减速车道合理长度的确定

减速车道合理长度的确定
㈠安全角度减速车道合理长度的确定
传统的减速车道长度设计均是从安全角度出发，考虑主线设计速度与匝道设计速度的差异，减速车道设计的长度满足车辆减速过程的要求，能够使车辆在较为舒适的条件下将速度降至匝道的限速，从而保证车辆运行的安全。

从安全角度的减速车道长度计算主要考虑车辆从主线分流时的减速过程，国外有许多不尽相同的假设，以美国AASHTO 和日本为典型。

美国AASHTO 认为车辆先按主线的平均行车速度从减速车道的渐变段或三角段进入减速车道，然后减速进入匝道主体段，其减速过程分为两次，第一次是采用发动机减速，第二次是利用制动器减速，到达匝道端部时速度达到匝道的限速。

日本的假设是车辆以该公路平均速度通过减速车道前段，在渐变段时利用发动机开始减速，后利用制动器减速，到达匝道端部时，车辆运行速度满足匝道的限速要求。

美国和日本的车辆减速过程不同之处在于其减速始端的位置，而相同之处是均肯定了采用二次减速的假设，首先利用发动机减速，然后利用制动器减速。

根据这两种不同的假设，美国和日本对出口匝道减速车道的设计标准也存在一定的差异。

文献[11][12][13][14]均给出了平行式和直接式减速车道长度的计算公式。

平行式减速车道长度：
（6-1）
直接式减速车道长度：
（6-2）
式中：—全部减速车道长度，m ； —渐变段长度和减速车道长度，m ；
—分别代表车辆进入减速车道的初速度、渐变段末端的速度
和匝道端部的速度，m/s ；
—发动机减速持续时间，s ；
—分别表示发动机减速和制动器减速的减速度，m/s2；
2220
12112
211()3.6225.92v t L LL a t v v a =+=-+-2220
121012211(3.6)3.6225.92v t L L L a t v a t v a =+=-+--L 12
,L L 012
,,v v v 12
,a a
考值，相比美国和日本规范而言，减速车道的值存在一些差异，主要是根据减速车道类别和主线的设计车速来确定减速车道的长度，对于匝道设计速度和匝道连接处等待时间的影响并未明确指出。

在交通量较小时，我国目前的规范标准能够满足车流的运行要求，但随着高速公路交通量的增加，车流密度增大，当匝道设计标准较低时可能会出现减速车道长度不足，影响运行安全和效率。

㈡基于运行效率最优的减速车道合理长度的研究
从国内外对高速公路出口匝道上减速车道的研究来看，已有的成果重点关注匝道车流的运行安全，减速车道长度计算结果是通过假设车辆从主线至匝道端部安全的将速度降至匝道限速，从而保证车流运行的安全，因此在各标准规范中给出的参考值均是减速车道的最低值。

明显的，减速车道设计标准的确定是以单个车辆的减速过程为基础的，因此确定其最低长度的时候对车流整体运行的特征缺乏关注，当交通量较小时，驶离高速公路的车辆之间几乎不存在相互干扰，在减速车道上的减速过程符合标准规范计算中的假设过程。

当交通量增大，驶离高速公路车辆的运动过程不仅仅取决于匝道本身设施的条件，由于车辆间相互干扰而不能够符合标准规范中的假设过程。

因此，减速车道长度的确定，应在满足单个车辆减速运行中的安全要求基础上，考虑整体车流的运行效率。

本文中确定减速车道合理长度步骤略去匝道连接处通行能力与匝道主体段通行能力的对比，直接求得使得匝道连接处通行能力最大的减速车道合理长度，与安全性条件相比求得合理的减速车道长度。

元胞自动机模型中，主线最高速度为5（135km/h），匝道设计速度为80km/h，本文模拟实际运行中所需的减速车道长度。

⒈直接式减速车道
从运行效率角度分析直接式减速车道合理长度，充分利用和深入延续第五章节研究成果，设定驶离高速公路车辆比例为15%，慢车比例为25%，使减速车道
长度以步长2从2增加至50，记录减速车道长度与匝道连接处通过交通量变化。

从图 1中可以看出，不同的车辆到达率条件下，减速车道长度对匝道连接处通过的交通量存在不同的影响，在到达率较小的情形下，曲线基本与横轴保持平行，说明减速车道长度能够满足较少车辆的运行要求，当车辆到达率增大，驶离高速公路车辆数增加，匝道连接处车辆运行相互干扰，不同的减速车道长度影响通过的最大交通量。

图 1 直接式减速车道长度对通行效率的影响
模型设定了一定的到达率、驶离高速公路车辆比例以及快慢车比例，得出了通过匝道连接处的最大交通量，进而确定不同驶离高速公路交通量条件下最优的减速车道长度。

由程序运行显示，当车辆到达率lambda≥0.35时，D路段达到50个元胞长度时，仍然发生严重的排队拥挤现象，然而考虑到安全问题，减速车道长度设置不宜过长，因此当车辆到达率lambda≥0.35时，减速车道长度可设置在300-375m。

⒉平行式减速车道
与直接式减速车道类似，延续和深入本文第五章研究成果，设定驶离高速公路车辆比例为15%，慢车比例为25%，令车辆到达率从0至0.5以0.05步长逐步
增大，待运行稳定后记录减速车道长度与匝道连接处通过的最大交通量关系。

根据图6-2可知，减速车道长度与匝道连接处通过的最大交通量关系曲线与直接式减速车道存在类似的现象，在交通量较小时，曲线基本与横轴保持平行，与直接式减速车道相比，其容纳的交通量更大，在到达率为0.20时开始有较大的波动，而影响直接式减速车道的车辆到达率为0.15。

对比较高的车辆到达率条件下，平行式减速车道通过的最大交通量要比直接式减速车道通过交通量要高，其适应的减速车道长度也存在一定的差异。

图 2 平行式减速车道长度对通行能力的影响
同理，模型设定了一定的到达率和驶离高速公路车辆比例，得出了通过匝道连接处的最大交通量，进而确定不同驶离高速公路交通量条件下最优的减速车道长度。

度时，仍然发生严重的排队拥挤现象，然而考虑到安全问题，减速车道长度设置不宜过长，因此当车辆到达率lambda≥0.35时，减速车道长度可设置在300-375m。

从另一个角度讲，减速车道长度影响匝道连接处通过的最大交通量，由于匝道连接处与匝道主体段相互衔接，因此，减速车道的长度也会对匝道主体段通过的最大交通量形成波及效应。

同理，数据拟合减速车道长度与匝道主体段通过交通量关系曲线，发现曲线存在类似的关系。

在到达率较小的情况下，通过匝道主体段交通量较小，曲线基本保持与横轴平行；当车辆到达率较大时，通过匝道主体段交通量随着减速车道长度的变化出现一定的波动，波动的趋势、幅度与匝道连接处通过交通量的曲线接近一致。

⒊综合效率与安全的减速车道合理长度确定
合理的减速车道长度不仅要满足车辆运行的安全条件，同时也要考虑减速车
道对车流运行效率的影响，安全性的协调注重单个车辆，而运行的协调更注重车流整体的运行效率。

对比我国的《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）和相关学者的研究成果，综合考虑匝道运行的安全和效率，比较两种条件下减速车道长度，以满足安全要求为基础，效率最优为进一步目标，确定最优的减速车道长度。

本文仅针对模型设定的主线速度为135km/h，匝道设计速度为80km/h条件下的减速车道长度。