道路设计交通基础（PPT53页)

2019/8/121道路交通基础设计车辆汽车动力性能设计车速设计交通量设计通行能力2019/8/122一、设计车辆一、设计车辆作用二、设计车辆的种类三、汽车的性能2019/8/1231、设计车辆作用设计车辆是指对道路上行驶的各种车辆进行归类，将其尺寸标准化，称为设计车辆，作为道路设计的依据主要用于制定各项设计控制指标。汽车的物理性质及行驶于路上的各种车辆的组合对于道路几何设计有决定性的意义。1、车辆的轮廓尺寸影响：道路平面、横断面等尺寸，如车道宽度，曲线半径等。2、车辆的运行特性影响：纵断面设计，如纵坡度、坡长等3、轴载组成和作用次数：对道路结构设计有重要影响。2019/8/1242、设计车辆的种类公路设计车辆《公路工程技术标准》将机动车分为三类：1.小客车；2.载重汽车；3.鞍式车。设计车辆外廓尺寸公路设计车辆类型总长（m）总宽（m）总高（m）前悬（m）轴距（m）后悬（m）小客车61.820.83.81.4载重车122.541.56.54鞍式车162.541.24+8.82公路设计车辆外廓尺寸2019/8/128《城市道路设计规范》将机动车分为三种类型：小型汽车普通汽车铰接车将非机动车分为四种类型：自行车三轮车板车兽力车城市道路设计车辆城市道路机动车设计车辆类型总长（m）总宽（m）总高（m）前悬（m）轴距（m）后悬（m）小型汽车51.81.61.02.71.3普通汽车122.54.01.56.54.0铰接车182.54.01.75.8+6.73.8城市道路设计车辆外廓尺寸2019/8/1211二、汽车性能1、汽车的牵引力2、行驶阻力3、汽车的动力性能4、汽车的制动性2019/8/1212把驱动轮上的扭矩Mx用一对力偶Ta和T代替，Ta作用在轮缘上与路面水平反力F抗衡，T作用在轮轴上推动汽车前进，称为牵引力1、汽车的牵引力2019/8/12132、行驶阻力汽车的行驶阻力包括：空气阻力、滚动阻力、坡度阻力和惯性阻力2019/8/1214（1）空气阻力汽车在行驶中，由于迎面空气的压力、车后的真空吸力及空气与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。当行驶速度在100km／h以上，约一半的功率用来克服空气阻力。2019/8/1215车轮在路面上滚动所产生的阻力，是由轮胎与路面变形引起的。它与路面类型、轮胎结构及行驶速度等有关。滚动阻力与轮胎承受的力成正比（2）滚动阻力2019/8/12162019/8/1217汽车在坡道上行驶时，汽车重量在平行于路面方向有分力，上坡时分力与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而下坡时分力与前进方向相同，推动汽车行驶。滚动阻力和坡度阻力合为道路阻力（3）坡度阻力2019/8/1218汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性和惯性力矩称为惯性阻力（4）惯性阻力2019/8/12193、汽车的动力特性汽车的动力性能系指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等性能。研究汽车的动力性能的目的主要为道路纵断面设计提供理论依据。1、汽车的动力因数2019/8/1220D称为动力因数，即为单位车重具备的牵引潜力。它表征某型汽车在海平面高程上、满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。2019/8/1221（2）汽车的行驶状态•汽车的最高速度是指节流阀全开、满载(不带挂车)，在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。•汽车的最小稳定速度是指满载(不带挂车)在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度(即临界速度)。•汽车的最高速度与最小稳定速度之间的差值愈大，表示汽车对道路阻力的适应性愈强2019/8/1222汽车的爬坡能力是指汽车能克服坡度的能力。最大爬坡度系指汽车在坚硬路面上用最低挡作等速行驶时所能克服的最大坡度。汽车的最大爬坡能力是用最大爬坡坡度评定的。（3）汽车的爬坡能力2019/8/12234、制动性机动车辆的制动性，是指车辆在行驶中能否按需要有效地减速或停车的能力。机动车辆的制动过程，是将车辆动能转化为热能的过程。制动力是利用汽车制动器内的摩擦阻力矩来形成路面对车轮的切向摩擦阻力。最大值为车轮与路面之间的附着力制动力是评价制动性能的参数。制动力的大小从本质上表明制动性能的好坏G)等于车于车轮(受法向反作用力车轮上—附着系数；—max所其中：PPPk2019/8/1224当车辆制动达最大强度(车轮不再滚动只产生滑动)时，制动力与制动状态下车辆的惯性力相平衡，即：从行车安全上看，制动减速度愈大，制动效果愈好。但过大的制动减速度，例如在紧急制动下减速度可达7.5-8m／s2，对乘客舒适与安全不利。一般的且易接受的制动减速度不大于1.5—2m／s2。减速度制动—整车车质量—车重；—:式中aakjmGjmGP（1）制动减速度2019/8/1225（2）制动时间（1）驾驶员反应时间t1（2）机械反应时间（3）制动减速度或制动力增长时间（4）持续制动时间t3（5）制动解除时间t42019/8/1226制动距离是综合评价车辆制动性能的参数。指从踩制动踏板到车辆停止所走过的距离。其长短取决于制动系统的反应情况及制动力使车辆产生的减速度情况。坡度阻力；—动阻力；—空气阻力—车轮上总制动力；—制动动终了——旋转转质量—2212221ifWkifWkPPPPvvPPPPgvvGS滚速度；制动初始速度系数；其中：（3）制动距离2019/8/12275、汽车的行驶稳定性定义：汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力影响汽车行驶稳定性的因素汽车本身的结构参数驾驶员的操作技术道路与环境等外部因素2019/8/12281）汽车行驶的纵向稳定性2019/8/1229（1）纵向倾覆条件分析产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力z。为零，此时，汽车可能绕后轮点发生倾覆现象。2019/8/1230（2）纵向倒溜条件Lli1tan2019/8/1231（3）纵向稳定性的保证汽车在坡道上行驶时，纵向倒溜现象发生在纵向倾覆之前。保证汽车行驶的纵向稳定性，纵坡设计应满足不产生纵向倒溜为条件。则汽车行驶时纵向稳定性的条件为Llii12019/8/12322）横向稳定性横向稳定性是指车辆在横向倾斜的道路上行驶或在急转弯时，不致发生绕左右侧轮颠覆(翻车)的能力。使车辆发生横向侧翻的作用力，既与道路的横向倾斜角有关，也与曲线行驶离心力有关。1）横向倾覆条件2019/8/12332019/8/1234（2）横向滑移条件（3）横向稳定性的保证汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数u值的大小。汽车在平曲线上行驶时，横向滑移现象发生在横向倾覆之前，因此道路设计中平曲线最小半径满足横向滑移条件。一般在满载情况下能够保证横向行车的稳定性。但装载过高时可能发生倾覆现象。因此应控制汽车装载高度。2019/8/1235三、设计车速（计算行车速度）影响汽车的行驶速度除了汽车本身的性能和驾驶技术之外，还包括道路的几何形状路面质量气候条件交通量交通管制所采用的限速规定当气候条件和交通状况良好时，道路的外部条件基本上决定了驾驶人员采用的车速——道路设计标准的高低决定设计车速的大小2019/8/1236天气良好、交通密度低的条件下，具有中等驾驶技术的驾驶员在路段上保持安全、舒适行驶的最大速度。1、设计车速的概念说明：设计车速（计算行车速度）并不是驾驶人员在道路上所采用的车速。根据统计数据：当设计车速较低时，平均行车速度约为设计车速的80-90%当设计车速较高时，平均行车速度约为设计车速的60-70%2019/8/12372、设计车速作用确定道路几何尺寸的依据对曲线的半径、视距起着决定作用，对车道数、路肩等起到影响宽度。在山岭重丘区计算行车速度的大小还直接影响公路工程数量的大小和工程的难易程度，影响道路建设投资，可以根据实测资料，利用极限最小半径，确定山岭地区的计算行车速度公路等级极限最小半径（m)计算行车速度(km/h)备注一10060根据实测资料获得二60402019/8/1238设计车速（km/h）分级平原区山岭区高速公路120100、80、60一级公路10060二级公路8040三级公路6030四级4020公路设计车速3、设计车速的数值按不同计算行车速度设计的各路段长度不宜过短，一般高速公路15km，一、二级公路10km；各级公路需要改变行车速度时，在保证线形连续性的前提下，应设置过渡段和相应的标志城市道路设计车速的选取应该和道路的类型和级别有关：级别计算行车速度（km/h）快速路60、80Ⅰ50、60Ⅱ40、50主干道Ⅲ30、40Ⅰ40、50Ⅱ30、40次干道Ⅲ20、30Ⅰ30、40Ⅱ20、30支路Ⅲ202019/8/1240四、设计交通量（一）交通量的概念（二）设计交通量的计算（三）交通量的换算2019/8/12411、定义指在单位时间内通过道路某一断面或某一条车道的交通实体数量。注意：单位时间，可以是小时、天、分钟等根据需要决定。交通量与经济发展的速度、气候、物产、文化生活水平等多方面因素有关，且随着时间、地点的不同随机变化是交通管理、交通规划、道路设计等的重要依据。（一）交通量的定义2019/8/1242平均日交通量ADT31\30171365131\301371236511iiiiiiQMADTQWADTQAADT、月平均日交通量、周平均日交通量、年平均日交通量2019/8/1243（二）设计交通量设计交通量：作为道路规划和设计依据的交通量。设计年限平均日交通量设计小时交通量2019/8/1244指拟建道路到达远景设计年限时能达到的年平均日交通量。它是确定道路等级、道路结构和安全设施设计的基本数据。1、设计年限平均日交通量2019/8/1245Nt=N0.(1+r)t-1式中:Nt－设计年限的年平均日交通量;N0－基年的交通量;r－交通量的年递增率；t－设计年限。我国的《公路工程技术标准》规定：高速公路、一级公路的设计年限为20年；二级公路的设计年限为15年；三级、四级公路设计年限为10年。2、设计小时交通量取全年第30位小时交通量作为设计小时交通量。第30位小时交通量将全年8760小时交通量从大到小排列,排在第30位的小时交通量。2019/8/124730小时交通量的确定：设计小时交通量DHV=AADT×K将第30小时交通量和AADT比值K，称为设计小时交通量系数（公路）。高峰小时交通量系数（城市道路）。公路：K值在11%-15%，平均为13.3%，一般平原取13%，山区取15%;城市道路：K值在9%-14%。通常取为11%2019/8/1248设计小时交通量的应用对于多车道公路，运用设计小时交通量可以确定车道数和路幅宽度DHV=AADT*KN=DHV/C单W=W1*N其中：DHV：设计小时交通量（辆/h）N：车道数C单：每一条车道设计通行能力（辆/h）W：路幅宽度（m）W1：一条车道宽度（m）2019/8/1249对于双向二车道的道路:可不考虑交通量的方向分布,取双向交通量即可对于单向两车道以上的道路，应该考虑方向分布系数，设计小时交通量取单向交通量考虑行车方向不均匀系数时方向分布系数计算公式如下：%100D双向交通量主要行车方向的交通量K2019/8/1250DDHV-单向设计小时交通量;(辆/小时)AADT-设计年限的年平均日交通量(辆/天)K-设计小时交通量系数;KD-方向分布系数,即主要方向交通量与断面交通量的比值.车道数量为：DKKAADTDDHV22DKKCAADTCDDHVN单单2019/8/1251（三）交通量的换算在实测交通量的基础上，将不同类型的车辆按其占有的时间和空间不同，换算成标准车型的交通量。我国公路均以小客车为标准进行换算我国城市道路均以小客车为标准进行换算