考虑车路耦合因素的山区公路几何设计
摘要：高等级公路和急转弯是山区公路几何的主要特征。急转弯时可能发生侧翻并产生过大的横向应力。因此，为了理解车速与曲率半径之间的关系，根据限制车速推荐合适范围的曲率半径是必要的。本文基于车路耦合原理建立了安全模型。该模型考虑了侧滑和侧翻两种主要的假设场景，并通过软件模拟进行了验证。山区弯路的推荐值同时基于模拟结果和理论结果。这些结果也可为山区公路几何设计提供参考。
关键词：车路耦合；山路；几何设计；安全速度
引言：交通安全一直是世界各地的一大问题。根据世界卫生组织（WHO）的报告，中国每年每10万居民的交通事故死亡率为18.8%。据报道，山区的交通事故发生率高于平原地区[[4]][[5]]。同时，现行的山区公路设计标准是20世纪90年代初发展来的，当时的限速低于今天。因此，有必要对现行的设计规范进行调整。山区有许多可能导致发生交通事故的特征，如长下坡、连续急转弯、极限半径。结果表明，线路段是山区典型的事故多发路段，侧滑和侧翻是主要模式[[6]]。因此，优化山区路段转弯半径设计指标可以提高曲线路段的安全等级。
目前关于曲线几何设计的研究主要关注于道路与车辆之间的关系、车辆行车轨迹的影响因素和车辆的稳定性[[7]][[8]]。在进行几何设计时，还考虑了智能交通系统[[9]]。然而还是缺少山区设计的实践[[10]]。本文研究了车辆和道路的耦合机理，通过理论模型和模拟实验分析了车辆在临界状态下的几何参数和车辆动态行为，提出了山区道路转弯半径的阈值范围，为山区道路的几何设计提供了参考。
1.车辆和道路的耦合机理
1.1安全度
基于对交通事故的调查研究，车辆性能受道路参数的影响。车辆性能包括车辆制动性能，车辆行驶稳定性以及车速，载重，车辆重心高度等其他参数。一旦车辆由于路段的几何参数的影响而不能很好地行驶，就会增加发生事故的可能性。本文通过车辆参数与道路参数的组合来表征车辆的安全度，安全度的范围是从0到1，1意味着几乎不会发生事故，随着安全性的降低，事故发生的可能性增大。
安全度取决于车辆和道路的客观因素，而不考虑驾驶员等主观因素。被称为“S”的车辆安全度可以用公式1表示：
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