客貨分離道路背景下大貨車右轉彎車道設計方法

張紫程 馬紅偉 白子建

【摘? ? 要】：針對客貨分離道路交叉口節點的設計，考慮大貨車自身轉彎特性，主要從右轉導流路寬度確定、考慮內輪差的非對稱三心圓右轉彎內弧線設計和右轉彎車道一體化幾何作圖流程三個步驟提出新的設計方法，以實際工程為例，從道路安全性、通行效率及土地利用三個方面進行論證分析，確保大貨車右轉彎車道設計方法的有效性。

【關鍵詞】：客貨分離；交通安全；大貨車；右轉彎；交叉口設計

【中圖分類號】：U491【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2024）01-40-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.012

收稿日期：2023-02-08

課題項目：天津市交通運輸科技發展計劃項目（2021-04）

作者簡介：張紫程（1995 - ）， 男， 碩士， 天津市人， 工程師， 從事公路與城市道路規劃設計研究工作。

當前公路運輸的瓶頸問題是客貨車混行道路整體運行效率和行車安全性較低，客貨分離道路成為解決該問題的首選策略[1～4]。

所謂客貨分離是指在道路運輸中實行客車、貨車分道行駛，即根據車輛類型和行車速度建設相對獨立的行駛車道，一般單向客車與貨車車道各不少于2個（超車車道或者緊急情況備用車道），采用分離或強制隔離的斷面形式?？蛙嚢ㄐ∞I車及各種客車等，貨車包括各種載貨汽車[5]。由于客貨車在客貨分離道路交叉口內仍易發生交織，導致通行效率及安全性降低；因此客貨分離道路的交叉口需進行交通組織設計，甚至是道路結構上的重新設計[6～7]。

1 技術背景

大貨車在轉彎過程中容易產生輪跡內移。輪跡內移的描述有兩種方式：一種是穩態輪跡內移量；另一種是掃掠路徑寬度。另外一個描述大貨車轉彎特性的重要變量就是內輪差[8]，一般而言，車身越長，形成的內輪差就越大，掃掠路徑寬度也會隨之擴大。見圖1。

由于內輪差的存在，大貨車轉彎時前后車輪的行駛軌跡不重合且前車身和后車身之間有較大的轉角，極易形成駕駛員的“視覺盲區”。例如，如果大貨車駕駛員在右轉彎過程中只注意前輪能夠通過而忘記內輪差的存在，就可能造成后內輪駛出路面或與等待穿行的非機動車和行人發生碰撞。

道路平曲線設計需要考慮穩態輪跡內移和內外輪差的大??；但在我國道路和交通設計實踐中，右轉彎車道的設計絕大多數情況下采用簡單的單心圓復合曲線，極少數情況下會采用三心圓復合曲線來模擬右轉彎車輛的行駛軌跡。見圖2和圖3。

單心圓復合曲線方法具有切線長、易掌握和實用性強的特點，能滿足城市道路小客車的設計要求，但是卻難適用于多軸大貨車。采用這種設計方法來進行大貨車的右轉彎車道設計往往容易導致轉彎半徑（單心圓半徑）不足或者轉彎半徑過大：轉彎半徑過大造成交叉口用地浪費，容易誘發交叉口轉角處隨意停車現象；轉彎半徑不足則會降低大車行駛的平順性，增加行車延誤，甚至出現干擾進出口道相鄰車道車流的情況。同樣，三心圓復合曲線設計方法也存在類似的問題。

在交叉口交通安全設計中，針對大貨車的轉彎特性來進行右轉彎車道的設計，一方面可以保障大貨車轉彎的平順性，減少對相鄰車道車流的干擾，提高交通效率；另一方面可以避免大貨車壓路緣石現象，減少交通事故。

2 技術方法

在計算輪跡內移時，可以計算相鄰軸對或者相鄰交接點之間的距離，輪跡偏移值與這個距離的平方成正比。大多數牽引拖掛車輪跡偏移是指中軸到后軸的最大距離；小客車輪跡偏移用勾股定理公式計算

式中：OT為小客車輪跡偏移值，m；[l]為兩軸之間的距離，m；[R]為曲線半徑，m。

若計算出輪跡偏移為負值，則說明輪跡向曲線中心偏移；若[l]<<[R]，則計算公式可以簡化為[-0.5（l2/R）]。

采用實測數據和軌跡模擬相結合的方法來估計多軸大貨車各轉彎參數。首先采用基于視頻的軌跡提取軟件描出前軸中心與后軸中心軌跡線，沿軌跡線的整個長度作出兩條軌跡曲線的徑向線，找出最大徑向距離，最大軌跡偏移等于實測的最大徑向距離減去拖車后軸寬的一半；然后，利用車輛軌跡模擬軟件Autoturn對標準大貨車在不同轉彎半徑下進行90°的轉彎建模試驗，得出各種條件下的最大掃掠路徑寬度、最大輪跡偏移和內外輪差等設計參數；最后，利用實測數據對軌跡模擬數據進行校核，確定最后的設計參數見圖4。

2.1 右轉彎倒流路寬度確定

導流路的寬度應該等于輪跡內移（最大掃掠路徑寬度）和側向凈空之和。見圖5。

2.2 非對稱三心圓右轉彎內弧線設計

貨車右轉彎軌跡可通過一個進口道曲線半徑較小、出口道曲線半徑較大的非對稱的三心圓復合曲線來進行擬合。

2.3 右轉彎車道一體化幾何作圖流程

給定導流路寬度和內弧線半徑條件下，按以下步驟畫出右轉彎車道的三心圓復合曲線。

1）XYX為車道流入的方向，DCD為車道右側路緣石，見圖6。

2）根據設計車輛類型，繪制道路外側的轉彎半徑，見圖7。

3）根據車輛類型，設計右轉車道寬度w，偏移出道路內側的轉彎半徑，內外側的轉彎半徑共圓心，見圖8。

4）緩和曲線的半徑長度R1、R2取決于道路內側的轉彎半徑Ri，一般取值為Ri的3～4倍，見圖9。

5）分別以O0為圓心，R1-Ri和R2-Ri為半徑畫圓弧，圓弧與DC的平行線（距離為R1）的交點O1，即是緩和曲線1的圓心，圓弧與DC的平行線（距離為R2）的交點O2，即是緩和曲線2的圓心，見圖10。

6）連接O0O1、O0O2并延伸與道路內側線的交點B1、B2，見圖11。

7）分別以O1、O2為圓心，R1、R2為半徑作弧，得到的弧A1B1、A2B2即是緩和曲線1和緩和曲線2，見圖12。

3 實例驗證

采集大貨車的交叉口轉彎視頻，確定設計的標準車型；通過視頻軌跡提取與Autoturn仿真獲得轉彎時的交通特性數據；確定針對大貨車的交口設計參數；通過VISSIM與Autoturn仿真，檢驗設計參數是否達到預期效果。見圖13。

針對大貨車較多的交叉口進行視頻數據的采集，確定比例最高的大貨車類型，作為標準設計車輛；然后通過視頻分析軟件對標準設計車輛的行車軌跡進行提?。〞r間精度0.1 s，空間精度0.5 m），通過Autoturn進行右轉彎建模試驗，得到不同條件下最大掃掠路徑寬度和內輪差等設計參數，基于這些參數進行非對稱三心圓復合曲線的擬合。

以天津港區一典型交叉口右轉彎車道的交通安全設計為例。加長集裝箱車輛在該交叉口交通構成中所占比例均超過60%；因此在港區右轉彎車道交通安全設計中以加長集裝箱車輛為標準設計車輛。

在軌跡提取過程中選取15個符合要求的樣本，得到標準設計車輛在相同道路條件、相同轉彎半徑下的最大軌跡偏移和最大掃掠路徑寬度分布。見圖14和圖15。

利用Autoturn軟件對標準設計車輛在不同轉彎半徑下進行90°轉彎建模，轉彎半徑分別選取15、20、25、30 m。見表1。

分別確定右轉彎車道設計中不同轉彎半徑導流路寬度和傳統對稱三心圓復合曲線、本研究提出的非對稱三心圓復合曲線設計方法下的設計參數。見表2和表3。

選取轉彎半徑25 m，以表4數據作為仿真建模的輸入參數，采用微觀仿真軟件VISSIM建模，根據輸出的車輛速度、軌跡等信息，借助交通安全分析軟件SSAM進行右轉車的交通沖突分析。此時對應的右轉車道寬度為5.0 m，進口道為3車道（1左轉車道+1直行車道+1右轉車道）。兩種設計方法的右轉車延誤相當。見圖16和表5。

選取轉彎半徑15 m，比較單心圓復合曲線、對稱三心圓復合曲線和非對稱三心圓復合曲線3種設計方法的占地面積。見圖17。

4 結論

1）相比傳統方法，新設計方法中的右轉大車與直線車輛的嚴重沖突大大減少，改善交通安全，間接地表明減少了右轉大車轉彎時占用同進口道直線車道的概率。

2）本文提出的方法更貼近大貨車的右轉彎軌跡，分別比單心圓和對稱三心圓方法節約土地面積108.8、13.4 m2。

本文提出的設計方法提高通行效率并降低事故發生率，可根據客貨車差異采用不同的道路設計標準，在一定程度上降低客貨分離道路建設成本，提高客貨分離道路系統的遠期經濟性及可持續性，社會和經濟效益顯著；對于目前貨車通行量日益增長區域的路段，具有推廣實施價值。

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