现今的以汽车行驶理论为依据的道路线形设计，更多的是基于汽车运动学和工程难易性方面的考虑，对驾驶员的心生理方面多为定性的考虑，道路线形设计可能不符合驾驶员心生理需求，增加了道路交通事故隐患。本论文在分析现有规范的基础上，应用目前经典的认知心理学、生理心理学、行为学、工程心理学等理论，实验分析道路线形条件对驾驶员心生理的影响。从驾驶员行车工作负荷的角度出发，研究高速公路纵坡路段线形设计指标的安全性。 本论文在分析了驾驶员行车过程中对道路线形条件的认知过程、驾驶工作负荷及其与道路线形条件的相关性的基础上，采用心率变异性指标LFNU作为评价驾驶工作负荷的指标。在室外道路进行了实际行车试验，详细论述了纵坡路段行车过程中驾驶员的心生理反应和速度、道路线形的关系，并依此选择了本研究试验数据的代表值区段；通过定性和定量分析，提出驾驶员行车速度和纵坡坡度作为影响纵坡段驾驶员工作负荷的主要影响因素。分别建立了上、下坡路段小车和大车驾驶员的工作负荷、行车速度和道路线形的关系模型。根据驾驶员的主观感受评价，得到45％和57％的LFNU变化率分别作为较高工作负荷和高工作负荷的阈值，并建议5％的坡度作为高速公路纵坡极限值。最后，通过对试验路段的事故数据分析，进一步验证了本论文的研究结论。