公路车辆行驶临界速度计算模型(2)

式中,FI和α分别为坡度阻力和坡度.如果是上坡的情况,图2中的阻力曲线上移,与驱动力曲线的交点向左移,交点的横坐标减小,即临界速度减小;反之如果是下坡的情况,阻力线下移,与驱动力曲线的交点向右移,交点的横坐标增大,即临界速度增大.

考虑到公路的设计纵坡一般不会大于7%,用

Matlab仿真了10%以内的坡度,计算出不同坡度

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第1期

系数的计算及对式(8)修正为

λh=

李鑫铭,等:公路车辆行驶临界速度计算模型169

01015,α取值0,Ss取值416m,计算得车辆速度应

2

KAsv

21115mg

(9)

2

式中,λh为侧风系数;As为汽车侧向迎风面积,m;v为侧风风速,km/h.修正V1后有

V1=

小于176km/h,即停车视距小于416m的公路设计段,临界速度将受视距制约.317　临界速度计算模型

由以上分析,临界速度由汽车性能和道路坡度决定,受平曲线、竖曲线和视距等条件的影响.计算模型为

Vcs=f(α,Rh,Rv,α=min(V0,V1,V2,V3)h,Ss,v)

(14)

Rh(φh-λh+αh)(10)

当垂直于车身的风速大于30km/h(五级风)

时,侧风系数大于01005,计算临界速度时需要考虑侧风的影响;当风速小于30km/h时,可以忽略侧风的影响.

3.5　竖曲线的影响

汽车行驶在竖曲线上时,产生径向离心力.这个力在凹形竖曲线上是增重,在凸形竖曲线上是减重.对于特定半径的竖曲线,这种增重或减重的效果随汽车速度的增大而增大,因此,这种情况下汽车速度也存在一个上限,以保证离心力对驾乘人员以及汽车的影响在可以忍受的限度内,即

V≤V2=

模型的输入变量为道路坡度α、平曲线半径Rh、竖曲线半径Rv、超高αh、停车视距Ss和侧风风速v.

4　算例

根据临界速度计算模,设计速度为80km/h

,

,,不对临界速度造成限制,另30km/h,也不对临界速度造成限制.研究路段的设计参数见图3,临界速度值见图4.

avRv(11)

式中,V2,/h;av和Rvm.

根据试验,速限在015～0172[7]2

m/s,0163m/s时,人体已

[6,8]2

感觉非常不舒服.因此,采用0163m/s作为离心加速度的上限.

令式(11)中av取值0163m/s,Rv取值31740km,计算得车辆速度应小于176km/h,即竖曲线半径小于31740km时,临界速度将受竖曲线制约.316　视距的影响

为了行车安全,驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路程.根据假设条件,主要考虑停车视距的制约.停车视距随汽车速度的增大而增大,因此汽车速度也存在一个上限,以保证驾驶员发现前方障碍或危险情况时,可以及时减速停车.驾驶员减速停车的过程,可以分为反应时间(115

s)、操作时间(1s)和制动时间三部分.由运动学公

2

图3　研究路段设计参数

式得

Ss

V≤V3=

22

244168t(φh+f+α)+254(φh+f+α)Ss-

=+

316254(φh+f+α)

2

图4　研究路段临界速度值

(12)

5　结语

临界速度研究是进行公路线形设计、公路限速

设置、交通事故分析的基础,本文重点研究了其确定方法,通过输入道路坡度α、平曲线半径Rh、竖曲线半径Rv、超高αh、停车视距Ss和侧风风速v六个变量,可以计算出由客观条件决定的公路车辆最

(13)　35128t(φh+f+α)

式中,V3为视距决定的汽车最高速度,km/h;Ss为停车视距,m;t为时间,s.

令式(13)中t取值215s,φh取值014,f取值

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170东南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第39卷

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