1、基于性能的公路几何设计摘要：公路线形设计要做到以人为本，不仅要保证行车的安全性、迅速性、经济性，还要适应人体生理与心理的要求，满足行车舒适性的需求。本文从驾驶员、路面特性、路线特征和道路环境四个方面，考虑公路的线形设计，从而确保行车的舒适性。 关键词：舒适性；公路线形设计 中图分类号： U212.3 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 随着公路和汽车工业的迅速发展，公路等级和汽车的行驶速度都在不断地提高，对公路线形的设计提出了更高的要求，不仅要满足安全、快速行驶的要求，对公路舒适性的要求也越来越受到重视。 公路线形设计的好坏不仅决定着建设阶段的工程造价，还决定着运营阶段的使用质量。因此，公
2、路线形设计应综合考虑汽车行驶的安全性、舒适性，司乘人员的视觉、心理状态影响，以及与周围环境的和谐。正确运用技术指标使公路线形平、纵、横三方面协调，确保行驶安全、舒适，以提高公路线形设计质量和建设水平。 行车舒适性的影响因素 一个连续、安全的线形设计不仅要满足汽车的运动学和动力学特性，更应该满足驾驶员的视觉、心理的要求。驾驶员的驾驶决策行为会受道路几何特征信息的影响，因此适宜的道路线形将有助于降低驾驶员的操纵负荷，提高行车的舒适性。 行车舒适性的影响因素包括很多方面，主要有以下几个方面： （1） 驾驶员因素：包括驾驶员的心理、生理和视觉等方面。 （2） 路面特性即路面平整度。 （3） 道路线形特
3、征。 （4） 道路环境。 2.驾驶员因素 驾驶员在驾驶过程中，其反应快慢、生理和心理特性都对行车的舒适性有或多或少的影响。在参考文献13中就是考虑了驾驶员生理心理反应的线形研究，说明驾驶员因素是影响舒适性的重要因素。 驾驶员是影响交通安全与效率的关键要素,主要通过视觉特性、反应特性与选择特性来表现,后两种可归纳为操纵特性。 2.1 视觉特性 驾驶员通过视觉对公路线形的判断来确定其操作行为，其获得的行驶空间的视觉形状直接影响驾驶员的驾驶行为和行驶速度。设计者必须充分考虑驾驶员的动视觉特点，设计出在视觉上保持连续和流畅的公路线形，给驾驶员提供一个宽松和愉悦的驾驶环境。 2.2 操纵特性 驾驶员驾车
4、行驶的过程是一个信息处理与操纵控制的过程,并以汽车状态和环境状态信息作为驾车行为的基本依据。驾驶员的操纵有以下特点: (1)驾驶反应过程的循环性。反应特性包括感知识别判断反应,在驾驶过程中不断地重复,具有单调性,会使驾驶员的操纵僵化和机械化。 (2)驾驶过程的紧张性。 (3)对路况预测的依赖性。当驾驶员预测的情况与实际情况一致时就能轻松自然地操纵,其操纵强度低。反之,操纵强度就会迅速增加。 (4)驾驶员注意的区域性。当前方道路及其环境情况位于驾驶员的预瞄区域时,才能轻松地获得所需的信息,其操纵强度也比较低。反之,其操纵强度会相应地增加。 3.路面特性 路面平整度是评定路面质量的主要技术指标之一
5、,关系到行车的安全、舒适以及路面所受冲击力的大小和使用寿命。不平整的路面会增大行车阻力,使车辆产生附加的振动作用，造成行车颠簸,影响行车的速度和安全及驾驶的平稳和乘客的舒适；同时还会对路面施加冲击力,从而加剧路面和汽车机件的损坏和轮胎的磨损,并增大油料消耗；还会积滞雨水,加速路面的水损坏。 4.道路线形特征 4.1 平面线形 道路平面线形是由直线、圆曲线及缓和曲线构成，这些要素对汽车行驶舒适性都有直接的影响。 在公路设计中,直线段不能过长也不能过短。过长的直线会使驾驶员感到疲倦，易造成驾驶员超速行驶，不利于安全驾驶；而过短的直线会妨碍线形的连续和圆滑，使驾驶员产生线形变化很突然的感觉，影响行车
6、的舒适性。 行驶在圆曲线上的汽车，由于离心力作用，其稳定性和舒适性也相应受到影响；而离心力的大小与半径密切相关，半径愈小愈不利，所以基于舒适性的考虑，在选择平曲线半径时应尽可能采用较大值。 适当的缓和曲线，不仅给驾驶员提供了一个自然而且易于跟踪的路线，而且给合理布置超高缓和段提供了方便，有利于提高驾驶员的舒适性。 4.2 纵断面线形 （1）坡度和坡长 纵坡越陡，坡长越长，对汽车的影响也就越大。 汽车沿陡坡行驶时，因克服阻力需增大牵引力，车速降低；若陡坡过长，将引起水箱“开锅” 、气阻等情况，严重时使发动机熄火；若沿下坡行驶，因制动次数增多，制动器易发热而失效，容易引发交通事故。 若坡长过短，会
7、增加变坡点；纵向起伏变化频繁，使车辆产生增重与失重的频繁变化，对驾驶员身体不利，车速愈高程度愈明显。 （2）竖曲线半径和长度 若竖曲线长度过短，汽车在瞬间通过，乘客就会有忽悠而过的不舒适感，容易使司机产生急促变坡的感觉。而且，从直坡道进入竖曲线和从竖曲线进入直坡道，短时间内就要经历两次加速度的突变，不利于行驶的舒适性。 4.3 平纵组合 在道路设计中应该重点避免以下不利组合：一是避免平、竖曲线的大小不均衡；二是避免在凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部插入小半径的平曲线，前者没有视线诱导,后者使驾驶员产生坡度错觉；三是避免在驾驶员的视域内出现反复变化的线形；另外，要选择适当的合成坡度，使驾驶员不
8、至于感到很大的离心力的作用，以致影响行车的舒适性。4.4 横断面 公路横断面组成要素较多，主要包括行车道、路肩、中间带、超高和加宽等。 一般来说，路面较宽时，更有利于行车安全舒适。路肩的结构和宽度对行车的安全舒适也及其重要。当路肩较宽时，可以减小驾驶员的心理紧张程度，给驾驶员较大的操作空间，提供了一个更加宽松、舒适的驾驶环境。但研究也表明路肩宽度的过分增加并不会明显的减少交通事故率。 5.道路环境 道路两侧的绿化，可以丰富道路沿途景观，增进道路和沿途景观的协调，提高行车的舒适性；改善了行车条件和沿线环境，引导视线、遮光，确保交通安全。适当规划道路植被绿化，可以降低道路灰暗的硬质设施所造成的不协
9、调性。对于路旁的树木，应考虑其密度，留有适当的眺望空间，以减少驾驶员的压迫感，并给驾驶员和乘客提供浏览沿途风光的视觉空间。 6.结语 公路线形设计是以满足汽车的行驶要求为前提的，必须符合汽车的行驶特性。在保证汽车行驶力学的基础上，注重平、纵、横组合的立体线形设计，从而满足行驶的安全性和舒适性。关于驾驶员心理和生理因素与线形之间的关系，还需要进一步深入的研究。 参考文献 【1】郑柯基于驾驶员心理生理反应的高速公路线形研究北京工业大学2003 【2】王书灵基于驾驶员心生理反应的山区双车道公路极限坡度坡长研究北京工业大学2005 【3】郝晓彬，赵永生，张利道路线形与景观协调性分析辽宁省交通高等专科学校学报2001
