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高速公路强风恶劣天气下车辆行车安全性分析

文档作者：肖志军1 栾利强2 文档来源： 1．同济大学交通运输工程学院 2．广东省南粤交通投资建设有限公司		点击数：	更新时间： 2021年04月27日
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第4O卷，第5期
2 0 1 5年1 0月
公 路 工 程
Highway Engineering
Vo1．40，No．5
Oct． ，2 0 1 5
高速公路强风恶劣天气下车辆行车安全性分析
肖志军 ，栾利强
(1．同济大学交通运输工程学院，上海201804； 2．广东省南粤交通投资建设有限公司，广东广州510101)
[摘要]在强风等恶劣天气条件下，车辆容易发生侧滑和侧翻的安全事故。从车辆空气动力学原理出发，对
在强风条件下车辆的侧滑和侧翻极限条件进行了理论公式求解；得出了车辆在强风恶劣天气条件下不发生侧滑和
侧翻交通事故的临界安全车速；并对不同天气条件下的数值求解进行了分析。
[关键词]高速公路；强风；行车安全
[中图分类号】u 491．2 51 【文献标识码】A [文章编号】1674—0610(2015)05—0241—04
Safety Analysis of Vehicles Driving on Freeway under Strong
W ind W eather Condition
XIAO Zhijun ，LUAN Liqiang
．
(1．School of Transportation Engineering，Tongji University，Shanghai 20．1 804 China； 2．Guangdong
Nanyue Transportation Investment＆ Construction Co．，Ltd．Guangdong 510101 China)
‘
[Abstract]The vehicles are prone to sideslip and rollover under the strong winds inclement weather
conditions．This paper，starting from the vehicle aerodynamics，solves a theoretical formula of vehicle
sideslip and rollover under strong wind conditions and obtains the critical velocity of vehicles not occur—
ring the sideslip rollover accidents under the strong winds inclement weather．conditions and the numerical
solutions under diferent weather conditions were analyzed．
[Key words]freeway；strong winds；driving safety
0 引言
在桥梁路段和隧道的进出口等路段，由于所处
的特殊地形环境容易形成强风带，对车辆侧向行驶
稳定性造成影响。车辆在行驶的过程中如果受到侧
风的影响，不仅影响车辆行驶的舒适性，在强风的作
用下还可能发生侧滑、侧翻等安全性问题。美国的
统计资料表明，车辆侧翻事故造成的危害程度在所
有交通事故中仅次于汽车碰撞事故，是造成巨大损
失的交通事故之一¨ 。
目前，强风对高速公路车辆的行车安全的影响
的研究并不多，已有的研究大多集中在沿海或者跨
海桥梁工程进行的，如丹麦大海带大桥 ，“芦洋跨
海大桥风力对车辆通行安全性影响分析” ，苏通
大桥、杭州湾大桥等。风对行驶车辆安全性的影响
更多的表现侧风效应，主要包括3类 ：① 低风速
效应(舒适性问题)，在较低风速条件下，气动升力
系数因侧风而增加，气动稳定性下降，汽车高速行驶
时驾驶员路感变差；② 高风速效应(安全性问题)，
在高风速条件下，侧面积大的车辆可能被侧向风吹
翻，小型车行驶过程中可能会严重偏向；③ 脉动风
效应(舒适性问题)，当自然风的脉动成分能谱与车
辆悬挂系统特征频率相近时，容易引起的车辆悬挂
系统共振。
风对行驶车辆的影响与路面状况(路面摩擦系
数)、路段(弯道、直道)、车型、风速及车速、风向等
因素有关。本文利用空气动力学原理分析强风对车
辆行驶的不发生侧滑与侧翻的安全性条件。
1 强风恶劣天气下车辆抗侧滑性
通常，风力的作用面有2个方向：纵向和横向，
见图1，图2；当风向与车辆的行车方向垂直时(即横
向风力)，风速达到一定大小时，对车辆的侧向滑动
产生了一定的影响，特别是货车、客车等的影响较
[收稿日期1 2叭5—03一l2
【作者简介]肖志军(1978一)，男，浙江金华人，博士生，从事公路工程及交通安全研究。
242 公路工 程 4O卷
大。因此，考虑最不利的侧风作用下，分析车辆行驶
的侧滑安全性。
困
J ＼
风力F
行车道
图1 直线段和曲线段强风作用下车辆侧向受力图
Figure l lateral force diagrams in road line and curve sections
under strong winds conditions
① 抗侧滑极限速度计算。
由空气动力学的研究和试验可知，汽车在空气
介质中运动时所产生的空气阻力为：气动阻力(迎
面)、气动侧力(侧面)和气动升力(底面)。其中，气
动升力较小，对车辆的转弯影响较小，故不予考虑；
气动阻力只是对车辆的纵向行驶产生影响，对侧向
影响较小。因此．以气动侧力作为抗滑极限边界条
件，进行车辆抗滑极限的分析：
F2=czpAV2
r／2=CzpA( 一2 sin卢+ )／2
式中：P为空气密度，取1．225 8 kg／m ；V，为车辆与
气流的相对速度，m／s；V，= 瓜
m／s， 为风速大小，m／s；V为车速大小，m／s； 为风
速与车速的夹角；C 为气动侧力系数；A为汽车迎风
面积，小汽车为I．4～2．3 m ，轻型客车为1．9～2．5
m ，大客车为6．0—8．0 m ，拖挂车为7．0～9．0 m 。
车辆横向侧滑的临界受力约束条件为：
cos⋯ 一 mgcosot+)
解不等式，得强风下车辆临界抗滑车速 ：
0≤ V ≤
Cn
0．68 K+ ．462 2，R K 一4R(m+RK)×
√[ 哆一mg(1x +tga)]
2(m + RK)
式中， 为强风中不发生侧滑的车速，km／h；Vf为
风速，m／s；R为转弯半径，m；／x 为横向附着系数；m
为车辆的质量，kg。
② 不同风速和天气条件下的车辆最大抗滑车
速分析(见图2～图5，表1)
当车辆的质量小时，车辆受侧风的影响大。因
此，对于载重量大的大货车不考虑侧向力的影响，而
昌
、
《
*
钽
静
鬈
l6 l8 20 22 24 26 28 30 32 34
风速大小v ／(km·h )
图2 强风下客车侧滑临界车速(晴天)
Figure 2 bus sideslip critical speed(sunny day)
暑
、
《
斗
短
扑
簿
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
风速大小l，，／(km-h。。)
图3 强风下客车侧滑临界车速(雨天l
Figure 3 bus sideslip critical speed(rainy day)
二、
叠
瑙
计
姑
嘣
錾
图4 强风下客车侧滑l临界车速(冰天)
Figure 4 bus sideslip critical speed(ice day)
图5 强风下客车侧滑临界车速(雪天)
Figure 5 bus sideslip critical speed(snow clay)
咖 釉 瑚 ㈣ 伽 姗
第5期 肖志军，等：高速公路强风恶劣天气下车辆行车安全性分析 243
表1 不同天气条件下沥青路面横向附着系数
Table 1 Asphalt road frictions under diferent weather condition
以客车为主进行试算分析。不同天气条件下沥青路
面横向附着系数参考见表1 ：
从货车的试算结果分析，随着路面附着系数的
降低，强风对货车的侧滑作用效果越来越小；在晴天
和雨天条件下，强风对客车的侧滑影响较小；但在冰
天和雪天条件下，强风对货车的侧滑影响较大，一级
风灾条件下车辆的安全临界速度均小于100 km／h。
2 强风恶劣天气下的车辆抗侧翻性
① 强风下车辆抗侧翻最大运行车速计算。
车辆在离心力、重力和侧向风力的作用下，以外
侧轮胎中心为转轴侧向翻转；考虑最不利的情况，侧
风作用方向与车辆行驶方向垂直，即口=0。，得：
【(m cosot-mgsina卜≤
[mgc咖+(m +F2)sin ]告
整理，解得：
0．34 RKVf(2 h—be)一
l K (0．884 5 RK+m)(2h—be)1
≤ — — —
( m + K )(Z 一 be J
式中：R为转弯半径，m；b为车辆轮距，m；e为曲线
超高(路面向内侧倾斜时为正值，反之为负值)；h为
车辆重心高度，m。
② 不同车辆的侧翻最大临界安全车速计算(见
图6，图7)。
通常，货车和客车的重心高，车辆发生侧翻可能
富
、
《
鲁
Jl5Ⅱ’
辩
风速 ／(kin·h一 1
图6 强风下货车侧翻车速(m=5 000 ks)
Figure 6 truck rollover speed(m=5 000 kg)
吕
～
鲁
静
癣
16 l8 20 22 24 26 28 30 32 34
风速V，／(kin·h 1
图7 强风下货车侧翻车速(m=8 000 kg)
Figure 7 truck rollover speed(m：8 000 ks)
性大。因此，以货车的侧翻边界条件为主，进行最大
临界安全车速的数值模拟计算。
通过计算可知：当货车重心小于2 m时，随着
货车质量的增加(m>8 000 kg)，货车的临界安全运
行速度逐渐增大，大于超过最高限速(120 km／h)。
当货车质量在5 00～8 000 kg之间时，在小半径曲
线路段或紧急变道等情形下，货车的临界安全车速
小于100 km／h，该情形下应进行车速的限制，防止
车辆发生侧翻事故。
3 结语
在恶劣天气条件或紧急事件的影响下，高速行
驶的车辆在某些特征路段(如小半径曲线)上，驾驶
员实施某种冒险操纵(如小间距跟车或换车道)时，
导致车辆的自由行驶存在一定的风险。因此，高速
行驶的车辆应满足的安全约束条件 ≤ ，临界安
全车速的计算过程如下：
① 实际车速 小于相应天气条件下路段的安
全临界车速 ，即V实≤ 。其中，安全临界车速
临包括雨和冰雪等天气下车辆的抗侧滑临界安全
车速 、强风天气下车辆的抗滑临界车速 、雨
和冰雪恶劣天气下车辆抗侧翻临界车速 、强风
V
天气的抗侧翻临界车速 筹等，那么 临≤min{ ，
， ， )。
② 实际车速 小于最高限速V高(路线设计车
速)，即 宴≤ 高。
③ 特征路段的安全临界车速 ：V =min
{ ， )。
[参考文献]
[1] Frimberger M ，Wolf F，Schopp G，el a1．Influences of parameters
at vehicle rollover[R]．SAE paper，2000一Ol一2669．
244 公路工程 40卷
(上接第240页)
表4)。
公交车在出发前，获知站点1，2，3，4，9，l 1，14
有乘客需求，生成初始运行径路，在由站点2只站点
3运行途中，获知站点5，6又分别有乘客请求，是否
将这两个站点纳入原始运行径路中呢?如果不将这
2个站点插入原运行径路，则车辆从大南街到西门
南路选择最近的线路运行，距离为1 086 nl，因此这
2个站点上的乘客就需要等待下一班车来服务，等
待时间为10 min，这增加了乘客的不满意度。若将
此2个站点插入原始运行径路中，则获得的收益由
式(1)可知为，增加乘车费7元，减少这两个站点乘
客的等待时间10 rain，增加乘客的满意度。损失由
式(2)可知为系统中现有乘客损失时间1．5 min。
另外因此，由于车辆插入新的站点，额外运行距离
675 m，由式(3)可知：运营成本方面损失为6．642
元，公交车燃油消耗每年政府还给予一定的财政补
助。综合考虑，插入动态请求获得的收益要大于不
插入动态请求。
表4 插入动态请求与不插入动态请求下结果的对比
Table 4 The comparison of results of inserting dynamic re．
quest and don’t f inserting dynamic request
运行方式运行
ra
时间
in 寺莩 倚H薯 I盎 雩／m孝ln 兀 ／燃 兀
塑 垫查堡 ： !!：!
通过这2组对比分析，可以看出，本研究构造的
响应实时需求的夜间公交柔性调度能够有效地解决
晚上低密度客流条件下公交服务的难点问题，实现
以收益最高，损失最小为目标的实时高效的调度，从
而实现既能满足乘客方便快捷的出行需求、又能满
足运营者降低成本的优化调度。
4 结论
针对目前夜间公交空车运行严重，运营成本高
这一限制。对于夜间公交的调度模式，提出了夜间公
交实行柔性调度。先对各种不同的柔性调度进行对
比分析，提出实时信息的采集方法，在这些基础上设
计了夜间公交柔性调度系统的运作过程。最后从公
交公司和乘客两个角度出发，综合考虑乘客满意度
及公交运营成本，建立了基于公交服务水平和运营
成本的多目标优化模型，并提出了该模型的求解算
法，这些都保证了夜间公交实行柔性调度的可行性。
不可否认，此种调度方式存在理想化，实际中，城市
都会开行多条夜间公交线路构成线网，在整个线网
中多条线路怎样实现柔性调度有待研究。另外，模
型考虑到的限制因素有限，模型的目标的合理性有
待进一步研究。
[参考文献】
[1] Cort6s C．E．，Jayakrishnan R．Design and operational con—
cepts of a high coverage point—to—point transit system [J]．
Transportation Research Record 1783，2002：178—187
[2] Horn M．E．T．．Fleet scheduling and dispatching for demand
responsive passenger services[J]．Transportation Research
Part C，2002，10：35—63
[3] Quadrifoglio L．，Dessouky M．M．Mobility allowance shuttle
transit(MAST)services：formulation and simulation compari—
son with conventional fixed route bus services[R]．Modeling，
Simulation and Optimization(MSO)，2004
[4] Seyed Mohammad Nourbakhsh，Yangfeng Ouyang．A structured
flexible transit system for low demand areas[J]．transportation
research part b，2012，46：204—216
[5] 杨新苗，王炜．基于准实时信息的公交调度优化系统[J]．交通
与计算机，2000，5(18)：12—15．
[6] 张飞舟，晏磊，范跃祖，等．智能交通系统中的公交车辆动态调
度研究[J]．公路交通科技，2002，19(3)：123—126．
[7] 邹迎，黄溅华，唐祯敏．公交车动态调度模型研究[J]．数学的
实践与认识，2003，33(6)：22—24．
[8] National Research Council．Kofman D：Operational Experi—
ence with Flexible Transit Service[M]．Transportation Re—
search Cooperative Research(TCRP)，Report 53，TRB，Wash—
ington，DC：2004．
[9] 杨兆升．城市智能公共交通系统理论与方法[M]．北京：中国
铁道出版社．2004．
[10] 苗一迪．柔性路径公交车服务区域的决策模型研究[D]．大
连：大连理工大学，2011．
[11] 胡祥培，吴丽蓉．低密度客流条件下柔性路径巴士实时调度
的干扰管理模型[J]．系统管理学报，2012(06)：08ll—O8．

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