缓和曲线取值在高速公路设计中的分析与研究

缓和曲线是公路平面线形中的3种要素之一，结合高速公路设计中缓和曲线取值要求，从超高渐变、驾驶员反应时间、行驶舒适度、视觉所需长度、规范规定等几个方面进行分析计算，并结合设计实例总结进行论述，给出缓和曲线长度取值推荐，为高速公路设计提供借鉴与参考。     

南部非洲几何设计规范平面线形设计综述

为了加强与国外标准对接,该文系统梳理了南部非洲几何设计规范的直线、圆曲线、超高和圆曲线加宽的设计条件及要求。相对于中国公路路线设计方法,南部非洲几何设计强调在公路项目设计中评估直线线形的走向,减小眩目现象对驾驶者的影响;圆曲线最大长度的极限值不应大于1 000 m;当圆曲线超高小于等于最大超高值的60%时,宜设置缓和曲线;当设置缓和曲线时,超高曲线过渡段与缓和曲线重合,超高直线过渡段设置在直线上;当不设置缓和曲线时,习惯做法是将2/3的超高曲线过渡段设置在直线上,将1/3的超高曲线过渡段设置在圆曲线上。     

互通式立交出口匝道运行速度过渡段长度研究

为确定车辆在互通式立交出口匝道满足安全行驶需求的运行速度过渡段最小长度,分别建立了满足超高过渡、变速行驶、3 s行程时间及横向加速度变化率适中等要求的运行速度过渡段长度计算模型。采用UMRR链式开普勒雷达测速仪,实测不同主线设计速度下立交出口匝道分流鼻运行速度,结合SPSS软件分析,得到分流鼻运行速度。基于运行速度过渡段长度计算模型和典型参数的分析论证,得到了满足不同需求下的运行速度过渡段长度。结果表明:匝道设计速度为30~40 km/h时,车辆变速行驶需求为运行速度过渡段长度的主要控制因素;匝道设计速度为50~80 km/h时,超高过渡、3 s行程时间为运行速度过渡段长度的主要控制因素;基于安全行驶需求,提出了互通式立交出口匝道运行速度过渡段长度最小建议值及纵坡修正系数。     

中美两国高速公路平面几何设计对比分析

通过对高速公路圆曲线半径、超高、缓和曲线等指标的对比分析,介绍中美规范在高速公路平面几何设计时指标选取的区别。分析表明,美国规范对于圆曲线半径取值和我国规范相近,选取的最大超高值比我国略大,缓和段的长度和超高缓和段的设置两国有较大不同。     

高速公路内侧车道小客车停车视距合理取值的研究

为了研究高速公路停车视距不足路段交通运行仍然较为平稳的问题,提出多车道高速公路内外侧车道停车视距计算参数采用不同取值方法。当车辆在高速公路内侧车道驶入较小的圆曲线路段时,驾驶员处于有预期的高警惕性驾驶状态,如果前方发现障碍物所做出紧急制动停车决策的反应时间要短于其他车道上的车辆;基于汽车制动减速度与高速公路路面摩阻力系数计算方法的反应时间:有预期的高警惕性驾驶状态紧急制动反应时间可取1.5 s,计算得到的停车视距称为"紧急制动停车视距",适用于高速公路内侧车道;舒适制动反应时间取2.5 s,计算得到的停车视距称为"舒适制动停车视距",其值与规范值基本一致,适用于高速公路内侧车道除外的其他车道。结果表明:当设计速度为80 km/h时,紧急制动停车视距所需要的圆曲线最小半径值与规范中圆曲线最小半径一般值基本一致,结合既有高速公路所谓停车视距不足路段交通运行平稳的调查,认为高速公路内侧车道采用紧急制动停车视距较为合理;当设计速度为100 km/h或120 km/h时,紧急制动停车视距所需要的圆曲线最小半径较规范中规定的圆曲线最小半径一般值大较多,不满足紧急制动停车视距要求的路段应采取限速等措施。     

高等级公路的超高缓和段设计

本文针对高等级公路对超高缓和曲线最小长度和路面边缘超高顶坡曲线的合理模型、最小合成坡度等问题进行探讨并提出了建议，以使车辆在弯道上行驶能满足安全舒适、线型美观、排水良好的要求。文中还附着计算示例，可供设计、施工部门参考。     

喇叭形互通立交行驶安全性与舒适性仿真研究

选择重庆九龙坡至永川高速路段的来凤立交进行虚拟实验,目的是研究车速和匝道半径大小对行驶舒适性与安全性的影响,并依据实验结论对来凤立交提出合理限速与设置安全性设施。首先使用纬地三维道路设计软件对来凤立交进行立交复现,然后依据实车实验,利用Carsim车辆动力学软件对车辆进行建模指导。研究得出如下结论:(1)横向加速度在缓和曲线和圆曲线上的峰值随着车速的增加而变大,考虑行驶安全性与舒适性,给出了行车速度建议,匝道A、B建议车速为50km/h以内,匝道C建议车速45km/h,匝道D限速35km/h,并针对每一条匝道提出安全性建议;(2)增大匝道半径有利于提高行车安全性与舒适性,但是具体半径值还需要结合实际情况;(3)针对匝道C、D,研究车速与匝道半径耦合效应下对横向加速度的影响,车速与半径对匝道D上的横向加速度影响程度都很大,而匝道C上的横向加速度主要受车速影响。     

基于车辆偏移阈值的隧道洞口缓和曲线参数研究

为了确定隧道洞口缓和曲线参数的合理取值,建立了隧道洞口附近缓和曲线的计算模型,分析了隧道洞口明暗适应时间、反应时间、缓和曲线起点至隧道洞口距离,确定了有效的适应距离长度,并结合车辆偏移阈值,根据几何关系确定了隧道洞口最小缓和曲线参数随缓和曲线起点至隧道洞口距离的计算图。该计算结果对今后隧道洞口附近线形的设计具有指导意义,避免了JTG D20-2006《公路路线设计规范》中关于隧道洞口内外侧不小于3s设计速度行程长度范围内的线形一致性中定性描述的模糊性。     

超高速公路曲线型超高横断面设计方法研究

通过理论计算,研究了超高速公路曲线型超高横断面的设计方法。以设计车速160 km/h的工况为例,以车辆横向稳定为前提,考虑横向力系数和超高之间的分配模型,以人体对运动感知的舒适性为阈值指标,研究了相应的最大超高值、不同半径下的超高值和超高横断面布置方式等内容,进行了理论分析与简要计算。研究成果可以为进一步研究超高速状态下的高速公路几何设计指标提供参考。     

高速公路限速标准提高安全评价实例分析

以已运营的某市西外环高速公路(设计速度100 km/h)为例,对小车限速由100 km/h调整至120 km/h进行设计符合性评价,结合现场检查、事故统计等,对不符合要求的指标如不设超高的圆曲线最小半径、直线长度、竖曲线最小半径等进行验算和评价,指出不适合提速的路段,并提出改进措施。     

圆曲线与缓和曲线组合对高速公路运营安全的影响

为了研究圆曲线和缓和曲线组合对平曲线运营安全的影响,收集了某高速公路2009—2011年的事故资料和线形设计资料。将平曲线作为研究单元,采用相关性分析方法,研究了交通事故分布与平曲线的圆曲线和缓和曲线组合之间的关系。结果表明:缓和曲线长度为2~3倍缓和曲线最小长度时,平曲线安全性最佳;当缓和曲线参数与圆曲线半径之比为0.3~0.6时,平曲线的安全性最差;随缓和曲线长度与圆曲线长度之比的增大平曲线安全性提高,而随曲线变化率增大,平曲线的安全性降低。     

高速公路直线段边缘率控速标线周期长度设计模型

为了探索边缘率控速标线周期长度对降速行为的影响现象,构建周期长度设计模型,在4条高速公路直线段上重复开展了边缘率控速标线周期长度分别为16,8,4,2,1m的控制性试验。采集车速特征数据,依据边缘率定义计算了单个车辆所对应的时间频率,建立了时间频率与加速度之间的关系,在此基础上,考虑事故率、事故强度与车速指标的关系,结合路段车速分布特征建立边缘率控速标线周期长度设计模型,并给出对应算法。研究结果表明:时间频率是周期长度影响减速效果的内在因素,当时间频率处于[10,18]Hz时,驾驶人一致采取制动行为,降速幅度随时间频率的增大而增大,当车辆对应的时间频率等于18Hz时,驾驶人一致减速效果最大,且4个试验地点的时间频率与加速度呈显著且稳定的线性相关关系;当时间频率处于[1,10)Hz时,各时间频率所对应的加速度值均小于0;当时间频率大于18Hz时,各时间频率所对应的加速度均值小于0,但其减速幅度显著小于时间频率为18Hz时的,控速效果弱。鉴于此,以车速标准差最小以及将最高车速控制在安全车速以内为目标,以时间频率上限值、时间频率与加速度之间的关系、铺设终点与起点车速关系、边缘率控速标线周期长度最大值为约束构建了边缘率控速标线周期长度设计模型,该模型可用于边缘率控速标线周期长度的优化,提高其控速效果。     

国内外公路超高设计对比分析及其应用研究

通过对国内外超高设计的经验进行总结分析,探究中国JTG D20-2006《公路路线设计规范》中有关超高设计各参数值的计算原理,更深入地理解规范以达到灵活应用的目的。该文从基本的横向稳定计算公式入手,从最大超高值、最大横向力系数、超高值与曲线半径分配、渐变率、渐变段设置5个方面对超高设计进行研究论述。研究认为确定最大超高值的主要因素为环境因素及车流运行特性;超高值与平曲线半径分配表的计算体现了基于运行速度的超高设计理念,并考虑了平曲线及交通组成对运行速度的影响;最大超高渐变率是视觉性、舒适性指标,是基于相对坡度及旋转角速度确定的,绕中线旋转的渐变率是任何情况下都应采用的值,绕边线旋转的渐变率是在需控制渐变段长度时可折减采用的值;渐变段位置对横向加速度在缓和曲线上的分布影响较大,对其极值和均匀性的控制是合理布设渐变段位置的关键。     

高速公路互通式立交单车道减速车道长度研究

针对我国《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)中互通式立交减速车道最小长度取值不合理的问题,通过国内外资料调查和互通式立交分流区车辆运行数据调查,研究主线设计速度为120 km/h的高速公路互通式立交分流区驶出车辆的分流位置和减速特性.基于二次减速理论并考虑三角渐变段长度建立互通式立交减速车道长度计算模型,通过调查数据统计和国内外研究分析确定模型中分流点初速度、分流鼻速度和两次减速度等关键参数取值.利用上述模型对减速车道长度取值的合理性进行了分析,并给出了对应不同匝道设计速度的减速车道长度建议值.其研究方法和计算模型可用于不同设计速度的高速公路减速车道长度的确定,而进一步的调查和计算结果可以作为现行《规范》的补充.     

山区公路路线设计体会

本文作者从设计标准、平面设计方法、竖曲线半径布设、曲线间最小直线长度、超高值、缓和曲线长度以及超高过渡等方面介绍了自己对山区公路路线设计的粗浅体会，供大家参考和借鉴。     

考虑主线车道数与匝道车速的快速路出入口最小间距计算方法

为完善现行标准、规范,满足日趋精细化的工程实践需求,开展了快速路出入口最小间距计算方法研究.总结了快速路出入口组合形式与最小间距划分方式,根据车辆变道,提出将交织段进一步划分为合流变道段与分流变道段;以尽量避免分合流车辆对主线交通流干扰为原则,重新建立了不同组合形式下出入口最小间距计算式.针对快速路主线自由流、稳定流上段和稳定流3种运行状态,考虑匝道车速,分别建立了加、减速段长度计算模型;引入间隙接受理论,建立了等待合流段长度计算模型;以变道条件最差为前提,结合主线车道数,提出了车道变换长度的确定方法 ,并据此优化了加速车道、减速车道、车道变换、出口标志识认4类长度的计算方法.给出了三级服务水平下,对应于不同主线设计速度、车道数和匝道设计速度的出入口最小间距推荐值,结果表明,在76.5% 的工况中,推荐值小于规范值;推荐值高于规范值的情况集中于主线设计速度高于80 km/h,单向车道数为4的工况中;对应于60 km/h,80 km/h,100 km/h的主线设计速度,推荐值平均比规范值低160 m,138 m,70 m.与规范值相比,推荐值能满足更为灵活的设计需求.      

考虑自动驾驶平稳性的交叉口通行能力研究

为研究考虑自动驾驶平稳性的城市十字交叉口通行能力问题,建立了自动驾驶汽车模型,采用VISSIM软件对十字交叉口在混合交通流下的交通状况进行仿真实验,分析了不同自动驾驶汽车比例和驾驶偏好对十字交叉口的行程时间、平均车速和延误的影响规律。结果表明:在自动、手动驾驶汽车车速分别为30km/h和50km/h的场景下,增大自动驾驶汽车比例,平均车速下降且波动大,汽车行程时间与平均延误增加,延误由十字交叉口向外扩散;提高自动驾驶汽车车速至50km/h并改变信号配时,汽车行程时间最高缩短24%,平均车速提高且保持稳定,十字交叉口延误扩散情况得到改善;对比不同驾驶偏好的研究发现,限制最大加/减速度时,减小停车间距与车头时距能够提升十字交叉口通行能力。     

侧风作用下山区高速公路行车稳定性仿真分析

为研究山区高速公路在侧风作用下的行车安全问题,基于CarSim仿真软件构建特定道路模型和侧风模型,选取车辆滑移角和侧向加速度作为行车风险评价指标,将圆曲线半径、路面摩擦系数、行驶速度分别作为单一变量,系统地模拟了侧风作用下山区高速公路行车稳定性.结果表明,降低车速、增大路面摩擦系数和圆曲线半径,可以有效地减小车辆的滑移角和侧向加速度.以7级侧风为仿真条件进行定量分析可知:80 km/h设计速度对应的圆曲线半径极限值应为280 m;路面摩擦系数为0.4和0.18时,分别限速70 km/h和60 km/h可维持车辆稳定性;105 km/h是车辆危险驾驶的临界车速,如进一步考虑舒适性,则应适当减速.      

基于可靠度的道路不设缓和曲线最小半径的计算

与其他国家和地区的道路设计规范相比,在我国道路设计规范中,不设缓和曲线的最小圆曲线半径数值显得过于偏大.一方面是由于采用的计算模型不一致,但主要的还是我国的规范采取了更为保守的态度.为了验证我国规范采用较大数值是否合理,考虑道路线形设计指标的不确定性,以可靠度理论为基础,建立设计指标极限状态下功能函数,利用一次二阶矩法和蒙特卡罗法求解可靠指标.通过可靠指标来分析不设缓和曲线最小半径的取值,并与目前道路规范中的取值进行比较.研究结果表明:我国公路和城市道路设计规范中的不设缓和曲线的最小圆曲线半径取值过大.     

基于车辆侧向稳定性分析的弯道行驶安全评价

为提高车辆在弯道路段的行驶安全性,在分析弯道路段事故形态的基础上,提出弯道行驶安全性评价指标.同时,从车辆侧向稳定性分析角度,建立道路圆曲线半径与弯道路段行驶安全性的定量关系.通过TruckSim与Simulink的联合仿真实验,利用3种典型的弯道行驶工况,对现行规范中规定的标准弯道的行驶安全性进行评价.结果表明:道路圆曲线半径与车辆侧向稳定性呈正相关,车速与其呈负相关.在给定实验工况下,车速为120 km/h,圆曲线半径为500 m时,侧向加速度超过0.4g,横向载荷转移率达到0.7,车辆极易发生侧滑/侧翻;而当车速为40 km/h,圆曲线半径低于60m时,车辆动态响应的幅度虽有所增加,但车辆并不会发生侧滑与侧翻现象.