[发明专利]一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法

说明书

本发明公开一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法中，主要实现过程为：实验车型选取；螺旋隧道仿真建模关键参数确定；建立螺旋隧道的三维仿真模型；(4)进行仿真实验设计，建立不同工况下的实验分组；(5)进行实验，通过仿真驾驶平台获取驾驶行为数据；(6)计算不同模拟工况下车辆平均运行速度、速度变异系数、车辆横向偏移值；(7)通过回归分析，得到车辆运行速度以及车辆横向偏移值与半径的关系；(8)计算螺旋隧道半径推荐值，基于车辆最大横向偏移值以及回归关系计算螺旋隧道半径极限值。本发明将驾驶仿真技术应用于螺旋隧道路段驾驶员行为分析，通过仿真驾驶技术，较好的反映了驾驶员在螺旋隧道行车的轨迹特性。

技术领域

本发明属于高速公路螺旋隧道指标设计领域，具体涉及一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法。

背景技术

山区高速公路在布线时，由于地形、地质等条件的限制，需要在较短的距离集中提高或降低标高。螺旋隧道能够延展距离、克服高差，并且能避免路线重叠干扰，对环境破坏较小；在高海拔及高寒地区山区公路采用螺旋隧道方案，能避免积雪、冰冻等不良天气对行车安全造成的影响，因此螺旋隧道越来越受到设计人员的重视。而螺旋隧道多位于地形起伏的困难路段，往往缺乏必要的救援通道，一旦发生事故，极易导致整个道路的瘫痪，因此螺旋隧道的安全问题不容忽视。从行车安全的角度来看，螺旋隧道既是连续纵坡，又是小半径曲线隧道，视距较差，环境复杂，驾驶操纵过程中长时间的转弯操作与普通路段存在较大差异，加上驾驶人对隧道壁的恐惧心理，使得螺旋隧道内的驾驶行为更加复杂。为了保证螺旋隧道行车安全，应选择较大的圆曲线半径，但采用大半径的圆曲线会增加隧道长度使工程造价激增，因此，螺旋隧道的圆曲线半径取值问题一直困扰着设计人员。

当前，我国螺旋隧道工程实例还比较少，关于螺旋隧道线形指标方面的研究还不够深入和全面，隧道和路线相关规范也尚未对螺旋隧道的平纵指标进行明确，业界对螺旋隧道圆曲线半径的取值尚未达成共识。吴金华结合云南水麻高速螺旋展线方案，总结了螺旋展线的思路、原则和方法；赵永平、杨少伟等学者考虑汽车前灯散射角、车辆在隧道内行驶的横向偏移、洞壁对隧道视距的影响以及左、右转曲线的不同，计算了螺旋隧道的圆曲线最小半径。长沙理工大学张天乐以干海子螺旋隧道为例，研究了小半径螺旋隧道线形和照明条件对交通安全的影响；张木森等对青海马鸡台1号螺旋隧道展线方案进行了研究，分析了采用大半径、小半径隧道加宽和降低设计速度采用小半径三种方案的优缺点，并指出螺旋隧道设计时要充分考虑隧道驾驶规律和左、右转螺旋隧道横净距不同的特点。

驾驶仿真技术常被用来分析驾驶人的驾驶行为随着道路线形和驾驶环境而变化的规律。随着软、硬件水平的提高，驾驶仿真系统的场景制作、画面质感、设施逼真度都有了很大的提升，驾驶模拟仓也越来越接近实车的配置，并且具有接近实车的车体自由度。利用驾驶模拟器可以获取很多实车实验难以获取的数据，Tokyo Institute of Technology、George Washington University、同济大学、长安大学等科研机构进行了大量模拟器行驶实验。研究表明，仿真驾驶技术是研究道路线形安全的有力工具。BELLA.F用驾驶仿真技术研究了平纵组合线形对车辆运行速度特征的影响。WANG等用驾驶仿真技术研究了线形组合对车辆横向加速度的影响。

现有研究中螺旋隧道线形指标的取值大多都是通过汽车行驶力学理论和停车视距理论计算得到的，很少有学者考虑螺旋隧道特殊的线形条件和驾驶环境对驾驶行为的影响，鲜有学者从驾驶行为的角度研究螺旋隧道的线形指标合理取值。同济大学郭忠印、方守恩等学者指出，道路交通环境对交通安全的影响，不仅表现在力学上的作用，更体现在其通过对驾驶人行为产生影响进而影响交通安全。目前我国的螺旋隧道建设正处在起步阶段，已建成通车的项目较少，加之大规模的实车实验耗时较多且存在安全风险，对于研究螺旋隧道圆曲线半径的合理取值具有一定的困难。

发明内容