公路车辆行驶临界速度计算模型

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第39卷第1期2009年1月　　　　　　

东南大学学报

(自然科学版)

JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)

Vol139No11Jan.2009

公路车辆行驶临界速度计算模型

李鑫铭　陆　建　王　炜

(东南大学交通规划与管理江苏省重点实验室,南京210096)

摘要:为了弥补设计速度理论在公路设计和管理中存在的不足,提出由客观条件决定的车辆最

高安全行驶速度的物理量———公路车辆行驶临界速度.首先论述了设计速度理论存在的不足,分析了引入临界速度的必要性;研究了临界速度与设计速度的关系,分析了车辆动力性能、道路线形要素、道路关键设计参数对临界速度的影响机理;提出了临界速度由汽车动力性能和道路坡度决定,并受道路平纵线形、超高和视距等条件影响的观点,建立了临界速度的计算模型;最后,通过算例对临界速度的计算方法予以说明.

关键词:交通工程;临界速度;公路限速;交通安全中图分类号:U412136　　文献标识码:A　　文章编号:1001-0505(2009205

ComputationmodelofLiXingLWei

(JiangsuProvincialKeyLandManagement,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

Abstract:speedisaphysicalquantityofthevehicletopsafespeedwhichisde2

finedbyobfactors,hereinitisputforwardtoremedythedissatisfactionsofdesignspeedthe2oryappliedinhighwaydesignandmanagement.Deficiencyofdesignspeedtheoryispointedoutfirst,followedbytheanalysisofnecessityfortheapplicationofhighwaycriticalspeed.Therelationbetweenhighwaycriticalspeedanddesignspeedisstudiedandtheinfluencemechanismsofvehiclepowerperformance,highwayalignmentelement,andkeydesignparametersonhighwaycriticalspeedarealsoanalyzed.Itisconcludedthathighwaycriticalspeedisdefinedbymotorvehicledy2namiccharacteristicsandroadgradeandisalsoinfluencedbyfactorsasroadalignment,supereleva2tion,andsightdistance.Basedonthistheory,theanalyticalmodelisestablishedandillustratedthroughanactualexample.

Keywords:trafficengineering;criticalspeed;highwayspeedlimit;trafficsafety

　　公路设计中,设计速度规定了曲线半径、超高、视距等技术指标的最低设计标准,满足这些关键要素的设计即认为是可取的设计.公路管理中,对车辆速度的限制一般以设计速度为上限.对于设计速度较低而外部条件(地形、交通密度、气候等)较好的路段,实际行驶速度常接近甚至超过设计速度,如果此处还以设计速度作为限速上限,就会出现“超速”严重、速度离散性大、交通安全性较差的状[1-3]况.究其根源,是因为缺乏一个物理量,去表征由平纵线形等客观条件决定的车辆最高安全行驶速度,并以此为基础对道路线形进行检验、对车辆速度进行控制.因此,本文引入临界速度的概念,描述了在良好的天气条件和自由流交通状况下,由正常的驾驶员驾驶车辆,在设计要素相同的公路某个区段上行驶,在保障行驶稳定性和安全性的前提下,车辆所能达到的最高速度.文献[4-5]提出可能速度的概念,以轴向加速度为决定因素,横向加速度和竖向加速度为限定性因素,绘制出基于平纵线形的最高安全速度.文献[6]分析了汽车动力性能、平纵线形和视距等因素对最高速度的影响机

收稿日期:2008209228.　作者简介:李鑫铭(1984—),男,博士生;王炜(联系人),男,博士,教授,博士生导师,wangwei@.

基金项目:国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2007BAK35B02)、国家自然科学基金资助项目(50738001,50708019)、国家重点基础研

究发展计划(973计划)资助项目(2006CB705500).

引文格式:李鑫铭,陆建,王炜.公路车辆行驶临界速度计算模型[J].东南大学学报:自然科学版,2009,39(1):166-170.

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第1期李鑫铭,等:公路车辆行驶临界速度计算模型167

理,指明了计算思路.上述研究都体现了一定的临界速度思想,但都未能提出明确的、具有可操作性的计算模型.本文在此基础上,提出了临界速度的概念,研究了临界速度与设计速度的关系,在分析临界速度影响因素的基础上,建立了临界速度的计算模型.

界速度.

由临界速度的特性可知,符合规范的设计,其“所有临界速度”中的最小者应不小于设计速度,临界速度与设计速度的关系如图1所示

.

1　临界速度与设计速度

设计速度是指在气象条件正常、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件(几何要素、路面、附属设施等)影响时,一般驾驶员能保持安全而舒适

[7]

地行驶的最大行驶速度.

以设计速度80km/h为例,规范要求平曲线最小半径为250m,如果设计中采用了500m半径的平曲线,车辆在此平曲线上行驶时,最大安全速度显然应该大于设计速度80km/h.

这种由平纵线形等客观条件决定的车辆最高安全行驶速度可以定义为临界速度,性:

1)可变性　图1　临界速度与设计速度关系示意图

2　临界速度影响因素

交通是人、车、路、环境构成的复杂系统,驾驶员特性、汽车动力性能、对这些影响因素,.

).本文所谓“正常”的驾、没有不良情绪干扰、未受酒精作用的具有中等驾驶水平的驾驶员.在这一假设条件下,认为临界速度不因驾驶员的差异而波动.

2)汽车性能　汽车发动机的性能是影响汽车最高行驶速度的重要因素,车型不同,最高行驶速度也不同.研究中选取了代表普通车辆性能的桑塔纳2000型小汽车作为研究车型,其主要性能参数见表1.大型车辆的临界速度可类似计算.

,,而.

2)局部性　的某一区段的特征,具有局部性,而设计速度描述的是整条道路的特征,具有整体性.

3)不对称性　临界速度受道路坡度、超高等因素的影响,这些因素在公路上下行方向的取值不一致,因此,需要分方向计算公路上下行方向的临

表1　桑塔纳2000型主要性能参数

汽车总质量

m/kg

车轮半径

r/m主传动器

速比

41444

轮胎规格

195/60R1485H

机械效率

η

019

传动比(一档)

31455

传动比(二档)

11944

传动比(三档)

11286

传动比(四档)

01969

传动比(五档)

01800

1800012948

　　发动机的最大功率为74kW,对应的发动机转速为5200r/min,根据扭矩和功率的转换公式,可以计算出发动机最大功率时对应的扭矩,即

MP=9549

PmaxnP

(1)

面平整、车道宽度满足车辆快速行驶的需要.

3　临界速度计算模型

311　理想条件

式中,MP为发动机最大功率时的扭矩,N m;Pmax

为发动机的最大功率,kW;nP为发动机最大功率时的转速,r/min.

3)道路设计要素　道路的平曲线、竖曲线以及视距条件对临界速度的大小形成限制,在受限区段,临界速度为各种限制条件决定的最大行驶速度中的最小者.

4)环境条件　认为天气良好、交通密度小、路

　　车辆在直线段无坡度的公路上行驶.此时车辆

能达到的最高速度取决于发动机性能、传动系统效率、汽车流线设计等因素,道路线形条件对车辆最高速度没有限制.

由汽车理论知,汽车驱动力Ft随汽车速度的增大而减小,并且可以表示成汽车速度V的函数;汽车此时的行驶阻力主要来自空气阻力FW和道路阻力FR,行驶阻力随汽车速度 …… 此处隐藏：3609字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……