基于車輛行駛特性的市政道路設(shè)計優(yōu)化研究

摘 要：圍繞車輛行駛特性及其對市政道路設(shè)計的影響進行了深入分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。研究首先界定了車輛行駛特性的定義和分類，包括動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性和通過性，并探討了影響這些特性的主要因素，如車輛類型、駕駛員行為和路面條件。隨后，回顧了市政道路設(shè)計的基本原則和方法，包括幾何設(shè)計、交通工程設(shè)計和環(huán)境工程設(shè)計，并強調(diào)了設(shè)計過程中考慮車輛行駛特性的重要性。在此基礎(chǔ)上，研究提出了基于車輛行駛特性的道路設(shè)計優(yōu)化策略，包括道路寬度與轉(zhuǎn)彎半徑的優(yōu)化、道路坡度設(shè)計的科學(xué)調(diào)整以及車道寬度與安全距離的精確配置。這些策略旨在平衡不同尺寸和類型的車輛的行駛需求，確保道路設(shè)計既安全又高效。

關(guān)鍵詞：車輛行駛特性;市政道路設(shè)計;優(yōu)化策略文章編號：2095-4085（2024）02-0144-03

市政道路作為城市交通的重要載體，其設(shè)計質(zhì)量對城市交通的效率和安全有著直接影響。然而，現(xiàn)實中的市政道路設(shè)計往往未能充分考慮車輛行駛特性，導(dǎo)致設(shè)計出的道路無法滿足實際交通需求，這也使得基于車輛行駛特性優(yōu)化道路設(shè)計顯得尤為重要。歷史上的研究雖然已經(jīng)對道路設(shè)計的基本原則和方法進行了深入探討，但對于車輛行駛特性與道路設(shè)計的關(guān)系的研究卻相對較少，這也正是本研究試圖填補的研究空白。為此，本研究旨在提出一套基于車輛行駛特性的道路設(shè)計優(yōu)化策略，為市政道路設(shè)計提供參考。

1 車輛行駛特性的理論分析

1.1 車輛行駛特性的定義和分類

車輛行駛特性在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用是根據(jù)車輛在行駛過程中表現(xiàn)出的不同運動特性來調(diào)整和優(yōu)化道路的設(shè)計參數(shù)，確保道路設(shè)計能夠適應(yīng)車輛的行駛需求，提高道路的安全性和舒適性。車輛行駛特性通常包括動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性、通過性等方面，并且受到車輛類型、質(zhì)量、載荷、發(fā)動機性能、傳動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)等多種因素的影響。車輛行駛特性的定義涵蓋了車輛在不同行駛條件下的性能表現(xiàn)，包括但不限于加速能力、制動效能、轉(zhuǎn)向響應(yīng)、穩(wěn)定性和乘坐舒適度。這些特性可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進行分類，常見的分類方法有：

（1）動態(tài)特性：包括車輛的加速性能、制動性能和操縱響應(yīng)性，反映了車輛對駕駛員操作的響應(yīng)速度和敏感度。

（2）穩(wěn)態(tài)特性：涉及車輛在穩(wěn)定行駛狀態(tài)下的性能，如維持勻速行駛時的燃油經(jīng)濟性、發(fā)動機效率和排放水平。

（3）過渡特性：描述車輛從一狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)時的性能，如從穩(wěn)速行駛到加速或制動的響應(yīng)特性。

在實際道路設(shè)計中，車輛行駛特性對道路的幾何設(shè)計參數(shù)有直接影響。例如，車輛的動力性能影響了道路坡度的設(shè)計，制動性能影響了道路的視距要求和停車場設(shè)計，而操縱穩(wěn)定性則影響了道路曲線的半徑和超高設(shè)計。道路設(shè)計師必須充分考慮這些因素，以確保道路能夠適應(yīng)車輛的行駛特性，從而提供安全、高效的行駛環(huán)境［1］。

1.2 車輛行駛特性的影響因素

車輛行駛特性受到多種因素的影響，具體包括車輛類型、駕駛員行為和路面條件。車輛類型主要影響車輛的基本性能，包括動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性和通過性等，而駕駛員行為則影響車輛的實際行駛狀態(tài)，路面條件則影響車輛與道路的交互性。

車輛類型是影響車輛行駛特性的主要因素之一。不同類型的車輛，如轎車、SUV、卡車、公交車等，其設(shè)計參數(shù)和性能指標(biāo)各不相同，這直接影響了車輛的行駛特性。例如，轎車通常具有較好的動力性和操縱穩(wěn)定性，適合在城市道路上高速行駛；而卡車和公交車由于車身重，制動性能相對較差，但其通過性強，適合在復(fù)雜的道路條件下行駛。這些因素在道路設(shè)計中需要得到充分考慮。

駕駛員行為是影響車輛行駛特性的另一個重要因素。駕駛員的駕駛習(xí)慣、技能水平、反應(yīng)速度等都會影響車輛的實際行駛狀態(tài)。例如，有些駕駛員喜歡高速行駛，這就要求車輛具有良好的動力性和操縱穩(wěn)定性；而有些駕駛員喜歡慢速行駛，這就對車輛的通過性提出了更高的要求。此外，駕駛員的反應(yīng)速度也會影響車輛的制動性能和安全性。因此，道路設(shè)計時需要考慮到駕駛員行為的影響［2］。

路面條件是影響車輛行駛特性的第三個重要因素。路面的平整度、摩擦系數(shù)、濕滑程度等都會影響車輛與道路的交互性。例如，路面不平會增加車輛的振動，影響乘坐舒適度；路面濕滑會降低車輛的制動性能，增加行駛風(fēng)險。因此，道路設(shè)計和維護時需要保證路面的良好狀態(tài)，以提高車輛的行駛性能。

車輛行駛特性是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，需要從多個角度進行分析和考慮。而車輛類型、駕駛員行為和路面條件是影響車輛行駛特性的主要因素，只有充分考慮這些因素，才能設(shè)計出既安全又高效的道路。

2 車輛行駛特性與道路設(shè)計的關(guān)系

2.1 車輛尺寸與道路設(shè)計參數(shù)

市政道路設(shè)計與平衡不同尺寸類型車輛的行駛需求存在緊密聯(lián)系。例如，大型車輛（如卡車和公交車）和小型車輛（如轎車和自行車）在行駛特性上有顯著的差異，這導(dǎo)致了在道路設(shè)計上的一些矛盾和沖突。在實際設(shè)計過程中，為了確保大型車輛能夠在交叉口處順利轉(zhuǎn)彎，設(shè)計師往往會選擇較大的轉(zhuǎn)彎半徑。然而，這種設(shè)計對于小型車輛來說可能并不理想，因為較大的轉(zhuǎn)彎半徑可能會使得小型車輛在轉(zhuǎn)彎時需要行駛更長的距離，這不僅會增加駕駛者的駕駛難度，還可能增加行駛風(fēng)險。因此，如何在保證大型車輛行駛順暢的同時，也能滿足小型車輛的行駛需求，是市政道路設(shè)計中一個重要的挑戰(zhàn)，解決這個問題需要設(shè)計師對車輛行駛特性有深入的理解，并能夠在設(shè)計過程中靈活地應(yīng)用這些知識。

2.2 車輛動力性能與道路設(shè)計參數(shù)

車輛的動力性能決定了其在不同坡度的道路上行駛的能力，這一點在道路設(shè)計參數(shù)的確定中尤為關(guān)鍵。爬坡能力是由車輛的最大扭矩和功率決定的，它直接影響到車輛在上坡時的加速度和最高速度。在《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）中明確指出，設(shè)計道路坡度時，必須考慮交通組成中最不利車輛的爬坡能力，確保這些車輛在最不利條件下仍能安全通過。不同類別的車輛，其動力性能參數(shù)有明確規(guī)定，如最大設(shè)計爬坡度等。這些參數(shù)基于車輛的發(fā)動機特性、傳動系統(tǒng)設(shè)計以及車輛質(zhì)量等因素。以小型轎車為例，其動力性能通常針對城市道路行駛條件進行優(yōu)化，因此在設(shè)計時，道路最大坡度通常不會超過5%，以確保轎車即使在滿載狀態(tài)下也能夠平穩(wěn)上坡。相較之下，卡車和SUV由于具有更高的動力輸出和更強的扭矩，其通過較大坡度的道路的能力更強，因此在專用車道或貨運通道的設(shè)計中，可以考慮更大的坡度，比如可達(dá)到6%或更高。

2.3 車輛制動性能與道路設(shè)計參數(shù)

車輛制動性能影響道路縱斷面設(shè)計、交叉口設(shè)計、車道寬度和視距等。制動性能由最大制動減速度決定，影響緊急制動時的停車距離和時間。設(shè)計道路縱斷面和交叉口時，需考慮最不利車輛的制動性能，確保在最不利條件下能安全停車。設(shè)計高速公路縱斷面時，需考慮下坡時車輛制動性能可能降低，應(yīng)增加下坡路段長度以便減速。交叉口設(shè)計需設(shè)置足夠減速距離，對制動性能差的車輛，如老舊貨車和公交車，減速距離需更長［3］。

3 基于車輛行駛特性的道路設(shè)計優(yōu)化策略

3.1 道路寬度與轉(zhuǎn)彎半徑優(yōu)化策略

在市政道路設(shè)計中，車道寬度與轉(zhuǎn)彎半徑優(yōu)化關(guān)鍵于交通安全、流暢和道路效率。設(shè)計車道寬度需考慮車型、行駛速度、交通量等。大型車輛應(yīng)采用分級管理，不同道路級別有不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。大型貨車轉(zhuǎn)彎半徑需滿足安全轉(zhuǎn)彎空間需求，主干道車道寬度應(yīng)考慮貨車尺寸和作業(yè)空間，防止轉(zhuǎn)彎時侵占相鄰車道或行人道。轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計應(yīng)結(jié)合車速、車型、道路條件，保證安全轉(zhuǎn)彎。次干道和支路服務(wù)小型車輛，車道寬度和轉(zhuǎn)彎半徑可減小，提高土地使用效率，降低成本。同時，應(yīng)滿足消防車等特殊車輛需求。

智能交通系統(tǒng)（ITS）能提升道路使用效率和安全性，通過監(jiān)測交通流量和車型，動態(tài)調(diào)整交通信號，優(yōu)化車流。道路設(shè)計師應(yīng)利用交通流分析、車輛動力學(xué)模擬、道路安全評價等工具，結(jié)合城市交通規(guī)劃和發(fā)展戰(zhàn)略，采取綜合設(shè)計方案，滿足大型車輛通行需求，兼顧土地資源有效利用，實現(xiàn)城市道路系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展［4］。

3.2 道路坡度設(shè)計優(yōu)化策略

道路坡度設(shè)計優(yōu)化策略需充分考慮車輛的動力性能與道路的使用特性，應(yīng)通過科學(xué)的方法論與技術(shù)手段，實現(xiàn)坡度設(shè)計的優(yōu)化。具體而言，對于大型車輛如貨車、客車等，其動力性能與爬坡能力相對較強，設(shè)計坡度時可適度提高，以緩解平面交通壓力，提升道路的通行效率；反之，對于私家車、電動汽車等輕型車輛，由于其動力性能相對較弱，應(yīng)減小設(shè)計坡度，以防止車輛在爬坡時速度過慢，影響交通流的連續(xù)性與安全性。在坡道設(shè)計中，應(yīng)引入減速車道與加速車道，以緩解因坡度變化導(dǎo)致的交通沖擊，特別是在坡道起始點，減速車道能夠有效地分流即將下坡的車輛，減少下坡路段的交通壓力；加速車道則為上坡車輛提供了加速空間，使其能夠在合并到主車道前獲得足夠的速度，減少對主車道交通流的干擾。此外，坡度設(shè)計還應(yīng)結(jié)合路網(wǎng)的總體規(guī)劃，考慮到不同區(qū)域的交通需求與地形條件，以及環(huán)境保護、資源節(jié)約等因素。例如，在山區(qū)或多變地形的城市，坡度設(shè)計應(yīng)更加注重與地形的協(xié)調(diào)，同時考慮排水系統(tǒng)的設(shè)計，以防止雨水沿坡道流動形成的積水對交通安全的影響［5］。

3.3 車道寬度與安全距離優(yōu)化策略

車道寬度與安全距離優(yōu)化應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合車輛制動性能、車流組成、行駛速度等因素。制動性能差的車輛需更長距離停車，因此高速公路、城市快速路等應(yīng)增加車道寬度，加大車輛間橫向和縱向安全距離。高速公路車道寬度通常不低于3.75m，城市快速路不小于3.5m，為緊急情況下車輛擺動提供空間。安全距離應(yīng)參照最大制動距離，結(jié)合道路表面、氣象條件等進行評估。市區(qū)街道車速較低，車道寬度可適當(dāng)減少，如市區(qū)道路寬度可為2.75至3.25m，既保證安全，又提高空間利用效率。電子監(jiān)控設(shè)備如車速監(jiān)測、間距檢測等ITS組件，可實時監(jiān)控車速和車輛間距，提高道路安全性能。這些技術(shù)手段實現(xiàn)車道寬度與安全距離的動態(tài)管理，提升道路網(wǎng)絡(luò)安全水平和通行效率。

4 結(jié)語

通過本研究的深入分析與探討，得以認(rèn)識到車輛行駛特性對市政道路設(shè)計的重要性。從車輛的動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性到通過性，每一方面的特性都對道路設(shè)計的每個細(xì)節(jié)提出了要求。不僅要考慮車輛本身的特性，還需深入理解駕駛員行為和路面條件對車輛行駛特性的影響。在此基礎(chǔ)上，本研究提出了一系列基于車輛行駛特性的道路設(shè)計優(yōu)化策略，包括對車道寬度與轉(zhuǎn)彎半徑的優(yōu)化、道路坡度的科學(xué)設(shè)計以及車道寬度與安全距離的精確調(diào)整。展望未來，隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展和新能源車輛的普及，車輛行駛特性將會發(fā)生變化，市政道路設(shè)計也將迎來新的挑戰(zhàn)和機遇。期待未來的研究能夠繼續(xù)深化對車輛行駛特性的了解，進一步優(yōu)化道路設(shè)計，為建設(shè)更加安全、高效、環(huán)保的城市交通系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］方曉敏.市政道路舊路改造橫斷面設(shè)計研究［J］.交通科技與管理，2023，4（19）：143-149.

［2］陳攻宇.復(fù)雜山區(qū)高速公路路線設(shè)計方案優(yōu)化研究一以沿印松高速為例［J］.程技術(shù)研究，2022，7（8）：190-192.

［3］郭蘭博，王振，王嚴(yán)，等.基于多目標(biāo)約束的旅游路線優(yōu)化設(shè)計方法研究［J］.測繪與空間地理信息，2021，44（7）：165-167.

［4］陳希，呂洋.基于ISODATA的實時動態(tài)電動汽車運行工況與耗電特性研究［J］. 計算機應(yīng)用與軟件，2021，38（11）：344-349.

［5］潘文佳.基于蟻群優(yōu)化算法的最優(yōu)旅游路線優(yōu)化模型［J］.電子設(shè)計工程，2020，28（22）：47-51.

作者簡介：毛念雪，女，本科，助理工程師，研究方向為城鄉(xiāng)道路與交通工程設(shè)計。