十字路口黄灯应该亮多久

十字路口黄灯应该亮几秒数学建模

摘要：黄灯时间问题要通过分析车长，车速，地面的动摩擦系数等因素之间的关系，建立适当的模型解决实际问题。通过分析，在合理的假设情况下第一问通过建立微分方程模型，并且对建立的微分方程进行求解，从而得到了黄灯应亮的时间随机动车速度之间的非线性函数关系。

1问题重述

我们来考虑这样一个问题：红绿灯在亮红灯之前黄灯应该亮多长时间？在交通管理中，定期地亮一段时间的黄灯是为了让那些正行驶在交叉路口上或距交叉路口太近以致无法停下的车辆通过路口。这样，红绿灯应保持足够长时间的黄灯，便于使那些无法停止的车辆有机会在黄灯期间通过路口。对于一位驶近交叉路口的驾驶员来说，万万不可处于这样的进退两难的境地：要安全停车，离路口太近，而要在红灯亮之前通过路口又显得太远。因此，当车辆驶近交叉路口时，驾驶员看到黄灯亮后，要做出决定：是停车还是通过路口。如果决定停车，他必须有足够的停车距离；如果决定通过路口，他必须有足够的时间使他能够安全通过路口，这包括做出停车决定的时间（反应时间）。那么，为了保证交通安全，黄灯应亮多长时间呢？黄灯亮的时间或许与下列因素有关——车辆的行驶速度、交通路口的宽度、车辆自身的长度、汽车的重量、驾驶员的反映时间和

刹车距离。刹车是一个复杂的过程，为简化计算，可将刹车过程看成抵抗摩擦力（摩擦力等于摩擦系数乘上汽车的重量），将刹车效果用模型来反映。 1.建立一个黄灯亮的时间与上述因素（或部分因素）有关的数学模型，将亮黄灯的时间长度表示成上述因素（或部分因素）的函数。

2 问题分析

在十字路口行驶的车辆中，我们主要考虑机动车辆。当车辆驶进十字路口时，如果此时黄色信号灯闪亮，驾驶员要作出决定：是停车还是驶过十字路口。如果他按法定速度（或低于法定速度）行驶，当决定停车时，他必须有足够的停车距离，少于此距离是不能停车，大于此距离时必须停车，等于此距离时可以停车，也可以通过路口；当决定通过路口时，他必须有足够的时间能完全通过路口，这包括：作出决定的时间，车通过十字路口的时间，停车距离的驾驶时间（从刹车到车完全停止的时间）。所以，黄灯闪亮的持续时间应包括驾驶员的决定时间（反应时间），他通过十字路口的时间和停车距离的驾驶时间。

3 模型的建立与求解

T——黄灯应亮的时间

T——驾驶员的反应时间

1

T——汽车通过十字路口的时间

2

3T ——停车距离的驾驶时间

220t=0

010

fmg=m t

=t =2fg d x d dx V d V L I T T V +++-——法定行驶速度 I ——十字路口长度

L ——典型车身长度

m ——车身质量

f ——车辆与地面的摩擦系数

(t )X ——开始刹车到车辆停止所经过的路程

通过前面的分析和对问题所涉及的主要量的确定，给出黄灯时间求解模型假设： （1）车辆的法定最高行驶速度、十字路口附近的行驶速度、通过十字路口的速度均为O V . （2）每个驾

驶员从看到黄灯到作出是否停车的决定所需的反应时间一致。.

（3）所有行人和驾驶员均能遵守交通规则。 （4）交叉路口没有交通管制和堵车状况。 （5）汽车能正常通过交叉路口。 模型建立

黄灯应亮的时间为123T T T T =++

其中1T 是常数，而经过十字路口的路程为I L +

2O

I L T V += 3T 需要进一步求解，由于汽车质量为m ，车辆与路面的摩擦 系

数为f ，则车辆与路面的摩擦力为

fmg F =

根据牛顿第二定律，车辆在刹车过程中应满足如下微分方程

22fmg=m t

d x d - 0t=0

=t dx V d 00X =

模型求解最后得

*1t T

4 模型的评价 在模型假设的前提下，代入数据可以解决题设问题，但是在实际生活中需要考虑的因素还有许多。 第一，驾驶员的反应时间根据人的差异肯定是有所区别的，与驾驶员的身体健康状况，精神状态密切相关。对于年老的，状态欠佳的反应时间会相应延长。所以在遇到实际不

同状况是，1T 应代入不同值进行计算。 第二，不同的道路状况，摩擦系数自然也是不同的，对于路面平坦的，自然摩擦系数就小，对于汽车轮胎的新旧也会影响摩擦系数的大小，所以用刹车距离近似停车线的距离是不可靠的。 第三，十字交叉路口的交通状况也会影响到刹车或前进时间。 第四， 不同的天气情况下摩擦系数也不相同，因此有必要在在交通灯上安装一个湿度感应装置，考虑到摩擦系数不能随空气湿度的增加而无限增加下去，因此摩擦系数与空气湿度应该为对数关系，最后因知识水平有限以及时间限制没有得出该函数的具体

参数，但该模型的提出对整个模型有重要的意义，使模型解更加真实更有说服力。 综上，在应用模型时，应根据实际情况带入实际参数来计算。

5 结论 根据题设，建立模型如下：

010

=2fg V L I T T V +++ 一般情况下，驾驶员反应时间为1.0s ，当轮胎为新时，查阅资料，带入数据得黄灯应亮时间为3.80s ，当轮胎磨损时， 代入数据得黄灯应亮时间为4.03s 。所以，在设置交通信号灯黄灯所亮时间为3.80—4.03s 。

6 参考文献

[1]王正东 .数学软件与数学实验（第二版）.北京.科学出版社.2010年.15—25.

[2]郭学军 .高等数学（上册） .北京 .科学出版社.2012年.180—195