運(yùn)行速度對(duì)橫向力系數(shù)的影響

仵紀(jì)榮 胡若栩

（1.陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，陜西 西安 710082；2.中交資產(chǎn)管理有限公司，北京 100088）

一、橫向力系數(shù)

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》給出了圓曲線半徑和超高的規(guī)范值，但未考慮橫向力系數(shù)及司機(jī)駛過曲線的感覺，本文依據(jù)不同的運(yùn)行速度予以評(píng)價(jià)。

橫向力系數(shù)是衡量汽車在圓曲線上行駛時(shí)的穩(wěn)定、安全和舒適程度的指標(biāo)之一，采用橫向力與豎向力的比值，依據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)可知：

式一中R表示圓曲線半徑，單位為m；v表示車輛速度，單位為km/h；u表示橫向力系數(shù)；i表示路拱橫坡度。

表1.橫向力系數(shù)u與司機(jī)的感覺的關(guān)系

由上表可知，當(dāng)u小于0.11時(shí)，司機(jī)對(duì)圓曲線感受較弱，行車環(huán)境較為舒適，暫表示為“A”；當(dāng)u在0.11～0.16之間時(shí)，司機(jī)不會(huì)出現(xiàn)緊張感，駕駛環(huán)境較為舒適，暫表示為“B”；當(dāng)u在0.16～0.26之間時(shí)，司機(jī)會(huì)出現(xiàn)緊張感，暫表示為“C”；當(dāng)u在0.26～0.36之間時(shí)，司機(jī)緊張感較為強(qiáng)烈，且有車輛側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性較差，暫表示為“D”；當(dāng)u大于0.36時(shí)，車輛有傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，暫表示為“E”。據(jù)美國公路部門的研究結(jié)果顯示，u值介于0.11～0.16之間時(shí)，為行車舒適界限。

表2.《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中圓曲線半徑的規(guī)定

二、依據(jù)運(yùn)行速度計(jì)算圓曲線半徑的橫向力系數(shù)

運(yùn)行速度（v85）為統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)，是單元路段狀況客觀決定的車輛實(shí)際行駛速度。針對(duì)運(yùn)用設(shè)計(jì)速度的局限性，基于運(yùn)行車速的設(shè)計(jì)方法靈活多變，在設(shè)計(jì)中可替代目前以設(shè)計(jì)速度為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，本文結(jié)合式一，采用以下4種方案計(jì)算圓曲線半徑的橫向力系數(shù)。

（一）設(shè)計(jì)速度40km/h，運(yùn)行速度增加20km/h、40km/h，計(jì)算橫向力系數(shù)并評(píng)價(jià)。

表3.橫向力系數(shù)計(jì)算參考數(shù)據(jù)

結(jié)論如下：

一是以設(shè)計(jì)速度40km/h行駛，圓曲線半徑為60m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱。二是以運(yùn)行速度60km/h行駛，圓曲線半徑為150m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感有曲線；圓曲線半徑為100m時(shí)，司機(jī)會(huì)有強(qiáng)烈緊張感，曲線感較為明顯；圓曲線半徑為60m時(shí)，車輛存在傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。三是以運(yùn)行速度80km/h行駛，圓曲線半徑為300m或350m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，沒有不舒服之感；圓曲線半徑為200m或250m時(shí)，司機(jī)緊張感較強(qiáng)烈，曲線感較為明顯；圓曲線半徑為150m時(shí)，司機(jī)高度緊張，車輛存在側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)，行車環(huán)境穩(wěn)定性較差；圓曲線半徑小于100m時(shí)，車輛有傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度40km/h比較，當(dāng)速度增加20km/h或40km/h，應(yīng)核查圓曲線半徑60m至250m的行車安全性，采取必要的安全措施。

（二）設(shè)計(jì)速度60km/h，運(yùn)行速度增加20km/h、40km/h，計(jì)算橫向力系數(shù)并評(píng)價(jià)。

結(jié)論如下：

一是以設(shè)計(jì)速度60km/h行駛，圓曲線半徑為125m或150m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，沒有不舒服感。二是以運(yùn)行速度80km/h行駛，圓曲線半徑為300m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，沒有不舒服感；圓曲線半徑為200m時(shí)，司機(jī)緊張感較強(qiáng)烈，能明顯感覺到曲線；圓曲線半徑為125m或150m時(shí)，司機(jī)緊張，車輛存在側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性較差。三是以運(yùn)行速度100km/h行駛，圓曲線半徑為400m至600m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，沒有不舒服感；圓曲線半徑為300m時(shí)，司機(jī)緊張感較強(qiáng)烈，感覺到有曲線；圓曲線半徑為200m時(shí)，司機(jī)高度緊張，車輛存在側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性較差；圓曲線半徑150m時(shí)，車輛存在傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度60km/h比較，當(dāng)速度增加20km/h或40km/h，應(yīng)核查圓曲線半徑125m至300m的行車安全性，采取必要的安全措施。

表4.橫向力系數(shù)計(jì)算參考數(shù)據(jù)

（三）設(shè)計(jì)速度80km/h，運(yùn)行速度增加20km/h、40km/h，計(jì)算橫向力系數(shù)并評(píng)價(jià)。

表5.橫向力系數(shù)計(jì)算參考數(shù)據(jù)

結(jié)論如下：

一是以設(shè)計(jì)速度80km/h行駛，圓曲線半徑為250m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，未感覺不舒服。二是以運(yùn)行速度100km/h行駛，圓曲線半徑為400m或500m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，未感覺不舒服；半徑為250m或300m時(shí)，司機(jī)緊張感較強(qiáng)，能夠明顯感覺到曲線。三是以運(yùn)行速度120km/h行駛，圓曲線半徑大于600m小于800m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，未感覺不舒服；圓曲線半徑為400m或500m時(shí)，司機(jī)緊張感較強(qiáng)烈，能明顯感覺到曲線；圓曲線半徑為300m或250m時(shí)，司機(jī)高度緊張，車輛存在側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，駕駛環(huán)境穩(wěn)定性較差。經(jīng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度80km/h比較，當(dāng)增加20km/h或40km/h，應(yīng)核查圓曲線半徑250m至500m的行車安全性，采取必要的安全措施。

（四）設(shè)計(jì)速度100km/h，運(yùn)行速度增加20km/h，計(jì)算橫向力系數(shù)并評(píng)價(jià)。

表6.橫向力系數(shù)計(jì)算參考數(shù)據(jù)

結(jié)論如下：

一是以設(shè)計(jì)速度100km/h行駛，半徑為400m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，未出現(xiàn)不舒服感。二是以運(yùn)行速度120km/h行駛，半徑為500m至700m時(shí)，司機(jī)緊張感較弱，稍感到有曲線，未感覺不舒服。三是圓曲線半徑為400m時(shí)，司機(jī)緊張感較為明顯，能感覺到有曲線。經(jīng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度100km/h比較，當(dāng)增加20km/h，應(yīng)核查圓曲線半徑400m的行車安全性，采取必要的安全措施。

綜上所示，公路路線設(shè)計(jì)中，除考慮圓曲線超高對(duì)行車安全性的影響外，還應(yīng)根據(jù)運(yùn)行速度，核查圓曲線半徑小于500m的橫向力系數(shù)，如果橫向力系數(shù)大于0.16，應(yīng)采取必要的安全措施，如設(shè)置限速標(biāo)志、增設(shè)抗滑標(biāo)線或采取工程措施。

三、依據(jù)運(yùn)行速度檢查車道和左側(cè)路緣帶寬度

公路路基橫斷面中，對(duì)可能影響行車安全性的車道和左側(cè)路緣帶寬度匯總?cè)绫?所示。

表7.車道和左側(cè)路緣帶寬度

根據(jù)上表，檢查車道和左側(cè)路緣帶寬度，得到以下結(jié)論：一是當(dāng)設(shè)計(jì)速度為60km/h，運(yùn)行速度增加20km/h或40km/h時(shí)，車道寬度容易造成司機(jī)緊張感。二是當(dāng)設(shè)計(jì)速度為80km/h或60km/h，運(yùn)行速度增加20km/h或40km/h時(shí)，左側(cè)路緣帶寬度有可能使司機(jī)有緊張感。

因此，設(shè)計(jì)公路路基時(shí)，應(yīng)采用運(yùn)行速度核查車道和左側(cè)路緣帶寬度，采取必要的安全措施。

四.結(jié)語

本文依據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中不同設(shè)計(jì)速度的圓曲線半徑取值，采用不同運(yùn)行速度計(jì)算圓曲線的橫向力系數(shù)，用以評(píng)價(jià)司乘的觀感，進(jìn)而判斷行車安全性和舒適性，提出公路設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)橫向力系數(shù)核查的建議。