基于機動車右轉彎內輪差的交叉口慢行優(yōu)化設計

鄢勇飛，吳 丹，張 燦

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430023）

0 引言

城市道路平面交叉口是各種交通方式沖突最集中的區(qū)域。右轉彎機動車與行人、非機動車之間的沖突易被忽視，大型車輛在道路交叉口右轉彎碾壓行人、自行車或電動車騎行人導致的傷亡事故時有發(fā)生[1-3]，其中大貨車在路口右轉彎時剮蹭、碾壓行人或非機動車騎行人員致死的交通事故約占30%[4]。

大型車輛右轉彎引發(fā)的交通事故給非機動車騎行人員的生命財產造成了重大損失，諸多學者也從多方面因素開展相關研究。交通事故發(fā)生的原因與人、車、路和環(huán)境等因素相關，主觀方面有機動車駕駛員、非機動車騎行員、行人等行為因素；客觀方面有車輛技術參數、道路條件及現(xiàn)場環(huán)境因素等，機動車右轉彎內輪差是影響因素之一。

范朔、李逸良等[5-7]分析了車輛轉彎內輪差的形成機理及理論計算模型和影響參數關系。熊建昌、劉佳昆等[8-12]從減少駕駛員視覺盲區(qū)，提出了盲區(qū)預警、障礙物檢測、碰撞預警、駕駛員和車外人員輔助預警系統(tǒng)等輔助措施。王清洲[4]、龍可可[13]、白子建[14]分析了右轉盲區(qū)及內輪差與交叉口區(qū)域沖突原因、提出了安全性評價方法模型及改善措施。少數城市的交管部門在交叉口地面施劃了右轉彎警示區(qū)，見圖1。已有研究多側重于車輛構造設計、機動車駕駛員視覺輔助、盲區(qū)預警檢測和安全評價等方面，沒有對典型設計車輛尺寸條件下機動車右轉彎與不同慢行空間位置所產生的沖突情景分析，缺少具體的交叉口優(yōu)化設計措施。

圖1 車輛右轉彎內輪差示意圖與現(xiàn)實圖

本文在機動車右轉內輪差的形成機制及模型測算基礎上，分析了典型設計車輛內輪差與車輛軸距、路緣石轉彎半徑的變化規(guī)律，利用仿真軟件對典型非機動車道斷面組合型式下機動車右轉彎與非機動、行人的沖突進行對比評估，為交叉口慢行空間優(yōu)化設計提供參考。

1 機動車右轉彎內輪差

機動車在轉彎行駛時，同側的前后車輪行駛軌跡線是不重合的，存在一定偏差，后輪的軌跡半徑要小于前輪的軌跡半徑，它們之間的半徑差即“輪差”[6]，靠近轉彎圓心的為內輪差，前后兩輪行駛軌跡形成半月形合圍區(qū)域，見圖2（使用Auto TURN 仿真軟件模擬的雙軸貨車右轉軌跡）。根據車輛構造和剛體運動學原理，現(xiàn)有車輛由于存在車輛非轉向輪的限制及前后車輪軸距，車輛轉彎過程中的輪差是客觀存在的。

圖2 內輪差計算模型圖（雙軸車輛右轉向）

行駛中的輪差是動態(tài)變化的，其影響因素包括車輛前后輪軸距、輪距、轉向角度等[12]。右轉彎內輪差理論計算模型見圖2，由車輛剛體運動學理論及幾何關系可得到：

式中：R 為右轉內輪差；R0為前外輪轉彎半徑，前輪轉角達到最大值的情況下，即為車輛最小轉彎半徑，由設計車輛的自身動力性能參數決定（可通過車輛原地轉圈近似測定）；R1為前內輪轉彎半徑，是駕駛員根據路口轉角情況操作方向盤轉彎時的半徑；R2為內后輪轉彎半徑；D 為車輛輪距；L 為車輛前后輪軸距。

2 機動車右轉彎內輪差

2.1 設計車輛與轉彎半徑

相關規(guī)范中的城市道路設計車輛分為小客車、大型車和鉸接車[15]，其相應車輛尺寸見表1。其中大型車包括“大型普通客車”和“重型普通貨車”。

表1 機動車設計車輛尺寸 單位：m

城市道路平面交叉口轉角緣石半徑根據右轉彎設計車速確定[16]，見表2。當有非機動車道時，推薦的轉彎半徑可減去非機動車道及機非分隔帶的寬度。

表2 平面交叉口路緣石右轉彎半徑

2.2 不同右轉彎半徑下的內輪差

車輛在交叉口右轉彎時，駕駛員通常是參照車道邊路緣石半徑轉彎，同時盡量避免內后輪碰撞路緣石，見圖2。為便于對比分析，根據以上三種設計車輛的參數，分別計算不同交叉口路緣石轉彎半徑下的內輪差及其變化規(guī)律，見圖3。總體上，在相同轉彎半徑下，小客車的內輪差要小于大型車和鉸接車；隨著轉彎半徑的增大，三種車型的內輪差都呈單調性減小。受最小轉彎半徑限制，三種車型根限內輪差分別約為小型車1.75 m，大型車為2.5 m,鉸接車為3.4 m。

圖3 按不同緣石半徑右轉彎時車輛內輪差變化圖

小型車在轉彎半徑5～15 m 的范圍內，內輪差由1.75 m 減少到0.5 m；大型車和鉸接車在轉彎半徑10～20 m 的范圍內，內輪差由3.4 m 減小到1.0 m。當轉彎半徑大于25 m 后，三種車型內輪差減小幅度變小并趨于穩(wěn)定，大型車約為0.5～0.8 m，小客車約為0.2～0.3 m。

顯然，從減小右轉彎車輛內輪差的角度看，交叉口路緣石設計半徑并不是越小越好，尤其是在大型車轉彎需求較多的交叉口。以小型車和大型客車為主的交叉口，路緣石設計半徑可取10～15 m；有大型貨車通行較多交叉口，路緣石設計半徑可取15～20 m。

2.3 不同軸距下的內輪差

以小型車為例，在右轉彎半徑分別為10 m，15 m，20 m，25 m 的情況下，計算車輛在不同軸距尺寸下的內輪差變化情況，見圖4。可以看出，在相同軸距下，轉彎半徑越小，內輪差越大。在相同轉彎半徑下，車輛軸距越大，內輪差越大。轉彎半徑越小，其對應的內輪差隨軸距變化的曲線越陡，增加幅度越大。

圖4 不同軸距在確定轉彎半徑下的內輪差變化圖

2.4 典型大型車右轉彎內輪差分析

從與右轉彎事故發(fā)生的相關車輛類型分析[17]，大型貨車的事故占比達到了96%，大型客車（以公交車類為主）的占比僅約4%。

以在城市交通中通行的典型大車型為例，大貨車、自卸渣土車、攪拌車和公交車尺寸見表3，分別計算在交叉口路緣石設計轉彎半徑下的內輪差。

表3 典型大型車右轉彎內輪差 單位：m

可以看出，當交叉口路緣石設計轉彎半徑為30 m時，大型車的右轉彎內輪差最小約為0.4 m；設計轉彎半徑為10 m 時，右轉彎內輪差最大可達約2.5 m。另外，公交車與大貨車在軸距和轉彎半徑大致相同的情況下，其右轉彎內輪差也基本相同，但從現(xiàn)有事故的統(tǒng)計看，與公交車相關的右轉事故卻遠低于大貨車[17]。

3 機動車右轉彎與慢行沖突分析

利用Auto TURN 仿真軟件模擬大型車輛（為便于對比分析，模擬大型車輛選取軸距6.5 m）右轉彎軌跡變化情形，分析右轉彎與慢行沖突情況。

3.1 典型非機動車道斷面右轉彎沖突

如圖5 所示，組合（a1）為人非共板的情況下，右轉非機動車與右轉機動車是沒有沖突的，但直行非機動車與右轉機動車流線存在沖突，當機動車右轉不受信號燈控制時，在機動車的右轉內輪差范圍內（圖中斜線陰影部分，下同）易發(fā)生碰撞事故。

圖5 人非共板組合（左a 1）與機非共板且有物理隔離設施組合（右a 2）

組合（a2），機非共板且有機非物理隔離設施（如側分帶、欄桿或防撞墩等，下同）情況下，右轉非機動車與右轉機動車的沖突與組合（a1）是相同的，但直行非機車不受路緣石高差影響，更易連續(xù)的通過路口，其與右轉機動車的沖突更易發(fā)生。

如圖6 所示，組合（b1）機非混行情況下，如果機非之間沒有物理隔離設施，右轉機動車軌跡基本不受限制，較易偏離正常行駛車道，直行非機動車完全暴露在右轉機動車的內輪差范圍內。組合（b2）當機動車從有物理隔離設施道路向無隔離設施道路右轉向時，機動車軌跡線在出口時宜偏向同側的非機動道。組合（b3）當機動車從無物理隔離設施道路向有隔離設施道路右轉向時，為避開出口處的物理隔離設施端頭，駕駛員會往左打方向盤，增大轉彎半徑，從而偏離同側行駛的非機動車道，相對組合（b2）較安全。

圖6 人非共板組合

如圖7 所示，組合（c3）為路口設置有右轉導流島時，根據規(guī)范[16]，右轉專用車道曲線半徑應大于25 m，對應右轉設計車速為30 km/h。當非機動道與右轉專用道共板時，與組合（b1）的情況類似。當非機動車道與人行道共板共用時，與組合（a1）情況類似。

圖7 有右轉安全島的組合（c3）

根據模擬軌跡，可以分別計算上述組合形式中內輪差與慢行過街區(qū)域的重疊面積，見表4。對比看出，交叉口有右轉安全島的內輪差重疊面積最小為6.1 m2，機非共板且進出口均無機非物理隔離的內輪差重疊面積最大為31.7 m2，其它情形的內輪差重疊面積基本相同約為24.5 m2。

表4 慢行空間與內輪差重疊面積比較

從減少內輪差事故的角度看，交叉口慢行空間應優(yōu)先考慮設置右轉安全島，其次為采用人非共板斷面形式，當采用機非共板斷面形式時應設置機非物理隔離設施。

3.2 慢行過街位置沖突

從圖5 和圖6 中車輛仿真軌跡可以看出，在無右轉安全島的情況下，右轉機動車與行人、非機動車過街存在較大沖突。

對于有機非物理隔離設施的，可在物理隔離設施端頭增設慢行過街島，起到限制右轉車輛偏移的作用，如圖8 和圖5 對比所示，但右轉內輪差與慢行過街的沖突區(qū)域面積基本沒有變化，只是沖突重疊面積位置更靠近路中。對于沒有物理隔離設施的機非共板斷面的交叉口，可將人行橫道線后移適當距離，以減少與內輪差的沖突區(qū)域面積，如圖9 和圖6（a1）對比所示，人行橫道越靠近路口，其與內輪差重合面積越大。

圖8 在物理分隔設施端頭增加慢行過街島

圖9 人行過街位置適當后移

路口人行橫道位置后移可減少右輛內輪差與行人、非機動車等待空間的沖突區(qū)域面積。增加人行過街島，可以防止右轉車輛軌跡偏向路側慢行空間區(qū)域。但對于正在過街行進中的行人、非機動騎行人員而言，其與不受信號燈控制的右轉車輛的內輪差仍然會存在較大沖突區(qū)域，同時由于行人視線是背對著右轉機動車來車方向，當處于機動車駕駛員視線盲區(qū)時沖突風險更大。

4 結論與討論

本文分析了典型設計車輛內輪差隨車輛軸距、交叉口路緣石設計轉彎半徑的變化規(guī)律，討論了非機動車道斷面組合型式下機動車右轉彎與非機動、行人的沖突情形，并提出了相關優(yōu)化設計建議。

（1）交叉口路緣石設計半徑并不是越小越好，以小型車和大型客車為主的交叉口，路緣石設計半徑可取10～15 m；有大型貨車通行較多交叉口，路緣石設計半徑可取15～20 m。

（2）交叉口慢行空間應優(yōu)先考慮設置右轉安全島，其次為采用人非共板斷面，當采用機非共板斷面時應設置機非物理隔離設施。

（3）交叉口人行橫道過街位置后移，可減少右輛內輪差與行人、非機動車的軌跡沖突區(qū)域面積。

（4）大型客車與大型貨車的內輪差與現(xiàn)有事故統(tǒng)計分析，表明右轉彎內輪差并非導致右轉彎事故的必要因素。機動車的客貨外形構造、駕駛員視覺盲區(qū)動態(tài)變化、右轉彎車速、非機動車騎行速度及觀察視線受阻等因素的影響需要進一步研究。

（5）目前普遍認為，交叉口采用小半徑路緣石有利于增加慢行等待空間，減少慢行過街距離；但小半徑也會導致右轉機動車的內輪差增加，從而增加與行人、非機動車的剮蹭碾壓風險，如何平衡還需要進一步研究。