一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A calculation method of recommended radius of circular curve for spiral tunnel of Expressway

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法
本专利技术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。
技术介绍
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，TokyoInstituteofTechnology、GeorgeWashingtonUniversity、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。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，本专利技术立足于螺旋隧道驾驶行为分析，从驾驶人行为的角度，研究驾驶行为随螺旋隧道曲线半径的变化规律，确定符合驾驶人行为特性的螺旋隧道圆曲线半径指标。本专利技术采用的技术方案如下：一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，包括如下步骤：S1，选择实验车辆；S2，确定螺旋隧道仿真建模关键参数；S3，确定螺旋隧道半径以及纵坡；S4，根据实验车辆、螺旋隧道仿真建模关键参数和螺旋隧道半径以及纵坡，建立螺旋隧道的三维仿真模型，并设置路面摩擦系数与附属设施的标定；S5，进行螺旋隧道仿真驾驶实验设计，根据实验要求选择预设数量的测试人员，并根据需要模拟的驾驶行为，建立不同工况下的实验分组；S6，根据S4建立的螺旋隧道的三维仿真模型，导入到仿真驾驶平台进行仿真实验，并根据S5设置的实验分组，进行模拟驾驶与数据采集，通过仿真驾驶平台得到驾驶行为数据；S7，按照S6的驾驶行为数据，计算不同测试驾驶员在不同模拟工况下对应的平均行车速度以及速度变异系数，并对平均行车速度以及不同工况下半径值进行回归分析，得到平均行驶速度与半径的关系，通过隧道运行速度临界值计算不同工况下对应的推荐半径取值范围，从而得到的螺旋隧道半径推荐值；将行车过程中的车辆横向偏移量与不同工况下圆曲线半径记性回归分析，并根据最大偏移量计算考虑车辆横向偏移的最小圆曲线半径，从而得到基于安全考虑的极限最小半径。S1中，选择实验车辆为小客车。S2的过程包括：确定螺旋隧道及螺旋隧道前后路段的设计速度，并根据设计速度确定螺旋隧道的平面指标、纵断面指标以及标准横断面。S3中，根据汽车前灯水平散射角、左转停车视距差异、右转停车视距差异、螺旋隧道的最大超高分别计算各自所对应的最小半径值；上坡和下坡的坡度均取定值。S4中，利用UC-winroad建立建立螺旋隧道的三维仿真模型。S6中，进行模拟驾驶与数据采集时，实验分组随机进行；以速度、速度变异系数和车道偏移作为螺旋隧道驾驶行为指标，以行驶时刻、行驶距离、行驶速度、方向盘转角、加速度、车辆三维坐标、车辆距离道路左侧边缘线的距离以及车辆距离道路右侧边缘线的距离为驾驶行为数据。速度变异系数CV如下：其中，SD——车速标准差，单位km/h；vi——第i名驾驶人的平均车速；n——样本总数；——各驾驶人平均车速，单位km/h。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法将驾驶仿真技术应用于螺旋隧道路段驾驶员行为分析，根据实验车辆、螺旋隧道仿真建模关键参数和螺旋隧道半径以及纵坡，建立螺旋隧道的三维仿真模型，三维仿真模型可以模拟出螺旋隧道的实际运行环境；运用多元回归方法对半径与运行速度、半径与偏移值进行回归分析，得到变量之间的相关关系；最后通过自解释理论与最大轨迹偏移阈值并结合上述回归关系，可得到螺旋隧道在不同工况下的半径推荐值。该方法操作流程较为简便，测试过程可控，能较好的拟合螺旋隧道的实际运行情况，结果与理论推导值较为接近，可为螺旋隧道规划设计阶段的半径取值提供借鉴，也为进一步研究车辆在螺旋隧道的运行特性提供理论支撑。附图说明图1为本专利技术高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法中螺旋隧道三维建模流程图；图2为本专利技术实施例中标准横断面图；图3为本专利技术实施例中考虑隧道行车偏移的左、右转隧道最不利视点位置示意图；图4为本专利技术实施例的仿真实验流程图；图5为本专利技术实施例中车辆横向偏移量计算示意图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，选择实验车辆；/nS2，确定螺旋隧道仿真建模关键参数；/nS3，确定螺旋隧道半径以及纵坡；/nS4，根据实验车辆、螺旋隧道仿真建模关键参数和螺旋隧道半径以及纵坡，建立螺旋隧道的三维仿真模型，并设置路面摩擦系数与附属设施的标定；/nS5，进行螺旋隧道仿真驾驶实验设计，根据实验要求选择预设数量的测试人员，并根据需要模拟的驾驶行为，建立不同工况下的实验分组；/nS6，根据S4建立的螺旋隧道的三维仿真模型，导入到仿真驾驶平台进行仿真实验，并根据S5设置的实验分组，进行模拟驾驶与数据采集，通过仿真驾驶平台得到驾驶行为数据；/nS7，按照S6的驾驶行为数据，计算不同测试驾驶员在不同模拟工况下对应的平均行车速度以及速度变异系数，并对平均行车速度以及不同工况下半径值进行回归分析，得到平均行驶速度与半径的关系，通过隧道运行速度临界值计算不同工况下对应的推荐半径取值范围，从而得到的螺旋隧道半径推荐值；将行车过程中的车辆横向偏移量与不同工况下圆曲线半径记性回归分析，并根据最大偏移量计算考虑车辆横向偏移的最小圆曲线半径，从而得到基于安全考虑的极限最小半径。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，选择实验车辆；
S2，确定螺旋隧道仿真建模关键参数；
S3，确定螺旋隧道半径以及纵坡；
S4，根据实验车辆、螺旋隧道仿真建模关键参数和螺旋隧道半径以及纵坡，建立螺旋隧道的三维仿真模型，并设置路面摩擦系数与附属设施的标定；
S5，进行螺旋隧道仿真驾驶实验设计，根据实验要求选择预设数量的测试人员，并根据需要模拟的驾驶行为，建立不同工况下的实验分组；
S6，根据S4建立的螺旋隧道的三维仿真模型，导入到仿真驾驶平台进行仿真实验，并根据S5设置的实验分组，进行模拟驾驶与数据采集，通过仿真驾驶平台得到驾驶行为数据；
S7，按照S6的驾驶行为数据，计算不同测试驾驶员在不同模拟工况下对应的平均行车速度以及速度变异系数，并对平均行车速度以及不同工况下半径值进行回归分析，得到平均行驶速度与半径的关系，通过隧道运行速度临界值计算不同工况下对应的推荐半径取值范围，从而得到的螺旋隧道半径推荐值；将行车过程中的车辆横向偏移量与不同工况下圆曲线半径记性回归分析，并根据最大偏移量计算考虑车辆横向偏移的最小圆曲线半径，从而得到基于安全考虑的极限最小半径。


2.根据权利要求1所述的一种高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，其特征在于，S1中，选择实验车辆为小客车。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，张驰，向德龙，王博，罗昱伟，张宏，李枭，孙冰冰，胡瑞来，向宇杰，伊力夏提·奥斯曼，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61