客货分离道路背景下大货车右转弯车道设计方法

张紫程 马红伟 白子建

【摘    要】：针对客货分离道路交叉口节点的设计，考虑大货车自身转弯特性，主要从右转导流路宽度确定、考虑内轮差的非对称三心圆右转弯内弧线设计和右转弯车道一体化几何作图流程三个步骤提出新的设计方法，以实际工程为例，从道路安全性、通行效率及土地利用三个方面进行论证分析，确保大货车右转弯车道设计方法的有效性。

【关键词】：客货分离；交通安全；大货车；右转弯；交叉口设计

【中图分类号】：U491【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2024）01-40-05

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

收稿日期：2023-02-08

课题项目：天津市交通运输科技发展计划项目（2021-04）

作者简介：张紫程（1995 - ）， 男， 硕士， 天津市人， 工程师， 从事公路与城市道路规划设计研究工作。

当前公路运输的瓶颈问题是客货车混行道路整体运行效率和行车安全性较低，客货分离道路成为解决该问题的首选策略[1～4]。

所谓客货分离是指在道路运输中实行客车、货车分道行驶，即根据车辆类型和行车速度建设相对独立的行驶车道，一般单向客车与货车车道各不少于2个（超车车道或者紧急情况备用车道），采用分离或强制隔离的断面形式。客车包括小轿车及各种客车等，货车包括各种载货汽车[5]。由于客货车在客货分离道路交叉口内仍易发生交织，导致通行效率及安全性降低；因此客货分离道路的交叉口需进行交通组织设计，甚至是道路结构上的重新设计[6～7]。

1 技术背景

大货车在转弯过程中容易产生轮迹内移。轮迹内移的描述有两种方式：一种是稳态轮迹内移量；另一种是扫掠路径宽度。另外一个描述大货车转弯特性的重要变量就是内轮差[8]，一般而言，车身越长，形成的内轮差就越大，扫掠路径宽度也会随之扩大。见图1。

由于内轮差的存在，大货车转弯时前后车轮的行驶轨迹不重合且前车身和后车身之间有较大的转角，极易形成驾驶员的“视觉盲区”。例如，如果大货车驾驶员在右转弯过程中只注意前轮能够通过而忘记内轮差的存在，就可能造成后内轮驶出路面或与等待穿行的非机动车和行人发生碰撞。

道路平曲线设计需要考虑稳态轮迹内移和内外轮差的大小；但在我国道路和交通设计实践中，右转弯车道的设计绝大多数情况下采用简单的单心圆复合曲线，极少数情况下会采用三心圆复合曲线来模拟右转弯车辆的行驶轨迹。见图2和图3。

单心圆复合曲线方法具有切线长、易掌握和实用性强的特点，能满足城市道路小客车的设计要求，但是却难适用于多轴大货车。采用这种设计方法来进行大货车的右转弯车道设计往往容易导致转弯半径（单心圆半径）不足或者转弯半径过大：转弯半径过大造成交叉口用地浪费，容易诱发交叉口转角处随意停车现象；转弯半径不足则会降低大车行驶的平顺性，增加行车延误，甚至出现干扰进出口道相邻车道车流的情况。同样，三心圆复合曲线设计方法也存在类似的问题。

在交叉口交通安全设计中，针对大货车的转弯特性来进行右转弯车道的设计，一方面可以保障大货车转弯的平顺性，减少对相邻车道车流的干扰，提高交通效率；另一方面可以避免大货车压路缘石现象，减少交通事故。

2 技术方法

在计算轮迹内移时，可以计算相邻轴对或者相邻交接点之间的距离，轮迹偏移值与这个距离的平方成正比。大多数牵引拖挂车轮迹偏移是指中轴到后轴的最大距离；小客车轮迹偏移用勾股定理公式计算

式中：OT為小客车轮迹偏移值，m；[l]为两轴之间的距离，m；[R]为曲线半径，m。

若计算出轮迹偏移为负值，则说明轮迹向曲线中心偏移；若[l]<<[R]，则计算公式可以简化为[-0.5（l2/R）]。

采用实测数据和轨迹模拟相结合的方法来估计多轴大货车各转弯参数。首先采用基于视频的轨迹提取软件描出前轴中心与后轴中心轨迹线，沿轨迹线的整个长度作出两条轨迹曲线的径向线，找出最大径向距离，最大轨迹偏移等于实测的最大径向距离减去拖车后轴宽的一半；然后，利用车辆轨迹模拟软件Autoturn对标准大货车在不同转弯半径下进行90°的转弯建模试验，得出各种条件下的最大扫掠路径宽度、最大轮迹偏移和内外轮差等设计参数；最后，利用实测数据对轨迹模拟数据进行校核，确定最后的设计参数见图4。

2.1 右转弯倒流路宽度确定

导流路的宽度应该等于轮迹内移（最大扫掠路径宽度）和侧向净空之和。见图5。

2.2 非对称三心圆右转弯内弧线设计

货车右转弯轨迹可通过一个进口道曲线半径较小、出口道曲线半径较大的非对称的三心圆复合曲线来进行拟合。

2.3 右转弯车道一体化几何作图流程

给定导流路宽度和内弧线半径条件下，按以下步骤画出右转弯车道的三心圆复合曲线。

1）XYX为车道流入的方向，DCD为车道右侧路缘石，见图6。

2）根据设计车辆类型，绘制道路外侧的转弯半径，见图7。

3）根据车辆类型，设计右转车道宽度w，偏移出道路内侧的转弯半径，内外侧的转弯半径共圆心，见图8。

4）缓和曲线的半径长度R1、R2取决于道路内侧的转弯半径Ri，一般取值为Ri的3～4倍，见图9。

5）分别以O0为圆心，R1-Ri和R2-Ri为半径画圆弧，圆弧与DC的平行线（距离为R1）的交点O1，即是缓和曲线1的圆心，圆弧与DC的平行线（距离为R2）的交点O2，即是缓和曲线2的圆心，见图10。

6）连接O0O1、O0O2并延伸与道路内侧线的交点B1、B2，见图11。

7）分别以O1、O2为圆心，R1、R2为半径作弧，得到的弧A1B1、A2B2即是缓和曲线1和缓和曲线2，见图12。

3 实例验证

采集大货车的交叉口转弯视频，确定设计的标准车型；通过视频轨迹提取与Autoturn仿真获得转弯时的交通特性数据；确定针对大货车的交口设计参数；通过VISSIM与Autoturn仿真，检验设计参数是否达到预期效果。见图13。

针对大货车较多的交叉口进行视频数据的采集，确定比例最高的大货车类型，作为标准设计车辆；然后通过视频分析软件对标准设计车辆的行车轨迹进行提取（时间精度0.1 s，空间精度0.5 m），通过Autoturn进行右转弯建模试验，得到不同条件下最大扫掠路径宽度和内轮差等设计参数，基于这些参数进行非对称三心圆复合曲线的拟合。

以天津港区一典型交叉口右转弯车道的交通安全设计为例。加长集装箱车辆在该交叉口交通构成中所占比例均超过60%；因此在港区右转弯车道交通安全设计中以加长集装箱车辆为标准设计车辆。

在轨迹提取过程中选取15个符合要求的样本，得到标准设计车辆在相同道路条件、相同转弯半径下的最大轨迹偏移和最大扫掠路径宽度分布。见图14和图15。

利用Autoturn软件对标准设计车辆在不同转弯半径下进行90°转弯建模，转弯半径分别选取15、20、25、30 m。见表1。

分别确定右转弯车道设计中不同转弯半径导流路宽度和传统对称三心圆复合曲线、本研究提出的非对称三心圆复合曲线设计方法下的设计参数。见表2和表3。

选取转弯半径25 m，以表4数据作为仿真建模的输入参数，采用微观仿真软件VISSIM建模，根据输出的车辆速度、轨迹等信息，借助交通安全分析软件SSAM进行右转车的交通冲突分析。此时对应的右转车道宽度为5.0 m，进口道为3车道（1左转车道+1直行车道+1右转车道）。两种设计方法的右转车延误相当。见图16和表5。

选取转弯半径15 m，比较单心圆复合曲线、对称三心圆复合曲线和非对称三心圆复合曲线3种设计方法的占地面积。见图17。

4 结论

1）相比传统方法，新设计方法中的右转大车与直线车辆的严重冲突大大减少，改善交通安全，间接地表明减少了右转大车转弯时占用同进口道直线车道的概率。

2）本文提出的方法更贴近大货车的右转弯轨迹，分别比单心圆和对称三心圆方法节约土地面积108.8、13.4 m2。

本文提出的设计方法提高通行效率并降低事故发生率，可根据客货车差异采用不同的道路设计标准，在一定程度上降低客货分离道路建设成本，提高客货分离道路系统的远期经济性及可持续性，社会和经济效益显著；对于目前货车通行量日益增长区域的路段，具有推广实施价值。

参考文献：

[1]李冠峰，姚新胜，高献坤，等. 高速公路客货车混行问题与分道行驶的优势分析[J]. 交通运输工程与信息学报，2009，7（3）：1-5+16.

[2]米    瑞. 高速公路客货混行存在问题与解决对策研究[J]. 城市建设理论研究（电子版），2013，（6）.

[3]张安霞，吴付威，李冠峰，等. 高速公路客货混行交通事故模式及预防对策研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2010，8（4）：117-121.

[4]H?rsting L，Cleophas C. Scheduling shared passenger and freight transport on a fixed infrastructure[J]. European Journal of Operational Research，2023，306（3）：1158-1169.

[5]Ding R，ZhangT，Qiu Y H，etal. Study on the evolution and coupling coordinated development of passenger and freight transport network of new western land-sea corridor[J]. Applied Sciences，2022，12（22）：11554.

[6]张春生，朱自博，陈永恒，等. 客货混行信号交叉口货车专用左转车道设置方法[J]. 吉林大学学报（工学版），2012，42（S1）：175-178.

[7]江剑英，廖伟豪，吴    昊. 城市道路交叉口右转弯车速影响因素研究[J]. 交通工程，2021，21（3）：57-63.

[8]鄢勇飞，吴    丹，张    灿. 基于机动车右转弯内轮差的交叉口慢行优化设计[J]. 城市道橋与防洪，2022，（2）：41-44+53+12.