一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法及系统，属于汽车试验场高速环道设计技术领域，包括获取圆曲线半径和麦克康奈尔曲线长，并根据圆曲线半径和麦克康奈尔曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处计算点的坐标；对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线；利用定距打断、正交偏移，获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据偏距计算麦克康奈尔曲线偏距处边桩坐标，实现任意里程和偏距的中、边桩坐标计算。

A macconnell curve fitting calculation method and system for high speed loop

【技术实现步骤摘要】
一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法及系统
本专利技术涉及汽车试验场高速环道设计
，特别涉及一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法及系统。
技术介绍
随着汽车行业的高速发展，国内汽车试验场的建造也日新月异，高高速试验道路是汽车试验场中至关重要的组成，其最大试车速度可达160～300Km/h，高速试验道路质量的优劣直接影响试车场的使用性能，受场地的局限，高速试验车道只能建设在有限的空间区域内，这样必然有曲线的存在。麦克康奈尔曲线是以人体对运动敏感度为准则设计的一种线形，在我国已建和在建的汽车试验场中均采用此种曲线。因麦克康奈尔曲线特性决定其只能计算出整步长处坐标，法线方位角以及非整步长位置处坐标都无法精确计算。长时间以来，针对上述这一难题都是靠经验采用以直代曲的办法施工，施工精度低，同时对于同一里程和同一偏距，因不同人的计算坐标而有所不同，给汽车试验场高速环道的建造带来了困扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
存在的问题，以能够计算任意位置处的中桩坐标。为实现以上目的，本专利技术采用一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，包括如下步骤：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标；对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线；获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据设计样条曲线距起点的长度和切线方向计算麦克康奈尔曲线任意里程处中、边桩坐标。进一步地，所述对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线，包括：将所述整步长处计算点拟合生成样条曲线；约束所述样条曲线的第一方位角和第二方位角，以生成所述设计线样条曲线，其中第一方位角为起点处的切线方位角，第二方位角为终点处的切线方位角。进一步地，所述根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标，包括：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和麦克康奈尔曲线长，确定麦克康奈尔曲线的计算步长；采用支距法积分计算出所述麦克康奈尔曲线各整步长处计算点的坐标。进一步地，还包括：采用正交偏移的方法向左、向右分别偏移所述设计线样条曲线，以分别得到左边线曲线和右边线曲线；从所述中桩坐标处向所述左边线曲线做垂线得到第一垂足，将第一垂足作为所述待计算里程处的左边桩；从所述中桩坐标处向所述右边线曲线做垂线得到第二垂足，将第二垂足作为所述待计算里程处的右边桩。进一步地，还包括：采用坐标反算的方法计算所述第一垂足到所述第二垂足的方位角，以作为所述待计算里程处的法线方位角。进一步地，还包括：根据所述待计算里程处中桩坐标和所述待计算里程处的法线方位角进行计算，采用坐标正算法计算任意偏距处的坐标。另一方面，采用一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算系统，包括第一计算模块、设计线样条曲线生成模块和中、边桩坐标计算模块；第一计算模块用于根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标；设计线样条曲线生成模块用于根据整步长处计算点的坐标，生成设计线样条曲线；中、边桩坐标计算模块用于获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据偏距计算麦克康奈尔曲线偏距处边桩坐标，实现任意里程和偏距的中、边桩坐标计算。进一步地，所述设计线样条曲线生成模块包括拟合单元和约束单元；拟合单元用于将所述整步长处计算点拟合生成样条曲线；约束单元用于约束所述样条曲线的第一方位角和第二方位角，以生成所述设计线样条曲线，其中第一方位角为起点处的切线方位角，第二方位角为终点处的切线方位角。进一步地，还包括正交偏移模块和法线方位角计算模块：正交偏移模块用于采用正交偏移的方法向左、向右分别偏移所述设计线样条曲线，以分别得到左边线曲线和右边线曲线；法线方位角计算模块用于：从所述中桩坐标处向所述左边线曲线做垂线得到第一垂足，将第一垂足作为所述待计算里程处的左边桩；从所述中桩坐标处向所述右边线曲线做垂线得到第二垂足，将第二垂足作为所述待计算里程处的右边桩；采用坐标反算的方法计算所述第一垂足到所述第二垂足的方位角，以作为所述待计算里程处的法线方位角。进一步地，还包括任意偏距处坐标计算模块，其用于采用坐标正算法对所述待计算里程处中桩坐标和所述待计算里程处的法线方位角进行计算，得到任意偏距处的坐标。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：本专利技术通过对整步长处计算点进行拟合处理，得到设计线样条曲线，利用待计算里程处距麦克康奈尔曲线起点的距离作为设定距离，来打断设计线样条曲线，在打断点处插入整步长处计算点，作为待计算里程处的中桩点，通过本方案可以计算任意位置处的中、边桩坐标。附图说明下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：图1是一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法的流程示意图；图2是麦克康奈尔曲线整步长拟合为设计线样条曲线示意图；图3是正交偏移设计线样条曲线示意图；图4是任意里程中桩坐标和法线方位角获取示意图；图5是一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算系统的结构示意图。具体实施方式为了更进一步说明本专利技术的特征，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的保护范围加以限制。如图1-图2所示，本实施例公开了一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，包括如下步骤S1至S3：S1、根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标；S2、对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线；S3、获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据偏距计算麦克康奈尔曲线偏距处边桩坐标，实现任意里程和偏距的中、边桩坐标计算。具体地，可以通过CAD辅助制图定距打断所述设计线样条曲线，并在第一个打断点处插入所述整步长处计算点，以将该整步长处计算点坐标作为待计算里程处的中桩坐标，其中所述定距为待计算里程处距麦克康奈尔曲线起点的距离。应当理解的是，设计样条曲线上任意位置处距起点的长度和切线方向的获取方法是多样的。借助CAD辅助制图是其中的一种获取方法，也可通过数学计算等方式获取，本申请不局限于采用何种方式获取。进一步地，上述步骤S1：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标，包括S11-S12：S11、根据圆曲线半径R、麦克康奈尔曲线起点方位角和麦克康奈尔曲线长L，确定麦克康奈尔曲线的计算步长△L；S12、采用支距法积分计算出所述麦克康奈尔曲线各整步长处计算点A的坐标。需要说明的是，在高速环道中麦克康奈尔曲线是介于直线和圆曲线之间的，其作用是连接直线与圆曲线起平滑过渡，所述圆曲线半径R即为相接圆曲线的半径，麦克康奈尔曲线半径从与直线相接处的+∞过渡到与圆曲线相接处的R。综合圆曲线半径R和麦克康奈尔曲线长L确定麦克康奈尔曲线的计算步长△L，麦克康奈尔曲线半径最小即为与圆曲线相接处的R，若半径为R的圆，弧长△L对应的弦长正矢小到对施工可忽略不计，那么麦克康奈尔曲线任一位置取长为△L的线段，连接两端点，正矢也小到对施工可忽略不计，同时考虑麦克康奈尔曲线侧摆角计要算分四段进行，△L的4的整数倍应等于L，并考虑计算量即可确定计算步长△L(受场地限制，国内汽车试验场半径R在280-600m之间、缓和曲线长S在300-450m之间，计算步长△L选择1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，包括：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标；对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线；获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据设计样条曲线距起点的长度和切线方向计算麦克康奈尔曲线任意里程处中、边桩坐标。

【技术特征摘要】
1.一种高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，包括：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标；对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线；获得设计样条曲线距起点的长度和法线方向，并根据设计样条曲线距起点的长度和切线方向计算麦克康奈尔曲线任意里程处中、边桩坐标。2.如权利要求1所述的高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，所述对整步长处计算点坐标拟合，生成设计线样条曲线，包括：将所述整步长处计算点拟合生成样条曲线；约束所述样条曲线的第一方位角和第二方位角，以生成所述设计线样条曲线，其中第一方位角为起点处的切线方位角，第二方位角为终点处的切线方位角。3.如权利要求1所述的高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，所述根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和曲线长计算麦克康奈尔曲线各整步长处的坐标，包括：根据圆曲线半径、麦克康奈尔曲线起点方位角和麦克康奈尔曲线长，确定麦克康奈尔曲线的计算步长；采用支距法积分计算出所述麦克康奈尔曲线各整步长处计算点的坐标。4.如权利要求1所述的高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，还包括：采用正交偏移的方法向左、向右分别偏移所述设计线样条曲线，以分别得到左边线曲线和右边线曲线；从所述中桩坐标处向所述左边线曲线做垂线得到第一垂足，将第一垂足作为所述待计算里程处的左边桩；从所述中桩坐标处向所述右边线曲线做垂线得到第二垂足，将第二垂足作为所述待计算里程处的右边桩。5.如权利要求4所述的高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，还包括：采用坐标反算的方法计算所述第一垂足到所述第二垂足的方位角，以作为所述待计算里程处的法线方位角。6.如权利要求5所述的高速环道麦克康奈尔曲线拟合计算方法，其特征在于，还包括：采用坐标正算法对所述待计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志强，张杰胜，程杰胜，丁圣文，陈奇，胡秀梅，肖健夫，戴震，刘瑞巧，
申请(专利权)人：中铁四局集团第一工程有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34