况下，最小半径Rmin就取决于允许的最大横向力系数 Ii max与最大超高横坡度i 。因此，确定Rmin值，首先应定出μ _值及i _。
[0122] 3. 1)横向力系数μ _的确定
[0123] 所述允许最大横向力系数μ _的取值，不仅要考虑汽车在弯道上行驶时对行车的 力学稳定性要求，还要考虑乘客的舒适程度，以及汽车燃科和轮胎损耗的情况等，可以从多 个角度确定μ _的值。
[0124] 3. I. 1)按汽车行驶稳定性确定μ _值
[0125] 根据实验分析，当μ_= 0. 15-0. 16时，可保证汽车在干操与潮湿的道路上以较 高的速度安全行驶，按μ _= 〇. 07设计的弯道，在路面结冰的悄况下，汽车也能安全行驶。
[0126] 3. 1. 2)按行车舒适性确定μ _值
[0127] 横向力系数μ_值不同，汽车在弯道上行驶时乘客的感觉也不同。从乘客的舒适 性出发，μ _值最好不超过0. 10最大应不超过0. 15-0. 20。
[0128] 3. 1. 3)按燃料和轮胎消耗确定μ _值
[0129] 公路技术标准把各级公路的横向力系数控制在，μ_= 0. 15以内，以保证公路弯 道的行驶条件不过分恶化。
[0130] 3. 2)最大超高横坡度imax的确定
[0131] 在车速较高的情况下为了平衡离心力要用较大的超高。但道路上行驶车辆的速度 并不一致。特别是在混合交通的进路上，不仅要照顾快车，也要考虑到慢车的安全性，对于 慢车，如超高率过大，超出轮胎与路面间的横向力系数，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑 的危险，因此。必须满足：
[0132] enax^fw (13)
[0133] 式中：匕为一年中气候恶劣季节路面的横向附着系数，即最大横向力系数，e_代 表最大超高渐变率，超高率是超高渐变率的简称。
[0134] 城市快速路设计规程规定，对于积雪冰冻地区，最大超高横坡度的取值不得超过 6%，不同车速的可容许超高渐变率如表9 ;最大超高横坡度与合成坡度如表10 ;
[0135] 表 9
[0139] 《公路路线设计规范》JTG D20- 2006中对设计圆曲线的极限半径取值的规定只是 在无冰冻地区，而在冰雪条件下，圆曲线半径的极限取值必须根据实际路面状态而定。极限 最小半径的计算公式为（12):
[0140] 寒冷地区由实验测得的冬季冰雪路面摩擦系数值要比泥泞路面状态的小很多，当 设计的圆曲线半径采用标准规定的极限值时，由于冬季冰雪路面不能给行车提供足够的摩 擦条件，而使行车速度和行车安全都很难得到保证。在冰雪条件下，载重汽车与路面间的 摩擦系数相对较小，为了能充分保证冰雪条件下的山区快速路行车的安全，故采用载重车 与冰雪路面间的摩擦条件为控制参数。
[0141] 故最大横向力系数fw可取μ _= 0. 084-0. 09的极限条件，即0. 084,来计算冰 雪条件下的圆曲线极限最小半径。现行采用摩阻系数fw作为计算圆曲线最小半径的指标。 即：
[0143] 根据前面的分析，考虑到在冰雪条件下，车辆与路面的摩擦系数相对泥泞路面还 小，所以在冰雪地区快速路设计时使用的最大横向力系数fw要取到μ _= 0.084,最大超 高横坡度要求最大可取到6%。于是，按公式可计算出冰雪条件下允许使用的极限最小半径 值，并提出建议值，如表11所示，
[0144]表 11
[0146] 本发明从行车安全的角度出发，重点对冰雪天气条件下北方冰雪地曲设计中纵坡 坡长、坡度和最小圆曲线半径等各项限制指标参数的研究，提出在冰雪条件下城市快速路 的最大纵坡坡长、最大纵坡坡度设计指标取值以及最小停车视距的建议参考值，规范最小 圆曲线半径以及最大超高率等几何参数。为北方冰雪地区快速路设计者提供更加详细的几 何指标的取值参考，对促进北方冰雪安全生产、经济发展具有十分重要的现实意义。
[0147] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.冰雪条件下城市快速路线形设计优化方法，其特征在于包括如下参数的优化： 1) 冰雪条件下最大坡长参数的优化模型： 首先，冰雪条件下的停车视距L的计算公式见如下式中：L。为反应距离，t= 2. 5s(判断时间1. 5s，运行时间Is) ;Lz为制动距离；Li为安 全距离；巾为道路摩擦系数，分为冰雪条件下积雪、雪板以及冰膜条件下的摩擦系数；f为 道路滚动阻力系数；i为道路纵坡坡度； 再利用冰雪条件下的停车视距与速度和坡度之间的关系对坡长限制参数进行折减计 算，折减关系见如下公式，式中：是冰雪条件下的停车视距；是正常条件下的停车视距；是冰雪条件 下的坡长；是正常条件下最大坡长； 最终求得冰雪条件下最大坡长限制参数; 2) 冰雪条件下最大坡度参数的优化模型： 在冰雪环境路面条件下，在摩擦牵引条件下可得到动力因数最大值的计算公式如下，式中为摩擦牵引条件下的动力因数；Z为车辆对地面的正压力；r为道路摩擦 系数；Ga为车辆总重； 在冰雪路面条件下，车辆的最大爬坡能力主要取决于;当坡度角0不大时，可视coshG，则z=Gs，6_为驱动轮荷载；载重车约为0. 66~0. 76G，小汽车约为0. 57~ 0. 65G，0为附着系数；可将上述公式（3)转化为：由上式（4)可计算出各类车辆在冰雪路面上以不同速度V行驶时的最大动力因数值 ：9: 正常天气下，汽车能克服的坡度大小为i=D_-f;所以，冰雪条件下车辆最大爬坡能 力I模型为：由上式可得到在不同车速、不同路面，以及附着系数条件下的快速路最大纵坡坡度； 3)冰雪条件下圆曲线极限最小半径： 汽车在横向滑移极限平衡状态下圆曲线极限最小半径公式如下，式中：V为各级快速路的设计速度；为最大横向力系数_为圆曲线的最大超高 横坡度。2. 根据权利要求1所述的冰雪条件下城市快速路线形设计优化方法，其特征在于：在 2)中，根据汽车的发动机的性能，可以将动力因数D转换为速度V的二次函数如下， 动力因数D: 卿謂 (7) 式中，P、Q、W为汽车的性能参数，计算如下：式中，U为负荷率;Mmax为发动机最大扭矩；MN最大功率下的扭矩；nM最大扭矩对应的 转速；nN-最大功率对应的转速；其中y为总变速比， T=i〇 *ik(ID 式中：i。主传动器减速比率，ik为变速箱变速比； 由上述式子可得不同档位下的动力特征参数D，基于建立的冰雪条件下机动车的最大 爬坡性能模型公式（5)得到在不同车速、不同路面，以及附着系数条件下的快速路最大纵 坡坡度。3. 根据权利要求1所述的冰雪条件下城市快速路线形设计优化方法，其特征在于，所 述横向力系数可按汽车行驶稳定性确定y_值，或者按行车舒适性确定y_值，或者 按燃料和轮胎消耗确定值。
【专利摘要】本发明提供了一种冰雪条件下城市快速路线形设计优化方法，包括如下参数的优化：1)冰雪条件下最大坡长参数；2)冰雪条件下最大坡度参数；3)冰雪条件下圆曲线极限最小半径。本发明具有以下优势：提出在冰雪条件下城市快速路的最大纵坡、最大纵坡坡长设计指标取值以及最小停车视距的建议参考值，规范圆曲线最小极限半径以及最大超高率等几何参数；为冰雪地区快速路设计者提供更加详细的几何指标的取值参考，对促进北方冰雪安全生产、经济发展具有十分重要的现实意义。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105117546
【申请号】CN201510520923
【发明人】练象平, 李明剑, 狄升贯, 王志华, 陈永恒, 刘润有, 王晓华, 罗昊冲, 史庆春, 周骊巍, 高立鑫, 宋现敏, 胡宏宇, 曹宁博, 白乔文
【申请人】天津市市政工程设计研究院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月21日