山区高速公路长下坡路段制动失灵车辆自救车道线形参数的研究方法.doc

论山区高速公路长下坡路段制动失灵车辆自救车道线形参数的研究方法中图分类号：u412.36+6文献标识码：a 文章编号：1.研究背景受地形或地质条件的限制，山区高速公路经常出现一些长下坡和陡坡，这些位置很容易因刹车失灵而导致严重的交通事故。制动失灵车辆自救车道（我国现行公路路线设计规范中称为“避险车道”，本项目中统一称为“制动失灵车辆自救车道”）是防止恶性事故发生的最主要的工程技术措施之一，国内外都有很多成功案例，避免了此类事故的发生。制动失灵车辆自救车道是设置在连续长下坡路段路侧，用集料铺筑的制动坡道，通过把失控车辆分离出主线交通流进入自救车道，车轮陷入集料制动坡道，并利用集料对滚动车轮的阻尼作用消减其运动能量，最终使失控车辆被强制减速而停车的一种特殊安全设施。这些制动失灵车辆自救车道的设置一般都是经验性的，并没有统一标准，致使制动失灵车辆自救车道设计不合理，导致部分制动失灵车辆自救车道的使用效果不理想，甚至出现制动失灵车辆自救车道不避险的现象，带来了事故隐患。主要表现为以下几点：a）由于车道入口或线形设置不合理，失控车辆驶入时不能很好地驶入车道，导致车辆侧翻或冲出车道；b）由于减速车道长度不够或坡度设置不合理，失控车辆未能在车道上停止，以致产生二次事故；c）由于制动失灵车辆自救车道横断面布局不合理，造成对失控车辆的施救困难，费时费力等。所以， 制动失灵车辆自救车道的有效设置应在选择合适的位置基础上，有必要对制动失灵车辆自救车道的标准横断面、夹角及制动路床的坡度等指标进行系统的研究，提高制动失灵车辆自救车道整体安全性能。2.制动失灵车辆自救车道标准横断面研究依据资料调研和实地调研的相关结论，一条完整的自救车道应包含引道部分、制动坡道部分和服务车道部分。在引道段，自救车道的横断面是引道与主线间的关系；在制动坡道段，自救车道的横断面包括制动坡道、服务车道及防撞护栏等。因此需要对引道、制动坡道和服务车道分项研究。2.1 引道的长度研究对于引道的长度美国nchrp 178truck escape ramp标准从视距角度提出多车道自救车道引道最小长度为305米；美国亚利桑那州一些自救车道的实地调研数据显示大多自救车道的引道长度大于200米；国内18条自救车道的实地调研结果显示一半多的自救车道引道长度集中在45米85米。国内外引道设置长度长短不一，只能作为实际应用中的参考数据。从引道设置长度理论计算的角度，国内外一些文献提出可根据3s行程、驾驶员的反应时间等计算引道长度，因而用于计算引道长度的失控车辆速度成为关键因素。一般情况下进入自救车道的失控车辆速度为100km/h120km/h，最高可达到150km/h，因此对应的引道设置长度为83m100m，最长可设置125m。当然，地形条件允许的情况下引道长度越长越有利于失控车辆自救，因此需要结合实际地形条件调整引道的设置长度。2.2 制动坡道宽度研究制动坡道宽度的影响因素主要包括失控车辆的车宽、是否考虑两辆以上车辆同时自救，地形条件以及工程造价等方面。依据国内外相关标准规范、论文、丛书等资料，已经对制动坡道的宽度设置范围提出了一个较明确的规定，即4.5米8米，在这个范围内制动坡道的宽度越宽越好。同时，国外调研资料表明同时两辆车辆进入自救车道避险的情况是少见的，若考虑同时两辆车辆避险的情况时，制动坡道宽度的建议值是9米12米。但同时允许两辆或更多车辆在短时间内相继进入避险车道，如果附属设施、引导设施设置不完备，而此时驶入车辆的司机往往又处于高度紧张慌乱之中，车辆在失控状态下造成二次事故的概率会加大。因此，建议只考虑按一辆货车驶入避险车道的情形来确定自救车道的宽度，即制动坡道的宽度范围是4.5米8米。假使存在需要停放两辆或更多车辆的情况，推荐采用在附近另设一处避险车道的方案。2.3 服务车道研究在地形条件允许的情况下，建设自救车道时，配套建设服务车道是很有必要的。服务车道除了可以提高施救的便利性外，其设置位置不同也对自救车道的安全性产生一定的影响。当服务车道设置在自救车道左侧时，可以使自救车道的制动路床更加远离行车主线，失控车辆进入自救车道自救时对主线行驶的正常车辆干扰较小；当服务车道设置在自救车道右侧时，由于服务车道与主线的角度更大，失控车辆误入服务车道的概率降低。服务车道的宽度主要取决于施救时所使用的大型清障车、拖车或吊车的车辆参数，车辆宽度是一个重要指标，根据我们对国内生产大型清障车、起重机厂家的咨询，具有拖拽或吊起六轴货车能力的施救车辆车宽一般在3m左右。结合国外资料和国内施救车辆的车宽参数，建议服务车道的设置宽度为3.7米4.3米。3.制动失灵车辆自救车道制动坡道与主线夹角研究国内外研究资料表明：当主线线形为直线时，制动坡道与主线的夹角是指制动坡道的轴线与主线道路轴线的夹角；当主线线形为曲线时，制动坡道与主线的夹角是指制动坡道的轴线与自救车道起点处对应道路轴线的切线方向的夹角。制动失效车辆在到达自救车道前, 受纵向力和横向力的共同作用。其中, 纵向力主要影响车辆的速度, 使制动失效车辆速度越来越大，因此, 纵向力将不作为转向稳定性验证的考虑范围。而横向力决定着汽车的横向稳定性, 尤其是汽车在转弯时, 如果转弯半径过小, 就会有横向滑移甚至横向倾覆的危险，因此可以参照正常情况下汽车在平曲线上行驶的特性来分析。为使车辆在转向过程中保持较高的稳定性，制动失灵车辆自救车道与主线间的夹角不应大于10。4.制动失灵车辆自救车道制动坡道纵坡研究依据国内外研究资料，制动坡道的纵坡与其长度、集料阻尼系数密切相关，确定制动坡道的原则一是确保车辆在坡度阻力和集料提供的摩擦阻力的合力作用下在制动坡道有效长度内安全地停下来，并留有一定的安全系数；二是制动坡道的纵坡对驾驶员不应产生恐惧的心理感受。4.1制动坡道纵坡与集料的关系根据相关研究资料，失控车辆是在坡度阻力和集料提供的摩擦阻力的合力作用下在制动坡道有效长度内安全地停下来，制动坡道长度计算公式如下：l=v22g(r+i)式中：l为避险车道的长度，单位m；v为进入避险车道时车辆的行驶速度， 单位ms；r为滚动阻力系数(参见表1)；i为避险车道的坡度值，单位；g为重力加速度，取9.8；自救车道坡度与集料的选用应满足减速率为0.2 g0.5 g的要求。根据上述公式，则有0.2r+i0.5，即0.2-ri0.5-r，当确定制动坡道的集料后，就可以计算得到制动坡道的纵坡范围值。例如，当集料为豆砾石时，则制动坡道的纵坡范围值为-0.05i0.25。4.2制动坡道纵坡与驾驶员心理的关系经过对部分使用过自救车道的驾驶员的访谈，在车辆发生刹车失灵后，一般情况下驾驶员的心理是非常恐慌的，需要迅速找到一处可以安全停车的位置进行自