港珠澳大桥台风天气下汽车行驶的安全策略

摘要：随着港珠澳大桥的全面竣工通车，一座大桥沟通起了三座南方重要城市的经济文化交流。其中转向立交桥的设计也解决了三地居民驾驶习惯上的不同，而这也产生了车辆同行过程中在上下行时转弯的潜在安全隐患，本文建立在台风场景下的车辆行驶模型，计算出车辆行驶的安全速度范围，避免交通事故的发生。

关键词：陆上通行  汽车最大安全行驶速度  桥上行驶速度和台风级数关系

1 引言

港珠澳大桥是中国进入二十一世纪以来最重要的工程之一，仅凭一座大桥就沟通起了香港、澳门、珠海三个南方最重要的沿海城市，对于这三个地方的经济人文交流起了重要作用。而在这宏观上壮举之外，港珠澳大桥也有很多人性化的设计，香港和澳门两地习惯靠左行驶而大陆居民习惯靠右行驶，这使得同行上出现了问题，因此港珠澳大桥设计了转向立交桥解决了习惯上的自然过渡。但是汽车在上下立交桥时面临着弯道处高速易发生事故的风险，因此本文建立数学模型来分析在台风天气情况下，不通风向下，整座大桥主体上汽车最大安全行驶速度和台风级数的关系。

2 模型的建立与求解

我们要对整座大桥主体上汽车最大安全行驶速度和台风级数的关系进行建模。首先在台风时对汽车进行受力分析：

由气动侧力公式可得：

CS为侧向风力系数，台风级数不同，值也不同;A为汽车在纵轴面投影面积，取决于风向与汽车面夹角; 为空气密度;V为绝对风速。

由图中可以看出，车辆遇到的侧风为VW。车辆的侧向气动力FS与侧向气动力系数CS、车辆的行车速度VC与当时侧风风速VW相关。假设自然风为V，风向如图所示，自然风速与行车速度夹角为 ，将车速合成后得到绝对风速与风向角如下：

通过查找资料了解到常见百公里省油车与气动阻力系数关系，于是估计出气动阻力系数平均约为0.32。

下面根据风力等级表，求出风速和车重在不同范围变化时速度的取值变化。其源代码和结果图如下所示，车速单位为m/s：

3 总结

本文主要研究港珠澳大桥台风天气下汽车行驶的安全策略，我们在引入了台风变量时，车最大被限制到100km/h，此時我们需考虑不同风向下，汽车最大安全行驶速度和台风级数的关系。通过受力分析与公式推导，我们得出了求解该模型的计算公式，随后根据风力等级表，编程计算求出风速和车重在不同范围变化时速度的取值变化。

4 参考文献

[1]张举宾，城市道路交通规划，北京：化工出版社，2006.

[2]吉奥丹诺，数学建模.3版，北京：机械工业出版社，2005.

[3]吴建国，数学建模方法与分析，科学出版社，2006.

作者简介：封丛冉 2001.01.15 女 汉族 江西省上饶市 学生 本科 通信工程专业