淺析道路線形行車舒適性評價方法

■謝 瑤，黃科力

■1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶市 400074;2.重慶交通建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶市 400060

0 引言

道路線形特征、路面特征通過汽車加速度、速度等一系列因素作用于人體，對人體形成的主觀感覺稱為行車舒適性。

汽車行駛于道路上，總是會受到沿途各種道路條件、交通狀況以及環(huán)境因素等的影響，而作為交通參與主體的駕駛員在心理和生理上必定會受到一定程度的影響，進(jìn)而其駕駛行為受到干擾。在影響駕駛?cè)藛T心理的諸多道路因素中，路線設(shè)計是否合理是其主要因素，當(dāng)一條道路線形的各組成要素合理時，就會為駕駛員提供一個良好的行車環(huán)境，這時駕駛員的注意力、反應(yīng)持續(xù)時間等都處于最佳狀態(tài)，行車自然是舒適的，反之，則可能導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生緊張感。由此可見，行車舒適性是道路線形質(zhì)量評價的重要內(nèi)容。

1 基于橫向力系數(shù)μ 評價行車舒適性

在平曲線上行駛的汽車會受到重力和離心力的共同作用，而這兩個力分解而成的平行于路面的橫向力，是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，一般采用單位車載的橫向力即橫向力系數(shù)μ 來衡量行車的穩(wěn)定程度。μ 值的大小對舒適性的影響很大，對乘客和駕駛者來說，μ 值越大，就越感覺到不舒適。μ 值過大，汽車不能連續(xù)穩(wěn)定行駛，有時還需要減速。

根據(jù)試驗，乘客的行車舒適感隨μ 值的變化為:

當(dāng)μ ＜0.10 時，乘客感覺不到有曲線的存在，行車很平穩(wěn);

當(dāng)μ=0.15 時，乘客稍微感覺到有曲線的存在，行車尚平穩(wěn);

當(dāng)μ=0.20 時，乘客已經(jīng)感覺到曲線的存在，行車稍微不穩(wěn)定;

當(dāng)μ=0.35 時，乘客能明顯感到曲線的存在，行車已不穩(wěn)定;

當(dāng)μ≥0.40 時，行車非常不穩(wěn)定，有傾覆的危險感。

橫向力系數(shù)μ 多用于設(shè)計過程中控制道路線形設(shè)計指標(biāo)。

2 基于橫向加速度評價行車舒適性

汽車在平曲線上行駛時的橫向加速度，其中一部分由設(shè)置的超高抵消，而未被抵消的那部分，就是汽車上駕駛員和乘客所感受到的橫向加速度，如果其值過大或者變化過快，就會造成駕駛員和乘客不舒適。對道路平面線形平曲線路段的橫向加速度進(jìn)行計算分析，就可得到該路段是否滿足舒適性的要求。

據(jù)有關(guān)研究，乘客舒適感與橫向加速度之間的關(guān)系有:

當(dāng)＜1.8m/時，乘客感覺不明顯，行車舒適;

當(dāng)＜3.6m/時，乘客能感覺到，但是能忍受，行車比較舒適;

當(dāng)＞5m/時，乘客不能忍受，行車不舒適。

橫向加速度是道路平面線形行車舒適性評價中采用得比較多的指標(biāo)，只需要根據(jù)相應(yīng)路段的平曲線半徑、超高值以及在該路段上汽車的運行速度計算出橫向加速度值，然后將其與上面的數(shù)值比較，就可得到該路段的舒適程度。

3 基于軸向加速度評價行車舒適性

由于地形、地物等的影響，道路上設(shè)有直線、曲線，也有上坡和下坡，汽車在道路上行駛時，為了保證行車的安全，駕駛?cè)藛T往往會根據(jù)道路線形的這些變化習(xí)慣性地加速或者減速行駛，由此而產(chǎn)生軸向的行駛加速度，在這個過程中，駕駛員和乘客會因為慣性而感覺不舒適，進(jìn)而影響行車舒適性。

基于軸向加速度評價行車舒適性的標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)汽車加速時

當(dāng)＜0.9m/時，道路線形良好，乘車舒適;

當(dāng)0.9≤＜1.2m/時，道路線形一般，乘車較舒適;

當(dāng)≥1.2m/時，道路線形差，乘車不舒適。

(2)汽車減速時

當(dāng)＜1.3m/時，道路線形良好，乘車舒適;

當(dāng)1.3≤＜2.5m/時，道路線形一般，乘車較舒適;

當(dāng)≥2.5m/時，道路線形差，乘車不舒適。

軸向加速度不僅可以用來評價道路平面線形的行車舒適性，也可作為縱斷面線形行車舒適性的評價指標(biāo)，在建立軸向加速度模型時，主要考慮的是曲線要素、汽車行駛速度、汽車的力學(xué)性能、動力性能以及道路縱坡等的影響。

4 基于豎向加速度評價行車舒適性

汽車行駛在豎曲線時會受到徑向離心力而產(chǎn)生豎向加速度，在凹形豎曲線和凸形豎曲線上分別表現(xiàn)為增重和失重，給乘客和駕駛員不舒適的感覺。于是我們可以通過計算汽車在豎曲線上的豎向加速度來得到相應(yīng)路段的舒適程度。根據(jù)人體的感受程度，《汽車?yán)碚摗穼ωQ向加速度界限值作了如下規(guī)定:

當(dāng)＜0.315m/時，乘客能保持舒適感;

當(dāng)0.315≤≤0.63m/時，乘客稍有不適;

當(dāng)0.63≤≤1.25m/時，乘客感覺相當(dāng)不舒適;

當(dāng)＞1.25m/時，乘客非常不舒適。

豎向加速度是道路縱斷面線形行車舒適性的評價指標(biāo)，在建立模型時，主要考慮豎曲線半徑、長度、坡度以及行駛速度等因素的影響。

5 基于橫向加速度變化率評價舒適性

汽車在曲線上行駛時會受到橫向加速度的作用，而這種加速度是隨著時間的變化而逐漸變化的，如果變化過快，就會對行車不利，增加駕駛員操作上的困難而產(chǎn)生緊張感，而且乘客也會因此感覺不舒適，我們將橫向加速度的這種隨時間的變化稱為橫向加速度變化率，它是影響汽車行駛穩(wěn)定與舒適的重要因素。

橫向加速度變化率評價指標(biāo)值根據(jù)各個國家的認(rèn)識和基本國情的差別，其取值也不同。我國采用的值為:鐵路上≤0.3m/;公路和城市道路參考鐵路取值規(guī)定建議≤0.6m/;高速公路上≤0.5m/，一般采用=0.35m/。而一般道路的取值原則是:高速路、平原區(qū)、路段上要小些;低速路、山嶺區(qū)、交叉口處要大些。

基于橫向加速度變化率評價行車舒適性的評價步驟為:

(1)收集評價路段的數(shù)據(jù)資料，其中包括路線的平面和縱斷面設(shè)計資料;

(2)根據(jù)設(shè)計資料將路段分段;

(3)確定每段的橫向加速度變化率各參數(shù)的取值，包括平曲線半徑R、平曲線長度L、路拱橫坡度、超高橫坡、縱坡坡度i、汽車運行速度v、滾動阻力系數(shù)f、慣性力系數(shù)、海拔修正系數(shù)以及動力因數(shù)D;

(4)借助于編程分析軟件，繪制橫向加速度變化率與t 的曲線圖;

(5)給出相應(yīng)的舒適性評價結(jié)論。

一般在道路線形設(shè)計時，平曲線與豎曲線是相互重合的，在評價線形舒適性時有必要考慮平縱組合。橫向加速度變化率作為道路線形舒適性評價指標(biāo)，能將曲率、超高、縱坡有機結(jié)合起來考慮。

6 結(jié)論

通過以上對道路線形舒適性評價方法的分析，可以看出橫向力系數(shù)、橫向加速度、軸向加速度以及豎向加速度大部分都只是單純的評價平面線形或者縱斷面線形，沒有將路線的平、縱、橫綜合起來考慮。橫向加速度變化率有機地結(jié)合了曲率、超高、縱坡，對線形行車舒適性的評價相對于單指標(biāo)做出的評價是更為可靠和準(zhǔn)確的，它對道路線形行車舒適性評價具有一定的參考價值與借鑒價值。

［1］彭志群.道路平面線形舒適性評價方法研究(碩士論文)［D］.西安:長安大學(xué)，2005.

［2］牛兆霞.公路縱斷面線形舒適性評價方法研究(碩士論文)［D］.西安:長安大學(xué)，2005.

［3］楊少偉，許金良，楊宏志.考慮平、縱、橫三方面關(guān)系的橫向加速度變化率［J］.中國公路學(xué)報，1999，(4).

［4］邢志輝.橫向加速度對道路線形舒適性影響的評價分析［J］.交通科技，2009，(04).

［5］谷海嬌.基于橫向加速度變化率的公路線形舒適性評價方法研究(碩士論文)［D］.廣州:華南理工大學(xué)，2010.