛悦 2024-11-07 4 4 1.33MB 55 页 15积分

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摘要

随着我国经济快速发展，人们的交通需求也在大幅度增长，我国一些快速道

路已经扩建成双向六车道或是双向八车道。在低速货车混行的多车道快速道路上，

由于低速货车行驶性能差和车体尺寸大的特点，会使得快速道路上的跟车行为和

换道行为也发生变化。低速货车占用道路空间大、跟车间距大、换道过程中的减

速行为都会大大降低快速道路的通行能力，造成了道路时间空间资源的浪费。因

此，研究多车道低速货车对快速道路通行能力的影响机理具有重要的意义。

本文以描述低速货车对通行能力的影响机理为最终目标，对低速货车影响下

的驾驶行为进行研究。首先从驾驶员类型和邻道车影响两方面入手，研究了低速

货车对跟车行为的影响。在跟车过程中，低速货车会对不同类型驾驶员产生不同

程度的影响。同时，邻道低速货车也会对驾驶员跟车行为产生影响。其次，本文

又研究了低速货车影响下的车辆换道行为，从换道意图的产生、换道判断和换道

行为的发生这三个换道过程入手，研究了不同类型驾驶员在换道过程中受低速货

车的影响。在研究低速货车对驾驶行为影响的基础上，进而研究了低速货车对多

车道快速道路通行能力的影响机理。

关键词：低速货车跟车行为换道行为通行能力移动瓶颈

ABSTRACT

With China's rapid economic development, people's traffic demand grows significa

ntly , thus led to some freeways has been extended to two-way six-lane or two-way eig

ht-lane. On multi-lane freeway mixed with low-speed trucks , the poor performance of l

ow-speed trucks makes fast cars decelerate, following the trucks or overtaking lane chan

ge, because of the low-speed trucks' height, length will impact on driving behavior of th

e drivers of the cars that following or overtaking the trucks. This will greatly reduce the

capacity of the freeway, cause significant waste of time and space. Therefore, the study

of the mechanism of the low-speed trucks' impact on multi-lane freeways' capacity has a

great meaning.

Explaining the mechanism of the low-speed trucks' impact on capacity is the ultim

ate goal of this thesis, in order to study the driving behavior under the influence of low-s

peed trucks. Firstly, from the drivers' type and adjacent channel vehicles' affects' approa

ch to the study the low-speed trucks' impact on car-following behavior. In the car-follow

ing process, low-speed trucks would have different levels of impacts on different types

of drivers. At the same time, low-speed trucks on the adjacent channel also have an imp

act on car-following behavior. Secondly, lane-changing behaviors under the influence of

the low-speed trucks have been studied, from the approach of lane-changing maneuvers

, judgment of lane-changing and lane-changing process, studied the the impact of the lo

w-speed trucks on different types of drivers in the lane-changing process. On the basis o

f research on low-speed trucks' affects on driving behavior, the mechanism of low-speed

trucks' imapct on capacity of multi-lane freeway has been studied.

Key Words： low-speed trucks, car-following behavior, lane-changing

behavior , capacity, moving bottleneck

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................................. 1

§1.1 课题来源 .......................................................................................................................... 1

§1.2 研究背景 ......................................................................................................................... 1

§1.3 研究目的和意义 ............................................................................................................. 2

§1.4 技术路线 ......................................................................................................................... 4

§1.5 本文的主要研究工作 ...................................................................................................... 4

第二章研究综述 .......................................................................................................................... 6

§2.1 低速货车影响的相关研究 ............................................................................................. 6

§2.1.1 车辆折算系数研究 ................................................................................................ 6

§2.1.2 移动瓶颈相关研究 ............................................................................................... 8

§2.2 驾驶行为的研究 ........................................................................................................... 11

§2.2.1 跟车行为研究 ...................................................................................................... 11

§2.2.2 换道行为研究 ...................................................................................................... 13

§2.3 研究方向的选定 ............................................................................................................ 14

§2.4 本章小结 ........................................................................................................................ 15

第三章多车道低速货车影响下的跟车行为研究 .................................................................. 16

§3.1 跟车行为的一般过程分析 ........................................................................................... 16

§3.2 人的交通特性分析 ....................................................................................................... 17

§3.2.1 驾驶员特性分析 ................................................................................................. 18

§3.2.2 驾驶员对跟车行为的影响分析 ......................................................................... 18

§3.3 混合车流中车辆组成分析 ........................................................................................... 20

§3.4 邻车道低速货车对跟车行为影响分析 ....................................................................... 20

§3.5 低速货车影响下跟车模型的建立 ............................................................................... 21

§3.6 模型仿真 ........................................................................................................................ 24

§3.6.1 仿真假设 ............................................................................................................. 24

§3.6.2 确定仿真参数取值 ............................................................................................. 25

§3.6.3 不同车型组合的车头间距分析 ......................................................................... 25

§3.7 本章小结 ....................................................................................................................... 26

第四章多车道低速货车影响下的换道行为 .......................................................................... 27

§4.1 换道行为的一般过程分析 ........................................................................................... 27

§4.2 驾驶员交通特性对换道行为的影响 ........................................................................... 27

§4.3 车型对换道行为的影响 ............................................................................................... 28

§4.4 低速货车影响下换道行为 ............................................................................................ 29

§4.4.1 换道意图的产生 .................................................................................................. 31

§4.4.2 换道判断 .............................................................................................................. 32

§4.4.3 换道实施 .............................................................................................................. 33

§4.5 模型仿真 ....................................................................................................................... 34

§4.5.1 仿真假设 ............................................................................................................. 34

§4.5.2 仿真结果分析 ..................................................................................................... 36

§4.6 本章小结 ....................................................................................................................... 37

第五章低速货车对快速路通行能力的影响规律研究 ......................................................... 38

§5.1 通行能力概述 ................................................................................................................ 38

§5.1.1 基本通行能力 ..................................................................................................... 38

§5.1.2 实际通行能力 ..................................................................................................... 39

§5.1.3 设计通行能力 ..................................................................................................... 39

§5.2 通行能力影响因素 ....................................................................................................... 39

§5.2.1 道路条件 ............................................................................................................. 39

§5.2.2 交通条件 ............................................................................................................. 40

§5.2.3 环境条件 ............................................................................................................. 40

§5.3 低速货车对通行能力的影响分析 ............................................................................... 40

§5.3.1 低速货车影响下跟车行为对通行能力的影响 ................................................. 40

§5.3.2 低速货车影响下换道行为对通行能力的影响 ................................................. 42

§5.3.3 低速货车对通行能力的影响规律 ..................................................................... 43

§5.4 本章小结 ....................................................................................................................... 44

第六章结论与展望 .................................................................................................................... 46

§6.1 本文主要研究成果 ....................................................................................................... 46

§6.2 本文创新点 ................................................................................................................... 46

§6.3 本文不足与展望 ........................................................................................................... 47

参考文献 ...................................................................................................................................... 48

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ....................................................... 52

致谢 ............................................................................................................................................... 53

第一章绪论

§1.1 课题来源

本文的研究是基于国家自然科学基金——“低速货车对多车道快速道路通行

能力的影响规律研究”(项目批准号：51008196) 而展开的。

本论文定位于在明确研究的基本对象与思路的基础上研究低速货车影响下的

驾驶行为进而探索多车道低速货车对通行能力的影响机理的解析方法，为展开后

续更加深入的研究提供方法论体系支持。

§1.2 研究背景

我国快速道路中，双向四车道占很大比例，但随着我国经济持续迅速增长，

城市交通需求量也大幅度增长，城市机动车人均占有率显著上升，尤其在一些经

济发达的城市，上升幅度尤为明显。车辆数的增加导致我国一些快速道路通行能

力严重不足，多车道快速道路已经成为我国快速道路明显的发展趋势，一些快速

道路已经扩建为双向六车道或是双向八车道。低速货车混行的多车道快速道路上，

低速货车“速度低、行驶性能差、车体大、车身高”的特点导致快速道路上产生

移动瓶颈，进而造成快速道路路段常出现“交通流量并没有达到设计通行能力但

是仍然会导致实际交通流拥挤”现象的产生，很大程度上降低了快速道路的平均

行驶速度和通行能力，同时也导致快速道路交通事故数增多。

在我国，货车比例较大，且“大型化、重型化”已经成为我国货车不断发展

的方向，因此，低速货车对快速道路交通运行产生的不利影响将更为突出。研究

大型低速货车对快速路交通流的影响，研究在现有的道路状况下，如何减轻低速

货车的影响，有效利用快速道路的空间资源，成为提高我国快速道路通行能力的

关键所在。

对于大型低速货车混行造成的影响，国外很早就已经开始研究。美国《道路

通行能力手册》(HCM1965) [1]提出 PCE(即车辆折算系数)来描述大型低速货车对交

通流的影响。随后，PCE 的研究成为不少学者关注的一个热点问题[2][3][4][5]。但是，

PCE 的研究本身缺乏对车辆行驶过程中，不同类型的车辆相互作用的分析和研究，

只是对影响结果的一个表现方法。因此，PCE 研究存在一定的局限性，研究新的

方法来描述混合交通流中车辆间相互作用的规律具有重要的意义。

直到 1992 年，美国 Gazis 和Herman 针对大型低速货车在快速道路上引发几

多车道下低速货车对通行能力的影响机理研究

辆甚至大量车辆减速跟驰行驶，形成慢行车队的想象首次提出了移动瓶颈理论。

在多车道道路上，一辆速度较低的车辆在一条车道上行驶时，往往会造成后面速

度较高的车辆排队行驶，这种由于速度差异导致的后面车辆排队达到一定值时产

生的现象，叫移动瓶颈。移动瓶颈理论提出以后，不少学者从其理论模型、调查

观测和求解方法等不同方面进行了深入研究。但是，我国低速货车比例较大，混

合交通流状况的复杂程度较高，因此，在移动瓶颈理论的基础上更深入研究大型

低速货车的影响，才能更准确地描述我国复杂的交通状况。

随后，不少学者也对我国快速道路上的大型低速货车产生的移动瓶颈进行了

分析研究。陈小鸿等人通过仿真的方法确定了 60km/h 为货车影响的速度下限值。

付强等研究了移动瓶颈不独立的情况，更深入研究了低速货车对快速道路的影响

机理。林航飞等首先分析了低速货车影响机理，并针对移动瓶颈随时间空间变化

的特点，提出了针对低速货车影响的策略。

跟车行为和换道行为是两种主要的驾驶行为，跟车行为的研究经历了半个多

世纪的历史，已逐渐趋于成熟；换道行为涉及的车辆数更多，换道过程相对更复

杂，但也已经做了很多研究。对于跟车行为的研究主要有 GM 模型、线性跟驰模

型、生理—心理模型、基于模糊推理的跟车模型以及安全距离模型这几个方面的

相关研究；换道行为的研究应用比较广泛的主要有 Gipps 模型、MITSIM 模型、

CORSIM 模型、SITRAS 模型以及基于模糊数学、神经网络等原理的换道模型。

由于国内外交通组成的不同（国外以小客车为主，货车的比例小，而我国低

速货车比例较大），因此，国外对大型低速货车研究的重视程度不够且有很多复

杂情况的相关研究较少。国内不少学者也对低速货车的影响进行了进一步的研究。

同时，国内外对于跟车行为和换道行为的研究也已趋于成熟。但是对于如今已经

扩建成的多车道快速道路（如双向六车道、双向八车道）上低速货车影响下的驾

驶行为以及驾驶行为对通行能力的影响并没有进行深入研究。驾驶行为模型能够

描述在不同的交通环境条件下，驾驶员的各种行驶状态与驾驶员决策之间的联系，

包括跟车模型和换道模型。跟车模型能够描述车辆在沿车道纵向行驶的驾驶行为，

而换道模型能够描述车道选择和间隙接受行为。因此，本文从多车道快速道路驾

驶行为入手，对低速货车影响下的跟车、换道行为进行分析、建模，以此为基础

研究低速货车对多车道快速道路通行能力的影响，最后提出针对降低低速货车对

通行能力影响的对策。

§1.3 研究目的和意义

在我国多车道快速道路上低速货车和快车混合行驶现象尤为严重，而通行能

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摘要：

摘要随着我国经济快速发展，人们的交通需求也在大幅度增长，我国一些快速道路已经扩建成双向六车道或是双向八车道。在低速货车混行的多车道快速道路上，由于低速货车行驶性能差和车体尺寸大的特点，会使得快速道路上的跟车行为和换道行为也发生变化。低速货车占用道路空间大、跟车间距大、换道过程中的减速行为都会大大降低快速道路的通行能力，造成了道路时间空间资源的浪费。因此，研究多车道低速货车对快速道路通行能力的影响机理具有重要的意义。本文以描述低速货车对通行能力的影响机理为最终目标，对低速货车影响下的驾驶行为进行研究。首先从驾驶员类型和邻道车影响两方面入手，研究了低速货车对跟车行为的影响。在跟车过程中，低速货车会...

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