港珠澳大橋臺風天氣下汽車行駛的安全策略

摘要：隨著港珠澳大橋的全面竣工通車，一座大橋溝通起了三座南方重要城市的經濟文化交流。其中轉向立交橋的設計也解決了三地居民駕駛習慣上的不同，而這也產生了車輛同行過程中在上下行時轉彎的潛在安全隱患，本文建立在臺風場景下的車輛行駛模型，計算出車輛行駛的安全速度范圍，避免交通事故的發生。

關鍵詞：陸上通行 ?汽車最大安全行駛速度 ?橋上行駛速度和臺風級數關系

1 引言

港珠澳大橋是中國進入二十一世紀以來最重要的工程之一，僅憑一座大橋就溝通起了香港、澳門、珠海三個南方最重要的沿海城市，對于這三個地方的經濟人文交流起了重要作用。而在這宏觀上壯舉之外，港珠澳大橋也有很多人性化的設計，香港和澳門兩地習慣靠左行駛而大陸居民習慣靠右行駛，這使得同行上出現了問題，因此港珠澳大橋設計了轉向立交橋解決了習慣上的自然過渡。但是汽車在上下立交橋時面臨著彎道處高速易發生事故的風險，因此本文建立數學模型來分析在臺風天氣情況下，不通風向下，整座大橋主體上汽車最大安全行駛速度和臺風級數的關系。

2 模型的建立與求解

我們要對整座大橋主體上汽車最大安全行駛速度和臺風級數的關系進行建模。首先在臺風時對汽車進行受力分析：

由氣動側力公式可得：

CS為側向風力系數，臺風級數不同，值也不同;A為汽車在縱軸面投影面積，取決于風向與汽車面夾角; 為空氣密度;V為絕對風速。

由圖中可以看出，車輛遇到的側風為VW。車輛的側向氣動力FS與側向氣動力系數CS、車輛的行車速度VC與當時側風風速VW相關。假設自然風為V，風向如圖所示，自然風速與行車速度夾角為 ，將車速合成后得到絕對風速與風向角如下：

通過查找資料了解到常見百公里省油車與氣動阻力系數關系，于是估計出氣動阻力系數平均約為0.32。

下面根據風力等級表，求出風速和車重在不同范圍變化時速度的取值變化。其源代碼和結果圖如下所示，車速單位為m/s：

3 總結

本文主要研究港珠澳大橋臺風天氣下汽車行駛的安全策略，我們在引入了臺風變量時，車最大被限制到100km/h，此時我們需考慮不同風向下，汽車最大安全行駛速度和臺風級數的關系。通過受力分析與公式推導，我們得出了求解該模型的計算公式，隨后根據風力等級表，編程計算求出風速和車重在不同范圍變化時速度的取值變化。

4 參考文獻

[1]張舉賓，城市道路交通規劃，北京：化工出版社，2006.

[2]吉奧丹諾，數學建模.3版，北京：機械工業出版社，2005.

[3]吳建國，數學建模方法與分析，科學出版社，2006.

作者簡介：封叢冉 2001.01.15 女 漢族 江西省上饒市 學生 本科 通信工程專業