基于重载车辆性能的高速公路长大纵坡临界坡长确定

针对由山区高速公路纵坡坡度和坡长组合设置不合理,导致长大纵坡路段交通事故频发的问题,通过分析重型车辆上下坡运行速度特性及受力情况,以陕汽生产的F3000重载汽车为例,通过理论推导构建重型车辆公路纵坡爬坡及下坡车速与坡长理论模型,模拟不同比功率重型车辆上、下坡运行速度与坡长的变化关系,并确定高速公路合理的上下坡临界坡长。研究中假设工况为高速公路坡度1%～6%,上坡车辆最高初速度和最低末速分别为80、50 km/h,下坡最低初速度和最高末速度为0、80 km/h。使用MATLAB模拟计算其坡度与车速的变化规律。研究结果表明:上坡过程中,以80 km/h的初速度为例,稳定车速为45～61 km/h;当坡度一定时,比功率越大的车型速度降低的越快,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长越长。下坡过程中,当坡度一定时比功率越大的车型,车速增大越多,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长就越短。在坡度为1%～3%时,无须设置爬坡车道;当坡度大于3%时,比功率较低的车型,爬坡性能较差,车速下降较快,需要设置爬坡车道。重型车辆在4%、5%、6%的坡度行驶时,设置避险车道的坡长阈值分别为5.5、4、3 km。研究成果可为山区公路线形的合理设计、道路的安全防护以及爬坡车道与避险车道的设置提供理论依据,从而提高山区高速公路重型车辆的行车安全。     

高速公路爬坡车道设置的有效性

为了科学地分析高速公路爬坡车道设置有效性,为管理者提供建设的决策依据,在传统元胞自动机模型的基础上,通过引入纵坡坡度、车辆运行速度改进了NS跟车规则中的车辆加速与慢化概率规则,在换车道规则中,对相邻车道上后方紧邻车辆的速度采取车辆运行速度与安全换道间距的最小值,构建适用于爬坡路段的交通流元胞自动机模型;分析车道数、坡度、坡长、车速、大车混入率等因素对爬坡路段通行能力的影响,据此仿真了240种方案。研究结果表明:单向双车道增设一条爬坡车道后,其通行能力提高百分比区间为8%~16%,其中在大车混入率为30%时达到最大值;单向三车道增设一条爬坡车道后,其通行能力提高百分比区间为6%~15%,其中在大车混入率为20%时达到最大值。     

基于典型汽车爬坡的高海拔地区公路最大纵坡

以典型车型实地行车试验数据为基础,建立了载重汽车在不同海拔、坡度下的运行速度-距离曲线.结果表明:在3 000~5 000 m海拔范围内,海拔越高,汽车在相同坡度路段的爬坡速度下降越快,达到的稳定速度也越低;高海拔地区设计速度为100、80和60 km·h~(-1)公路的最大纵坡与现行标准中规定的相同设计速度下一般地区的公路最大纵坡相比降低了1%~2%.     

山地城市道路长上坡路段运渣车运行速度特征

为了明确运渣车在山地城市上坡路段的运行特征,通过现场采集与对比分析的方法,在重庆市主城区内选取若干条具有标志性的上坡路段为测试对象,对其测试断面进行划分,利用雷达测速仪测出夜间10点到12点通过不同断面的同一辆车的行驶速度值,利用软件对获得的行驶速度值进行统计并绘制折线图,得到了行驶的速度规律。其结果表明：① 运渣车等大型车辆的速度变化并不是具有标准的趋势,本实验得出了五种模型,但大致情况可看出坡底处存在冲坡现象,坡顶处速度由于汽车动力性等原因有所下降;②小型车辆在长上坡路段行驶时受坡度的影响较小,其速度变化范围不大。公共汽车则通常保持较低的行车速度,在20～40 km.h^-1 之间波动;③ 当长上坡的坡度较大时,运渣车在入坡时速度达到最大值,最后半段的速度基本保持不变;④ 在同一路段上的大型车辆与小型车的速度变化不一,大型车辆受坡度影响大于小型车辆;⑤ 运渣车与其他车型在上坡时的速度波动趋势存在冲突,易造成交通事故。     

重复荷载作用下沥青混合料的永久变形

对Burgers模型中串联粘壶进行了改进,并将改进模型看成是由三单元Van Der Poel模型与改进粘壶串联组成.采用半正弦波间歇荷载模拟路面受到的车辆荷载,推导了重复荷载作用下沥青混合料永久变形的力学模型.进行了三轴重复荷载永久变形试验,验证了模型的准确性,研究了永久变形的变化规律.试验结果表明:该模型能够全面反映重复荷载作用下沥青混合料三阶段永久变形特性;温度越高、应力越大,混合料的永久变形越大,流变数越小.而残余粘弹性变形随着荷载作用次数趋向于定值,其占永久变形的比例逐渐减小;应力越大、温度越高、间歇时间越短,残余粘弹性应变定值越大.随着荷载间歇时间的增长,残余粘弹性应变占永久应变的比例先迅速衰减,而后逐渐变缓;温度越高、荷载越大,应该设计更长的荷载间歇时间以便粘弹性变形的恢复.     

公路弯坡路段线形设计

根据动力学原理，对汽车在弯坡路段上的运行状态及行车安全性进行了分析。认为弯坡路段之所以成为车辆运行安全隐患的原因是由于设计速度与车辆实际运行速度不协调造成的，在弯坡路段的线形组合设计中应根据车辆的实际运行速度选用技术指标。利用Matlab绘制出在不同设计速度下，坡长、坡度与速度的关系图及“速度与半径的关系图”，为设计公路在弯坡路段的线形组合中合理选取技术指标提供了依据。     

平纵组合线形几何特征对车速变化的影响

利用同济大学高仿真驾驶模拟器,采集山区高速公路连续车速数据,将车速变化划分为减速、稳定车速及提速3个区间.通过多项Logistic回归模型建立组合线形及相邻路段几何特征与车速变化的定量关系.结果表明:组合线形中,坡长越长,平均坡度越大,越不易维持稳定车速;下坡时,提速通过平纵组合线形路段的可能性大;向左转弯,维持稳定车速的可能性大;上游和平纵组合线形的坡度差越大,越不易维持稳定车速;下游路段的曲率越大,减速通过平纵组合线形路段的可能性越大.     

竖向荷载下斜坡桩基承载力及影响因素数值研究

利用有限差分软件FLAC3D,开展了竖向荷载下斜坡桩基极限承载力研究。分析了斜坡桩基竖向极限承载力的变化规律及其影响因素。并与平地桩基进行对比,分析了斜坡的存在对承载力的影响。最后给出了斜坡与平地桩基极限承载力比值工程应用表。研究表明:斜坡桩基极限承载力与临坡距呈正比关系,临坡距越大,极限承载力越高;与坡度呈反比关系,坡度越小,极限承载力越大。提出了一种斜坡桩基竖向极限承载力实用计算方法:实际工程中,可以先按传统的设计计算方法确定平地桩基的承载力,然后根据实际坡度和临坡距离,采用插值的方法在比值表中取相应的调整系数,确定斜坡桩基的承载力。     

公路长大下坡路段小客车运行速度预测模型

为了提高高等级公路长大下坡路段交通安全设施设置的合理性,给出了长大下坡路段小客车运行速度数据采集方案;利用数理统计原理,分析了高等级公路长大下坡路段小客车运行速度与坡长、坡度的关系,建立了高等级公路长大下坡路段小客车运行速度的一般预测模型,利用长大下坡路段实测数据对该模型进行了验证.预测车速与观测车速对比结果表明:各观测断面的预测车速与实地观测车速数值基本相符,高等级公路长大下坡路段车辆的运行速度主要受平均纵坡和坡长的影响;根据实测数据建立的车速预测模型能够反映高等级公路长大下坡路段小客车运行速度的分布规律.     

连续长下坡路段的安全坡长

分别观测了试验路段试验车与实际货车的刹车毂温度,通过SPSS软件分析了刹车毂温度与长下坡路段坡度、坡长、车辆下坡速度及货车总质量之间的关系,建立了长下坡路段货车刹车毂温度预测模型,并以此为基础给出了长下坡路段合理的安全坡长。研究结果表明:长下坡路段安全坡长、一般安全坡长、极限最大坡长对应的刹车毂温度可分别为200℃、220℃、260℃;通过刹车毂温度预测模型可确定不同等级公路的合理坡长。     

货车碰撞的多层次统计建模与分析

高速公路的快速发展和汽车保有量的日益增加,导致交通事故频发,由于货运车辆的特殊性,使得碰撞所造成的危害程度远远超过其它车辆引发的交通事故。本文针对货车碰撞问题,考虑其主要的影响因素,分析货车的载重量以及车流量的时间分布特征,针对统计数据的阶层结构特点,建立了货车碰撞的多层次混合效应回归模型,结果表明:统计的道路路段越长,路面越宽,交通流量越高,进出口的数量越多,货运量越大,货车发生碰撞的可能性就越大;道路的设计速度越高,安全性要求标准就越高,碰撞的可能性就越小。模型的分析结果可为减少货车的碰撞提供建议。     

山岭区高速公路坡长限制研究

探讨山岭区高速公路纵坡坡长限制的确定方法.以我国高等级公路上行驶的典型车型(EQ140)为研究对象,通过对3条正在运营的山岭区高速公路7个断面运行车速的调查、分析,建立了车辆第15%位车速与道路纵坡坡度之间的关系模型;以车辆的第15%位车速、第85%位车速为速度限制条件,提出了依据道路纵坡坡度值大小来确定容许车速的方法;利用汽车行驶理论,分析了车辆在纵坡上的减速距离;以分析结果为基础,提出了我国公路路线设计规范适当放宽坡长限制的建议,同时给出了山岭区高速公路纵坡坡长限制的修改建议值,以供设计人员在山岭区高速公路路线设计时参考.     

基于温度-车辆荷载作用下沥青路面细观力学响应

为了研究温度-车辆共同荷载作用下沥青路面各结构层细观力学响应,依据常用沥青路面各结构层材料级配及孔隙率建立了离散元模型,通过拟合室内单轴压缩应力-应变曲线获取模型的细观参数.在此基础上,对车辆荷载和不同温度作用下的沥青路面响应进行求解,分析各结构层细观力学响应及结构层颗粒变化情况.研究结果表明:在移动荷载及温度共同作用下,随着路面结构层深度增加,垂向位移逐渐降低,温度越高垂向位移越大;各结构层垂向应力随路面深度增加而依次减小;水平方向各结构层应力情况复杂,上面层处于受压状态,其余结构层颗粒既有受压也有受拉状态;切向应力处于拉应力与压应力交替状态,温度对颗粒应力影响较大;颗粒前期速度振动较为剧烈,后期速度振动较为平缓.     

预警机无坡度转弯对巡逻时间性能影响

预警机在巡逻过程中较多的无坡度转弯飞行将显著地影响其巡逻时间,为研究无坡度转弯对其巡逻时间性能的影响.首先,针对预警机无坡度转弯受力特点,建立了无坡度转弯动力学模型;其次根据飞机无坡度转弯动力方程,建立无坡度转弯耗油率求解方法及流程,进而求得飞机巡逻时间变化量;最后研究了转弯角速率、飞行高度、左右发动机推力差值等因子对耗油率和巡逻时间的影响规律.研究结果表明:相比正常平飞状态,无坡度转弯耗油率可增加12％,飞机巡逻时间性能将降低约10％;转弯角速率越大,巡逻时间越短;无坡度转弯飞行高度越高,耗油率增量越大,巡逻时间越短;左右发动机推力差值越大,耗油率越高,巡逻时间越短.研究工作对预警机巡逻任务剖面设计及任务规划等具有一定的工程指导价值.     

基于可靠度的高速公路准临界坡长

为了防止对规范的恶意透支使用,提出了一种基于概率设计的方法来计算准临界坡长.采用结构工程中极限状态设计理念,考虑供给与需求之间的关系,构建系统可靠度与失效概率的数学模型.基于10年事故数据分析及现场追踪采集的381辆爬坡车辆速度变化特征,构建爬坡极限状态方程.利用一阶可靠度方法和蒙特卡罗仿真法分别进行数值计算和抽样仿真,对结果做敏感性分析.研究表明,当前我国《公路路线设计规范》中最大坡长值能够满足轻型车和中型车的爬坡需求,但对于重型车比例较大的高速公路,规范中设计坡长值显得较为严格或苛刻,从而降低了高速公路的运行速度,减少了交通通行能力.利用可靠度理论可以量化对坡长值的选用,获取连续可靠的计算值.     

山区道路弯坡组合路段重载车辆行驶速度模型

为解决山区复杂公路三维空间线形条件下的重型车辆运行速度预测问题,提出了一种新的弯坡组合路段运行速度建模思路并给出了实现技术。以基于平面和横断面要素的运行速度曲线作为纵坡路段的期望速度;同时,在加速度模型中引入单位质量比功率来反映货车动力性能差异和荷载情况;再通过加速性能使用系数和速度敏感性阈值来描述驾驶行为差异性;最后,以2条直坡道和2条复杂山区公路作为算例。研究结果表明:模型能够预测出坡道任意位置的速度值,用其可以得到车速降低/升高至某一值时的行驶距离,从而能够对临界坡长进行控制;能够体现平面线形的影响,借助该模型能够实现对复杂山区公路空间线形的综合评价。     

基于驾驶行为需求的长大纵坡界定

考虑到山区高速公路的设计中长大纵坡路段的设计,且现行路线设计规范中没有针对长大纵坡路段给出界定标准的问题.本文从驾驶需求出发,将车辆运行速度作为驾驶行为的宏观表现,对长大纵坡路段驾驶行为特性进行分析.采集20名大货车驾驶员在长大纵坡路段实车试验数据,分析得到驾驶员在长大纵坡路段运行速度与平均纵坡坡度和坡长之间的互动关系,建立了大货车运行速度预测模型.分析得到设计速度为60 km/h的山区高速公路在不同平均纵坡条件下最大坡长.      

高等级路面上的车辆动载荷

为研究重型运输车辆对高等级路面作用的动荷载,建立1/2车辆动力学模型,研究了路面不平度、车辆速度、轴重和胎压等因素对车辆动载荷的影响。研究结果表明:车辆动载系数随着路面不平度、车辆速度和胎压的增加而增加,随着轴重的增加而减小;车辆动载荷随着各个参数的增加而增加;标准载荷下,A级路面动载系数为1.12~1.19,B级路面动载系数为1.23~1.38,C级路面动载系数为1.48~1.76,D级路面动载系数为2.00~2.52。     

道路组合线形对交通安全的仿真分析

为了让车辆能够以安全速度通过弯坡组合线形路段,在仿真软件ADAMS/Car中建立车辆模型、道路模型以及车路耦合模型,分别对选取的半径、超高和坡度与安全速度阈值之间的关系进行研究,并通过正交分析的方法,结合选取的不同水平因素组合的仿真结果,建立道路线形参数与安全速度的统计模型.仿真的结果表明:弯道半径、超高与安全速度阈值之间呈正幂函数关系,坡度与安全速度阈值之间呈负幂函数关系,安全速度阈值与半径、超高以及坡度的统计模型为三元非线性.     

山区高速公路长大下坡路段缓坡设计指标

为了明确中国山区高速公路长下坡缓坡设计指标，在汽车动力学理论的基础上，以六轴铰接列车为主要研究对象，剖析其以发动机辅助刹车方式长下坡时的货车加速特征与制动毂散热特征。首先，建立力学平衡方程，构建挡位-速度-临界坡度模型，求解不同速度和挡位条件下的缓坡临界坡度值。然后，进一步考虑中国高速公路设计控制条件与货车行驶特性，以12挡和11挡时对应的临界坡度作为高速公路缓坡设计控制指标，提出连续下坡缓坡设计指标与方法；最后，以进入缓坡速度70 km/h为例，对比基于降速及降温特性得到的缓坡坡长指标，并结合西南某山区高速公路进行方案设计优化及优化效果分析。研究结果表明：连续长下坡路段之间设置缓和坡段有助于制动毂降温，恢复货车制动性能；基于速度特性得出了速度折减值10和20 km/h不同缓坡坡度下的缓坡坡长值；基于降温特性求解的缓坡坡长以制动毂失效温度260℃为最不利条件，并得出了不同运行速度及温度折减值；基于降速特性得到的缓坡坡长值对纵坡设计具有指导意义，而基于降温特性得到的缓坡坡长值相对较大，不宜作为设计参考但可作评价研究，并整理得到连续长下坡缓坡设计-评价流程，以西南山区某高速公路为实例分析发...