道路線形理論與設計方法課件

主講：屠書榮（重慶交通大學）2015年3月

道路線形理論與設計方法研究生課程：引言：道路線形及其設計

◆線形設計的重要性——線形是公路的骨架。線形設計決定了公路的走向和位置，是公路設計的基礎和關鍵（道路寬度主要由交通量決定）。公路線形直接關系到汽車行駛的安全、舒適和效益；公路線形靈活多變，因此道路線形設計應盡可能盡善盡美，使之不僅能保證運輸?shù)陌踩?、迅速和?jīng)濟，而且還能更好地滿足人們的生理和心理需要，并盡可能與周圍環(huán)境地形相協(xié)調(diào)。

◆線形設計的特點——靈活多變，設計標準(應用)要求高，設計有一定難度（尤其山區(qū)）。

◆線形設計的依據(jù)——設計速度、設計車型、設計交通量、設計通行能力與服務水平、公路建筑限界、用地范圍等。這是公路線形設計的基礎和控制要素。

主要講授內(nèi)容及參考資料一、講授內(nèi)容

第一章概論3第二章汽車行駛理論與線形標準制定6第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法（補：高速環(huán)道幾何線形設計）7第四章道路線形曲線型設計方法（曲直法、積木法、擬合法、綜合法）5第五章道路線形質(zhì)量分析與評價（視覺分析、安全性、舒適性、經(jīng)濟性）8第六章公路設計新理念（道路景觀與靈活性設計）3二、參考資料

1.道路線形理論與設計方法（講義）

2.公路線形與環(huán)境設計（漢斯.洛倫茨）、公路靈活性設計指南（美國）

3.公路工程技術標準、公路路線設計規(guī)范、公路項目安全性評價指南…

4.新理念——公路設計指南（交通部公路司）

5.相關論文（科技論文、學位論文、研究報告等）

主要講授內(nèi)容及參考資料

參考書籍

主要講授內(nèi)容及參考資料

參考書籍

第一章概論§1-1研究道路線形設計的意義所謂道路線形是指道路平面的、縱斷面的或者兩者結(jié)合的立體線形的形狀。線形是道路的骨架，線形設計必須滿足四個方面的要求，即：

(1)在運動學或力學方面，道路線形對汽車行駛應是安全和舒適的；

(2)在視覺或運動心理方面，道路線形應給予駕乘人員良好的感受；

(3)在環(huán)境、景觀方面，道路線形應與周圍環(huán)境、風景等相協(xié)調(diào)（和諧）。

(4)從地形條件看，道路線形設計在技術經(jīng)濟上應是合理、可行的；道路線形設計的本質(zhì)，就在于考慮如上所述的各種情況后，如何獲得大于道路等級所規(guī)定的最小指標值的線形，從而確定出安全性高、舒適性好、與環(huán)境地形相協(xié)調(diào)的理想線形（研究道路線形的意義）。分析線形設計的特點→

§1-2道路線形設計理論的研究與發(fā)展情況——析：理論→方法→理念的變化

◆古代道路特點；◆現(xiàn)代道路對線形設計的要求；◆未來道路線形設計趨勢。第一章概論◆我國道路發(fā)展歷史（1）：

我國的道路建設有著悠久的歷史。4000多年前商代就有驛道傳送，西周開創(chuàng)了以城市為中心的道路體系，建立了較為完善的道路管理制度；秦代修建了直道、馳道，建立了規(guī)模宏大的道路交通網(wǎng)；西漢時期設驛站3萬多處，道路交通異常繁榮。特別是連接歐亞大陸的“絲綢之路”開通，為東西方文化交流做出了貢獻。唐代是我國古代經(jīng)濟和文化發(fā)展的昌盛時期，也是道路發(fā)展的鼎盛時期，初步建立了以城市為中心、四通八達的道路網(wǎng)；在道路結(jié)構、建設方法等方面均有許多創(chuàng)新。至清代我國已將道路分成“官馬大路”、“大路”、“小路”三個等級，其中“官馬大路”達2000公里以上。

1908年我國建成史上第一條公路，即長30公里的廣西龍州至那堪公路。1912-1949年（民國時期）全國共修建公路13萬公里，但這些公路標準低、質(zhì)量差。到1949年解放時，我國能勉強維持通車的公路僅8萬公里，且大多分布在沿海地區(qū)。第一章概論◆我國道路發(fā)展歷史（2）：●新中國成立后，我國的公路交通事業(yè)得到了迅速發(fā)展。50年代青藏公路、康藏公路及海南島公路、成都至阿壩公路等10余條重點公路相繼建成。●1988年，我國高速公路實現(xiàn)了零的突破。高速公路的建設和使用，為汽車快速高效、安全經(jīng)濟行駛提供了條件，標志著我國的公路建設進入了新時代。●至2009年底，全國道路通車里程409.5萬公里。其中，公路通車里程382.8萬公里，占道路通車里程的93.5%；城市道路26.7萬公里，占道路通車里程的6.5%。●在機動車保有量和駕駛?cè)藬?shù)量方面，截至2009年底，全國機動車保有量達1.87億輛（其中汽車7619.3萬輛），有機動車駕駛?cè)?億多（汽車駕駛?cè)?.38億）?！?005年，交通部采用放射線與縱橫網(wǎng)格相結(jié)合的布局，構建了“7918”國家高速公路網(wǎng)。由7條首都放射線、9條南北縱線和18條東西橫線組成，總規(guī)模達到

8.5萬公里，其中主線6.8萬公里，地區(qū)環(huán)線、聯(lián)絡線約1.7萬公里。

第一章概論我國高速公路7918網(wǎng)

第一章概論★國家高速公路網(wǎng)路線命名原則1.國家高速公路網(wǎng)的路線名稱按照起、訖點順序，在起訖點地名中間加連接符“－”組成，簡稱采用起訖點地名的首位漢字表示，格式為“××高速”。

2.縱向路線以北端為起點、南端為終點；橫向路線以東端為起點、西端為終點。放射線以北京為起點。★國家高速公路網(wǎng)路線編號結(jié)構

1.國家高速路網(wǎng)主線編號由“G”加1位或2位數(shù)字組成，結(jié)構為“G#”或G##”。

2.首都放射線（7條）編號為1位數(shù)，以北京為起點，放射線的止點為終點，以1號高速公路為起始，按路線的順時針方向排列編號，編號區(qū)間為G1～G9。

3.縱向路線（9條）以北端為起點，南端為終點，按路線縱向由東向西順序編排，路線編號取奇數(shù)，編號區(qū)間為G11～G89。

4.橫向路線（18條）以東端為起點，西段為終點，按路線橫向由北向南順序編排，路線編號取偶數(shù)，編號區(qū)間為G10～G90。

5.納入國家高速公路網(wǎng)的地區(qū)環(huán)線（如珠江三角洲環(huán)線），按照由北往南的順序依次采用G91～G99

編號；其中臺灣環(huán)線編號為G99，取意九九歸一。

第一章概論◆道路線形研究與發(fā)展情況：線形設計是伴隨道路其它設計和施工的基礎?？梢哉f，人類自開始修建道路以來就從未停止過對道路線形設計理論與方法的研究。古代道路較多使用長直線，即便在路線轉(zhuǎn)彎處設置了曲線，往往也只是一個簡單的圓弧。

近代道路線形設計開始重視曲線的應用，工程師們在道路設計時開始大量使用圓曲線，折線一般的道路逐漸減少，道路開始變得優(yōu)美和流暢起來。為適應汽車交通發(fā)展要求，現(xiàn)代道路建設非常重視線形設計工作，發(fā)達國家建立了較為完善的線形設計理論。這期間，緩和曲線的作用逐漸被人們所認識。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代道路設計在測量工具、計算手段、設計理論等方面有了較大的發(fā)展和進步，道路線形設計開始重視駕乘人員的視覺、心理感受和審美需求。尤其是高速公路出現(xiàn)后，世界各國更加重視道路線形設計理論與方法的研究。從20世紀70-90年代開始，很多國家都出現(xiàn)了線形設計研究的高潮。

研究現(xiàn)狀第一章概論

從20世紀70年代始，西方國家相繼開展了道路縱斷面優(yōu)化的研究和軟件開發(fā)。英國、日本、德國、丹麥、法國等先后推出了縱斷面優(yōu)化設計成果，較有代表性的是英國的HOPS縱斷面選線最優(yōu)化系統(tǒng)和法國的APOLLO縱斷面優(yōu)化系統(tǒng)?？傮w看，道路CAD在國內(nèi)外已有30多年的研究和應用，除自動化選線（設計）與空間線形優(yōu)化技術等尚需進一步研究外，CAD的其它部分都已進入了實用階段。現(xiàn)階段，研究人員正向空間立體線形自動化設計方面努力，以期能為現(xiàn)代道路交通建設提供更加安全、舒適、經(jīng)濟、快捷的線形設計成果。近年來，世界上一些汽車工業(yè)發(fā)達國家都在修建高速環(huán)道試驗場（我國也在海南、襄樊、通縣等地建了7個），高速環(huán)道的設計車速達到160-300km/h。面對如此高速行駛要求，傳統(tǒng)線形及其設計已不能滿足要求。為此美國人麥可康納爾于1957年以人體對運動的敏感度為準則，提出了高速環(huán)道幾何設計體系，即麥克康納爾曲線設計法。德國人布勞斯于1936年提出了以符合汽車行駛重心軌跡特性的緩和曲線（即Bloss曲線），并于1983年由德國的皮特先生求得了該緩和曲線數(shù)學模型的級數(shù)解，從而形成新的高速環(huán)道線形設計方法；德國歐博邁亞公司還成功開發(fā)了一套用于高速環(huán)道幾何設計及曲面施工成型控制的軟件，并成功用于施工。研究現(xiàn)狀第一章概論與此同時，歐美等發(fā)達國家近些年在總結(jié)過去公路建設經(jīng)驗的基礎上，提出了一些新的設計理念，并將這些理念與先進的測設技術結(jié)合，研發(fā)了一系列新的設計程序和技術。主要包括：

1.在設計理念方面：背景敏感性設計(CSD)是美國及歐洲國家近年提出的一種新的設計理念，它是一種具有系統(tǒng)工程思想、能夠綜合平衡和處理公路建設中安全、快速、環(huán)保、美學、經(jīng)濟等要求的方法和理念。CSD強調(diào)靈活運用設計標準，設計方法上由重視設計標準向重視使用性能轉(zhuǎn)變；對設計中可以預知的影響公路質(zhì)量和安全的因素，由被動防治向主動杜絕方向轉(zhuǎn)變，重視公眾參與。在此基礎上，美國逐步形成了公路設計的靈活設計理念、寬容設計理念、創(chuàng)作設計理念。不僅從設計理論和程序方面保證了設計的合理性，而且對設計理念和選線技術也進行了卓有成效的研究(包括GIS與選線技術的結(jié)合、路線方案優(yōu)化及路線方案評價等)，從技術手段和理論（理念）兩方面保證設計的合理性。國外動態(tài)第一章概論2.在與環(huán)境協(xié)調(diào)方面：美國強調(diào)對資源環(huán)境的保護與和諧，在公路建設中充分體現(xiàn)“環(huán)保優(yōu)先”原則，公路建設與環(huán)境保護統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一施工。在公路選線過程中，充分利用GIS、遙感等先進技術手段，從選線程序上保證公路美觀、環(huán)保以及與地形環(huán)境、地質(zhì)條件的協(xié)調(diào)。

3.在安全設計方面：美國從交通事故信息系統(tǒng)、事故發(fā)生機理、事故規(guī)律、安全評價、事故防治、交通安全保障等六個方面對交通安全進行了系統(tǒng)研究。在公路路線設計方面，則通過建立公路幾何要素與交通安全的關系，對交通事故率進行預測，從而找出設計中的安全隱患，從設計程序上保證成果的安全性。主要研究成果有IHSDM（交互式道路安全設計模型）。IHSDM是美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的道路安全評價軟件的核心內(nèi)容，目前主要用于雙車道公路的設計檢查與評價工作。它包括設計一致性模塊、交通事故預測模塊、駕駛員/車輛模塊、交通流分析模塊、政策評價模塊等。國外動態(tài)

第一章概論§1-3道路線形的影響因素與設計要求

◆影響道路線形設計的主要因素有——道路等級因素（設計速度與道路性質(zhì)）；路線選定和方案選擇因素；道路環(huán)境（景觀要求）和視覺心理等因素。

◆總體設計要求——根據(jù)功能、交通量、沿線地形及自然條件，確定公路等級§1-4道路線形設計的主要控制因素（設計依據(jù)）

◆設計速度——在氣象條件良好，車輛行駛只受公路本身條件影響時，具有中等駕駛技術的人員能夠安全、順適駕駛車輛的速度。設計速度一經(jīng)選定，公路的所有相關要素均與之相匹配。它是公路設計確定幾何線形的基本要素。

◆運行速度——指交通處于自由流狀態(tài)且天氣良好時，在路段特征點上測定的第85個百分位上的車速。V85的引入，解決了路線設計指標與實際行駛速度所要求的線形指標脫節(jié)的問題。相鄰路段運行速度差還是安全性評價的指標。

第一章概論——關于設計速度及其設計方法的討論

基于設計速度的路線設計方法已被設計人員所掌握，但它存在一定的缺陷：

1.設計速度對某一特定路段來說是一個固定值，它規(guī)定了這個路段的最低設計標準，但實際上沒有哪個駕駛員自始至終恪守這一固定車速行駛?？梢姡谠O計速度的路線設計方法不能保證線形（設計）標準的一致性『問題』。

2.實際的車輛行駛速度總是隨道路線形、車輛動力性能和駕駛員特性等各種條件的改變而變化；只要條件允許，駕駛員總是傾向于采用較高的速度行駛『現(xiàn)實』。

3.從安全角度考慮，線形設計時不能簡單地只以設計速度來控制道路線形指標。車輛行駛是連續(xù)的，只有以車輛的實際行駛速度作為線形設計的控制要素，才能保證路線的所有相關要素(指標)與設計速度的合理搭配，從而提高道路的安全性。

4.針對設計速度方法存在的問題，德國、法國、美國、澳大利亞等發(fā)達國家采用以運行速度為基礎的路線設計方法，可獲得連續(xù)、一致的均衡設計『對策』。

第一章概論§1-4道路線形設計主要控制要素

◆設計車輛——設計采用的有代表性的車型。其外廓尺寸和運行性能是公路幾何設計的依據(jù)。出于經(jīng)濟考慮，我國設計車輛的外廓尺寸是按現(xiàn)有車型尺寸進行統(tǒng)計后，以滿足85%以上車型的外廓尺寸作為設計車輛標準使用的。

《標準》規(guī)定:小客車(長6m、寬1.8m)、載重汽車(12x2.5)和鞍式列車(16x2.5)

◆設計交通量——多采用年第30位小時交通量（也可在第20-40位選）。

◆公路服務水平——分四級，高速和一級公路采用二級，二、三級公路采用

三級。它定性地描述了交通流從自由流、穩(wěn)定流到飽和流、強制流的變化。

◆行車視距——分為停車視距、會車視距和超車視距。注意：貨車停車視距

◆公路等級——應根據(jù)公路使用任務、功能和遠景交通量等進行確定。

◆設計區(qū)段——高速公路設計路段不宜＜15km，一、二級公路不宜＜10km。各級公路的設計速度《標準》有規(guī)定，不同設計速度的路段之間須設過渡段。

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》的修訂及其變化趨勢

——關注2014年新修訂的《公路工程技術標準》（2015年1月1日開始實施）：

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第一章概論討論：我國《公路工程技術標準》修訂及其變化趨勢

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定引子：汽車行駛理論是研究道路線形設計的基礎，是制定公路線形幾何設計標準（如平曲線半徑、縱坡度等）的理論依據(jù)，掌握并應用好汽車行駛理論，對提高道路線形設計質(zhì)量、制定相關道路工程技術標準具有十分重要的意義。本章講授內(nèi)容：一、汽車行駛軌跡學（車輛沿行條件）二、汽車在彎道上行駛的軌跡特性三、汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性四、汽車的動力性能與爬坡能力五、汽車的制動性能與視距標準六、汽車的燃料消耗與經(jīng)濟性

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-1汽車自然行駛的軌跡特性一、汽車行駛軌跡調(diào)查

1.調(diào)查目的——掌握汽車真實行駛軌跡的特征，分析和判定道路線形對汽車行駛的適宜性，能為道路線形設計和研究提供參考依據(jù)。

2.行駛軌跡類型與調(diào)查方法

◆油類痕跡◆雪地上的車轍◆由防滑劑產(chǎn)生的軌跡◆由車燈光產(chǎn)生的軌跡二、汽車行駛軌跡的識別與利用

1.在交通流分布及舊路改造方面的應用2.用于汽車行駛實況分析和行駛軌跡曲線特性研究三、補充介紹:

機動車輛沿曲線行駛的運動(論文)結(jié)論:為使汽車能轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向角度隨時間的變化必須是連續(xù)的。也即：曲率

作為曲線長度的函數(shù)的一階導數(shù)的連續(xù)性是曲線可以沿行的條件。通過汽車行駛軌跡分析，過去所設計的許多線形都存在不少的錯誤或與汽車行駛要求不相適應的地方

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定汽車在雪地上的轉(zhuǎn)彎軌跡，從中間的圓曲線看，其兩側(cè)的緩和曲線相當長

汽車行駛軌跡就是車輛在路面上的留下的痕跡，它表現(xiàn)出行駛過程中汽車靜與動的作用以及駕駛員的意圖。那些不合理的路面扭曲，由行駛軌跡能清楚地顯示出來。

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定立交圖中軌跡最明顯的地方，表示交通流最大通過汽車行駛真實軌跡分析可以得知，過去我們所設計的很多線形都存在不少的錯誤或與汽車行駛要求不相適應的地方。盡管程度不同，但已經(jīng)給我們留下了深刻的教訓?，F(xiàn)在很多防止事故的研究正在進行。相信沿著既定曲線行駛的車輛運動理論分析，作為改善道路對車輛行駛適宜性的基礎，將具有重要的意義。

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◆

汽車行駛軌跡的曲線特征：如果把汽車行駛軌跡進行數(shù)學上的處理，會發(fā)現(xiàn)僅僅只有建設上需要勉強安插的直線區(qū)間或平坦的直線路段，才會形成直線形狀的行駛軌跡。除此之外，汽車行駛軌跡多半是不斷地變換著方向，而形成曲折有致的曲線，就連有一定半徑的圓曲線形狀的軌跡也很難找到（即便有的話也只在較短的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)）。

阿爾姆調(diào)查汽車行駛軌跡的方法，是在機場用小客車、貨車等車輛，以半徑R=9—30米進行轉(zhuǎn)彎試驗。試驗得出車輛行駛重心軌跡的3個主要特征是：（1）行駛軌跡是連續(xù)且光滑的，任一點不出現(xiàn)錯頭和波折（即曲線連續(xù)）；（2）行駛軌跡的曲率是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率值（即曲率連續(xù)）；（3）行駛軌跡的曲率變化率是連續(xù)的（即軌跡曲線的曲率變化率連續(xù)）。滿足上述要求的曲線，與汽車的真實行駛軌跡相符，被認為是理想的道路線形。

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-2汽車在彎道上行駛的軌跡特性（汽車行駛的理論軌跡線）一、汽車在彎道上行駛的軌跡方程設汽車方向盤的轉(zhuǎn)動角為φ，前輪的轉(zhuǎn)向角為Ф，則：Ф=K.φ（K≤1）設汽車車體轉(zhuǎn)彎半徑為R，汽車軸距為L0,則：R=L0/SinФ=L0/(Kφ)=ds/dβ如已知汽車的速度V和方向盤轉(zhuǎn)動角φ，則有:S=∫v.dt車輛行駛軌跡的轉(zhuǎn)動角β由dβ=ds/R積分求得:β=K/L0∫vφdt(弧長/半徑)軌跡點直角坐標為:X=∫Cosβds=∫vCosβdt；Y=∫Sinβds=∫vSinβdt

二、幾種特殊情況的行駛軌跡方程（前兩種情況車速v固定,ω=dφ/dt）

1.當方向盤的轉(zhuǎn)動角度不變時，汽車行駛軌跡為圓?。≧=L0/Kφ0=常數(shù)）2.當方向盤轉(zhuǎn)動角速度不變時，行駛軌跡為一回旋線[R=L0/(Kω0t]（φ=ω0t）3.當汽車行駛速度為變數(shù)時，按變速度設計的曲線更符合汽車真實行駛軌跡.

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-2汽車在彎道上的行駛軌跡

§2-3

汽車行駛的穩(wěn)定性分析汽車在彎道上的行駛軌跡汽車在直坡道上的受力分析汽車在曲線上行駛的受力分析

附圖

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-3汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性一、影響汽車行駛穩(wěn)定性的因素

1.汽車本身的結(jié)構參數(shù)；2.駕駛技術水平；3.作用于汽車的外部因素。二、汽車行駛的縱向穩(wěn)定性

1.縱向傾覆穩(wěn)定條件:tgσ0=L2/h從汽車設計滿足L2/h>1(σ0≥45o)2.縱向倒溜的條件:tgσ0=(L1/L).φ=(G2/G).φ

（i＜0.132-0.152）三、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性

1.汽車在彎道上行駛受到的橫向力與橫向力系數(shù)—μ=Y/Z=V2/(127R)±ih2.汽車在彎道上行駛的橫向穩(wěn)定性分析

(1)不產(chǎn)生橫向傾覆的條件:Y/Z=μ≤B/(2h)

(2)不產(chǎn)生橫向滑移的條件:Y/G=μ≤φy

[φy≤B/(2h)]四、結(jié)論——不論縱向或是橫向穩(wěn)定性，其條件總是滑移先于傾覆被滿足。汽車安全行駛基本條件

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-4汽車的動力性能與爬坡能力一、汽車牽引力與牽引力平衡

1.汽車牽引力的產(chǎn)生——Me=9545Ne/n→T=(0.377.n.η.Me)/V2.汽車行駛阻力——滾動阻力Pf、空氣阻力Pw、坡度阻力Pi、慣性阻力Pj

3.汽車的牽引力平衡與行駛條件：T=Pw+Pf±Pi

±Pj；T≤φ.Gk二、汽車的動力特性

1.汽車的動力因數(shù)D及動力特性圖——λD=(T-PW)/G=

(f±i)±δ.j/g

2.汽車的行駛狀態(tài)與行駛速度——動力特性圖反映了D與V的關系。在等速行駛時，它反映出道路狀況與車速的關系。可用來分析汽車穩(wěn)定行駛的速度范圍。三、汽車的爬坡能力

1.汽車的最大爬坡度——Dmax=f.Cosσ+Sinσ(求出σmax)→imax=tgσmax

2.汽車的動力爬坡度——假設汽車作勻減速運動，利用慣性實現(xiàn)動力爬坡

3.結(jié)論：汽車在坡道上作變速行駛時，所能克服的坡度與坡長成反比汽車行駛的條件

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◣汽車動力的產(chǎn)生及傳遞過程：汽車行駛時，其牽引力來源于發(fā)動機。汽油與空氣混合在發(fā)動機內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱能，通過活塞、曲軸等轉(zhuǎn)化成機械能，產(chǎn)生有效功率Ne，驅(qū)使曲軸以每分鐘n轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，在發(fā)動機曲軸上產(chǎn)生Me的扭矩；經(jīng)過一系列變速、傳動，將曲軸上的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給驅(qū)動輪，產(chǎn)生扭矩Mk去推動汽車前進。◣汽車發(fā)動機曲軸扭矩與牽引力：

Me=9545Ne/n，車速為▼

V=2πr.n.60/(γ.1000)=0.377.n.r/γ

T=Me.γ.r.η/r=(0.377.n.η.Me)/V→

Nm——發(fā)動機的最大有效功能（Kw）；

Vm——某個排檔下的最大車速（km/h）

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◆

滾動阻力Pf：◆空氣阻力PW：◆

坡度阻力Pi：◆

慣性阻力PJ：

汽車行駛阻力計算公式滾動阻力和空氣阻力存在于任何行駛條件

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◣汽車的動力因數(shù)及動力特性圖

如將牽引力平衡方程改寫成下列形式：

當坡度角不大時，cosα≈1，sinα≈i：汽車的動力特性圖上式稱為動力因數(shù)D，它表征某型汽車在海平面高程上滿載時，單位車重所具有的有效牽引力，或克服道路阻力與慣性阻力的性能。

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◣

道路條件一定時，汽車等速行駛的最大速度和最小穩(wěn)定速度

◣

汽車的動力爬坡能力

汽車的最大速度與最小穩(wěn)定速度是評價汽車動力性能好壞的指標。兩者的差值愈大，表明汽車對道路阻力的適應性愈強。在線形設計時應了解主要車型的這兩項指標，設計時控制好道路阻力的變化范圍。

汽車某一排檔的動力特性圖

假定汽車在坡道上作勻減速行駛，可得出：Sl、il—汽車變速行駛所能克服的坡長和坡度分析

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-5汽車的制動性能與視距標準一、汽車的制動力(極限值)-PTmax=G.φ=(Pf±Pi–Pj)=G.Ψ-(ξG/ɡ.dv/dt)二、汽車制動性能的評價指標

1.制動減速度:js=dv/dt=-g(φ+Ψ)/ξ

_↗

(一般js≤2.5m/s2)

2.制動時間:ts=∫0tdt=∫dv/js=ξ.VB/[3.6g(φ+Ψ)](一般取1.5-2.5s)

3.制動距離:Ss=∫0sds=∫0tv.dt=(V12-V22)/254(φ+Ψ)(制動停止時V2=0)三、行車視距的種類與計算方法（被認為是衡量道路使用質(zhì)量好壞的一項重要指標）

1.停車視距——由空駛距離、制動距離和安全距離組成(高速和一級路采用)

2.會車視距——其數(shù)值采用停車視距的2倍（一般雙車道公路采用）

3.超車視距——在大約3分鐘時間內(nèi)提供一次滿足超車視距要求的超車路段四、視距標準的應用（視距保證）

1.視距標準在線形設計中的應用↗；2.視距的保證(平面；視距包絡圖）Φ為附著系數(shù)

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◣汽車制動性能的評價指標——1．制動減速度js：

由制動時汽車的運動方程式可得：2．制動時間ts：

從開始制動到車輛停止的時間為：

3．制動距離Ss：制動距離是指汽車以速度ＶＢ行駛時，從駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物并判斷是否剎車到汽車安全停下來所駛過的距離?？捎梢韵鹿接嬎悖涸斀?/p>

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定◣行車視距標準制定——1．停車視距計算

●空駛距離SK：

●制動距離SZ：

●安全距離SO——汽車完全停止后，車頭與障礙物之間的最小安全距離一般取5～10m。停車視距的計算公式為：停車視距構成圖應用：高速、一級公路滿足停車視距要求，其它公路一般應滿足會車視距要求空駛時間為2.5秒制動系數(shù)K=1.2V1為行駛速度

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定2．會車視距——指同一行車道上兩對向行駛的汽車相遇同時采取剎車措施所必須的安全行駛距離。由計算知：會車視距約等于停車視距的兩倍.3．超車視距——指同向行駛的汽車在行駛時，為超越前車而又不與對向來車發(fā)生碰撞所必須的安全視距（暗彎和凸型邊坡處）.

超車視距計算公式圖解法確定視距清除范圍（應用）軌跡線與視距線間距離第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定

《公路路線設計規(guī)范（JTGD20-2006）》第7.9.3條規(guī)定：高速公路、一級公路以及大型車比例高的二級公路、三級公路的下坡路段，應采用下坡段貨車停車視距對相關路段進行檢驗。下坡段貨車停車視距規(guī)定如下(與坡度有關)：

補充第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定特別說明：

1.制動停車距離隨縱坡不同而變化,《標準》中所列停車視距為路面處于潮濕狀態(tài)的小客車停車視距，計算時縱坡值采用零。理論上下坡路段是危險的，上坡則比較有保障。但因采用值尚較富裕，當屬安全。

2.貨車存在制動性能差、軸間荷載分布不均、側(cè)滑、剎車不靈等現(xiàn)象，需要比小客車更長的停車視距?！兑?guī)范》要求對下列路段進行視距檢驗：

（1）減速車道及出口端部；（2）主線下坡路段且縱面豎曲線半徑小于一般值的路段；（3）主線分、匯流處，車道數(shù)減少，且豎曲線半徑小于一般值的路段；（4）圓曲線內(nèi)側(cè)，當圓曲線半徑小于2倍一般值或路塹邊坡陡于1:1.5的路段；（5）公路與公路、公路與鐵路平面交叉附近。

3.平曲線內(nèi)側(cè)的視距是否足夠，應按視線高1.2m及橫凈距h值進行檢驗。第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定交通事故現(xiàn)場慘狀

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定§2-6汽車的燃料消耗及其經(jīng)濟性一、汽車的燃料消耗

汽車的燃料經(jīng)濟性——指汽車行駛一定里程所耗用燃料的多少(經(jīng)濟指標)1.汽車發(fā)動機的消耗功率

(1)燃料消耗率(發(fā)動機每千瓦小時的燃料消耗量):qe=(Qt/Ne).1000(g/kwh)

2.汽車燃料經(jīng)濟性指標

(1)每100km行程燃料消耗公斤數(shù)QS：QS=(100/V).

Qt(kg/100km)(2)每噸.公里燃料消耗公斤數(shù)QSG:

QSG=Qs/(100Gi)=Qt/V.Gi

(km/t.km)

(3)每公斤燃料所行駛的里程L:L=1/Qs=V/Qt.100(km/kg)二、汽車的燃料經(jīng)濟性評價

1.汽車燃料消耗方程式↗

2.汽車經(jīng)濟特性曲線：Qs=f（V,Ψ）——用以評定汽車行駛的燃料經(jīng)濟性燃料消耗量是線形質(zhì)量評價的一項重要指標Qt為發(fā)動機每小時的燃料消耗量（Kg/h）

第二章汽車行駛理論與道路線形標準制定汽車行駛?cè)剂舷膱D汽車動力特性曲線

②↓各路段的道路阻力系數(shù)

①→

←③燃料消耗特性曲線

↑④所圍面積為總?cè)剂舷牧卡幤嚾剂舷膱D及其應用

根據(jù)已知路段的道路阻力和相應排檔的最大車速，可由汽車經(jīng)濟特性圖中求出路段每公里行程的燃料消耗量，將各路段的燃料消耗量總和，即可得到全線的燃料消耗量。右圖左下角面積，即各路段的距離L與QS值的乘積，表示各路段汽車燃料消耗量，則各路段面積的總和即為全線燃料消耗總量。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法一、平面線形要素及其設計方法

1.直線最大長度與最小長度

2.圓曲線最小半徑與平曲線最小長度

3.緩和曲線長度及其設計要求二、縱面線形要素及其設計方法

1.最大縱坡與坡長限制

2.平均坡度與合成坡度

3.豎曲線半徑與豎曲線最小長度三、平縱面線形組合設計原則及方法

1.線形組合的原則和要求

2.線形組合設計注意事項四、道路立體線形設計方法簡介本章講授內(nèi)容{標準要求制定依據(jù)中外比較使用技巧發(fā)展趨勢

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法道路平面線形的直線型設計方法◆直線型設計方法簡介（補）

傳統(tǒng)的道路線形設計是從線形的角度，去研究平、縱面線形幾何要素的選用、相互間的組合形式以及設計要求等問題。設計時，根據(jù)道路的等級和地形情況，采取先定直線（導向線）、再配以合適曲線的辦法來確定道路的中線，這就是所謂的直線型設計方法。

定線要領——以點定線（控制點）以線交點（路線轉(zhuǎn)折點）特點：以直線為主體、先定導線后定曲線，布線過程中導向線控制了路線走向，圓曲線、緩和曲線是直線的配角，線形的均衡性和連續(xù)性較差。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法平面線形的直線型設計方法平面線形的曲線型設計方法◣直線型設計方法與曲線型方法的比較：1.直線型設計方法難以合理、充分地應用圓曲線和緩和曲線；2.直線型設計方法難以處理復雜多變的道路幾何線形；3.直線型設計方法確定的線位難以滿足地形地物等約束條件的要求。直線型方法的不足:

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-1平面線形要素及其設計標準

1.直線線形

●路用性質(zhì)——不安全、不經(jīng)濟、與（山區(qū)）地形難以協(xié)調(diào)。

●使用要求——

(1)關于直線長度的規(guī)定：直線最大長度：一般直線路段的最大長度應控制在20V以內(nèi)；直線最小長度：同向曲線之間不小于6V；反向曲線之間不小于2V(單位:m)

(2)直線的使用場合：直線路段應根據(jù)地形等因素合理選用（長大橋梁、隧道，城鎮(zhèn)、交叉口等）

(3)直線設計注意事項：對車輛在直線路段的運行速度應予以充分考慮，確保直線段的運行速度與相鄰曲線段的運行速度差不超過15-20km／h。設計要注意避免出現(xiàn)斷臂曲線。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法長直線容易導致駕駛疲勞長直線接小半徑平曲線長下坡接急彎路段超高不足的急彎實例

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-1平面線形要素及其設計標準

2.圓曲線線形

(1)圓曲線最小半徑的規(guī)定作為一般原則，設計時應盡量采用大半徑。條件受限時，也宜選用一般最小半徑，要盡量避免采用極限最小半徑。設計速度對應的最小半徑如下：注：采用極限最小半徑時，超高為8％；不設緩和曲線最小半徑即不設超高最小半徑§3-1平面線形要素及其設計標準(2)部分國家的平曲線最小半徑值比較→

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法思考：為什么相同的設計速度，對應的平曲線最小半徑卻相差很大？R=V2/(127u±ih)

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-1平面線形要素及其設計標準對于60km/h的設計速度，大多數(shù)國家采用的最小半徑在120～135m之間；設計速度為l00km/h時，極限最小半徑值為350～510m。當設計速度為60km/h、80km/h、100km/h時，我國的最小半徑分別為125、250、400m。可見，我國標準采用的最小半徑值是比較合適的。附表：部分國家的最大超高值

我國標準的極限最小半徑是按照最大超高橫坡i=8%制定的。當采用其它最大超高橫坡時，應相應調(diào)整極限最小半徑值。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-1平面線形要素及其設計標準

3.緩和曲線線形(1)緩和曲線的作用——線形緩和(曲率)、行車緩和(操控)、超高加寬緩和(2)緩和曲線最小長度及其設置要求

當平曲線半徑小于不設超高(緩和曲線)最小半徑時，應設置緩和曲線。緩和曲線采用回旋線，其長度不小于下表所列數(shù)值，同時應滿足超高緩和段長度要求.

當運行速度較大時，空氣動力的作用會影響車輛的運行軌跡。為安全起見應適當增大緩和曲線長度（對應于極限最小半徑）。建議緩和曲線最小長度為：設計速度V（km／h）1201008060

緩和曲線最小長度L(m控制離心加速度變化率在0.5-0.6m/s3◆保證駕駛員在曲線上有3秒的操控時間

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-1平面線形要素及其設計標準

(3)幾個國家緩和曲線最小長度的比較

回旋線是緩和曲線的一種采用線型。下表列出了德國、日本及中國的緩和曲線最小參數(shù)值?？梢钥闯觯覈木徍颓€長度取值是比較小的。

幾個國家的緩和曲線最小長度值

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法（4）緩和曲線主要計算公式：

緩和曲線參數(shù)A與圓曲線半徑R的關系式：R/3≤A≤R

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-1平面線形要素及其設計方法

4.平面線形設計要求(1)關于反向曲線反向曲線如設計不當，會引起鉸接式車輛行駛不穩(wěn)定（左右擺動大）。故：反向曲線間宜設置反向回旋曲線，回旋曲線長度不應小于規(guī)定的最小長度值。

最好在兩反向回旋線間設置一段直線。曲線拐點處縱坡應保持在1%～3%之間以利排水。當用最小平曲線半徑并設置緩和曲線時，圓曲線起點應達到全超高。(2)關于斷臂曲線在兩個較小半徑的同向平曲線間插入一段長度小于6v的直線或插入一個大半徑平曲線就形成通常所說的“斷臂曲線”。斷臂曲線是復曲線的一種特殊形式。由于視覺效果差，斷臂曲線不受歡迎。如果視距不足，駛向小半徑曲線的貨車可能會因剎車不及時而產(chǎn)生危險。因此，相鄰曲線的半徑值應盡可能地接近。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法C型曲線卵型曲線S型曲線同向與反向曲線的組合設計要求凸型曲線

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-1平面線形要素及其設計標準(3)關于復曲線

復曲線是指兩個或兩個以上不同半徑同向圓曲線組成的復合曲線。一般應避免采用復曲線，因為駕車人對復曲線的曲率判斷困難；在半徑變化不明顯的地方，駕車人容易偏離車道；當位于中間的平曲線半徑大大超過兩側(cè)相鄰曲線半徑時，易形成“斷背曲線”的不良視覺（大半徑平曲線的視覺效果類似于直線）。沿行駛方向復曲線半徑減小時，尤其是較陡下坡路段，貨車制動易發(fā)生危險；當采用復曲線時，對于設計速度小于80km/h的公路，較小半徑值不應小于較大半徑值的50%；對于設計速度大于80km/h的公路，較小半徑值不應小于較大半徑值的75%。這一關系也適用于斷背復合曲線。當平曲線半徑大于臨界最小半徑值時，可以采用復曲線，因為此時曲線半徑對運行速度的影響已很小。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法◆復曲線最小半徑

(4)平曲線最小長度

平曲線應具有足夠的長度以避免折曲現(xiàn)象。在平原地區(qū)，采用兩倍于最小曲線長度的平曲線能夠改善景觀質(zhì)量。平曲線最小長度如下表所示。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法5.平面線形設計原則◆線形須與沿線地形相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)凋，靈活運用線形要素以適合地形

◆平面線形應直捷、連續(xù)和均衡，給人以良好的視覺和心理感受，確保行車安全

◆線形應是連續(xù)的，必須避免線形的驟變，應注意整條線形技術指標的均衡性和連續(xù)性；采用標準規(guī)定的超高為2～4%的半徑，易獲得良好舒適的行車條件。

◆直線一般不易適合地形，對直線的長度必須充分注意，不得以短直線相連形成斷臂曲線，影響線形的連續(xù)性和美觀。

◆公路交角很小的曲線，容易給駕駛員造成錯覺，一般應盡量避免；當不得已設置小于7°的偏角時，必須敷設足夠長的曲線（即：小偏角要用大半徑）。

◆平面線形設計應注意平、縱面線形的組合與聯(lián)系，使之構成良好的立體線形。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法6.平面線形要素的選擇與設計（1）直線設計

①直線長度的掌控；②直線的合理比例問題（因地形和道路性質(zhì)而定）。（2）圓曲線設計

①半徑選擇方法：以“標準”控制選半徑；以“位置”控制選半徑②圓曲線長度問題（緩和曲線：圓曲線：緩和曲線=1:1:1—1:2:1）（3）緩和曲線設計

①長度選擇方法及要求：與圓曲線（長度）的合理搭配；滿足超高緩和段（長度）要求。②注意事項：反向曲線對A值的要求……

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

7.平面線形設計注意事項◆避免采用極限半徑。因為極限半徑只能滿足汽車行駛力學上的最低要求，而不能滿足汽車高速行駛時人對視覺方面的要求。◆道路線形的突變?nèi)菀滓l(fā)行車事故，應當避免（特別是長直線盡頭設置小半徑平曲線應避免，因為車輛駛?cè)肭€的實際速度可能會比較高）。在下坡路段，當坡度大于3%時，縱坡每增加1%，最小曲線半徑應相應增加10%為宜。◆曲線和直線應視地形、地物變化狀況靈活巧妙地加以運用，不片面強調(diào)以直線為主或以曲線為主；線形設計要避免錯誤割斷生態(tài)景觀或視覺景觀空間的做法?！魧υO計速度小于100km／h的路線，選用的曲線應保持連續(xù)性，在所有地點曲線半徑與車輛的運行車速要相互一致（使其與預計的車輛運行車速相適應）。必要時，應對相鄰平曲線半徑進行校核。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-2縱面線形要素及其設計標準

1.最大縱坡及坡長限制

◆最大縱坡主要受車輛性能控制，同時還須考慮安全和對交通運輸?shù)挠绊?/p>

◆陡坡對車輛運行、安全和排水有不良影響，宜少采用。貨車在上坡路段速度比小汽車慢，會降低公路的服務水平并增加追尾事故的危險性。

◆當縱坡大于5％時，可能會引起排水問題。在滿足排水要求的情況下，公路縱坡設計應盡量平緩一些。

我國公路的最大縱坡值設計速度(km/h)1201008060403020最大縱坡（%）3456789

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

調(diào)查表明：平原、丘陵、山地這3類道路的交通事故率分別為7%、18%和25%，主要原因是車輛在下坡時來不及制動或是制動失靈?！豆饭こ碳夹g標準》確定最大縱坡標準時，主要考慮以下3因素：

1.汽車的動力性能；2.道路等級（需保證各等級公路上行駛的車輛具有規(guī)定的行車速度）

3.自然氣候條件對行車的影響。

縱坡對行車安全的影響

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法世界各國確定公路最大縱坡的依據(jù)：◆英國：最大坡度由公路類型決定，高速公路的最大縱坡值采用3%一6%，雙車道公路的最大縱坡值為4%～8%，單車道公路為6%～8%?！羧鹗浚鹤畲罂v坡由設計速度決定，設計速度為60－120km／h，最大縱坡值采用

10%～4%；◆德國：最大縱坡由公路類型和設計速度兩個因素決定，對于主要的干線公路，設計速度為60～120km／h，最大縱坡值采用8%～4%(最大達10%)；◆美國：最大縱坡取決于公路類型、地形和設計速度三方面因素。采用3%-7%?！裟戏牵鹤畲罂v坡取決于設計速度和地形。平原地區(qū)設計速度為60～120km／h，最大縱坡采用6%～3%；丘陵和山區(qū)最大縱坡為7%～4%和8%～5%；◆中國：最大坡度取決于公路類型和設計速度，設計速度從20-120km／h，相應的最大縱坡值為9%～3%。參考影響因素：公路類型、設計速度、地形條件

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

◆最大縱坡本身只是設計標準的一部分，要達到設計均衡合理，還應考慮縱坡（陡坡）的坡長，但很多國家的標準中并未對坡長有明確的限制。

◆我國標準對應于不同的設計速度，陡坡坡長都有相應的限制。如5%的陡坡，對應于設計速度為80、60、40km/h，其最大坡長分別是700、800、900m。一些國家的公路最大縱坡

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法最大縱坡與坡長限制：

◆道路縱面線形設計常用兩項控制指標：(1)允許最大縱坡；(2)最大允許坡長。第一項參數(shù)按規(guī)定確定，然后根據(jù)允許速度降低值計算第二項參數(shù)。任一坡度均可以和任一設計車速相關聯(lián)，任一適中的坡度和坡長組合均是可行的；但對于較陡的縱坡，較高的車速需要較短的坡長?！羝露群推麻L的優(yōu)化組合取決于多方面的考慮，其中最重要的內(nèi)容是：

(1)貨車爬坡性能；(2)希望的安全水平；(3)期望的服務水平；(4)工程造價。

◆美國AASHTO(1990)建議最大坡長不超過“臨界坡長”。臨界坡長是使一輛典型貨車在無不合理減速的情況下能正常行駛的長度。標準按9-15s行程作為最小坡長的規(guī)定值

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-2縱面線形要素及其設計標準

2.平均縱坡與合成坡度

公路平均縱坡限制值為5.0%—5.5%。規(guī)范要求任意連續(xù)3公里路段的平均縱坡不得超過5.5%（防止出現(xiàn)“門坎坡”線形）。

在設有超高的平曲線上，超高與縱坡的合成坡度值不得超過下表的規(guī)定。各級公路在積雪冰凍地區(qū)，合成坡度值不應大于8％(控制急彎與陡坡重疊)。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

3.豎曲線最小半徑與最小長度

◆各級公路在縱坡變更處均應設置豎曲線。豎曲線最小半徑和最小長度規(guī)定如表。通常應采用大于或等于表列一般最小值。當受地形條件及其它特殊限制時，可采用表列極限最小值。

◆凸曲線長度通常由停車視距的需要而決定。凹曲線長度通常根據(jù)適宜的縱向加速度確定，但對高速公路，平緩的行車視覺要求往往也是決定因素。

◆對于改建工程，設計時應進行現(xiàn)場調(diào)查，以找出不良視覺路段，并從美觀角度采用較長的豎曲線。

豎曲線長度多以3s行程長度作為控制標準。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法◆凹形豎曲線極限最小半徑確定依據(jù)由汽車在曲線上行駛受到的離心力公式式中，F(xiàn)/G是單位車重所受到的離心力，根據(jù)國外資料，F(xiàn)/G一般取0.028左右，可得：

根據(jù)設計速度即可確定豎曲線最小半徑。

◆凸形豎曲線極限最小半徑確定依據(jù)由拋物線公式可得：

將物高hu和目高hm的值代入，整理可得：

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法部分國家的凹型豎曲線最小半徑

觀點：

1.使人感到縱面線形不太好的主要原因，是插入了小半徑的豎曲線，形成了線形的折曲；或插入過多的豎曲線，形成了線形的跳躍。

2.縱面線形的駝峰、暗凹、跳躍、斷背和折曲等會造成駕駛者視覺的中斷，應予以避免。思考：如何避免這些問題？第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法部分國家的凸型豎曲線最小半徑要求：

1.縱面線形的優(yōu)劣在很大程度上取決于豎曲線半徑的大小。

2.標準中給出的豎曲線最小半徑，僅是滿足停車視距所需的最小半徑。在可能情況下，應盡量采用大于或等于視覺所需要的最小豎曲線半徑值（見后表）。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

4.縱面線形設計要求

◆縱面線形應平順圓滑、視覺連續(xù)，并與地形變化相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)

◆連續(xù)上坡路段的縱坡設計，除上坡方向應符合平均縱坡、不同縱坡最大坡長規(guī)定的技術標準外，還應考慮下坡方向的行車安全性。個別技術指標接近或達到最大值的路段，應結(jié)合前后路段各技術指標設置情況，采用運行速度對連續(xù)上坡方向的通行能力（速度不能太低）和下坡方向的行車安全性進行檢驗。

◆越嶺線的縱坡應力求均勻，不應采用最大值或接近最大值的縱坡，更不宜連續(xù)采用不同最大縱坡坡長值的陡坡夾短距離緩坡的縱坡線形（門坎坡）。

◆設計速度大于或等于60km/h的公路，豎曲線設計宜采用長的豎曲線與長直線坡段的組合（力求平順），有條件時宜采用大于視覺需要的豎曲線半徑值。

德國經(jīng)驗：從視覺的觀點需要的豎曲線最小半徑（參考值）→

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法凸型豎曲線視距

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-3平縱面線形組合設計要求

1.觀點：好的平、縱組合設計包含著對安全性、經(jīng)濟性和美學的全面融會貫通。

◆采用最小標準可能會比較經(jīng)濟，但并不一定能保證設計是安全的。平、縱面曲線的某些組合可能會影響司機的視線，甚至會錯誤地誘導前方公路的方向！

◆公路視覺對駕駛員的行為有強烈影響，設計應為駕駛員提示前方路線的情況，確保路邊狀況清晰。如果地形和線形跡象清晰，道路將會更加安全。

◆與環(huán)境地形相協(xié)調(diào)的設計更經(jīng)濟。采用最小標準并不能保證線形與地形相適應。路旁景觀對駕駛員理解前方路況有很大影響，設計應充分利用自然或人造景觀。

◆對平、縱面線形的非常規(guī)組合，應采用模型或透視圖進行檢查，以獲得從駕駛員角度看到的公路視覺效果（可用計算機繪制靜態(tài)和動態(tài)的公路及其三維透視圖來檢查公路線形的視覺效果，以確保公路線形與環(huán)境地形相協(xié)調(diào)）。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-3平縱面線形組合設計要求

2.線形組合原則及注意事項◆要使線形成為視覺上自然誘導視線的線形；要經(jīng)常檢查平縱面線形要素的均衡

性；為使其成為不妨礙路面排水的線形，應選擇合成坡度不過大的線形組合。

◆平、豎曲線組合時，豎曲線宜包含在平曲線之內(nèi)，平曲線應稍長于豎曲線。

◆避免豎曲線頂、底插入小半徑平曲線；一個平曲線內(nèi)應避免縱面線形反復凸凹

◆公路布線應能提供視野的多樣性，要利用最佳的風景特征引人入勝，避免單調(diào)

◆在滿足技術標準的前提下，線形應“適應地形”，不宜大挖大填，要力求公路與周圍風景融為一體（相協(xié)調(diào)）。

◆公路應具有優(yōu)美的三維空間外觀，線形應順暢連續(xù)和可以預知，且與周圍環(huán)境保持適當?shù)谋壤ǖ蛔非蠹毠?jié)上的一致）。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法平豎曲線組合原則

《規(guī)范》規(guī)定：設計速度大于或等于60km/h的公路，應注重路線平、縱線形的組合設計。但對設計速度等于或小于40km/h的公路，可參照執(zhí)行。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-3平縱面線形組合設計要求

3.線形安全性設計

例子1：在原有路面上加鋪罩面或新工程項目中縮減土方工程會造成公路暗凹，可能會降低公路的安全性，因此應避免縱面線形的暗凹情況。如下圖。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-3平縱面線形組合設計要求

3.線形安全性設計

例子2：在凸型豎曲線后的線形橫向移動，會導致混亂和事故。橫向移動大約一個車道的寬度時尤其危險，見下圖。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

3.線形安全性設計

例子3：如果凸型豎曲線遮住了駕駛員對平曲線起始點的視線，則會造成混亂和轉(zhuǎn)向錯誤。當急彎平曲線位于凸型豎曲線附近時尤其危險（見下圖）。作為一個好的設計，應在引入豎曲線前，保證上下行雙向都能判明路線的方向變化。

←在一個平曲線內(nèi)縱面線形反復凹凸的情況←在凸型豎曲線的后面，緊接急彎或反向平曲線

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-3平縱面線形組合設計要求

4.美觀設計——平、縱曲線的相互協(xié)調(diào)

當平曲線豎曲線與地形配合協(xié)調(diào)，且?guī)缀跸嗷ブ睾蠒r，視覺效果最為愉悅。為安全起見，平曲線應稍長于豎曲線。豎曲線與直線重合是上述情況的一種變化形式，也是可以接受的。但當直線較短、坡度平緩，而超高漸變段位于凹型曲線時，應對該路段的排水和積水情況進行檢查。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法§3-3平縱面線形組合設計要求

4.美觀設計——平、縱曲線的相互協(xié)調(diào)

只要不減少超車機會，一般應選用較長的平曲線。如果行車道的偏角相同，則短平曲線在交點處易形成折曲的現(xiàn)象，見下圖（右）。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-3平縱面線形組合設計要求

4.美觀設計——平、縱曲線的相互協(xié)調(diào)

當偏角較小時，應采用較長的平曲線，以避免折曲現(xiàn)象。長直線末端尤其應以較長的平曲線相連。當平曲線半徑很大時，在其中設置多個豎曲線并不難看，但最好采用盡可能長的豎曲線，并用透視圖檢驗實際效果（見下圖）。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

4.美觀設計——平、縱曲線的相互協(xié)調(diào)

一連串的短平曲線可能會導致不良外觀（蛇形曲線），如下圖。斷背曲線（指兩個同向平曲線或豎曲線間由短直線相連）的外觀不佳，特別是凹型豎曲線的情況，會加重線形的折曲現(xiàn)象。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-4道路立體線形設計方法（簡介）

1.研究道路立體線形的目的意義

◆道路線形本身是立體的，是作為平、縱面兩種線形合一的立體線形而映入駕駛員的眼簾。把立體線形分解成平面線形和縱斷面線形并分別進行設計和表述，雖然簡單，但設計出來的道路能否成為一條良好的立體線形，設計者事前很難做出肯定的回答。

◆控制線形的因素：一是在滿足汽車運動學或力學的前提下，線形能否保證道路的使用安全；二是在視覺心理方面是否良好而舒適，線形能否與環(huán)境地形和風景相協(xié)調(diào)。

◆標準和規(guī)范規(guī)定的最小值，一般只滿足第一個因素要求，即滿足汽車行駛力學上的最低要求。為滿足視覺、心理方面的要求，設計必須選擇遠比最小值大的數(shù)值。為了能滿足各方面的要求，采用立體線形設計將具有明顯的優(yōu)勢。第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法2.道路立體線形要素及應用（1）平面為直線情況

A:縱斷面為直坡段B:縱斷面為凹形豎曲線C:縱斷面為凸形豎曲線（2）平面為曲線情況

D：縱斷面為直坡段E：縱斷面為凹形豎曲線F：縱斷面為凸形豎曲線（3）立體線形要素應用——分析單個立體線形要素獨立使用時的品質(zhì)和特性

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

§3-4道路立體線形設計方法簡介

3.研究道路立體線形的方法

◆視覺分析法——視覺是連接道路與汽車的重要媒介，道路線形、周圍景觀、標志等與道路有關的信息，都可以通過視覺反饋出來。視覺為駕駛員提供了絕大部分的行駛信息。道路立體線形的優(yōu)劣，都可通過道路透視圖(或鳥瞰圖)檢驗。

◆運動感（節(jié)奏感）法——通過人的內(nèi)耳器官感覺到的運動信息，可用來判別行車的舒適性。線形與人的感覺反應相吻合，路線能提供行車的節(jié)奏感，會使人感到心情愉快和舒暢。感覺反應可以通過儀表測定人體（身心顯示）的反應和主觀直接的情感來掌握（舒適性與反應數(shù)值之間有聯(lián)系）。

◆線形圖方法——利用線形圖（曲率圖、坡度圖）可對立體線形進行比較直觀的分析和評判。具體方法如下：

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法◆線形圖的繪制方法縱斷面線形的坡度圖

平面線形的曲率圖利用線形圖可直觀判斷線形組合好壞上坡為正，下坡為負直坡畫平，曲線畫斜第三章傳統(tǒng)線形設計理論與方法

◆線形圖的應用——

檢查道路立體線形是否優(yōu)良檢查要點：◆平面上的零點為拐點（ZH點）◆縱斷面上的零點為變坡點◆兩個零點重合→視線誘導不好，排水不暢，線形安全性差

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法4.立體線形設計應遵循的原則◆平曲線和豎曲線應盡量重合，且平曲線與豎曲線大小要保持均衡（平包豎）。◆盡量選擇能得到適當合成坡度的線形組合（2%-4%為佳）；當平曲線與豎曲線半徑值(指標)都很小時，平、豎曲線宜錯開布設，或者盡可能增大一方指標值。◆避免凸形豎曲線頂部、凹形豎曲線底部插入小半徑曲線或出現(xiàn)反向曲線變曲點。◆在同一個平曲線內(nèi)，應避免縱斷面線形的反復凹凸。

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法5.道路立體線形設計方法◆直接確定道路空間點的方法（有學者建議）——難度較大！◆使用曲線尺進行設計——按照平、豎曲線一一對應的原則進行縱面線形設計（1）確定平曲線的起止位置（加畫豎向虛線）；（2）按照平豎曲線一一對應原則，使用曲線尺設置縱面線形（豎曲線）；（3）確定豎曲線起止點位置和半徑大小，保持平縱面線形指標的均衡性。

使用曲線尺的縱斷面線形設置方法

第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法◣特殊位置的道路線形設計要求1.橋頭引道與橋梁線形——橋梁及其引道的線形應與路線線形相協(xié)調(diào)，連續(xù)、流暢，使視野開闊，視線誘導良好。各項技術指標符合路線布設的規(guī)定。

大橋縱坡≤4%，橋頭引道縱坡≤5%，引道部分的線形應與橋上線形相配合。2.隧道洞口連接線與隧道線形——隧道洞口連接線應與路線線形相協(xié)調(diào)，以利行車安全和舒適，各項技術指標應符合路線布設的規(guī)定。

——隧道洞口外連接線應與隧道洞口內(nèi)線形相協(xié)調(diào)，隧道洞口外側(cè)不小于

3秒設計速度行程長度與洞口內(nèi)側(cè)不小于3秒設計速度行程長度范圍內(nèi)的平面線形不應有急劇的方向改變。隧道內(nèi)縱坡應0.3%＜i＜3%（宜設單向坡）補充：

1.五次代數(shù)式緩和曲線在公路線形設計中的應用

2.六次代數(shù)式緩和曲線（鵝頭曲線）及其在回頭曲線上的應用第三章傳統(tǒng)道路線形設計理論與方法

典型案例：

G312線鳳嵋公路是甘肅省公路主骨架的重要路段，是隴東地區(qū)通往陜西的重要通道。該路高平至羅漢洞段（K1698+150-K1