蔣 剛 杜樂(lè)兵 蔣 燕 李詩(shī)佳 徐 進(jìn),3▲

（1.四川南渝高速公路有限公司 四川 南充637000；2.重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 重慶400041；3.重慶交通大學(xué)山區(qū)復(fù)雜道路環(huán)境“人-車(chē)-路”協(xié)同與安全重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶400074）

0 引 言

對(duì)于高速公路而言，互通立交由于存在路線(xiàn)識(shí)別與確認(rèn)、分合流、減速/加速等駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛負(fù)荷遠(yuǎn)高于主線(xiàn)路段，通車(chē)運(yùn)營(yíng)之后很多互通立交都逐漸發(fā)展成了所屬高速公路的事故高發(fā)路段，因此互通立交及其影響區(qū)段的交通事故在全路段事故總數(shù)中占重要比重[1-3]。

高速公路互通立交的交通事故主要分布在出入口、匝道線(xiàn)和收費(fèi)區(qū)等3個(gè)區(qū)段；樞紐互通由于沒(méi)有收費(fèi)區(qū)域，事故則主要發(fā)生在出入口和匝道線(xiàn)上。收費(fèi)區(qū)域的事故多為貨車(chē)撞擊擋車(chē)桿，總體而言事故后果較輕（位于長(zhǎng)下坡的收費(fèi)站除外）；相比之下，出入口和匝道線(xiàn)的事故后果更嚴(yán)重，車(chē)輛撞擊護(hù)欄三角端頭、撞擊護(hù)欄板、撞擊隔離墩、側(cè)翻等事故頻繁發(fā)生，給道路用戶(hù)和高速公路運(yùn)營(yíng)公司均造成了嚴(yán)重的損失。為有效防止事故發(fā)生，除了要求道路使用者遵守交通法規(guī)、提高安全意識(shí)外，針對(duì)此類(lèi)事故多發(fā)路段還應(yīng)從道路線(xiàn)形和交安設(shè)施本身著手進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高互通立交的行車(chē)安全性。

在各類(lèi)樣式的立交中，喇叭口立交是高速公路連接地方道路的互通主導(dǎo)形式，因此高速公路的事故多發(fā)立交主要是指喇叭口立交。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)工程師和研究人員和針對(duì)喇叭口互通立交的安全性做了一些分析和討論，比如B 型喇叭口立交的設(shè)計(jì)安全性評(píng)價(jià)方法以及安全保障措施[4-6]，喇叭口立交右轉(zhuǎn)直連式匝道的事故原因分析與安全改善[7]，基于運(yùn)行速度的B 型喇叭口立交出口環(huán)圈匝道線(xiàn)的參數(shù)控制與優(yōu)化設(shè)計(jì)[8]，以及線(xiàn)形組合設(shè)計(jì)[9-10],通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)B 型喇叭型立交駕駛安全性、舒適性分析[11]。由于B 型喇叭口主線(xiàn)出口匝道為環(huán)圈匝道，曲線(xiàn)半徑小、轉(zhuǎn)角值大，從線(xiàn)形來(lái)講似乎對(duì)行車(chē)更為不利，因此目前更受關(guān)注；相比較，A 型喇叭口立交研究受關(guān)注較少，主要集中在線(xiàn)形優(yōu)化[12]及安全性評(píng)價(jià)[13]等方面；但浙江省高速公路42 個(gè)月的事故歷史數(shù)據(jù)表明[14-15]，在全省97座安全隱患較大的喇叭口立交中，A型喇叭口為72座占比74%，B型喇叭口僅為25座，即A型喇叭口更容易形成事故多發(fā)路段。

相比之下國(guó)外的類(lèi)似研究要更深入，F(xiàn)arah 等人[16]通過(guò)高空攝像設(shè)備采集了不同樣式互通立交的車(chē)輛行駛視頻，運(yùn)用圖像提取技術(shù)獲取了車(chē)輛在匝道上的連續(xù)行駛軌跡，并建立不同車(chē)型的匝道速度預(yù)測(cè)模型。Kim等[17]使用泊松負(fù)二項(xiàng)分布建立了喇叭口立交S型曲線(xiàn)的事故預(yù)測(cè)模型。Bennett等[18]針對(duì)B型喇叭口內(nèi)圈環(huán)道開(kāi)發(fā)了一套路側(cè)車(chē)速采集和超速警示裝置，用來(lái)提醒超速行駛的大貨車(chē)駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入環(huán)圈匝道時(shí)減速。

綜上，喇叭口立交是高速公路互通立交的主要立交樣式，現(xiàn)有的研究主要關(guān)注的是B 型喇叭口立交匝道的安全性和線(xiàn)形優(yōu)化，而事故統(tǒng)計(jì)表明A 型喇叭口立交匝道的安全問(wèn)題更嚴(yán)重。在近2年開(kāi)展的高速公路運(yùn)營(yíng)階段安全評(píng)價(jià)中，A 型喇叭口左轉(zhuǎn)半直連式互通存在事故頻發(fā)的問(wèn)題，并且事故形態(tài)難以用一般的認(rèn)知來(lái)解釋?zhuān)瑸榇?，運(yùn)用人-車(chē)-路系統(tǒng)性思維，綜合駕駛操縱和視覺(jué)認(rèn)知等多個(gè)層面，解釋了該類(lèi)事故的發(fā)生機(jī)制，并提出了安全改進(jìn)措施，為提升高速公路互通立交安全運(yùn)營(yíng)水平提供理論和方法支撐。

1 事故高發(fā)匝道的特征

事故數(shù)據(jù)來(lái)源于G5515張南高速公路南充—大竹—梁平段（簡(jiǎn)稱(chēng)南大梁高速）和G93成渝環(huán)線(xiàn)高宜賓至瀘州段（簡(jiǎn)稱(chēng)宜瀘高速），這2 條高速公路與地方道路連接的互通均是采用喇叭口樣式，自通車(chē)運(yùn)營(yíng)后，有多座喇叭口立交的事故率顯著高于全路段互通立交的平均水平。分別是位于南大梁高速的蓬安互通和營(yíng)山互通，位于宜瀘高速的鳳凰湖互通，見(jiàn)圖1（a）～（c）。其中蓬安互通自2014 年1 月通車(chē)至2019年5月期間內(nèi)累積發(fā)生交通事故85起，其中發(fā)生在匝道線(xiàn)上的事故66起，占比78%；營(yíng)山互通累計(jì)發(fā)生事故60起，其中30起發(fā)生在匝道范圍內(nèi)；下長(zhǎng)互通自2012年12月底至2019年10月期間內(nèi)左轉(zhuǎn)匝道路段發(fā)生交通事故30起；鳳凰湖互通左轉(zhuǎn)外環(huán)匝道自2015 年起發(fā)生事故15 起。具體的事故信息見(jiàn)表1。

圖1 事故多發(fā)的喇叭口立交平面圖以及事故匝道Fig.1 Horizontal alignments of accident prone trumpet interchanges and accident concentrated ramps

表1 事故高發(fā)的型喇叭口立交左轉(zhuǎn)匝道以及事故特征Tab.1 Accident-prone left turn ramps of trumpet interchange and their accident characteristic

在圖1 中，左轉(zhuǎn)半直連匝道的平面線(xiàn)形組合都是S 型曲線(xiàn)，其中蓬安互通、營(yíng)山互通和鳳凰湖互通，S型曲線(xiàn)中的外環(huán)匝道是包含2個(gè)圓曲線(xiàn)的卵形線(xiàn)，見(jiàn)圖1（d)，其半徑值為表1中的R2和R3。在表1中，事故多發(fā)匝道都是下坡，即下穿主線(xiàn)之后與另外的匝道線(xiàn)匯集在收費(fèi)站。

下長(zhǎng)互通匝道的事故形態(tài)包含車(chē)輛撞擊中間隔離護(hù)欄和撞擊彎道外側(cè)護(hù)欄2種；而蓬安互通、營(yíng)山互通以及鳳凰湖互通匝道的事故形態(tài)幾乎都是小客車(chē)在左轉(zhuǎn)匝道上撞擊中間分隔帶穿管護(hù)欄和隔離墩，即撞擊行車(chē)道左側(cè)（也是彎道內(nèi)側(cè)）護(hù)欄，而非彎道外側(cè)護(hù)欄，見(jiàn)圖2，這與通常認(rèn)為的曲線(xiàn)路段事故形態(tài)截然相反，因?yàn)楦鶕?jù)常識(shí)汽車(chē)行駛在平曲線(xiàn)上時(shí)由于離心力的作用，車(chē)輛失控時(shí)必然是沖向彎道外側(cè)繼而撞擊外側(cè)護(hù)欄。因此，若要提出靶向性高的安全改善對(duì)策，必須從機(jī)理上揭示車(chē)輛撞擊彎道內(nèi)側(cè)護(hù)欄的本質(zhì)原因，方能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)有效的事故防治。

圖2 左轉(zhuǎn)半直連匝道的事故多發(fā)區(qū)段Fig.2 Accident prone section of left turn semi direct connected ramp

2 事故匝道虛擬行駛實(shí)驗(yàn)方法

使用汽車(chē)動(dòng)力學(xué)分析軟件Carsim來(lái)完成事故匝道的運(yùn)行過(guò)程仿真，從仿真結(jié)果中提取汽車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)和汽車(chē)操縱量，確定安全通過(guò)事故匝道的轉(zhuǎn)向需求。

2.1 整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)事故記錄數(shù)據(jù)，小客車(chē)在事故車(chē)型中占主要比例，因此在CarSim 軟件中選擇SUV 小客車(chē)作為仿真車(chē)型，見(jiàn)圖3。該模型主要包含7個(gè)部分，分別是車(chē)身系統(tǒng)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前后懸架系統(tǒng)、輪胎及空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。發(fā)動(dòng)機(jī)模型的發(fā)動(dòng)力額定功率為150 kW，最大轉(zhuǎn)速為6 700 轉(zhuǎn)/min，最大扭矩為310 n·m。在變速器模型中，設(shè)置了7 檔變速系統(tǒng)。主減速器傳動(dòng)比為4.1，其中傳動(dòng)比效率為0.99，惰輪效率為0.99。上述基本參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)小貨車(chē)模型基本的動(dòng)力傳送系統(tǒng)的設(shè)置。

圖3 整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型Fig.3 Vehicle dynamics model

表2 仿真車(chē)型的基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of simulated vehicle

2.2 喇叭口立交模型

將立交CAD 模型中的主線(xiàn)與匝道三維數(shù)據(jù)通過(guò)txt文本提取出來(lái)，然后按照Carsim的格式要求進(jìn)行排列，導(dǎo)入Carsim 軟件中，實(shí)現(xiàn)道路立交模型的生成。由于要導(dǎo)入多個(gè)路段，須使用Carsim 軟件中的generic links界面來(lái)實(shí)現(xiàn)，把不同界面創(chuàng)建的道路模型、換道模式以及跟隨路徑模型，放在同一界面上。在此界面中，還需要設(shè)置地面摩擦系數(shù)與摩擦系數(shù)利用率，根據(jù)課題組在現(xiàn)場(chǎng)使用擺式摩擦儀的測(cè)試結(jié)果，干燥情況下的瀝青路面的摩擦系數(shù)設(shè)置為0.60，利用系數(shù)設(shè)為1。

將立交主線(xiàn)及各條匝道數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入generic links界面中，并分別對(duì)其進(jìn)行ID標(biāo)號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各路段的有效調(diào)用。當(dāng)想調(diào)用某條匝道的道路中線(xiàn)作為目標(biāo)路徑時(shí)，使用path_id_dm功能來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)想調(diào)用某條匝道作為行駛道路時(shí)，通過(guò)current_road_id功能來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)這2種功能的組合使用來(lái)完成車(chē)輛在不同匝道的路徑轉(zhuǎn)換。將所有道路數(shù)據(jù)導(dǎo)入之后，Carsim軟件根據(jù)內(nèi)部算法生成仿真道路模型，見(jiàn)圖4。

圖4 在CarSIM軟件中建立的互通立交模型Fig.4 Interchange model created in Carsim software

2.3 駕駛員模型

駕駛員模型的功能是模擬真實(shí)世界中駕駛員對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)行為的控制，Carsim 軟件中的駕駛員模型控制包括速度控制和轉(zhuǎn)向控制，其中速度控制又包括制動(dòng)控制、換擋控制及開(kāi)始結(jié)束條件控制，每項(xiàng)控制都包含著開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1）轉(zhuǎn)向控制。車(chē)輛在行駛過(guò)程中跟蹤目標(biāo)路徑，行駛軌跡與目標(biāo)路徑之間的橫向偏移值大于容許值時(shí)對(duì)軌跡進(jìn)行修正。主線(xiàn)行駛時(shí)目標(biāo)路徑為右側(cè)行車(chē)道的中心線(xiàn)，匝道行駛時(shí)目標(biāo)路徑為匝道行車(chē)道中心線(xiàn)。轉(zhuǎn)向控制模型中的參數(shù)包含駕駛員反應(yīng)時(shí)間與車(chē)輛性能2 個(gè)方面，具體的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。

表3 轉(zhuǎn)向控制參數(shù)Tab.3 Steering control parameters

2）速度控制。速度控制模型根據(jù)對(duì)目標(biāo)速度與當(dāng)前速度之間的差值，計(jì)算出目標(biāo)加速度，得到每個(gè)時(shí)刻的響應(yīng)狀況。速度控制模型主要包含了4個(gè)部分，分別為路徑預(yù)瞄設(shè)置、最大速度限制、速度模型的加速度極限值和閉環(huán)控制模型系數(shù)設(shè)置。其中最大速度限制用于設(shè)定仿真過(guò)程中可以達(dá)到的最大速度極限。最大加速度用于限定行駛過(guò)程中車(chē)輛加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎時(shí)在前后左右方向能夠達(dá)到的最大加速度極限，使用節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)縱向加速度，使用節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和制動(dòng)系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)縱向制動(dòng)減速度，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)橫向加速度限值用于限定曲線(xiàn)路段的行駛速度，4個(gè)方向的合成加速度為1個(gè)摩擦圓。

2.4 仿真條件設(shè)置

1）仿真車(chē)型。根據(jù)西南地區(qū)高速公路交通組成現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、事故數(shù)據(jù)記錄以及不利原則等因素，選取SUV作為仿真車(chē)型。

2）目標(biāo)速度。本文4 座喇叭口立交匝道的限速值均為40 km/h，但根據(jù)課題組在2條高速公路近20 座喇叭口立交匝道的速度觀(guān)測(cè)結(jié)果，駕駛員駛出主線(xiàn)進(jìn)入匝道之后普遍有超速行為，為此將匝道區(qū)段的目標(biāo)速度分別設(shè)置為65 km/h，60 km/h，55 km/h，50 km/h，45 km/h，40 km/h，分析速度幅值對(duì)行駛穩(wěn)定性的影響。

3）目標(biāo)路徑。以匝道中心線(xiàn)為車(chē)輛行駛的目標(biāo)路徑。

4）汽車(chē)運(yùn)行參數(shù)提取。仿真結(jié)束后，分別提取汽車(chē)在蓬安互通事故匝道上的行駛里程、車(chē)輛橫向加速度、縱向加速度、車(chē)輛速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度輸入以及轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角等參數(shù)。

3 事故匝道的運(yùn)行參數(shù)與駕駛操縱

仿真試驗(yàn)開(kāi)展了4 座互通立交的行車(chē)過(guò)程模擬，由于篇幅所限，以蓬安互通為例闡釋汽車(chē)在匝道上的運(yùn)行過(guò)程以及駕駛操縱行為，見(jiàn)圖5。圖5（a）為匝道行駛過(guò)程中汽車(chē)質(zhì)心位置的橫向加速度曲線(xiàn)，從中能看出橫向加速度的幅值主要經(jīng)歷了3 次變化，對(duì)應(yīng)左轉(zhuǎn)半直連匝道包含的3 個(gè)圓曲線(xiàn)半徑值。速度為65 km/h 時(shí)圓曲線(xiàn)R2 范圍內(nèi)的橫向加速度為3.6 m/s2。蓬安互通事故匝道有30起事故發(fā)生在雨天，約占50%。該匝道是下坡匝道，排水順暢，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，南大梁高速公路瀝青路面附著系數(shù)在路面濕潤(rùn)的情況下也在0.5 以上。即使大雨時(shí)匝道路面偶有積水，可能誘發(fā)車(chē)輛側(cè)滑，那么在離心力的作用下車(chē)輛也是滑向曲線(xiàn)路段外側(cè)，撞擊右側(cè)路肩上的坡梁護(hù)欄，而非撞擊曲線(xiàn)路段內(nèi)側(cè)護(hù)欄（中間分隔帶護(hù)欄）。并且，事故區(qū)段是分布在緩和曲線(xiàn)范圍內(nèi)，如果是離心力引發(fā)的側(cè)滑，顯然是離心力越大側(cè)滑可能性越高，即更應(yīng)該未分布在R2=90 m的小半徑圓曲線(xiàn)范圍內(nèi)?；诖?，可以排除掉曲線(xiàn)路段路面濕滑引起車(chē)輛側(cè)滑這一致因。

圖5 蓬安互通事故多發(fā)匝道的小客車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)角輸入Fig.5 Steering wheel angle input of passenger car on accident-prone ramp in Peng'an interchange

圖5（b）為匝道行駛過(guò)程中的方向盤(pán)角輸入值曲線(xiàn)，圖中同時(shí)標(biāo)注了事故高發(fā)區(qū)域的位置。從C 匝道駛?cè)階匝道之后，由于行駛方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，需要朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)。出于安全角度考慮，普通車(chē)輛的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)成略帶轉(zhuǎn)向不足的特性，速度增加時(shí)，轉(zhuǎn)向不足會(huì)被放大，需要額外的轉(zhuǎn)向角度補(bǔ)償越高。所以行駛速度增加時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)角輸入隨之增加。在圖5（b）中，車(chē)輛從圓曲線(xiàn)R2駛向圓曲線(xiàn)R3 時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)在2 段圓曲線(xiàn)之間的中插回旋線(xiàn)上完成角度調(diào)整（2 段同向圓曲線(xiàn)構(gòu)成了復(fù)曲線(xiàn)，即卵形線(xiàn)）。根據(jù)圖中的曲線(xiàn)值，通過(guò)回扳方向盤(pán)30 度左右來(lái)實(shí)現(xiàn)行駛軌跡的調(diào)整，使車(chē)輛保持在行車(chē)道范圍之內(nèi)。圖5（c）為A 匝道小半徑圓曲線(xiàn)路段（R2=90 m）轉(zhuǎn)向盤(pán)角度與通過(guò)速度之間的關(guān)系。

汽車(chē)行駛速度越快，方向盤(pán)角度調(diào)整時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度越高，見(jiàn)圖5（d）。駕駛操縱包含手操縱和腳操縱，手操縱主要是指轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱，腳操縱是指踏板操縱（油門(mén)和剎車(chē)）。曲線(xiàn)行駛時(shí)需要根據(jù)前方道路線(xiàn)形旋轉(zhuǎn)方向盤(pán)來(lái)調(diào)整汽車(chē)行駛軌跡，手操縱是主要的駕駛?cè)蝿?wù)和工作負(fù)荷?；诖耍梢哉J(rèn)為曲線(xiàn)路段駕駛負(fù)荷主要集中在與圓曲線(xiàn)兩端銜接的回旋線(xiàn)范圍內(nèi)，而非圓曲線(xiàn)路段本身。

4 事故發(fā)生機(jī)制分析

在曲線(xiàn)路段行駛時(shí)，駕駛?cè)烁鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)判斷前方曲線(xiàn)路段的緩急程度，并旋轉(zhuǎn)方向盤(pán)來(lái)調(diào)整車(chē)輛行駛軌跡?；诖?，前方道路的視覺(jué)信息以及駕駛?cè)说闹饔^(guān)判斷對(duì)于行車(chē)安全至關(guān)重要。在實(shí)際行駛過(guò)程中，駕駛?cè)瞬⒉恢獣郧胺降缆非实木_值，對(duì)前方道路平面曲率的大致估計(jì)是其調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)角度的主要依據(jù)——如果觀(guān)察到道路曲率在增加或者減小，駕駛?cè)藭?huì)根據(jù)自己的感受和經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軌跡橫向位置的調(diào)轉(zhuǎn)。圖6 是試驗(yàn)車(chē)在蓬安互通事故匝道行駛時(shí)的行駛過(guò)程畫(huà)面截屏，根據(jù)圖6，駕駛?cè)嗽趫A曲線(xiàn)R2 入口、駛?cè)雸A曲線(xiàn)R2、圓曲線(xiàn)出口、駛?cè)刖徍颓€(xiàn)，映入駕駛?cè)搜酆熤械那胺降缆翻h(huán)境信息（前6 幀），尤其是基于道路輪廓線(xiàn)（兩側(cè)標(biāo)線(xiàn)+護(hù)欄）道路曲率，沒(méi)有明顯的差異。

圖6 匝道行駛過(guò)程中的前方道路環(huán)境Fig.6 The road environment in front of the vehicle when driving on the ramp

駕駛?cè)嗽隈側(cè)雸A曲線(xiàn)R2 之前會(huì)調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角以使軌跡與行車(chē)道相適應(yīng)，然后在圓曲線(xiàn)范圍內(nèi)維持轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角不變。根據(jù)圖5(a)，駕駛?cè)藨?yīng)該在圓曲線(xiàn)R2出口位置開(kāi)始回扳轉(zhuǎn)向盤(pán)，然后在緩和曲線(xiàn)范圍內(nèi)完成30度的轉(zhuǎn)向盤(pán)角度調(diào)整，以順利駛?cè)肭胺降膱A曲線(xiàn)（R3）。但在圖6 第4 幀中，駕駛?cè)思磳Ⅰ偝鰣A曲線(xiàn)時(shí)，前方路段的曲率與前幾幀相比并沒(méi)有顯著變化，即看起來(lái)差異不大。駛?cè)刖徍颓€(xiàn)之后（第5～6幀），也是如此。基于此，導(dǎo)致很多駕駛?cè)嗽趫A曲線(xiàn)出口時(shí)還是會(huì)維持轉(zhuǎn)向盤(pán)位置不變，即沒(méi)有回扳轉(zhuǎn)向盤(pán)。

圖7 是從行駛視頻截圖中提取的道路輪廓線(xiàn)，包括道路左側(cè)的中間分隔帶鋼管護(hù)欄，右側(cè)波梁護(hù)欄以及路邊線(xiàn)，這些線(xiàn)條共同勾勒出了匝道的輪廓，映入駕駛?cè)艘暰€(xiàn)之后，經(jīng)過(guò)大腦處理之后提供了一個(gè)道路曲率的估計(jì)值。從圖7中能看到，4個(gè)不同的行駛位置的道路輪廓信息差異不明顯。

圖7 匝道行駛過(guò)程中的前方道路輪廓Fig.7 The contour of the road ahead in the process of ramp riving

圖8 是安全通過(guò)和發(fā)生事故2 種情況下的匝道行駛軌跡，其中圖8（a）是駕駛?cè)瞬扇≌_方向盤(pán)操作時(shí)的行駛軌跡，即安全軌跡，圖8（b）是駕駛?cè)嗽趫A曲線(xiàn)R2 出口維持方向盤(pán)位置不變，即采取了錯(cuò)誤轉(zhuǎn)向操作動(dòng)作的軌跡線(xiàn)，即危險(xiǎn)軌跡線(xiàn)，圖8（c）是危險(xiǎn)軌跡的局部放大。在圖8（b）中，駕駛?cè)擞捎诰S持轉(zhuǎn)向盤(pán)角度不變，因此汽車(chē)的行駛軌跡是一段圓弧，即恒定半徑。而行車(chē)道中心線(xiàn)平面曲率在圓曲線(xiàn)R2 的YH 點(diǎn)（圓緩點(diǎn)，圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)的銜接點(diǎn)）之后開(kāi)始逐漸變緩，直至調(diào)整至下一個(gè)圓曲線(xiàn)的曲率半徑R3=350 m。因此，危險(xiǎn)軌跡與行車(chē)道中心線(xiàn)之間必然存在偏移，導(dǎo)致軌跡在緩和曲線(xiàn)范圍內(nèi)偏離了行車(chē)道，見(jiàn)圖8（c），進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)嚴(yán)重的后果——車(chē)輛撞擊左側(cè)鋼管護(hù)欄（也即中間分隔帶護(hù)欄）。至此，A型喇叭口立交左轉(zhuǎn)半直連匝道車(chē)輛頻繁撞擊中間分隔帶護(hù)欄的事故機(jī)理解釋完畢。

圖8 蓬安互通事故匝道的行駛軌跡Fig.8 The track on accident-prone ramp Peng'an interchange

5 事故高發(fā)匝道的安全改善措施

蓬安互通事故匝道撞擊鋼管護(hù)欄的60 余起事故記錄中，事故原因明確記錄有“超速”的占40 起，即占事故總數(shù)的2/3。根據(jù)圖5，匝道通過(guò)速度越大，對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)角輸入的需求越大，同時(shí)在緩和曲線(xiàn)路段需要回扳轉(zhuǎn)向盤(pán)的角度也越大?；诖?，降低匝道范圍內(nèi)的行駛速度是提高駕駛?cè)瞬僮鳒?zhǔn)確性，減少駕駛失誤的有效途徑之一；此外，降低行駛速度還會(huì)起到減小軌跡偏移、增加反應(yīng)處理時(shí)間的作用?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的喇叭口互通左轉(zhuǎn)出口匝道均設(shè)置了2 級(jí)限速標(biāo)志，其中減速段限速60 km/h，匝道限速40 km/h。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集結(jié)果，匝道行駛速度大都在50 km/h以上，甚至達(dá)到60～70 km/h，即遠(yuǎn)高于40 km/h 的限速值，說(shuō)表明駕駛?cè)藢?duì)限速標(biāo)志的遵守度非常低。

基于事故高發(fā)匝道的車(chē)輛碰撞形態(tài)、事故發(fā)生機(jī)制以及匝道實(shí)際行駛速度，課題組向高速公路運(yùn)營(yíng)公司提出了以下安全改善措施。

1）事故匝道的中間分隔帶護(hù)欄為穿管式護(hù)欄，迎撞面不連續(xù)，對(duì)失控車(chē)輛傷害較大，為此，將事故匝道的中間分隔帶護(hù)欄，由鋼管護(hù)欄更換為雙面防護(hù)式的鋼筋混凝土護(hù)欄或者地形梁護(hù)欄，建議防撞等級(jí)為Am級(jí)，見(jiàn)圖9。

2）在左側(cè)車(chē)道線(xiàn)外側(cè)設(shè)置導(dǎo)流線(xiàn)，同時(shí)在車(chē)道線(xiàn)內(nèi)增加減速標(biāo)線(xiàn)，縮窄行車(chē)道寬度，以降低匝道范圍內(nèi)行駛速度，駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)自己錯(cuò)誤轉(zhuǎn)向操作時(shí)，能夠有一定的時(shí)間對(duì)軌跡進(jìn)行矯正；同時(shí)在左側(cè)車(chē)道線(xiàn)外側(cè)安裝反光道釘，增加夜間道路輪廓的可視認(rèn)性。

3）在事故匝道S型曲線(xiàn)的公切點(diǎn)位置，在匝道右側(cè)護(hù)欄外側(cè)和中間帶護(hù)欄上增設(shè)限速40 km/標(biāo)志（即道路兩側(cè)分別設(shè)置），加強(qiáng)對(duì)駕駛?cè)说奶崾?，提醒駕駛?cè)撕侠磉x擇行駛速度，設(shè)置位置見(jiàn)圖10。

4）在匝道線(xiàn)形設(shè)計(jì)方面，建議將外環(huán)匝道的線(xiàn)形組合，由卵形線(xiàn)（圓曲線(xiàn)R2+回旋線(xiàn)+圓曲線(xiàn)R3）改為單圓曲線(xiàn)，避免視錯(cuò)覺(jué)并降低駕駛?cè)说牟僮麟y度，降低車(chē)輛撞擊中分帶護(hù)欄的事故。

圖9 匝道中間分隔帶護(hù)欄的建議形式Fig.9 Suggested type of guardrail for the median of ramp

圖10 匝道范圍內(nèi)的限速標(biāo)志設(shè)置位置Fig.10 Setting position of speed limit sign within the scope of ramp

6 結(jié) 語(yǔ)

喇叭口型互通立交是高速公路連接地方道路的主要立交樣式，承擔(dān)了高速公路主線(xiàn)交通與途徑城鎮(zhèn)之間交通轉(zhuǎn)換和集散功能，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)一些A 型喇叭口左轉(zhuǎn)半直連匝道的事故率顯著高于平均水平，汽車(chē)頻繁撞擊位于曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)的中間分隔帶護(hù)欄，用常規(guī)的知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)難以解釋其事故發(fā)生機(jī)制。

運(yùn)用“人-車(chē)-路”閉環(huán)仿真的方法模擬了正常駕駛?cè)嗽谠训郎系男旭傔^(guò)程，得到了安全通過(guò)事故匝道的轉(zhuǎn)向需求，然后結(jié)合實(shí)車(chē)駕駛過(guò)程中的前方道路環(huán)境的三維視覺(jué)影像以及基于道路輪廓的曲率估計(jì)得到了事故的發(fā)生機(jī)制：從卵形線(xiàn)的小圓駛向大圓時(shí)，卵形線(xiàn)的中插回旋線(xiàn)以及前方的大圓在視覺(jué)上會(huì)誤導(dǎo)駕駛?cè)烁吖赖缆非剩瑢?dǎo)致駕駛?cè)瞬扇×司S持轉(zhuǎn)向盤(pán)不動(dòng)的錯(cuò)誤操作，進(jìn)而使行駛軌跡朝曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)偏離了行車(chē)道，進(jìn)而與中間分隔帶護(hù)欄發(fā)生碰撞。根據(jù)事故的發(fā)生機(jī)制，提出了靶向性的安全改善對(duì)策，課題組將持續(xù)跟蹤改善效果。

經(jīng)視覺(jué)判斷錯(cuò)誤導(dǎo)致駕駛員不當(dāng)操作，使車(chē)輛在A 型喇叭立交行駛時(shí)撞擊中間分隔帶護(hù)欄，其本質(zhì)還是由于A型喇叭立交左轉(zhuǎn)半直連式匝道線(xiàn)形組合不適；因此，在下一步研究中，可以利用車(chē)輛運(yùn)行速度或仿真試驗(yàn)等方法對(duì)匝道線(xiàn)形參數(shù)及匝道組合線(xiàn)形進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化；減少道路線(xiàn)形引起的安全隱患。