互通式立交出口匝道分流鼻端平纵组合指标研究(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】:为研究立交出口匝道线形参数与安全性的关系,本研究选取山西省某高速路上的立交出口匝道参数进行仿真,匝道示意图如图7所示.部分出口匝道端部线形为研究立交出口匝道线形参数与安全性的关系,本研究选取山西省某高速路上的立交出口匝道参数进行仿真,匝道示意图如图7所示.部分出口匝道端部线形参数如表1所示.其中:V表示匝道设计速度;LS表示缓和曲线长度;R平表示圆曲线半径;R竖表示竖曲线半径;i1表示分流鼻端竖曲线前坡坡度;i2表示竖曲线后坡坡度;“—”表示分流鼻为直坡段,没有竖曲线,只有一个纵坡,工况1为半直连式匝道,其缓和曲线长度选取较长;工况2为直连式匝道,其采用的缓和曲线长度较短,圆曲线半径较大;工况3为环圈匝道,其设计速度较低,圆曲线半径为60 m;工况4为直连式匝道,采用较长的缓和曲线与半径较大的圆曲线.运行速度过渡段上任一点的平曲线最小曲率半径R如图8所示.图中L表示运行速度过渡段上任一点至分流鼻端距离.
图7 不同工况示意图Fig.7 Schematic diagram of different working conditions
表1 不同工况线形参数Table 1 Linear parameters of different working conditions工况匝道形式V/(km·h-1)LS/mR平/mi1/%i2/%R竖/m1半直连式—-1.43— 2直连式-0.30-2.环圈-0.52-3.直连式.500.
从图8可以得出,在互通式立交的以上各工况中,运行速度过渡段上任一点至分流鼻端的距离均大于规范值的要求,设计均满足要求.以上4种工况运行速度段缓和曲线接半径较小的圆曲线,其曲率半径终点即为圆曲线半径120、300、60、425 m.
道路的路面摩阻影响车辆的横向滑移,本研究道路路面设置为干燥的沥青路面,参考已有研究,其摩阻系数取0.75[21].
图8 不同工况曲率半径对比
2.3 车辆模型
CARSIM中为用户提供了生活中几乎所有常用的车型,并且用户可以根据自己的需求进行参数的设置与修改,本研究车辆模型基于C型小客车进行参数的设置,表2为一些关键的车辆参数,参数设置见图9.
3 车辆行驶安全性分析
3.1 分流鼻端平面线形对安全性的影响
当车辆以不同的速度行驶在不同的平曲线路段上时,由于车辆轨迹不同,进而产生不同的侧向加速度.已有研究表明,侧向加速度ay与汽车横向稳定性密切相关.因此,通过ay可以深入研究驾驶人曲线行驶时的轨迹-速度选取行为,从而研究立交出口匝道端部车辆行驶安全性,得出有利于车辆安全的线形组合,可为公路的设计做出参考与指导.根据文献[12],本研究对最不利气候条件下的小客车行车安全性进行分析,当以侧向加速度为行车安全性评价标准时,易发生侧滑危险的阈值为5.0.
表2 车辆模型部分参数Table 2 Partial parameters of vehicle model参数参数值质量/kg1530质心高度/mm540车辆尺寸/mm4350×1795×1481轮距/mm1481轴距/mm2776后倾拖距/mm8前轮制动力/(N·m·MPa-1)800后轮制动力/(N·m·MPa-1)200制动防抱死系统(ABS)启动时滑移率0.2ABS失效时速度/(km·h-1)7.5主销内倾角/(°)10主销后倾角/(°)3车辆X轴转动惯量/(kg·m2)708车辆Y轴转动惯量/(kg·m2)4520车辆Z轴转动惯量/(kg·m2)4607
图9 车辆参数设置(单位:mm)Fig.9 Vehicle parameter setting (Unit:mm)
本次研究选取了4种典型匝道出口端部线形工况,出口匝道分别为直接式、半直接式、环圈匝道.为研究匝道分流鼻端平面线形参数对车辆安全性的影响,在仿真过程中,对其纵断面线形参数进行统一设置.仿真工况如表3所示,结果如图10所示.
表3 不同平面线形仿真参数Table 3 Simulation parameters of different plane alignment工况匝道形式v/(km·h-1)LS/mR平/mi1/%i2/%R竖/m1半直连式2直连式3环圈4直连式—-1.43—
从以上仿真结果可以分析得出,在互通式立交出口匝道分流鼻端附近,随着车辆行驶距离的增加,车辆的侧向加速度呈现上升趋势.在车辆减速驶离主线的过程中,车辆首先由直线转向行驶至减速车道,进而进入匝道,而在进入匝道之前的线形往往是由缓和曲线相连接的,在这一段线形上车辆完成减速与转向过程,实现车辆由主线至匝道的转换行驶,这一路段即运行速度过渡段.车辆在缓和曲线路段行驶时,速度逐渐减小,方向盘转角逐渐增大,进而车辆的侧向加速度不断增加[22- 23].当车辆完成减速过程进入匝道控制性圆曲线路段行驶时,车辆的侧向加速度逐渐趋于稳定.
工况3的圆曲线半径最小,接近了规范的一般最小值;从图10(a)中可以看出,车辆在运行速度过渡段上行驶时,侧向加速度呈明显上升的趋势,最终稳定后约为0.48g,接近了车辆侧滑的危险值.从图10(b)中可以看出当车辆在主线设计速度为120 km/h的高速公路上行驶时,在70 m后,其ay最大值约为0.7g,车辆具有侧滑危险.且ay在较短的行程内出现了较为频繁的变化,即车辆在行程中已经出现了稳定性不足的危险.当主线设计速度为100 km/h时,车辆在工况1路段上行驶时,最大的侧向加速度为0.22g,当主线设计速度为120 km/h时,车辆最大侧向加速度为0.34g,能够保证车辆在出口匝道分流鼻端的行车安全性.
文章来源:《采矿与安全工程学报》 网址: http://www.ckyaqgcxb.cn/qikandaodu/2021/0205/462.html
上一篇:基于多级可拓评价法的地铁车站火灾风险评估
下一篇:打造沿海铝工业明珠