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高速公路纵坡自由流运行速度特性及模型第6卷第5期北华大学(自然科学版) 2005年l0月JOURNALOFBEIHUAUNIVERSITY(NaturalSci— enc — e) VO1.6NO.5 Oct.2005文章编号:1009.4822(2005)05—0455—05高速公路纵坡自由流运行速度特性及模型廖明军,王杨2,刘海英3,钟小明4 (1.北华大学交通建筑工程学院,吉林吉林132013;2.中国市政工程东北设计研究院,吉林长春130021; 3.吉林市九新路桥建筑有限公司,吉林吉林132102;4.北京工业大学交通研究中心,北京100022)摘要:通过分析高速公路不同纵坡上大量的自由流运行速度实测数据,探索了小型车在纵坡上的运行规律,标定了高速公路纵坡自由流运行速度仿真模型,为高速公路设计提供了客观依据,也为交通仿真技术和ITS技术解决现有用计算行车速度所设计的纵坡线所带来的运行车辆速度不连续和设计要素间的不相容问题提供了内核.关键词:计算行车速度;运行速度;纵坡;设计一致性中图分类号:U412.366文献标识码:A近年来,我国的公路建设正处于黄金时期.我国地形复杂,山区高速占有很大的比例,同时,随着汽车工业技术的发展,汽车的动力性能有了一定的改善.而现行的规范采用的计算行车速度的方法不能真实反映高速上的运行车速.因此,进行高速公路纵坡自由流运行速度特性和模型研究可为修订路线设计规范和标准的有关条款,改善路线设计质量提供科学依据,同时也可为高速公路交通仿真技术和ITS技术提供核心模块. 1数据采集本次研究的对象主要是针对只受纵坡影响下的运行速度特性.根据我国的《公路路线设计规范》,高速公路的最大纵坡应介于3%～5%.选择的地点主要是以山区地形为主的山西太旧高速和铜黄高速的400～ 1000m长坡,调查的对象以桑塔纳和10～20t国产解放,东风汽车为主.采用的仪器主要是雷达枪和 GPS.样本量每种车型最小为100辆.在研究中主要分析了小型车,中型车可以用类似方法,但限于篇幅不做详细分析,只给出结果.-在纵坡路段采集车速时,设3～4个断面,分别设置在纵坡前50～100rn和纵坡中段.为确保样本量,在每1个试验断面由2个人负责雷达测速和记录车牌号,同一试验同时开始作业,同时结束.测速试验完成后,将所在点的相关线形和路面参数记录下来,并拍摄照片. 2坡上运行速度特性 1)在上坡时,小客车运行有明显的减速过程,从每500m的平均速度增量可以看出,随着坡度的增大,小车减速的幅度将逐步增大,500m减幅在5～10km/’h.在坡上运行的速度在(100±20)km/h之间(见表 1). 2)在下坡时,小客车运行有明显的加速过程,从每5001TI的平均速度增量可以看出,随着坡度的增大,加速幅度为2～15km/’h,总体上运行的速度基本在(100±20)km/h之间. 3)同样的坡长下,从平均增幅来看,小车上坡时,在5%时减速幅度最大,国产的小客车动力性能在坡上运行时已受一定影响;从平均增幅来看,下坡时,在一3.0%～一5.0%加速幅度没有明显区别,可能是在这样的坡上运行时坡度对驾驶员心理没有明显影响.收稿日期:2005—01—10作者简介:廖明军(1974一),男,讲师,硕士,主要从事道路交通规划设计研究 456北华大学(自然科学版)第6卷 4)从数据分析可以看出,同样的坡度下,当坡长达到一定值后(gt;800m),在上坡时,从坡底至坡中减速的幅度往往小于从坡中到坡顶的减幅,而下坡时从坡顶到坡中的增幅往往大于从坡中到坡底的增幅.这说明上坡时,小汽车的动力性能对坡长很敏感,坡长越大对运行车速影响越大,而下坡时则有所不同,对坡长没有那么敏感. 5)无论是上坡还是下坡,坡长达到一定值后,上,下坡运行速度趋于稳定,上坡时这种稳定车速反映了小客车的动力性能,下坡时,这种运行车速反映的是一种期望车速.表12%～5%上下坡小客车运行速度 Tab.12%～5%upgradeanddowngradeofcaroperatingspeed 3模型建立与参数的标定 3.1模型建立的理论依据高速公路坡度在2%～5%,坡长主要介于4001000m的路段,在理想的道路条件下,纵坡上的自由流运行车速仅受坡度和坡长的影响,实际上车辆的动力性能基本一致时,运行时与实际的载货量G和车辆的定性能(迎风面积,空气阻力系数,惯性阻力系数)以及司机的驾驶特性有关,这时运行速度与用油门控制的发动机输出功率有直接关系,而原本功率质量将随坡度坡长而变化.因此,可以建立功率质量比与运行速度(坡顶速度u2,坡底速度u),坡长S,坡度i的函数关系.描述运行速度随坡度坡长而变化的特性和规律如下式 u2=f(V1,P,S,).(1)具体模型采用北京工业大学和交通部公路科学研究所在公路通行能