基本介紹
- 中文名：車速限制
- 外文名：speed limit
- 目的：保證交通安全、減少能源消耗等
- 性質：交通管理措施
- 作用：減少車輛在道路上的平均速度
- 領域：交通運輸
基本信息,定義與分類,研究概況,最高車速限制,最低車速限制,
基本信息
最早的限速是英國於1861年生效的，當時限速16 km/h（10 mph）。波蘭和保加利亞在部分路段限速140 km/h，美國的德克薩斯州也在40英里長的一個路段限速137 km/h（85mph）。同時，部分地區的路段並不設定限速，最出名的是德國的高速公路（Autobahn）。2006年布蘭登堡州有關部門測得在一段暢通的雙向六車道高速公路上平均時速達到了142 km/h.。在曼島的郊區路段、印度安德拉邦和馬哈拉施特拉邦、澳大利亞北部地區的許多路段也不設定限速，但部分低等道路的平均時速並不高。
交通運輸供給能力的不足，交通事故頻發，城市交通能源消耗與污染嚴重，己經影響了國民的快速發展，嚴重製約著國家或地區的國民經濟的快速發展。為了克服這一現象，就需要增加交通運輸能力，降低交通事故的發生率，同時還要減少對能源的消耗和環境的污染，為此必須加快交通基礎設施建設進度，在加大投資力度的同時輔以合理的交通限速管理措施。考慮速度限制的城市交通網路設計問題的研究不僅可以通過對城市交通網路設計得出最優的交通網路規劃建設投資方案，保證最最佳化的系統效率與出行者的公平性，還可以通過速度限制的交通管理和控制手段兼顧道路交通系統的安全性，降低道路行駛車輛的尾氣排放量而減少對環境的污染。
定義與分類
車輛或車流的速度是一項重要的基本參數，其一般定義是：車輛在單位時間內行駛的距離。根據本研究的目的，對各類車速的分類與定義如下。
①地點車速：車輛通過道路某一地點（道路某斷面）時的速度，亦稱點車速、瞬時速度，是描述道路某地點交通狀況的重要參數，常用於研究制定車速限制。
②行駛車速：是車輛行駛在道路某一區間的距離與行駛時間(停車時間除外)的比值，在研究行車經濟性、分析車速與油耗的關係時，所用到的車速即為行駛車速。
③設計速度：根據美國最新版的《公路和街道幾何設計政策》，設計速度是一個選定的速度，用來確定設計道路的幾何特徵並把“安全”這個詞從上一版的定義中刪去了，避免以為超過設計速度的速度是“不安全”的。
④85%位車速：累計車速分布曲線中，累計頻率為85%時的相應車速，是最高車速限制的重要依據。
⑤15%位車速：累計車速分布曲線中，累計頻率為15%時的相應車速，是最低車速限制的重要依據。
研究概況
車速限制在國內外已經有相當長的一段研究歷史，早期的目的是單純為了保證行人安全，19世紀初，美國康乃狄克洲最先提出建議在道路上實施限速控制，並出台了車速限制的相關法規，用法律對速度控制進行了規範，以後世界各國根據不同的道路條件逐步實施速度限制並付之於法律。
有關車速限制的研究主要集中在以下幾個方面：
(1)高速公路限速值確定方面
美國、澳大利亞、歐洲等已開發國家和地區汽車普及和公路建設都較早，因此對速度限制的研究也開展得較早，限速管理同時也屬於道路交通安全和運營管理與控制當中非常重要的策略之一。世界各地對高速公路的最高時速規定有所不同，這與不同的國家的國情和地區的法律法規政策規定有很大關係。美國高速公路的一般限速約為120公里/小時，法國為130公里/小時，義大利為150公里/小時，而德國的高速公路則一般不進行限速。自從20世紀70年代，美國受到能源危機影響以法令的形式規定了最高車速限制，有效的減少了車輛的汽油消耗，之後的學者對高速公路的限速值確定進行了大量的研究。
國內針對我國高速公路超速行駛嚴重的現象，最初的研究也是借鑑國外的85%位車速作為我國道路最高限速值，然而在實際套用中一般以公路的設計速度作為其限速值。國內學者對高速公路的最高限速值的影響因素進行了初步探討，將車速限制與道路設計、交通量、車輛類型等因素的關係進行了量化研究，並給出了相應的限速建議。國外在車速限制研究方面是將車速限制值的影響因素進行系統研究，主要是在現場實測數據分析的基礎上給出合理的車速限制值。
國內學者雖然對高速公路限速值確定方面進行了一定的研究，但由於道路交通條件和道路設計思想與國外存在差異，且車速數據的採集是在已設定限速標誌的條件下獲取的，因此，其車速限制方法的適用性有待進一步研究。
(2)城市道路限速研究方面
相比於高速公路的限速研究，由於城市道路網路更加複雜，城市道路中交通限速的研究較少，很多從巨觀、法律、經濟等角度出發進行研究。
國外學者對城市道路交通的限速研究主要集中在實例分析、限速模型以及交通仿真等方面。
國內學者關於城市道路的交通限速研究則是從駕駛員行為特性、限速標誌等方向出發，研究了與車速之間的關係，更多的是以法律、經濟效益等角度進行交通限速管理的研究，也提出了科學合理的限速措施與建議。
(3)可變限速研究方面
關於可變限速的研究主要通過考慮實際的道路因素建立可變速度限制的模型以及採用微觀交通仿真模型進行實時道路交通限速值的確定。
最高車速限制
最高車速限制的原則
高速道路最高車速限制應在兼顧安全性、經濟性與舒適性的同時，實現高速道路的運行效率。在確定高速道路最高車速限制值時應遵循以下原則：
①在條件允許的情況下應儘量提高最高車速限制值，實現高速道路的運行效率；
②最高車速限制並非是要保證零事故率，而是使事故率保持在一個可接受的範圍，保證事故嚴重程度儘量小；
③最高車速限制值應儘量接近經濟車速，使高速道路行駛車輛在保證效率、安全的前提下達到最佳的經濟性；
④最高車速限制應保證車輛以該速度行駛時所產生的振動不致使駕駛員產生明顯的不舒適感。
最高車速限制的基本思路
高速道路最高車速限制應實現效率、安全、經濟、舒適四個目標，而這四個目標之間存在著相互制約的關係。在自由流條件下，車速越高、則運行效率越高，但安全性、經濟性與舒適性卻會下降。因此，採用多目標最佳化方法，在效率、安全、經濟與舒適之間尋求最優解，是確定合理的最高車速限制值的基本思路。最高車速限制值的制定是一個多目標最佳化問題，需構建的目標函式及約束條件如下：
①運行效率：以理想車速為基準，構建高速道路的時間費用函式，以時間費用最小作為運行效率的目標函式；
②安全性：以事故嚴重程度作為高速道路安全性的度量標準，借鑑已有的事故死亡率與車速的關係模型，給出高速道路最高車速限制基於安全性的約束條件；
③經濟性：分析建立高速道路代表車型的油耗量與車速關係模型，構建油耗費用函式，以油耗費用最小作為經濟性的目標函式；
④舒適性：建立車速與舒適性評價指標的關係模型，給出高速道路最高車速。
最低車速限制
最低車速限制原則
為保證行車秩序，在對高速道路實施最高車速限制的同時，對車輛的最低車速進行限制是十分必要的。
在確定高速道路最低車速限制值時，應在保證事故率小於容忍值的前提條件下，實現高速道路的運行效率與汽車的燃油經濟性。
最低車速限制應遵循的原則如下：
①最低車速限制值應儘量接近經濟車速，以油耗量最小作為目標；
②最低車速限制應儘量降低車速離散程度，從而保證交通事故率不超過容忍值；
③為提高高速道路運行效率，確定的最低車速限制值應大於或等於滿足上述條件的模型解。
最低車速限制的基本思路
最低車速限制方法應通過構建基於經濟性的目標函式及基於安全性的約束條件來實現，具體思路描述如下：
①基於經濟性的最低車速限制目標函式：建立高速道路不同坡度條件下的運行車速與油耗量關係模型，以油耗量最小作為目標函式，即以經濟車速作為目標函式的最優解；
②基於安全性的最低車速限制約束條件：建立高速道路車速離散程度指標與事故率的關係模型，借鑑國外相關研究成果確定事故率容忍值，以事故率小於其容忍值作為約束條件，將確定的最低車速與經濟車速對比，取二者中的較大值。
最低車速限制值的確定方法
基於經濟車速及車速離散程度約束的高速道路最低車速限制方法，具體可通過下式來表述。
Min[F=f(v)]([max（ve，v(AR)])) s.t.AR≤[AR] vl≥max(ve,v([AR]))
式中：
F——油耗量(升/100km)；
f(v)——油耗量與運行車速的函式關係式；
AR——億車公里事故率(次/億車x公里)；
[AR]——億車公里事故率容忍值(次/億車x公里)；
vl——最低車速限制值(km/h)；
ve——經濟車速(km/h)；
v([AR])——對應事故率容忍值的運行車速(km/h)。
