繆子英，王 錕，李強(qiáng)強(qiáng)

（合肥工業(yè)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

2004－04－30中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第405號(hào)發(fā)布的《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》第三十八條規(guī)定：“黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行”，2012－09－12公安部令第123號(hào)公布《機(jī)動(dòng)車駕駛證申領(lǐng)和使用規(guī)定》附件2中規(guī)定駕駛機(jī)動(dòng)車違反道路交通信號(hào)燈通行的將被記6分處分，即黃燈亮起已經(jīng)通過停車線進(jìn)入交叉口的機(jī)動(dòng)車可以繼續(xù)通行，盡快駛離交叉口，而黃燈亮起未通過停車線的機(jī)動(dòng)車不得繼續(xù)通行，否則視為違章行為，將記6分處分。該規(guī)定自2013－01－01實(shí)施以來，雖然闖黃燈現(xiàn)象減少很多，但由于機(jī)動(dòng)車至停車線黃燈突然亮起難以在停車線內(nèi)剎車甚至緊急剎車容易造成追尾等交通事故等技術(shù)操作和安全問題，闖黃燈現(xiàn)象仍不能完全避免。同時(shí)，由于機(jī)動(dòng)車闖黃燈違章行為取證困難，考慮技術(shù)與安全問題，公安部交管局專門下發(fā)通知，要求各地交管部門對(duì)目前違反黃燈信號(hào)的，以教育警示為主，暫不予以處罰。

不可否認(rèn)的是禁止闖黃燈交規(guī)的實(shí)施在規(guī)范駕駛行為、減少交通違法、預(yù)防重大交通事故等方面確實(shí)起到了積極作用，如何制定相應(yīng)的措施和研究相關(guān)的技術(shù)以杜絕惡意闖黃燈的現(xiàn)象、配合新規(guī)定的有效實(shí)施、保障交通安全是本文的研究重點(diǎn)。

1 常規(guī)黃燈時(shí)長(zhǎng)設(shè)置

不同的國(guó)家和地區(qū)對(duì)黃燈時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置不盡相同，北京市采用4s，美國(guó)采用3～6s，德國(guó)根據(jù)進(jìn)口道限速值不同，采用3s、4s、5s。

文獻(xiàn)［2］中采用黃燈最長(zhǎng)所需時(shí)間的方法計(jì)算所需的安全時(shí)間，并以此作為最佳的黃燈時(shí)長(zhǎng)，黃燈時(shí)長(zhǎng)模型如式（1）所示

式中：I為黃燈時(shí)長(zhǎng)，s；vl為黃燈時(shí)長(zhǎng)，s；p為車輛加速行駛距離，m；lc為車輛長(zhǎng)度，m。

文獻(xiàn)［3］在應(yīng)用力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的基礎(chǔ)上，提出了一種計(jì)算黃燈時(shí)間的模型，并取其極小值作為所求的黃燈時(shí)長(zhǎng)，如式（2）所示

式中：T＊為極小黃燈時(shí)長(zhǎng)，s；T為黃燈時(shí)長(zhǎng)，s；H為十字路口處同一條路上2方向進(jìn)口道上2條停車線之間的距離，m；L為車輛車身長(zhǎng)度，m；f為車輛與地面的摩擦系數(shù)；g為重力加速度，m／s2；t0為駕駛員從看到黃燈到作出是否停車的決定所需的時(shí)間，s。

文獻(xiàn)［4］指出黃燈時(shí)間不宜過短或過長(zhǎng)，建議根據(jù)道路的限速確定最小黃燈時(shí)間：道路限速≤40km／h時(shí)，取3s；道路限速為＞40km／h時(shí)，取4s。同時(shí)，建議黃燈亮?xí)r，接近停止線的車輛，可以安全停車的應(yīng)停車，無法安全停車的應(yīng)繼續(xù)通行，但必須在黃燈時(shí)間內(nèi)通過停止線。

文獻(xiàn)［5］－［6］在力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的基礎(chǔ)上，考慮到相鄰相位沖突點(diǎn)，并假設(shè)車輛行駛速度服從區(qū)間上均勻分布，建立有效黃燈時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，有效黃燈時(shí)長(zhǎng)如式（3）所示

式中：T為有效黃燈時(shí)長(zhǎng)，s；T1為駕駛員反應(yīng)時(shí)間，s；T′1為下一相位駕駛員看到綠燈亮?xí)r的起步反應(yīng)時(shí)間，s；v0為汽車行駛速度期望值，m／s；Δv為汽車行駛速度標(biāo)準(zhǔn)差，m／s；a為汽車加速度，m／s2；I為車輛車身長(zhǎng)度，m；L1為上一相位進(jìn)口道車輛停車線距與下一相位沖突點(diǎn)之間的距離，m；L′1為下一相位進(jìn)口道車輛停車線距與上一相位沖突點(diǎn)之間的距離，m。

2 警示停車線設(shè)置

當(dāng)黃燈亮起時(shí)，駕駛員緊急制動(dòng)需要一定的制動(dòng)距離，很難在鄰近停車線黃燈亮起時(shí)制動(dòng)于停車線內(nèi)。本文定義供車輛提前判斷準(zhǔn)備制動(dòng)，以保證在停車線內(nèi)停車的路面標(biāo)線為警示停車線。車輛車頭到達(dá)警示停車線后有兩種行為：一是此時(shí)黃燈亮起，駕駛員應(yīng)采取制動(dòng)措施于停車線內(nèi)停車，二是黃燈未亮起，駕駛員應(yīng)繼續(xù)勻速通行，駛離交叉口。警示停車線與停車線之間的距離應(yīng)能保證車輛車頭到達(dá)警示停車線后，駕駛員立即采取制動(dòng)措施，并于停車線內(nèi)安全停車。警示停車線與停車線之間的距離由駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間行駛距離和采取制動(dòng)措施后車輛減速行駛距離組成，如式（4）所示

式中：Sj為警示停車線與停車線之間的距離，m；Sf為駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間行駛距離，m；Sz為車輛減速行駛距離，m。

駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間與駕駛?cè)说纳砗铜h(huán)境因素密切相關(guān)，如駕駛員的年齡、性別、個(gè)性、駕齡、身體狀態(tài)、車速等，國(guó)內(nèi)外研究成果顯示，駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間取值為0.7～1.0s。

車輛在駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間內(nèi)基本是以勻速行駛的，則有

Sf＝vtf，

式中：v為車輛行駛的速度，m／s；tf為駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間，s。

設(shè)車輛在制動(dòng)前一直以一定速度勻速行駛，駕駛員以一定的減速度制動(dòng)使車輛到達(dá)停車線后剛好停止速度為0，則有

式中：a為車輛制動(dòng)減速度，m／s2。

因此，警示停車線應(yīng)設(shè)在停車線后的距離如式（5）所示

3 黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型建立

3.1 交通流沖突分析

信號(hào)控制交叉口通過設(shè)置相位對(duì)各方向的交通流進(jìn)行時(shí)間隔離，從而避免沖突。本文研究的信號(hào)控制交叉口同一相位內(nèi)不存在相沖突的兩股交通流（右轉(zhuǎn)交通流除外），而上一相位交通流與下一相位交通流過度階段存在沖突點(diǎn)，設(shè)上一相位車輛進(jìn)口道停車線距沖突點(diǎn)的路徑距離為L(zhǎng)1，下一相位車輛進(jìn)口道停車線距沖突點(diǎn)的路徑距離為L(zhǎng)2，車輛車身長(zhǎng)度為L(zhǎng)0。設(shè)上一相位交通流勻速到達(dá)沖突點(diǎn)，下一相位交通流以初速度為0加速到達(dá)沖突點(diǎn)，則上一相位交通流從進(jìn)口道停車線行駛至沖突點(diǎn)的時(shí)間如式（6）所示

下一相位的交通流需要避讓上一相位黃燈內(nèi)通過交叉口的交通流，為保障安全下一相位的交通流首車距沖突點(diǎn)之間應(yīng)保持一定的安全距離l0，則下一相位交通流從進(jìn)口道停車線行駛至沖突點(diǎn)前l(fā)0安全距離的時(shí)間如式（7）所示

式中：a為車輛加速度，m／s2。

3.2 黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型

車輛到達(dá)警示停車線若允許通行，則車輛勻速?gòu)木就＼嚲€行駛至停車線的時(shí)間如式（8）所示

在黃燈時(shí)間內(nèi)上一相位內(nèi)允許通行的最后一輛車應(yīng)通過與下一相位的沖突點(diǎn)即可視為車輛安全通過交叉口，則黃燈時(shí)長(zhǎng)模型如式（9）所示

由于下一相位的交通流到達(dá)沖突點(diǎn)前l(fā)0安全距離仍需一定的時(shí)間t2，在時(shí)間t2內(nèi)上一相位的交通流仍可通行，因此，黃燈時(shí)長(zhǎng)可進(jìn)行修正，得到黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型如式（10）所示

4 算例分析

以十字型交叉口為例，該交叉口東西向與南北向道路紅線寬度為40m，雙向4車道，進(jìn)口道展寬為3車道，進(jìn)口道停車線之間距離均為80m。為了盡量減少上一相位與下一相位的沖突點(diǎn)數(shù)，應(yīng)進(jìn)行相位優(yōu)化，相位設(shè)置如表1所示，則第一、第二相位產(chǎn)生兩個(gè)沖突點(diǎn)A1，A2，第二、第三相位產(chǎn)生兩個(gè)沖突點(diǎn)B1，B2，第三、第四相位產(chǎn)生兩個(gè)沖突點(diǎn)C1，C2，第四、第一相位產(chǎn)生兩個(gè)沖突點(diǎn)D1，D2，如圖1所示。各進(jìn)口道停車線至各相位交通流向下沖突點(diǎn)的行駛路徑距離分布如表2所示。

表1 相位設(shè)置

圖1 交叉口分析

表2 停車線至沖突點(diǎn)路徑距離分布表 m

基本參數(shù)設(shè)置：車輛加速度a＝3.4m／s2，駕駛員感知－反應(yīng)時(shí)間tf＝0.8s，車身長(zhǎng)度L0＝4m，安全距離l0＝2m，速度v＝30km／h＝8.3m／s，根據(jù)表2可得上一相位、下一相位交通流與沖突點(diǎn)之間的行駛路徑距離L1，L2如表3所示。

表3 L1、L2取值表 m

將上述參數(shù)數(shù)值代入式（5）計(jì)算警示停車線距停車線距離結(jié)果如下：

東、西、南、北向進(jìn)口道：SjE＝SjW＝SjS＝SjN＝17m。

代入式（10）計(jì)算黃燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)果如下：

即該交叉口各個(gè)進(jìn)口道的警示停車線應(yīng)設(shè)置在相應(yīng)停車線后17 m 的位置，信號(hào)配時(shí)中，一、三相位黃燈時(shí)長(zhǎng)取2.0s，二、四相位黃燈時(shí)長(zhǎng)取1.3s。

5 結(jié)論

1）基于車輛安全制動(dòng)運(yùn)用動(dòng)力學(xué)原理建立了警示停車線距離模型，并設(shè)置駕駛行為規(guī)則：當(dāng)車輛行駛至警示停車線時(shí)，駕駛員應(yīng)根據(jù)此時(shí)的信號(hào)燈顯示情況采取相應(yīng)的駕駛行為，即若此時(shí)黃燈亮起，車輛應(yīng)進(jìn)行制動(dòng)，并于停車線內(nèi)安全停車；若此時(shí)仍為綠燈，車輛應(yīng)勻速通行，駛離交叉口，理論上，當(dāng)車輛行駛于警示停車線和停車線之間時(shí)駕駛員不需要進(jìn)行駕駛行為判斷。通過駕駛規(guī)則的設(shè)置可有效規(guī)范車輛駕駛員在交叉口的駕駛行為，為駕駛員在信號(hào)控制交叉口警示停車線處的駕駛行為提供指導(dǎo)，使得駕駛員有規(guī)可循。

2）基于警示停車線的設(shè)置，同時(shí)，考慮上一相位與下一相位交通流到達(dá)相位沖突點(diǎn)的時(shí)間差，對(duì)這部分時(shí)間差進(jìn)行有效利用，進(jìn)行黃燈時(shí)長(zhǎng)的優(yōu)化，建立了黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型。通過算例分析，可運(yùn)用模型有效方便地計(jì)算出警示停車線設(shè)置距離和優(yōu)化黃燈時(shí)長(zhǎng)，結(jié)果表明，在保障交通安全的前提下，有利于充分利用有限時(shí)間，避免時(shí)間浪費(fèi)。

3）綜上所述，依據(jù)警示停車線距離模型和黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型，進(jìn)行警示停車線的設(shè)置和黃燈時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化，為設(shè)置警示停車線和確定相應(yīng)的黃燈時(shí)長(zhǎng)提供了理論依據(jù)。同時(shí)，配合實(shí)施相應(yīng)的駕駛規(guī)則，可有效的杜絕惡意闖黃燈現(xiàn)象，有利于保障交叉口的通行安全，同時(shí)，提高交叉口的通行效率。

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