基于安全的公路路线最小直线长度研究

目前的公路路线设计指标大多建立在上世纪40~50年代车辆的动力学特性、公路条件及交通管理水平，且受制于当时对驾驶员视觉感受的判断，以致部分参数现在看来偏"保守"，其中，我国的公路路线直线段最小长度和大多数国外同类规定相比要大很多，造成了对环境的不利影响。.鉴于此，本项目以公路路线线形-车辆仿真系统-驾驶员行为为系统研究对象,通过建立汽车多体动力学模型，驾驶员闭环控制模型以及道路模型，模拟车辆在不同平纵组合线形下运行情况，得到车辆在路线不同位置的运动学和动力学响应，解析基于行车安全性及舒适性的直线长度；引入运动学基本理论，界定根据物体的运动时间、速度、加速度以及距离的基本关系确定的最小直线段长度。.本项目研究成果将为公路路线设计提供有力支撑，提高公路设计的安全性以及公路的环境友好性，具有良好的理论意义和广阔的实用前景。

公路线形由直线、圆曲线和缓和曲线三类组成，其中直线段视距良好，方向明确，汽车行驶受力简单，驾驶员操作简便。然而研究表明，直线段依然是事故的多发段，即同向曲线与反向曲线间的直线段。国外对同向曲线、反向曲线最短直线长度的研究集中在二十世纪五十至七十年代。对同向曲线最短直线长度仅考虑视觉影响，而同向曲线对驾驶员最大的影响是如何把握连续转向所引起的惯性力作用及对交通安全的影响；反向曲线最短直线长度的界定，仅限于超高转换的线形布设要求，并未充分考虑驾驶舒适性，这些方面均有待完善。截止至本研究，我国尚未对有关直线长度进行过深入研究，对公路设计中最小直线长度的规定亦缺乏理论依据。从实践中看，我国同向曲线间直线最小长度的规定过于“苛刻”，对公路设计“灵活性”的执行非常不利，急需采用科学方法对最小直线长度进行分析与研究。本研究的方向是从理论分析和研究的角度解决我国目前缺乏对公路直线最小长度的研究问题，完善道路设计理论。主要研究内容：①综述公路最小直线长度国内外的研究现状及成果，为支撑本研究做铺垫工作；②不同公路平纵组合下直线段上车辆运行速度模型的研究，即在实测车辆连续运行速度数据的支持下，筛选得到自由流状态下车辆连续运行速度数据，标定不同道路几何条件下直线段初始速度及车辆运行速度模型；③基于路线、驾驶员、车辆仿真模型构建与分析，即利用道路设计软件、三维模拟驾驶以及以ADAMS软件为平台，结合仿真技术、汽车系统动力学理论及公路工程的要求，建立多体动力学仿真模型，进行仿真研究；④公路路线最小直线段长度指标研究，即确定车辆行驶的安全指标和影响乘客舒适性的指标及其评价标准，对不同公路线形条件下仿真结果进行分析，确定不同半径下的同向曲线、反向曲线间的最小直线段长度。重要结果：①基于驾驶员舒适性等因素考虑的仿真，回归出同向曲线和反向曲线下的心率与直线长度的数学模型；②基于ADAMS软件仿真与分析，获得车辆动力学中七个较为敏感的指标，并标定其阈值；③在仿真的基础上深入研究公路最小直线长度，从理论角度论证目前我国对公路最小直线长度的规定过于“苛刻”，并给出建议值。本研究的关键数据包括收集的事故数据与仿真试验数据，其中仿真试验数据是本研究的理论基础。本研究不仅可以完善道路设计理论，为我国道路设计规范的修订提供基础；也可提高线形组合的合理性，在保证行车舒适性的前提下增强直线段的安全水平，减少事故隐患。