摘 要：风吹雪环境下，低能见度是影响车辆行驶最主要的因素，同时，由于路面积雪，车辆与路面之间的附着系数降低，导致行车极不安全，从而引发交通事故。通过研究，车速控制是保障风吹雪环境下交通安全的最有效手段。本文基于已有的数学模型，从理论分析和数值计算入手，提出了风吹雪天气下不同能见距离的车速限制值。
关键词：风吹雪 能见度 安全车速
中图分类号：文献标志码：A
Studies on Safety Speed in the Snow Drift Weather
GAO Liping1 YANG Hui2 LI Chi1
（School of Civil Engineering，Inner Mongolia University of Technology，
Hohhot Inner Mongolia，010051；Inner Mongolia Technical College of Construction， Hohhot Inner Mongolia，010070）
Abstract：In the snow drift ， low visibility is the most important factor that influence vehicle travelling. At the same time， because of snow on the road， attachment coefficient between vehicle and road surface reducing. Lead to unsafe driving and cause traffic accident. By the research， speed controlling is the most effective measures that protect the safety flow in the snow drift. This paper， based on the existing mathematical model， speed limit values at different visual range are raised from the theory analysis and numerical calculation.
Key words：the snow drift visibility safety speed
风吹雪是我国寒冷地区公路遭受的最普通和最严重的自然灾害之一，其危害性居三大冰雪灾害之首。这种危害主要表现在雪阻和视线障碍两方面[1]，风吹雪发生时能见度迅速降低、公路积雪严重、造成交通中断，给公路交通安全和公路的正常运营带来极大危害，是长期困扰道路交通安全的一个国际性难题。每年由风吹雪造成的经济损失达几百个亿，因此我们亟待需要从交通工程、雪害防治和预警预报、交通信息服务等方面出发来减缓和消除公路风吹雪雪害的影响。
本文在总结和吸收国内外风吹雪雪害预警措施的优秀成果的基础上，基于停车视距模型和标志视认距离理论这两种方法，分别建立不同能见度与车速之间的关系，通过比选两种方法所得结果，提出了不同可视距离、不同坡度、不同路面附着系数下的安全行驶车速推荐值。
1 基于停车视距模型的安全车速计算
1.1 跟车状态下的安全行驶条件
在公路路段上的车流一般呈现车队跟驰行为，驾驶员对车辆的控制主要受到前车的刺激，通过信息感知、判断决策和采取行动这三个阶段来完成，并且这个过程是循环反复进行的，这种跟驰行为直接决定车辆的运营安全。一般情况下，驾驶员发现前面车辆的车速小于本车，这时后车采取制动措施后，要满足一定的安全距离。这里的安全距离指的是在同一车道上、同向行驶的后车车头与与前车车尾间的距离，这个距离既不发生追尾事故，又不降低道路的通行能力。如图1所示。
1.2 基于AASHTO停车视距模型的车速计算分析
AASHTO停车视距模型是美国国家公路与运输工作者协会研究并得出的一种计算模型[2]，在这个模型中，假设前方障碍物为一路面固定物，高度为0.15m，驾驶员视线高度为1.1m。当驾驶人员发现前方中心线有障碍物时，为防止碰撞而采取制动措施所需要一定的安全制动距离，该距离由车辆所需的安全制动距离和驾驶员的反应距离两部分组成，根据此原理得出基于AASHTO停车视距模型的安全车速计算式：
式中：S—停车视距，m ；
V —初始车速，km/h；
f— 附着系数；
i —道路纵坡，%。上坡时取“+”号，下坡时取“—”号；
t—驾驶员反应时间，一般取2.5s；
L安—安全距离，m；
L前车—前车长度，m。
式中Lv相当于风吹雪天气下最大的可视距离；附着系数f的取值应针对降雪条件下选取，具体可根据表1选用，为使计算结果偏于保守，在计算过程中将附着系数f的值取为0.2和0.15，分别在积雪松软时和被压实时的两种行车环境下分析其安全车速。
根据《公路工程技术标准》，最大纵坡对于高速公路来说为3%，对于山区公路最大纵坡为9%，但一般在修建山区公路时，为保证行车安全，不宜将纵坡设置的过大，所以一般控制在6%左右。因此，本文将坡度i 取为0，1%、2%、3%、4%、5%、6%来分别进行车辆上坡和下坡时的计算分析。由于风吹雪环境中能见度会急剧下降，因此本文在计算车速时，当可视距离取为15m、25m、50m、75m、100m、125m、150m、175m、200m的不同情况来进行计算。运用（1）式，计算得出风吹雪天气下不同能见距离，不同坡度条件，不同车辆与路面附着情况下的安全行驶车速。以下的分析中仅以车辆处于上坡时为例，将计算结果绘制成图，见图2所示。
从图2中可以看出，随着可视距离逐渐降低，计算的车辆的安全行驶车速越来越低；随着附着系数的降低，安全车速将逐渐减小；当车辆上坡时坡度越大，速度可适当提高，车辆下坡时，坡度越大速度应适当减慢；在同等情况下，当车辆处于下坡路段时最不利，因此车辆在下坡时的运行车速要低于上坡的车速值。 1.3 基于NCHRP停车视距模型的安全车速计算分析
NCHRP停车视距模型是由美国国家合作公路研究计划机构研究并提出的[2]，与AASHTO模型不同的是，NCHRP模型中将前方障碍物假设成一辆静止的汽车，汽车尾灯高度是0.6m，驾驶员视线是1.1m，并且在计算过程中不考虑路面附着系数的影响。相同的是停车距离也是有两部分组成，一部分为车辆所需的安全制动距离，另一部分为司机的反映距离，可用下式来进行安全车速的计算：
式中：V—初始速度，km/h；
t—驾驶员的反应时间是，s；
i— 道路纵坡，%；
a—减速度值，m/s2。
通过查阅资料得知，90%左右的驾驶员发现前方有障碍时采取的刹车减速度值一般大于3.4m/s2，这个减速值一般不会大于路面提供的最大减速度值。尤其在风吹雪天道路附着系数减小，路面提供的加速度会更小，所以用NCHRP模型计算的制动距离要会大于一般天气下的刹车制动距离。
如前所述，将可视距离Lv仍从15m取到200m，坡度i 仍取0～6%，考虑上坡和下坡时的两种情况，其余参数的取值同前，计算得出不同可视距离和不同坡度下的安全行驶车速， 将以上计算结果各表绘制成图，见图3所示。
2 基于汽车工程模型的安全车速计算分析
在汽车工程模型中[2]，停车距离同样也由驾驶员反映距离和制动距离两部分组成，具体可见下式：
式中： t1—驾驶员的反应时间，一般为0.3～1.0s；
t2+t3—制动器的作用时间，一般为0.2～0.9s，其中 t2是汽车开始产生减速度所需时间，t3是制动增长过程所需时间。
在计算中，为反映行车的普遍水平，将t1取为0.65s，t2+t3/2取为0.45s。fmax取为0.15和0.2来分别进行计算，其余参数同上，得到风吹雪环境不同可视距离不同坡度的限制车速，同样仅以上坡时为例，将计算结果绘制成图，见图4所示。
3 计算结果对比分析
分析由以上三种模型计算的结果，发现各模型计算结果的共同规律是可视距离较低时，安全车速逐渐降低；附着系数越小的情况下，速度越小；对于上坡车辆，坡度越大，速度可适当提高；对于下坡车辆，坡度越大，应适当减速；并且当车辆下坡时最不利。
将以上三种模型的计算结果做对比，以坡度为3%为例，如图5所示。
由图5可以看出，无论是车辆处于上坡路段还是下坡路段，使用AASHTO模型计算的控制车速最严格，其次是汽车模型，NCHRP模型得出的结果偏大。这是因为NCHRP模型中没有考虑路面附着系数的影响，可见路面能够提供的摩擦力对行车非常重要。并且从图中还可以看出，当可视距离较低时，汽车模型比NCHRP模型计算的车速略高一些，相差仅为1km/h左右，随着可视距离的增加，汽车模型逐渐低于NCHRP的结果，在可视距离在200m时，相差达到19km/h。
4 风吹雪环境下安全运行车速的推荐值
为了保障风吹雪天气下行车的安全，综合考虑了基于停车视距模型的三种计算模型的结果，提出不同能见距离不同坡度下的车速限制推荐值，见表2所示。
参考文献
[1] 夏永峰.公路风吹雪灾害的分析与防治措施[J].公路与汽运，2005，（6）：98-100.
[2] 柳本民.灾害性天气下高速公路运行安全控制技术研究[D].博士学位论文.2008.12.
[3] 柳本民，张丽君，黄晓清.灾害性天气对道路运营安全的影响分析与车速控制[J].长沙理工大学学报.2006，3（2）：18-23.
[4] 钟彩霞，贾皓亮.低能见度条件下高速公路行车速度变化对行车安全的影响[J].交通与运输.2005，（2）：66-69.
[5] 杨慧. 风吹雪气候条件下公路交通预警措施研究. [D].内蒙古工业大学硕士学位论文.2011.6.
作者简介：高利平 男 副教授 主要从事道路交通安全研究。