第章道路線形設(shè)計理論課件

第2章道路線形設(shè)計理論內(nèi)容提要基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論平曲線半徑設(shè)計縱坡及坡長設(shè)計超高設(shè)計基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論平曲線半徑設(shè)計縱坡設(shè)計超高設(shè)計彎坡設(shè)計2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（1）圓曲線半徑計算汽車在曲線內(nèi)側(cè)行駛所產(chǎn)生的橫向力Y：離心力C：2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（2）公路圓曲線最小半徑確定公路圓曲線最小半徑有三種值：圓曲線最小半徑極限值圓曲線最小半徑一般值不設(shè)超高的圓曲線最小半徑2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（2）公路圓曲線最小半徑確定圓曲線最小半徑極限值設(shè)計速度(km/h)1201008060403020橫向力系數(shù)0.100.120.130.150.150.160.17i=10%570360220115503015i=8%650400250125553015i=6%7104402701356035152.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（2）公路圓曲線最小半徑確定圓曲線最小半徑一般值設(shè)計速度(km/h)1201008060403020橫向力系數(shù)0.050.050.060.060.060.050.05超高值(%)6678766圓曲線最小半徑一般值100070040020010065302.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（2）公路圓曲線最小半徑確定不設(shè)超高的圓曲線最小半徑當(dāng)路拱橫坡為1.5%時，橫向力系數(shù)采用0.035；當(dāng)路拱橫坡為2.0%時，橫向力系數(shù)采用0.040;當(dāng)路拱橫坡為2.5%時，橫向力系數(shù)采用0.040；當(dāng)路拱橫坡為3.0%時，橫向力系數(shù)采用0.045；當(dāng)路拱橫坡為3.5%時，橫向力系數(shù)采用0.050。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（2）公路圓曲線最小半徑確定不設(shè)超高的圓曲線最小半徑設(shè)計速度(km/h)1201008060403020i路拱≤2.0%μ＝0.035～0.0405500400025001500600350150i路拱>2.0%μ＝0.040～0.05075505250335019008504502002.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（3）城市道路圓曲線最小半徑確定城市道路圓曲線最小半徑有三種值：不設(shè)超高最小半徑設(shè)超高最小半徑一般值設(shè)超高最小半徑極限值2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（3）城市道路圓曲線最小半徑確定不設(shè)超高最小半徑設(shè)計速度/(km/h)100806050403020橫向力系數(shù)μ0.0670.0670.0670.0670.0670.0670.067路面橫坡度i-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02-0.02計算值/m1675107260341926815167采用值/m16001000600400300150702.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（3）城市道路圓曲線最小半徑確定為何城市道路圓曲線最小半徑計算時，μ值較公路大？在城市道路建成區(qū)，由于兩側(cè)建筑已形成，如設(shè)超高，則兩側(cè)建筑物標(biāo)高不宜配合而且影響街道景觀。城市道路由于非機(jī)動車的干擾，交叉口較多，一般車速偏低。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（3）城市道路圓曲線最小半徑確定設(shè)超高最小半徑一般值設(shè)計速度/(km/h)100806050403020橫向力系數(shù)μ0.0670.0670.0670.0670.0670.0670.067路面橫坡度i0.060.060.040.040.020.020.02計算值/m6203972651841458136采用值/m65040030020015085402.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.1平曲線半徑設(shè)計（3）城市道路圓曲線最小半徑確定設(shè)超高最小半徑極限值設(shè)計速度/(km/h)100806050403020橫向力系數(shù)μ0.140.140.150.160.160.160.16路面橫坡度i0.060.060.040.040.020.020.02計算值/m39425214998703917采用值/m4002501501007040202.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計最大縱坡橋上及橋頭縱坡平均縱坡緩和坡段合成坡度2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計最大縱坡最大縱坡值直接影響路線長度、道路使用質(zhì)量、行車安全及運(yùn)輸成本和工程經(jīng)濟(jì)性。道路最大縱坡依據(jù)汽車的動力特性、道路等級、自然條件、行車安全及工程與運(yùn)營經(jīng)濟(jì)等因素確定2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計最大縱坡公路最大縱坡設(shè)計速度為120km/h、100m/h、80km/h的高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡值可增加1%；公路改建中，設(shè)計速度為40km/h、30km/h、20km/h的利用原有公路的路段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡值可增加1%。設(shè)計速度(km/h)1201008060403020最大縱坡(%)34567892.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計最大縱坡城市道路最大縱坡海拔3000m~4000m的高原城市道路的最大縱坡度按表列值減小1%；積雪寒冷地區(qū)最大縱坡推薦值不得超過6%。設(shè)計速度(km/h)100806050403020最大縱坡一般值(%)3455.5678最大縱坡極限值(%)456782.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計橋上及橋頭縱坡①小橋、涵洞

小橋、涵洞縱坡按路線規(guī)定進(jìn)行設(shè)計；②大、中橋

大、中橋上的縱坡不宜大于5%；③位于市鎮(zhèn)附近非汽車交通較多的路段

橋上及橋頭引道縱坡均不得大于3%；④緊接大、中橋橋頭兩端的引道縱坡

應(yīng)與橋上縱坡相同。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計平均縱坡定義：在一定長度范圍內(nèi)，路線上兩點(diǎn)間的高差值與相應(yīng)水平距離之比，是衡量縱斷面線形設(shè)計質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。越嶺線連續(xù)上坡或下坡路段，相對高差為200m~500m時，平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對高差大于500m時，平均縱坡不應(yīng)大于5%。任意連續(xù)3km路段的平均縱坡不應(yīng)大于5.5%。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計緩和坡段山嶺、重丘區(qū)的公路，由于汽車連續(xù)行駛在較大陡坡上，將影響汽車發(fā)動機(jī)的正常使用，并危及行車安全，故當(dāng)連續(xù)縱坡大于5%時，應(yīng)在其間設(shè)置縱坡不大于3%的緩和路段，其長度不應(yīng)小于100m。否則，即使整個坡段完全符合最大縱坡和坡長限制的規(guī)定，服務(wù)水平也不會很高。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（1）縱坡設(shè)計合成坡度路線縱坡與路拱橫坡或彎道超高橫坡的矢量和，其坡度方向即流水線方向。在冰滑、潮濕路段，車輛容易沿合成坡度方向產(chǎn)生滑溜，尤其在急彎陡坡處，由于合成坡度的影響，汽車重心發(fā)生偏移，將影響行車安全，甚至造成惡性交通事故。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

公路最大允許合成坡度城市道路最大允許合成坡度注：積雪地區(qū)各級道路的合成坡度應(yīng)小于或等于6%。公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路設(shè)計速度(km/h)1201008010080608060403020合成坡度(%)101010.51010.510.59109.51010設(shè)計速度(km/h)100、806050403020合成坡度(%)77.07.08.02.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（2）坡長設(shè)計最大坡長最小坡長組合坡長2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（2）坡長設(shè)計最大坡長汽車沿長距離的陡坡上坡時，因需長時間低檔行駛，易引起發(fā)動機(jī)效率降低。下坡時，由于頻繁剎車將縮短制動系統(tǒng)的使用壽命，影響行車安全。根據(jù)汽車的爬坡能力，以末速度約降低至設(shè)計車速的一半考慮，對縱坡的最大長度予以限制。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

公路最大坡長城市道路最大坡長設(shè)計速度(km/h)縱坡坡度(%)12010080604030203900100011001200－－470080090010001100110012005－60070080090090010006－－5006007007008007－－－－5005006008－－－－3003004009－－－－－20030010－－－－－－200設(shè)計速度10080605040縱坡度(%)4566.5766.576.578縱坡限制長度7006004003503003503002503002502002.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（2）坡長設(shè)計最小坡長如果坡長過短，變坡點(diǎn)增多，形成“鋸齒形”路段，容易造成行車起伏頻繁，影響公路的服務(wù)水平，減少公路的使用壽命，因此，應(yīng)減少縱坡上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。此外，相鄰變坡點(diǎn)間距應(yīng)不小于兩豎曲線間的切線長，以便插入適當(dāng)?shù)呢Q曲線。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

公路最小坡長城市道路最小坡長設(shè)計速度(km/h)1201008060403020最小坡長(m)30025020015012010060設(shè)計速度(km/h)100806050403020最小坡長(m)25020015013011085602.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.2縱坡及坡長設(shè)計（2）坡長設(shè)計組合坡長當(dāng)連續(xù)縱坡是由幾個不同受限坡度值的坡段組合而成時，應(yīng)按不同坡度的坡長限制折算確定。如設(shè)計速度為40km/h的公路某段8%的縱坡，長為120m，該長度是相應(yīng)限制坡長(300m)的2/5；相鄰坡段的縱坡為7%，則其坡長不應(yīng)超過相應(yīng)限制坡長(500m)的(1-2/5)，即500×3/5=300m。也就是說8%縱坡設(shè)計120m后，還可以接著設(shè)計7%縱坡段300m，其后需設(shè)置緩和坡段。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.3超高設(shè)計（1）超高橫坡度計算超高度iy時，在一定的設(shè)計速度條件下，取用變動的橫向力系數(shù)μ，其變化范圍為μ＝0.035～0.17，且隨半徑的增大而減小，計算時可參考《標(biāo)準(zhǔn)》中在計算圓曲線最小半徑極限值、一般值和不設(shè)超高的圓曲線最小半徑采用的μ值進(jìn)行擬合計算。此外，為避免車輛由于超高橫坡度過大而產(chǎn)生橫向位移，《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTGD60-2006)規(guī)定了最大超高橫坡度。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.3超高設(shè)計（1）超高橫坡度高速公路、一級公路正常情況下采用8%，交通組成中小客車比例高時可采用10%。各級公路圓曲線最大超高值公路等級高速公路、一級公路二、三、四級公路一般地區(qū)(%)8或108積雪冰凍地區(qū)(%)62.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.3超高設(shè)計（1）超高橫坡度二、三、四級公路接近城鎮(zhèn)且混合交通量較大的路段，車速受到限制時，其最大超高值可按下表執(zhí)行。車速受限時的公路最大超高值設(shè)計速度(km/h)806040、30、20超高值(%)6422.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.3超高設(shè)計（1）超高橫坡度城市道路圓曲線半徑小于不設(shè)超高最小半徑時，在圓曲線范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)超高，最大超高橫坡度按下表執(zhí)行。城市道路圓曲線最大超高橫坡度設(shè)計速度(km/h)100、8060、5040、30、20超高值(%)6422.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

（2）超高過渡方式無中間帶公路當(dāng)超高橫坡度等于路拱坡度時，將外側(cè)車道繞路中線旋轉(zhuǎn)，直至超高橫坡值。當(dāng)超高橫坡度大于路拱坡度時，可采用以下三種過渡方式：1)繞內(nèi)側(cè)車道邊緣旋轉(zhuǎn)，新建工程宜采用此種方式；2)繞中線旋轉(zhuǎn)，改建工程可采用此種方式；3)繞外側(cè)車道邊緣旋轉(zhuǎn)，路基外緣標(biāo)高受限制或路容美觀有特殊要求時可采用此種方式。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

（2）超高過渡方式有中間帶公路繞中間帶的中心線旋轉(zhuǎn)，中間帶寬度小于或等于4.5m的公路可采用；繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，各種寬度中間帶的公路均可采用；分別繞行車道中線旋轉(zhuǎn)，車道數(shù)大于4條的公路可采用。對于分離式路基公路，其超高過渡方式宜按無中間帶公路分別予以過渡2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

（2）超高過渡方式城市道路根據(jù)地形狀況、車道數(shù)、超高橫坡度值、橫斷面型式、便于排水、路容美觀等因素決定。單幅路路面寬度及三幅路機(jī)動車道路面寬度宜繞中線旋轉(zhuǎn)。雙幅路路面寬度及四幅路機(jī)動車道路面寬度宜繞中間分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，使兩側(cè)車行道各自成為獨(dú)立的超高橫斷面。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

2.1.3超高設(shè)計（3）超高過渡段由直線段的雙向路拱橫斷面逐漸過渡到圓曲線段的全超高單向橫斷面，其間必須設(shè)置超高過渡段。B’——旋轉(zhuǎn)軸至行車道(設(shè)路緣帶時為路緣帶)外側(cè)邊緣的寬度，m；Δi——超高坡度與路拱坡度代數(shù)差，%；q——超高漸變率，即旋轉(zhuǎn)軸線與行車道外側(cè)邊緣線之間相對升降的比率。2.1基于汽車行駛穩(wěn)定性的道路線形設(shè)計理論

公路超高漸變率城市道路超高漸變率設(shè)計速度(km/h)超高旋轉(zhuǎn)軸位置中線邊線1201/2501/2001001/2251/175801/2001/150601/1751/125401/1501/100301/1251/75201/1001/50設(shè)計速度(km/h)100806050403020超高漸變率1/1751/1501/1251/1151/1001/751/502.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.1現(xiàn)有設(shè)計理論的缺陷北京工業(yè)大學(xué)任福田教授于90年代初首次提出“道路線形設(shè)計新理論”。該新理論認(rèn)為：現(xiàn)行以“汽車行駛理論”為基礎(chǔ)的道路設(shè)計理論僅僅是保障了汽車在運(yùn)動學(xué)方面的最小安全性，而未充分考慮道路使用者的心理生理特性與要求。平面設(shè)計中，平曲線半徑的確定原理是以標(biāo)準(zhǔn)汽車以一定速度通過彎道時的橫向穩(wěn)定性為前提的，在其計算公式中，橫向力系數(shù)是與人的舒適感受相聯(lián)系的，即橫向力系數(shù)越小，舒適性越好，其缺點(diǎn)首先是舒適性感受是一個定性的指標(biāo)；其次，橫向力系數(shù)的確定只孤立地考慮了該曲線自身的情況。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.1現(xiàn)有設(shè)計理論的缺陷縱斷面設(shè)計時，最大縱坡和坡長的確定是根據(jù)汽車的動力特性、道路等級、自然條件及工程運(yùn)營經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮的，在汽車方面可謂考慮得周全備至，在駕駛員方面，除了下陡坡時注意到了駕駛員的因素外，其他方面都沒有考慮道路使用者的感受與反應(yīng)。在橫斷面方面，車道寬是以標(biāo)準(zhǔn)車的橫向尺寸加橫向擺動寬構(gòu)成的。路肩寬度則主要是考慮對行車道的保護(hù)及方便臨時停車。其實不管是車道寬還是路肩寬，不同的車道寬和路肩寬對行車的駕駛員肯定會構(gòu)成不同的心理、生理反應(yīng)，從而影響安全與舒適。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.1現(xiàn)有設(shè)計理論的缺陷道路線形設(shè)計新理論提出：以道路使用者的交通需求和生理-心理反應(yīng)特征作為道路線形設(shè)計的理論基礎(chǔ)，用動的觀點(diǎn)設(shè)計路線的各個元素，力求協(xié)調(diào)。用道路線形設(shè)計新理論來檢查現(xiàn)行以“汽車行駛理論”為基礎(chǔ)的道路平、縱、橫設(shè)計主要指標(biāo)的選取情況。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.2道路交通中的人類工效學(xué)需求人類工效學(xué)也稱人機(jī)工程學(xué)、人因工程學(xué)等，國外開始于30年代。人類工效學(xué)的基本定義為：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計的機(jī)器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特征，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。道路交通是由人、機(jī)、環(huán)境組成的一個復(fù)雜的動態(tài)的人機(jī)系統(tǒng)。在此，“機(jī)”不光是指汽車，還包括道路；環(huán)境也不光是指駕駛員所處的駕駛室，還指道路沿線與行車有關(guān)的方方面面。一般人-機(jī)系統(tǒng)的“機(jī)”與環(huán)境都是相對固定和靜止的，而道路交通系統(tǒng)中的“機(jī)”和環(huán)境則是動態(tài)變化的。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.2道路交通中的人類工效學(xué)需求以往對道路交通系統(tǒng)中的人與汽車之間的“小”人機(jī)系統(tǒng)研究得較多，但對道路設(shè)施怎樣符合動態(tài)的駕駛員的心理、生理要求研究欠少，因而常常發(fā)生交通安全問題。應(yīng)當(dāng)把人機(jī)工程學(xué)理論和原理應(yīng)用于其中，體現(xiàn)處處以人為主體的，人、機(jī)、路、環(huán)境系統(tǒng)的最佳協(xié)調(diào)。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.3駕駛員舒適性基礎(chǔ)理論與緊張度分析方法（1）駕駛員心理與生理特征解剖學(xué)家把神經(jīng)系統(tǒng)分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)兩部分。中樞神經(jīng)系統(tǒng)由腦和脊髓組成；周圍神經(jīng)系統(tǒng)包括軀干和植物神經(jīng)系統(tǒng)。周圍神經(jīng)系統(tǒng)廣布全身，把全身各器官與中樞神經(jīng)聯(lián)系起來，以使中樞神經(jīng)系統(tǒng)實現(xiàn)對整個機(jī)體的調(diào)節(jié)。交通環(huán)境刺激通過傳入神經(jīng)作用于駕駛員，駕駛員經(jīng)過大腦皮層初步的認(rèn)知活動，根據(jù)已有的經(jīng)驗判斷，做出駕駛行為的決策。這種決策再通過大腦皮層傳出神經(jīng)，將意志決定傳給效應(yīng)器官，做出恰當(dāng)?shù)膭幼餍?yīng)，從而使駕駛員安全駕駛。各個過程相互聯(lián)系、相互制約，構(gòu)成一個完整的心理活動的整體。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.3駕駛員舒適性基礎(chǔ)理論與緊張度分析方法（2）駕駛員行車緊張性與心率的關(guān)系對于同一個人，心率的大小會受其病理、飲食、姿勢、情緒和智力活動的影響。如果在其他條件相對不變的情況下，給某人以緊張的刺激，則該人的心率會隨著刺激強(qiáng)弱而發(fā)生變化。駕駛員在道路上行車，時刻會有來自道路線形、車輛和環(huán)境等方面的刺激。以道路為例，如果道路線形在某些部位出現(xiàn)急彎陡坡，或者組合連接不順，則駕駛員行車至這些路段，會因為緊張而引起心率急速加快。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.3駕駛員舒適性基礎(chǔ)理論與緊張度分析方法（2）駕駛員行車緊張性與心率的關(guān)系對于緊張與心率間的關(guān)系，生理學(xué)上的分析如下：駕駛員從一段長直線路段高速進(jìn)入小彎道之前，小彎道的形狀會轉(zhuǎn)變成視覺刺激進(jìn)入駕駛員的腦中樞；腦中樞依據(jù)視覺刺激的強(qiáng)弱，經(jīng)快速處理后將沖動傳至脊髓上的交感神經(jīng)，使駕駛員的交感神經(jīng)產(chǎn)生興奮；交感神經(jīng)的興奮，使其節(jié)后纖維釋放的去甲腎上腺素增多，促使Ca2+從心肌細(xì)胞膜外向膜內(nèi)流；心肌細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度的改變，必將對心肌細(xì)胞的生物電活動和生理特性產(chǎn)生明顯的影響，從而影響到駕駛員心率的快慢變化。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.3駕駛員舒適性基礎(chǔ)理論與緊張度分析方法（3）駕駛員緊張度的分析心率能很好地反映車速和道路線形對駕駛員行車緊張性的影響。因此，可以用心率這個人體最普通的生理反應(yīng)指標(biāo)來研究駕駛員行車時心理緊張與車速和道路線形之間的關(guān)系。用心率來表示駕駛員的心理緊張程度是符合實際的，而且有一定的規(guī)律性，但是不同素質(zhì)的駕駛員心率是不同的，也就是說心率不能定量反映駕駛員的緊張程度。因為每個人的心理變化是一致的，所以可以用心率增長率來衡量人的緊張程度。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.3駕駛員舒適性基礎(chǔ)理論與緊張度分析方法（3）駕駛員緊張度的分析為了定量研究駕駛員緊張程度和實際操作的關(guān)系，用駕駛模擬艙對緊張度標(biāo)準(zhǔn)做了初步研究。駕駛員的舒適、緊張、恐懼感是三條垂直直線，直線的長度代表其離散程度。為了準(zhǔn)確研究緊張度的閾值，把舒適、緊張、恐懼感的特征值分別連接起來，低于最下線的區(qū)域為舒適區(qū)，高于最上線的區(qū)域為恐懼區(qū)?

在圖中各垂直線與15%位特征值連線的交點(diǎn)為舒適、緊張、恐懼理論閾值，分別為18%、27%、39%。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系具體確定和計算三參數(shù)(心率增量N、平曲線半徑R和車速V)樣本數(shù)據(jù)的方法是：1)確定行車試驗起點(diǎn)和終點(diǎn)間不受超車?被超車和跟車影響的時段；2)選擇包含有平曲線在內(nèi)的這些符合條件的時段；3)在其間找到每個平曲線的曲中點(diǎn)；4)計算曲中點(diǎn)左右5~6秒鐘內(nèi)行車速度和駕駛員心率增量的均值。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系由于平曲線半徑的離散性及樣本量較大，所以同一個平曲線半徑R上對應(yīng)有許多個速度值和心率值。對在R<2000m范圍內(nèi)的平曲線求同一半徑R所對應(yīng)的多個車速和心率數(shù)據(jù)的平均值，并按置信度為95%的置信區(qū)間剔除少數(shù)落在區(qū)間以外的數(shù)據(jù)，然后再求平均值。心率增量(次/min)23.6524.1323.3824.9724.4722.4521.5920.224.1620.7419.6820.5曲線半徑(m)200250300350400440450470500550600665行車速度(km/h)76.4380.0885.3396.7697.295.1297.0390.94102.897.0199.6197.14心率增量(次/min)22.2923.3519.8720.822.2719.4420.4620.8921.7222.0920--曲線半徑(m)700750770800900100012001500175018722000--行車速度(km/h)106.9110.2100107.6113.6107.4112.3113118.1123.1116.8--2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系平曲線上的行車速度，因主要只受平曲線半徑的影響，所以它們之間散點(diǎn)圖的規(guī)律性較強(qiáng)。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系因駕駛員在平曲線上的行車心率同時受車速和半徑的影響，所以R-N關(guān)系圖上的散點(diǎn)趨勢不十分清晰。即使這樣，仍可看出N隨R增大先急劇的降低，在R到達(dá)一定值Rl后，N隨R的增大沿水平方向上下波動。

這表明在R<Rl時，半徑對行車駕駛員緊張性的影響嚴(yán)重；反之在R>Rl時，影響變得輕微甚至消失。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系V-N之間的關(guān)系走向顯得非常模糊，散點(diǎn)圖有隨V增大N稍稍減小的趨勢；如果單純考慮V、N這兩個指標(biāo)的關(guān)系，這種趨勢與常理是背道而馳的，按常理，應(yīng)該是車速越高，駕駛員感覺心理越緊張。在V-N圖上，V小的一頭，就意味與其對應(yīng)的半徑也小。

在較小半徑的平曲線上行車，即使降低了車速，但由于離心力仍然存在，加上操縱上難度增加，駕駛員仍不知不覺地增加了緊張。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系V-N圖上V大的一頭，按常理，車速升高駕駛員緊張應(yīng)增加。但高的車速對應(yīng)著大的半徑，與速度的升高相比，大的半徑給駕駛員帶來行車的放松會足夠抵消因速度的增加而造成的緊張。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）自由流下駕駛員心率增量與平曲線半徑和車速間的關(guān)系通過上述對三參數(shù)關(guān)系的定性分析，再參照R-N和V-N間的散點(diǎn)規(guī)律，可以認(rèn)為R-N之間是呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系變化的，而V-N間呈近似線性的正冪函數(shù)關(guān)系變化，綜合這些分析可得到R、V、N三者間的關(guān)系模型是二元非線性的。N—心率增量，即駕駛員行車時平均心率與其靜止時平均心率之差，次/min；V—行車速度，km/h；R—平曲線半徑，m；bi—待定系數(shù)。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（2）平曲線上超車行駛時心率增量與半徑和車速的關(guān)系上述的各種狀況分析是在無超車、被超車和跟車影響下的純自由流環(huán)境中。事實上，駕駛員在道路上行車，隨時都有可能與道路上的其他車輛交匯，發(fā)生超車、被超車和跟車。接下來主要分析在有其他車流影響的條件下，駕駛員在平曲線上的駕車行為特性及心理、生理的反應(yīng)。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（2）平曲線上超車行駛時心率增量與半徑和車速的關(guān)系R-V之間仍然存在較密切的相關(guān)，兩者的回歸曲線依然存在，且該曲線與無車流影響時的R-V回歸曲線相比，除整體升高外，形狀上大體和無車流影響時的R-V曲線相同。曲線在坐標(biāo)圖上的位置整體升高，意味著大部分時候超車行駛比正常行駛需要更高的速度。

除非是前方道路上同時出現(xiàn)了兩輛需要超越的車，或者是前方只有一輛待超越的車，但這輛車的橫向行駛狀態(tài)很不穩(wěn)定，否則后車的駕駛員是不會先降速，再伺機(jī)加速超車的。圖中有一些點(diǎn)的車速很低，反應(yīng)了某些超車行駛的危險性，駕駛員在這些地方不得不把車速降得很低。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

散點(diǎn)圖的形狀已沒有了自由流下行車時的那種規(guī)律，心率增量大小的離散性大大增加。

這意味著超車行使時，駕駛員的心理緊張是忽輕忽重的。此時駕駛員行車的緊張，完全由前車的車型、行駛狀態(tài)和車速決定。

視前車的速度和橫向占用車道或擺動的情況，即使是在相同的路段，駕駛員有時會毫無反應(yīng)地完成超車，有時卻要付出心理高度緊張的代價。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（3）夜間行車時心率增量與平曲線半徑和車速的的關(guān)系夜間行車時駕駛員的視野減小，視覺清晰度降低，與白天行車時相比，應(yīng)該感覺更加緊張。定量研究在無其他車流影響的條件下，駕駛員在夜間行車時平曲線半徑、車速和心率增量之間的關(guān)系。心率增量(次/min)20.9920.5216.6418.8218.2922.2216.0617.1716.8918.4720.28曲線半徑(m)200250300350400450470500550600665行車速度(km/h)67.0665.8478.3078.3078.9879.0273.4183.0770.7084.4765.82心率增量(次/min)15.2720.1217.2621.3716.9623.7316.3017.7719.4423.2815.08曲線半徑(m)70075080010001500160020003000400050005080行車速度(km/h)87.4094.4275.7890.6779.7593.7680.2085.4482.5792.4476.822.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（3）夜間行車時心率增量與平曲線半徑和車速的的關(guān)系與白天行車時相比，三參數(shù)兩兩之間趨勢都大體上相同，只是幅度上有所變化。車速隨半徑R的增大仍舊呈先迅速后緩慢增加的趨勢，但車速與白天相比卻大大降低。相反，雖然車速與白天相比降低了很多，但心率增量卻稍稍有所升高，而且心率增量隨平曲線半徑變化的離散性更大，這些特性是由于黑夜給駕駛員的視野和視覺上帶來不便，以及偶爾受對向車燈的照射出現(xiàn)眩目而造成的。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（4）基于駕駛員心率增量的平曲線半徑推薦值這是一個二元線性方程，可以用最小二乘法由樣本數(shù)據(jù)確定出回歸系數(shù)B0、b1、b2。應(yīng)用三參數(shù)對應(yīng)的樣本值，按最小二乘法可求得回歸系數(shù)的值分別為b0=2.483，b1=0.756，b2=0.203。回歸模型的適用范圍為：200m<R<2000m。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.4基于駕駛員心率增量的平曲線半徑設(shè)計（3）夜間行車時心率增量與平曲線半徑和車速的的關(guān)系取研究路段的設(shè)計速度V=80km/h，代入則得到R-N的關(guān)系式：曲線在R=509m的左邊N隨R減少有較急劇的增加；在R=509m右邊N隨R增加而緩慢地減少。取50的整數(shù)倍，最終取駕駛員在平曲線上行車時心率發(fā)生陡緩變化的分界點(diǎn)半徑值為R=500m。

以此半徑作為設(shè)計車速為80km/h的高速公路符合行車駕駛員心生理需求的最小平曲線半徑值。把R=500m代入公式，即得對應(yīng)的心率增量為N=19.31次/min。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.5基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計（1）順直下坡路段對車速和心率的影響在順直路段上選擇自由流條件下的下坡路段，在行車試驗數(shù)據(jù)中求與每一縱坡值相對應(yīng)的車速和心率增量?？v坡(1/1000)381213162022車速(km/h)141128146.7137133142.5134.7心率增量(次/min)21.1521.721.5922.119.1524.6520.91縱坡(1/1000)24273032364050車速(km/h)133.7138.3138136.3132.3131115心率增量(次/min)22.2921.7219.9920.1319.2514.714.92.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）順直下坡路段對車速和心率的影響縱坡在ix=0~2.0%之間時，因重力沿縱坡方向分力的作用，使車輛沿縱坡方向產(chǎn)生一個加速度：。如果駕駛員在坡頂?shù)男熊囁俣炔皇翘貏e大，則其在小于2%以下的縱坡路段上下坡行駛時，一般不會做剎車操作，這也就是圖中在ix<2%范圍內(nèi)車速隨ix增大而緩緩上升的原因。模型的適用范圍為0<ix<5%，R=0.78。但是ix>2%以后，隨ix的不斷增大，重力分量引起下坡行駛車輛的加速度越來越大，而且這樣的路段讓駕駛員看起來有縱坡存在的感覺也越來越強(qiáng)。

迫于安全考慮駕駛員會隨縱坡的增大做不同強(qiáng)度的剎車操作，于是出現(xiàn)了圖中的ix>2%區(qū)域的曲線。

2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）順直下坡路段對車速和心率的影響雖然下坡時縱坡增大可能引起駕駛員的心率增加，但因隨縱坡增大駕駛員的行車制動不斷加強(qiáng)，從而車速也隨著降低。這樣不但抵消了駕駛員因縱坡增大而引起的緊張，而且還使駕駛員在相對較大的縱坡上以不大的車速行車時感受到了安全和舒適。模型的適用范圍為0<ix<5%，R=0.83。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.5基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計（2）順直上坡路段對車速和心率的影響除非駕駛員的視線在縱向上坡時受到遮擋，不然在線形設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的上坡坡度不會給駕駛員的行車帶來什么心理緊張上的影響。縱坡(1/1000)3812131622車速(km/h)117.3130136129127132心率增量(次/min)19.2919.122.6220.219.6620.04縱坡(1/1000)242730364050車速(km/h)123126132128.5120106.3心率增量(次/min)24.3119.0417.9918.1722.8318.622.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（2）順直上坡路段對車速和心率的影響上坡路段ix-V的關(guān)系曲線在形狀上與下坡路段的ix-V曲線完全相同。對比兩條曲線可以看出下坡時的ix-V曲線似乎就是上坡時的ix-V曲線向上平移了一個距離一樣，這個平移的距離大約8km/h。不過雖然上、下坡兩曲線的形狀相似，但曲線變化的本質(zhì)原因卻有區(qū)別。

在上坡的ix-V曲線中，之所以也在縱坡2%左右出現(xiàn)了車速的分水嶺，是因為在ix<2%的范圍內(nèi)，隨ix的增大，駕駛員已對上坡坡度有所感覺，而且此時產(chǎn)生加速的牽引力只被車輛的重力分力抵消了很小的一部分，容易給車輛進(jìn)行加速，從而使車速隨ix的增大而增大。

但在ix>2%的范圍內(nèi)，一方面隨ix增大重力分量也增大，使加速度的得來漸漸變難；另一方面隨ix增大縱向視距會越來越短，這樣會迫使駕駛員放棄加速，這兩方面原因就造成了V隨ix增大而減少。模型的適用范圍為0<ix<5%，R=0.84。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（2）順直上坡路段對車速和心率的影響上坡時的ix-N曲線不像下坡時的ix-N曲線那樣隨車速的變化而有較強(qiáng)的變化規(guī)律，而且上坡行駛時的ix-N相關(guān)性很低。上坡路段在ix>2%以后，隨ix增大之所以N不隨V的下降而快速下降，可能是因為越來越陡的縱坡使縱向視距的長度越來越有限，從而引起駕駛員心理的某種緊張。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.5基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計（3）基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計推薦值大量數(shù)據(jù)研究表明，駕駛員心率增量與上、下坡路段的坡度可以進(jìn)行多項式擬合。在設(shè)計速度為80km/h的高速公路路段上，在下坡不制動及上坡加速情況下，對駕駛員心率增量與下坡路段坡度進(jìn)行擬合。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（3）基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計推薦值當(dāng)下坡坡度小于2%時，心率增量較小，駕駛員沒有明顯感覺緊張，且心率增量隨著坡度的增加而線性增加；

當(dāng)縱坡達(dá)到2%時，心率增量值與安靜時的心率的比值大于30%，駕駛員心理較為緊張；

當(dāng)縱坡達(dá)到6%左右時，駕駛員心率增量值與安靜時的心率的比值大于40%，心理非常緊張，容易產(chǎn)生交通事故。

因此，設(shè)計速度為80km/h的高速公路，建議下坡路段的縱坡值不宜大于6%。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（3）基于駕駛員心率增量的縱坡設(shè)計推薦值當(dāng)上坡坡度小于3%時，由于坡度較小，駕駛員不易感知，心率增量變化不明顯，沒有明顯感覺緊張；

當(dāng)縱坡大于3%而小于7%時，駕駛員心率增量變化率增大，駕駛員對縱坡坡度的敏感性增加，心率增量值與安靜時的心率的比值大于30%，心理較為緊張；

當(dāng)縱坡達(dá)到7%時，駕駛員心率增量值與安靜時的心率的比值大于40%，心理非常緊張，容易產(chǎn)生交通事故，在此路段上應(yīng)設(shè)置嚴(yán)禁超車、嚴(yán)禁超速等標(biāo)志牌，以保證其安全性。

因此，設(shè)計速度為80km/h的高速公路，建議上坡路段的縱坡值不宜大于7%。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.6基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計（1）超高對運(yùn)行速度的影響其相關(guān)系數(shù)R=0.8923；適用條件是：半徑為20~350m、設(shè)計車速為40km/h、坡度為-2.5%~2.5%、超高值小于10%的雙車道公路。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.6基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計（2）超高對駕駛員心率增量的影響其相關(guān)系數(shù)R=0.717；適用條件是：半徑為20~350m、設(shè)計車速為40km/h、坡度為-2.5%~2.5%，超高值小于10%的雙車道公路。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.6基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計（3）橫向力系數(shù)對駕駛員心率增量的影響在不同半徑的平曲線上，根據(jù)曲線超高和實測車速，使用如下公式，便可得到實測橫向力系數(shù)μ值：相關(guān)系數(shù)R=0.9616；適用條件是：半徑為20~350m、設(shè)計車速為40km/h、坡度為-2.5%~2.5%，超高值小于10%的雙車道公路。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（3）橫向力系數(shù)對駕駛員心率增量的影響心率增增量與橫向力系數(shù)呈線性關(guān)系，且心率增量30次/min和40次/min分別對應(yīng)于橫向力系數(shù)0.15和0.39。根據(jù)前人對駕駛員的感覺度的研究，認(rèn)為μ<0.15的橫向力系數(shù)是比較舒適的值；μ>0.39的橫向力系數(shù)值是應(yīng)該杜絕的；μ為0.15~0.39之間的橫向力系數(shù)是可以忍受的值。從另一方面也說明了心率增量為30次/min是舒適閾值，心率增量為40次/min是安全閾值。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（3）橫向力系數(shù)對駕駛員心率增量的影響橫向力系數(shù)與心率增長率和駕駛員的感覺對照表橫向力系數(shù)心率增量駛過曲線時的感覺0.1028次/min感覺不到有曲線存在，駕駛員不緊張0.1530次/min稍感到有曲線，但沒有什么不舒服的感覺，駕駛員不緊張，不會使駕駛員疲倦0.2032次/min感覺到通過曲線，無不舒服感覺，稍有不穩(wěn)定感，多數(shù)駕駛員明顯緊張0.2534次/min40%的駕駛員對曲線上行車感到不舒服0.3036次/min所有通過曲線的人都感到不舒服0.3538次/min駛過曲線感到非常不舒服，駕駛員的緊張情緒急劇增長，有滑向路邊的危險

0.4040次/min乘客感到非常不穩(wěn)定，站立不住，欲倒，車輛有傾覆的危險0.5045次/min杜絕值，駕駛員有恐懼感，車輛易發(fā)生傾覆2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.6基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計（4）基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計推薦值運(yùn)行速度隨著超高值的增加而增加，超高值在5%以內(nèi)速度增長的較快，而且超高值在4%的時候曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，此時的行車速度到達(dá)85%位車速；

超高值大于8%時速度增長的比較緩趨于直線，速度維持在58km/h；

所以建議在設(shè)置超高時應(yīng)盡量大于4%，以保證駕駛員能舒適的道路上以85%位車速自由行車。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.6基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計（4）基于駕駛員心率增量的超高設(shè)計推薦值超高值在3%以下，心率增量隨著超高值的減少而增加，且變化的幅度比較緩，而實際的超高值過小，就引起駕駛員在曲線上行車的心理緊張。

在超高值為3%以上時，心率增量隨超高的增加而增加，當(dāng)超高值為2%、5.5%時對應(yīng)的心率增量30次/min。

所以建議2%為最小的超高值，車速為85%時的超高值5.5%為舒適值，當(dāng)超高值為8%時的曲線對應(yīng)心率增量為40次/min，所以建議8%為最大超高值。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.7基于駕駛員心率增量的彎坡設(shè)計彎坡組合路段是道路行車的一個不舒適且不安全的地點(diǎn)，駕駛員既要忙于操縱方向盤，又要注意對下坡處重力分量引起的車輛前行的動力加以適當(dāng)?shù)闹苿蛹皩ι掀聲r重力分量引起的阻力采取換擋增加牽引力加以克服。

如果由于線形前后的連接不合理，使得行駛車輛以較高的速度進(jìn)入下坡的彎坡組合較劇烈的彎坡段，則這種路段對行車駕駛員的駕車技術(shù)、心理素質(zhì)、反應(yīng)素質(zhì)等都是一種嚴(yán)峻考驗，當(dāng)然，會對路段的交通安全造成嚴(yán)重的威脅。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

2.2.7基于駕駛員心率增量的彎坡設(shè)計（1）彎坡組合影響駕駛員心理生理特性的單因素分析為了分析彎坡路段駕駛員行車時的心理生理變化特性，先分別考慮在彎坡路段單一因素對駕駛員行車時心率的影響。

如果道路線形在某些部位出現(xiàn)急彎陡坡，或者組合連接不順，駕駛員行車至這些路段時，會因為緊張而引起心率的急速加快。

與平曲線路段相比，彎坡路段上需多考慮一個縱坡值因素對行車心理生理反應(yīng)的影響。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）彎坡組合影響駕駛員心理生理特性的單因素分析駕駛員在彎坡路段上行車時，其心率增量隨著坡長的增加而降低，但數(shù)據(jù)較為離散。而且，當(dāng)坡長大于100m時，其心率增量的離散程度隨坡長的加長而變大。

這說明，當(dāng)坡長較大時，能夠引起駕駛員不同程度的注意，并采取有效的安全保證措施。2.2基于人類工效學(xué)的道路線形設(shè)計理論

（1）彎坡組合影響駕駛員心理生理特性的單因素分析駕駛員在彎坡路段上行車時，駕駛員的心率增量隨坡度大小的增加而增加。

坡度小于4%時心率變化較快，坡度大于4%時心率變化較緩。

當(dāng)坡度等于7%時心率增量為40次/min，當(dāng)坡度小于3.2%時心率