基于車輛行駛特性的市政道路設計優化研究

摘 要：圍繞車輛行駛特性及其對市政道路設計的影響進行了深入分析，并提出了相應的優化策略。研究首先界定了車輛行駛特性的定義和分類，包括動力性、制動性、操縱穩定性和通過性，并探討了影響這些特性的主要因素，如車輛類型、駕駛員行為和路面條件。隨后，回顧了市政道路設計的基本原則和方法，包括幾何設計、交通工程設計和環境工程設計，并強調了設計過程中考慮車輛行駛特性的重要性。在此基礎上，研究提出了基于車輛行駛特性的道路設計優化策略，包括道路寬度與轉彎半徑的優化、道路坡度設計的科學調整以及車道寬度與安全距離的精確配置。這些策略旨在平衡不同尺寸和類型的車輛的行駛需求，確保道路設計既安全又高效。

關鍵詞：車輛行駛特性;市政道路設計;優化策略文章編號：2095-4085（2024）02-0144-03

市政道路作為城市交通的重要載體，其設計質量對城市交通的效率和安全有著直接影響。然而，現實中的市政道路設計往往未能充分考慮車輛行駛特性，導致設計出的道路無法滿足實際交通需求，這也使得基于車輛行駛特性優化道路設計顯得尤為重要。歷史上的研究雖然已經對道路設計的基本原則和方法進行了深入探討，但對于車輛行駛特性與道路設計的關系的研究卻相對較少，這也正是本研究試圖填補的研究空白。為此，本研究旨在提出一套基于車輛行駛特性的道路設計優化策略，為市政道路設計提供參考。

1 車輛行駛特性的理論分析

1.1 車輛行駛特性的定義和分類

車輛行駛特性在市政道路設計中的應用是根據車輛在行駛過程中表現出的不同運動特性來調整和優化道路的設計參數，確保道路設計能夠適應車輛的行駛需求，提高道路的安全性和舒適性。車輛行駛特性通常包括動力性、制動性、操縱穩定性、通過性等方面，并且受到車輛類型、質量、載荷、發動機性能、傳動系統、懸掛系統等多種因素的影響。車輛行駛特性的定義涵蓋了車輛在不同行駛條件下的性能表現，包括但不限于加速能力、制動效能、轉向響應、穩定性和乘坐舒適度。這些特性可以根據不同的標準進行分類，常見的分類方法有：

（1）動態特性：包括車輛的加速性能、制動性能和操縱響應性，反映了車輛對駕駛員操作的響應速度和敏感度。

（2）穩態特性：涉及車輛在穩定行駛狀態下的性能，如維持勻速行駛時的燃油經濟性、發動機效率和排放水平。

（3）過渡特性：描述車輛從一狀態過渡到另一狀態時的性能，如從穩速行駛到加速或制動的響應特性。

在實際道路設計中，車輛行駛特性對道路的幾何設計參數有直接影響。例如，車輛的動力性能影響了道路坡度的設計，制動性能影響了道路的視距要求和停車場設計，而操縱穩定性則影響了道路曲線的半徑和超高設計。道路設計師必須充分考慮這些因素，以確保道路能夠適應車輛的行駛特性，從而提供安全、高效的行駛環境［1］。

1.2 車輛行駛特性的影響因素

車輛行駛特性受到多種因素的影響，具體包括車輛類型、駕駛員行為和路面條件。車輛類型主要影響車輛的基本性能，包括動力性、制動性、操縱穩定性和通過性等，而駕駛員行為則影響車輛的實際行駛狀態，路面條件則影響車輛與道路的交互性。

車輛類型是影響車輛行駛特性的主要因素之一。不同類型的車輛，如轎車、SUV、卡車、公交車等，其設計參數和性能指標各不相同，這直接影響了車輛的行駛特性。例如，轎車通常具有較好的動力性和操縱穩定性，適合在城市道路上高速行駛；而卡車和公交車由于車身重，制動性能相對較差，但其通過性強，適合在復雜的道路條件下行駛。這些因素在道路設計中需要得到充分考慮。

駕駛員行為是影響車輛行駛特性的另一個重要因素。駕駛員的駕駛習慣、技能水平、反應速度等都會影響車輛的實際行駛狀態。例如，有些駕駛員喜歡高速行駛，這就要求車輛具有良好的動力性和操縱穩定性；而有些駕駛員喜歡慢速行駛，這就對車輛的通過性提出了更高的要求。此外，駕駛員的反應速度也會影響車輛的制動性能和安全性。因此，道路設計時需要考慮到駕駛員行為的影響［2］。

路面條件是影響車輛行駛特性的第三個重要因素。路面的平整度、摩擦系數、濕滑程度等都會影響車輛與道路的交互性。例如，路面不平會增加車輛的振動，影響乘坐舒適度；路面濕滑會降低車輛的制動性能，增加行駛風險。因此，道路設計和維護時需要保證路面的良好狀態，以提高車輛的行駛性能。

車輛行駛特性是一個復雜的系統性問題，需要從多個角度進行分析和考慮。而車輛類型、駕駛員行為和路面條件是影響車輛行駛特性的主要因素，只有充分考慮這些因素，才能設計出既安全又高效的道路。

2 車輛行駛特性與道路設計的關系

2.1 車輛尺寸與道路設計參數

市政道路設計與平衡不同尺寸類型車輛的行駛需求存在緊密聯系。例如，大型車輛（如卡車和公交車）和小型車輛（如轎車和自行車）在行駛特性上有顯著的差異，這導致了在道路設計上的一些矛盾和沖突。在實際設計過程中，為了確保大型車輛能夠在交叉口處順利轉彎，設計師往往會選擇較大的轉彎半徑。然而，這種設計對于小型車輛來說可能并不理想，因為較大的轉彎半徑可能會使得小型車輛在轉彎時需要行駛更長的距離，這不僅會增加駕駛者的駕駛難度，還可能增加行駛風險。因此，如何在保證大型車輛行駛順暢的同時，也能滿足小型車輛的行駛需求，是市政道路設計中一個重要的挑戰，解決這個問題需要設計師對車輛行駛特性有深入的理解，并能夠在設計過程中靈活地應用這些知識。

2.2 車輛動力性能與道路設計參數

車輛的動力性能決定了其在不同坡度的道路上行駛的能力，這一點在道路設計參數的確定中尤為關鍵。爬坡能力是由車輛的最大扭矩和功率決定的，它直接影響到車輛在上坡時的加速度和最高速度。在《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）中明確指出，設計道路坡度時，必須考慮交通組成中最不利車輛的爬坡能力，確保這些車輛在最不利條件下仍能安全通過。不同類別的車輛，其動力性能參數有明確規定，如最大設計爬坡度等。這些參數基于車輛的發動機特性、傳動系統設計以及車輛質量等因素。以小型轎車為例，其動力性能通常針對城市道路行駛條件進行優化，因此在設計時，道路最大坡度通常不會超過5%，以確保轎車即使在滿載狀態下也能夠平穩上坡。相較之下，卡車和SUV由于具有更高的動力輸出和更強的扭矩，其通過較大坡度的道路的能力更強，因此在專用車道或貨運通道的設計中，可以考慮更大的坡度，比如可達到6%或更高。

2.3 車輛制動性能與道路設計參數

車輛制動性能影響道路縱斷面設計、交叉口設計、車道寬度和視距等。制動性能由最大制動減速度決定，影響緊急制動時的停車距離和時間。設計道路縱斷面和交叉口時，需考慮最不利車輛的制動性能，確保在最不利條件下能安全停車。設計高速公路縱斷面時，需考慮下坡時車輛制動性能可能降低，應增加下坡路段長度以便減速。交叉口設計需設置足夠減速距離，對制動性能差的車輛，如老舊貨車和公交車，減速距離需更長［3］。

3 基于車輛行駛特性的道路設計優化策略

3.1 道路寬度與轉彎半徑優化策略

在市政道路設計中，車道寬度與轉彎半徑優化關鍵于交通安全、流暢和道路效率。設計車道寬度需考慮車型、行駛速度、交通量等。大型車輛應采用分級管理，不同道路級別有不同設計標準。大型貨車轉彎半徑需滿足安全轉彎空間需求，主干道車道寬度應考慮貨車尺寸和作業空間，防止轉彎時侵占相鄰車道或行人道。轉彎半徑設計應結合車速、車型、道路條件，保證安全轉彎。次干道和支路服務小型車輛，車道寬度和轉彎半徑可減小，提高土地使用效率，降低成本。同時，應滿足消防車等特殊車輛需求。

智能交通系統（ITS）能提升道路使用效率和安全性，通過監測交通流量和車型，動態調整交通信號，優化車流。道路設計師應利用交通流分析、車輛動力學模擬、道路安全評價等工具，結合城市交通規劃和發展戰略，采取綜合設計方案，滿足大型車輛通行需求，兼顧土地資源有效利用，實現城市道路系統可持續發展［4］。

3.2 道路坡度設計優化策略

道路坡度設計優化策略需充分考慮車輛的動力性能與道路的使用特性，應通過科學的方法論與技術手段，實現坡度設計的優化。具體而言，對于大型車輛如貨車、客車等，其動力性能與爬坡能力相對較強，設計坡度時可適度提高，以緩解平面交通壓力，提升道路的通行效率；反之，對于私家車、電動汽車等輕型車輛，由于其動力性能相對較弱，應減小設計坡度，以防止車輛在爬坡時速度過慢，影響交通流的連續性與安全性。在坡道設計中，應引入減速車道與加速車道，以緩解因坡度變化導致的交通沖擊，特別是在坡道起始點，減速車道能夠有效地分流即將下坡的車輛，減少下坡路段的交通壓力；加速車道則為上坡車輛提供了加速空間，使其能夠在合并到主車道前獲得足夠的速度，減少對主車道交通流的干擾。此外，坡度設計還應結合路網的總體規劃，考慮到不同區域的交通需求與地形條件，以及環境保護、資源節約等因素。例如，在山區或多變地形的城市，坡度設計應更加注重與地形的協調，同時考慮排水系統的設計，以防止雨水沿坡道流動形成的積水對交通安全的影響［5］。

3.3 車道寬度與安全距離優化策略

車道寬度與安全距離優化應依據相關規范，結合車輛制動性能、車流組成、行駛速度等因素。制動性能差的車輛需更長距離停車，因此高速公路、城市快速路等應增加車道寬度，加大車輛間橫向和縱向安全距離。高速公路車道寬度通常不低于3.75m，城市快速路不小于3.5m，為緊急情況下車輛擺動提供空間。安全距離應參照最大制動距離，結合道路表面、氣象條件等進行評估。市區街道車速較低，車道寬度可適當減少，如市區道路寬度可為2.75至3.25m，既保證安全，又提高空間利用效率。電子監控設備如車速監測、間距檢測等ITS組件，可實時監控車速和車輛間距，提高道路安全性能。這些技術手段實現車道寬度與安全距離的動態管理，提升道路網絡安全水平和通行效率。

4 結語

通過本研究的深入分析與探討，得以認識到車輛行駛特性對市政道路設計的重要性。從車輛的動力性、制動性、操縱穩定性到通過性，每一方面的特性都對道路設計的每個細節提出了要求。不僅要考慮車輛本身的特性，還需深入理解駕駛員行為和路面條件對車輛行駛特性的影響。在此基礎上，本研究提出了一系列基于車輛行駛特性的道路設計優化策略，包括對車道寬度與轉彎半徑的優化、道路坡度的科學設計以及車道寬度與安全距離的精確調整。展望未來，隨著自動駕駛技術的發展和新能源車輛的普及，車輛行駛特性將會發生變化，市政道路設計也將迎來新的挑戰和機遇。期待未來的研究能夠繼續深化對車輛行駛特性的了解，進一步優化道路設計，為建設更加安全、高效、環保的城市交通系統做出貢獻。

參考文獻：

［1］方曉敏.市政道路舊路改造橫斷面設計研究［J］.交通科技與管理，2023，4（19）：143-149.

［2］陳攻宇.復雜山區高速公路路線設計方案優化研究一以沿印松高速為例［J］.程技術研究，2022，7（8）：190-192.

［3］郭蘭博，王振，王嚴，等.基于多目標約束的旅游路線優化設計方法研究［J］.測繪與空間地理信息，2021，44（7）：165-167.

［4］陳希，呂洋.基于ISODATA的實時動態電動汽車運行工況與耗電特性研究［J］. 計算機應用與軟件，2021，38（11）：344-349.

［5］潘文佳.基于蟻群優化算法的最優旅游路線優化模型［J］.電子設計工程，2020，28（22）：47-51.

作者簡介：毛念雪，女，本科，助理工程師，研究方向為城鄉道路與交通工程設計。