第二章 平面设计

汽车的行驶稳定性
汽车行驶过程中，在外部因素下汽车尚能保持日常行
驶状态和方向，不致失去控制而产生滑稳、倾覆等现象的 能力。
包括：
①横向的稳定性 （曲线上行驶）
②纵向稳定性
（上坡行驶）
③纵横组合向稳定性（曲线下坡上行驶）
汽车行驶的横向稳定性
（1）汽车在圆曲线上的平衡
设汽车重力G，行驶速度v，
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b
X
圆曲线半径R，路面横坡ih=tana
路拱≤2%，采用ih=-0.015、φh=0.035计算取整 路拱> 2%，采用ih=-0.015、φh=0.04计算取整
R= V2/[127*(φh+ih)] 因为不设超高，最不利情况在路面外侧，因此ih为负号。
缓和曲线
设置在直线与圆曲线间或半径相差较大、转向相同的 两圆曲线间的一种曲率连续变化的曲线。
直线的最小长度
《公路路线设计规范》（JTG D20-2006)
（2）反向曲线 《规范》：当设计速度≥60km/h，直线最小长度（km）
≥2倍设计速度（km/h），曲线两端没有缓和曲线时，可 不用直线直接相连，构成S型曲线。
运用直线的方法
①长直线时纵坡不应过大 ②长直线两边要有景色变化 ③长直线尽头要做好安全保障措施
hg
横向力:X=Fcosa-Gsina （不稳定因素）
竖向力:Y=Fsina+Gcosa （稳定因素）
离心力:F=Gv2/gR
F
R
ih
Y
a
G
因为a很小,所以sina≈tana=ih ， cosa≈1 因此，横向力X=Gv2/gR-Gih=G(v2/gR-ih)
汽车行驶的横向稳定性
（1）汽车在圆曲线上的平衡 因为横向力不能反映不同轴载汽车的稳定程度，
汽车行驶的横向稳定性
（3）横向滑移条件 汽车横向滑移的临界条件是横向力等于轮胎和路面之间 的横向摩阻力。
设横向摩阻系数为φh=(0.6~0.7)φ，φ为附着系数 不发生滑移的条件是：X≤ Yφh ≈Gφh 满足横向不滑移时u=X/G≤φh 结合之前的u=X/G=V2/127R-ih ，得到满足横向不滑移的 最小圆曲线半径：R≥ V2/[127*(φh +ih)] 汽车在圆曲线上行驶，横向滑移会先发生，设计时横向力 系数采用u≤φh ，但装载过高时可能有倾覆现象。
直线的最小长度
《公路路线设计规范》（JTG D20-2006)
（1）同向曲线 断背曲线：直线较短时，视觉上容易形成直线与两端
曲线构成反弯的错觉，当直线过短时，甚至把两个曲线看 成一个曲线。
《规范》：当设计速度≥60km/h，直线最小长度（km） ≥6倍设计速度（km/h），当条件限制时 ，可改为大半径 同向曲线，或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C型曲线。
第二章 平面设计
路线的平面、纵断面、横断面
平面：道路中线的空间位置在水平面上的投影 纵断面：沿道路中线竖直剖切再展开 横断面：沿道路中线上任一点的法向切面
汽车行驶的重心轨迹
特点：① 轨迹连续 直+圆
② 轨迹曲率连续 直+缓+圆
③ 轨迹曲率变化率连续 直、缓、圆连接点曲率变化不连续
直线（曲率为零）、圆曲线（曲率为常数）和缓和曲线 （曲率为常变数数）称为平面线形三要素
定义单位车重所受的横向力为横向力系数： u=X/G=v2/gR-ih
用V(km/h)代替上式中的v(m/s)，则横向力系数： u=X/G=V2/127R-ih
u越大，汽车稳定性越差!
汽车行驶的横向稳定性
（2）横向倾覆条件 汽车横向倾覆的临界条件 是车身绕A点发生旋转。
b
X
设汽车轮距为b，汽 车重心高度为hg；
道路平面线形设计
根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理确定 平面线形三要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性， 并注意使线形与地形、地物、环境和景观等的协调，对车 速较高的道路，线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员 视觉和心理上的要求。
直线线形的特点
（1）优点 ①有短捷、直达的美学效果 ②汽车受力简单、方向明确、驾驶简易 ③测设方便
最大横向力系数umax
u越大越不利，表现在： ①危及行车安全 ②增加驾驶操纵的困难 ③增加燃料消耗和轮胎磨损 ④旅行不舒适
一般umax=0.10~0.16，车速高时取低值，车速低时取高值。
最大超高值ih(max)
因为慢车的离心力可能接近于0，因此最大超高值不应大于 一年中气候最恶劣季节路面的横向摩阻系数。
谨慎使用！
一般最小半径
定义：保证车辆按设计速度安全舒适行驶所规定的圆曲线 半径最小值 。 采用ih=6%~8%、φh=0.05~0.06计算取整 （高速度时用小值，低速度时用大值） R= V2/[127*(φh+ih)]
推荐使用！
不设超高的最小半径
定义：不必设置超高就能满足行驶稳定性的圆曲线最小 半径。
hg
F
不发生旋转的条件是： X*hg≤ Y*b/2=(Fih+G) b/2
因为Fih＜ ＜ G，有 X ≤ Gb/(2*hg)
R
A
ih
Y
a
G
满足横向不倾覆时u=X/G ≤ b/(2*hg)
结合之前的u=X/G=V2/127R-ih ，得到满足横向不倾覆的
最小圆曲线半径：R≥ V2/[127*(b/2hg+ih)]
（1）一般地区 高速公路、一级公路
二、三、四级公路
（2）积雪冰冻地区 各级公路
（3）车速受限公路和城市道路 设计车速80km/h 设计车速50~60km/h 设计车速20~40km/h
8%~10% 8%
6%
6% 4% 2%
圆曲线最小半径
在不发生横向滑移的前提下，用横向摩阻系数φh替代 横向力系数u，可以降低造价。
（2）缺点 ①地形起伏较大地区会产生高填深挖路基 ②长度运用不当会影响线形连续性 ③过长直线可能会诱使驾驶员超速行驶
直线的最大长度
由经验确定
①日本、德国：20V(m)，其中V是设计速度（km/h)
②俄 罗 斯：8km
③美
国：3mile (1mile=1609.344m)
我国未对直线的最大长度做出规定。
R= V2/[127*(φh+ih)]
根据不同的φh和ih值，可得到不同等级公路的极限最小 半径、一般最小半径和不设超高的最小半径。
圆曲线最小半径
极限最小半径
定义：保证车辆按设计速度安全行驶所规定的圆曲线半径 最小值。 采用ih=8%、φh=0.1~0.16计算取整 （高速度时用小值，低速度时用大值） R= V2/[127*(φh+ih)]