[发明专利]一种高速公路缓和曲线设计方法

说明书

本发明涉及一种高速公路缓和曲线设计方法，针对现有高速公路缓和曲线设计方法及回旋线作为缓和曲线存在的问题：曲率线性变化、缓和曲线起终点曲率变化不连续、行驶轨迹存在拐点、驾乘人员舒适性不佳，提出基于行车舒适性的高速公路缓和曲线设计方法。使用高阶缓和曲线改善起终点曲线变化率不连续的缺点，结合驾乘人员的偏摆旋转运动自由度的阈值，推导缓和曲线参数的边界值，得到满足行车舒适性要求的缓和曲线。

技术领域

本发明涉及一种高速公路缓和曲线设计方法。

背景技术

有高速公路缓和曲线设计方法及回旋线作为缓和曲线主要存在问题：曲率与曲线长度为线性变化，起终点曲率变化不连续，车辆在经过曲率变化不连续的路段时，无法通过转动方向盘来拟合行车轨迹(导致车辆在行驶过这两点时曲率变化不易遵循)，并且线形设计流程中未将驾乘人员的行车舒适性作为控制指标。近年来随着公路测量中广泛使用光电测距仪、全站仪和袖珍计算机，无论使用多么复杂的数学公式作为缓和曲线都可以方便、迅速地计算出中桩并精确敷设在地面上，可以通过探究更高阶的函数形式来得出一条更加圆顺、平滑的曲线来作为缓和曲线，而不因计算难度限制复杂曲线的使用，回归设置缓和曲线的本质需求，使其能够更好的满足行车舒适性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速公路缓和曲线设计方法，用于解决现有高速公路缓和曲线设计方法及回旋线作为缓和曲线存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速公路缓和曲线设计方法,其特征在于：

步骤S1：采集车辆在高速公路上行驶时驾乘人员的偏摆旋转运动自由度；

步骤S2：根据采集的驾乘人员运动自由度数据，分析得到驾乘人员偏摆旋转运动自由度相对应的阈值；

步骤S3:根据缓和曲线设计要求，推导得到缓和曲线曲率函数；

步骤S4:根据驾乘人员运动自由度相对应的阈值，对缓和曲线曲率函数中的参数进行限定，得到满足行车舒适性的要求的缓和曲线；

步骤S5:根据得到缓和曲线对高速公路进行设计建设。

进一步的，所述步骤S3具体为：

步骤S31:采用三次曲线作为目标函数，三次缓和曲线曲率函数的一般式为：

k＝a₀+a₁×l+a₂×l²+a₃×l³ (1)

式中：k为缓和曲线某点曲率；l曲线上某点至曲线起点的弧长；a₀、a₁、a₂和a₃为待定系数；

步骤S32:推导缓和曲线参数的边界值，缓和曲线的曲率k需满足如下的条件：

1).缓和曲线起点与直线顺接，曲率为零，即l＝0,k＝0；

2).缓和曲线终点与圆曲线顺接，曲率为即l＝S，

3).曲率变化率在缓和曲线起终点为零，即

其中S为缓和曲线的总长，R为缓和曲线所接单元的曲率半径；

(1)式对l求导可得：

结合缓和曲线的曲率k需满足的条件1)、2)、3)可得：

对该四元依次方程组进行求解可得：

故式(1)缓和曲线的曲率函数为：