基于交通效率安全和特定交通组成的纵坡合理坡长

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1、万方数据公路2008年1月第1期HIGHWAYJan．2008No．1文章编号；0451--0712(2008)01--0036--05中图分类号：U412．33文献标识码：A基于交通效率二安全和特定交通组成的纵坡合理坡长许源，朱顺应，王红，管菊香，刹、琴梅(武汉理工大学交通学院武汉市430063)摘要：由于用地及地形、地质等限制，纵坡常被迫用到规范推荐的限制值，而我国《城市道路设计规范}(CJJ37—90)对5％以下的纵坡坡长限制没有进行规定，如何确定此类纵坡的合理坡长直接影响到路段交通安全、效率、工程经济等。通过对已有的纵坡坡长限制研究成果整理分

2、析，提出运用汽车动力学进行坡长计算时，应该考虑汽车坡中换档的情况，并引入适合车型的概念，建议根据道路交通组成的实际情况确定坡长。分析坡长对驾驶员心率增长率、制动鼓温度、事故率的影响，分别确定各影响因素下的最大坡长。最后提出综合考虑交通效率和安全的坡长限制确定方法，并在某大纵坡路段的纵坡论证中进行了应用。关键词：合理坡长；汽车动力学；心率增长率；制动鼓温度；事故率纵坡坡长是道路纵断面的关键参数之一，合理的纵坡坡长对减少交通事故、提高通行能力、减少投资有较大的影响。由于线形衔接、用地等影响，特殊情况下纵坡坡度常被迫用到规范推荐的限制值，而我国《城市道路设

3、计规范》(CJJ37—90)对5oA以下(不含5％)的纵坡坡长限制没有进行规定，对于此类纵坡坡长限制的研究有重大的现实意义。纵坡不仅影响路段的通行能力，同时对交通安全也有较大的影响。坡长过长，使驾驶员的心率提高，驾驶员高度紧张，对行车安全不利；车辆长时间处于连续制动状态，制动鼓温度升高，制动性能下降，容易造成制动失灵，诱发交通事故；由于车辆性能限制造成路段车速差较大，交通事故率增加。所以，本文就这几个方面进行综合考虑，结合特定路段的交通特性等实际情况研究确定纵坡坡长的方法。1通行能力纵坡坡道上，反映通行能力的直接因素为车辆行驶至坡顶时的车速，车速过低

4、必然造成通行能力降低。为保证道路通行能力不受较大影响，车辆行至坡顶的车速有一定的限制，然后根据汽车动力学，确定最大的坡长限制值。1．1最小容许车速收稿日期：2007一06—18考虑坡顶的交通效率，最大可能通过量不得小于通行能力。根据交通量、交通密度和行程车速的关系及运行车速与设计车速的关系，不同设计车速对应的最小容许车速‘1’，如表1所示。表1不同设计车速对应的容许速度值设计车速／(km／h)1201008060403020容许速度／(km／h)60555040252015道路纵坡并不一定能满足所有车辆的运行，为了方便研究，本文引入适合车型的概念。汽

5、车在坡道上行驶时，如果在坡顶的车速没有降低到容许车速以下，则这种车型为此坡长适合车型，反之为不适合车型。1．2车型选取运用汽车动力学进行坡长限制值的计算，车型的选取是一个重要方面。我国现行的《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)，主要依据8t载重车(功率重量比为9．3W／kg)的爬坡性能蓝线[2]。车型选取没有固定的标准，针对不同道路状况采用的代表车型不同。一般用到的车型主要有3种：桑塔纳，作为小汽车的代表车型[33；解放CAl41，作为载重汽车的代表车型[胡；东风EQl40，作为通用代表车型[1l。目前的车型主要有大客、中客、小客、大货、中

6、万方数据2008年第1期许源等：基于交通效率、安全和特定交通组成的纵坡合理坡长货、小货等6种，如果仅以1种车型来作为代表车型的话不够合理，应该全面考虑，分别选取6种车型的代表车型进行计算。1．3基于通行能力的坡长限制值的确定目前，国内对坡长限制的研究大都基于通行能力，通过汽车动力学确定纵坡坡长限制。其基本原理是：在满足汽车行驶的条件下，根据汽车的运动平衡方程以及汽车的动力因数D，确定汽车行驶的加速度方程，如式(1)；然后通过式(2)的积分，计算汽车在坡道上的加减速行程确定坡长(详见文献Eli)。仃=竿(D--妒)(1)VZs=志．『警c?，y1其中：

7、a为汽车的加速度，当a>0时为加速行驶，当a<0时为减速行驶，m／s2；驴为道路阻力系数；A为动力因数的海拔荷载修正系数；艿为汽车的惯性力系数；V。为汽车进入坡道的初始速度，km／h；V。为汽车驶出坡道时的末速度(道路的最小容许车速)，km／h。汽车在坡道上行驶时，为了克服坡度的阻力，一般驾驶员都会减档上坡。而目前的研究中并没有考虑到这一点。考虑驾驶员减档行驶时，汽车的减速行程就由式(2)变为式(3)。y2y3s=志(』半+．『半)㈣，矿ly2其中：y。为汽车进入坡道的初始速度，km／h；y。为汽车在坡中间换档时的车速(车辆低档时的最大车速)，km／

8、h；V。为汽车驶出坡道时的末速度(道路的最小容许车速)，km／h。分别取大客、中客、小客、大货、中货、小货的