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和曲线段或圆曲线段上任意叠加纵坡．纵断面设 计成果保存在＋．ＳＺＤ文件中。
２．５辅助绘图模块 辅助成图部分包括横断面绘图及纵断面绘图
【２】车运胜汽车试验场高速环道几何设计技术研究ＩＤ】南京：东
南大学．２００１
【４】吴勃荑散值分析【Ｍ】北京・高等教育出版社，２００８
【５】Ｃｈａｒｌａ ＭｃＡｕｌｑ ＡｕｔｏＣＡＤ２０ＣＯ Ｏｂｊ。ｃｔＡＲＸ缩程指南ｌＭ】北京： 机械工业出版社．２０００
过利用Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋面向对象的开发环境和应用程 （下转第１２１页）
２０１２年８月第８期
城市道桥与防洪
道路交通１２１
７山地城镇道路典型设计案例
重庆嘉陵路改建前状况：嘉陵路修建于上世纪 ３０年代，是重庆西向的主干路，后调整为城市次干 路，受困难地形及地质古滑坡等原因影响至２００６年 一直维持双向２车道，成为嘉陵路的严重堵点。 设计难点：（１）道路南侧背山高达二百余米，北
序接口，能真正做到对ＡｕｔｏＣＡＤ图形数据库的快 速访问，并利用实体扩展数据机制，建立图形与数
据之间的内部联系，实现全程尺寸和参数驱动机 制。
表达式也更明确。参考Ｂｌｅｓｓ曲线的推导公式，如 果可以将数值积分算法引入ＭＣ曲线公式推导从 而提高精度，这将提高其曲线的实际应用价值。
ＭＣ曲线站点坐标推导需要对步长精度进行
Ｔｒａｃｋ
Ｄｅｓｉｇｎ，简称ＯＴＤ）的开发，实现高速环道设
计成图功能。
参考文献 【１】ＭＣＣＯＮＮＥＬＬ Ｗ Ａ Ｍｏｔｉｏｎ，Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ＊ａ Ｇｕｉｄｅ Ⅱ】ＳＡＥ Ｔｒａｎｓａｅｆｉｏｎｌ９５７，６５（５）４９３—５０７
ｔｏ
４纵断面设计模块
纵断面设计模块以平面及横断面设计成果作
为基础，根据场地的不同条件，可以在直线段、缓
中图分类号：Ｕ４１２．３ 文献标识码：Ａ
Ｔｒａｃｋ
Ｄｅｓｉ班）设计程序
文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０８一０１１０—０３
Ｏ前言
高速环道是汽车试验场一条最重要的试验道 路，它的几何形状一般由直线、缓和曲线、圆曲线３ 部分组成，其中缓和曲线部分是高速环道几何设 计的关键。高速环道的缓和曲线类型主要有回旋 线（Ｃｏｍｕ Ｓｐｉｒａｌ）、麦克康纳尔（ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ，缩写为 ＭＣ）曲线和布劳斯（Ｂｌｏｓｓ）曲线３种。目前高速环 道的几何设计方法常用的是ＭＣ曲线设计法（美 国、日本、中国）或Ｂｌｏｓｓ曲线设计法（德国）。 高速环道作为汽车试验场的主体设施，一般 要求在相当有限的场地上采用特殊的几何设计方 法为汽车进行连续高速行驶试验提供有效、安全、 比较舒适的运行条件。其平曲面半径、横向超高等 技术指标要求都远远突破了高速公路几何设计技 术标准的限制。另一方面，高速环道的弯道部分完 全不同于一般道路，其空间三维曲面的几何特性 对车辆高速行驶时的安全性、舒适性都具有很大 的影响。高速环道的这些特点决定了对高速环道 几何设计技术进行深入系统的研究具有特殊重要
１．３ 闰４ ＭＣ曲线和Ｂｌｏｓｓ蓝线侧摆运动指标比较图
ＭＣ缓和曲线计算方法的改进
ＭＣ曲线和Ｂｌｏｓｓ曲线在目前已建或在建汽车 试验场的高速环道几何设计中都有广泛运用。ＭＣ
１１２道路交通
城市道桥与防洪

２０１２年８月第８期
曲线以舒适度指标为推导依据，但其计算存在一
定变差；而Ｂｌｏｓｓ曲线更为贴近行车轨迹，其几何
３结论
目８平Ⅲ设计成果
２．３横断面设计模块 横断面设计以平面设计及平面宽度资料作为 设计基础，以横向超高角作为设计依据，通过对不 同车道横断面变化方式的过渡进行合理组合，求 得较为合理的横断面变化方式，横断面设计成果
保存在＋．ＳＨＤ文件中。
２
（１）对高速环道线形设计理论进行深人研究， 并分析了ＭＣ和Ｂｌｏｓｓ缓和曲线设计法的特点； （２）引入积分算法对ＭＣ曲线的计算进行优化； （３）完成高速环道几何线形设计程序（Ｏｖａｌ
１高速环道几何线形设计
１．１设计原则
（１）满足高速试验标准。 高速环道作为汽车耐久性试验的载体，对试 验条件有很高的要求。耐久行驶试验必须在试验 中严格控制试验条件的稳定性，尽量做到各项试 验条件在整个试验过程中不变动或少变动，而且 要准确，要详细记录试验条件。试验时各种道路尽 可能地按规定比例构成一定的里程循环，严格按
制，选用３０ ｋｒｄｈ时速、４条３．５ｍ车道，减少路幅 ｌｍ宽。（３）合理设置纵向结构缝，运行近２ａ来的实
范、超越规范。通过合理地选用规范指标、利用山地 城市固有的地形地貌条件加以结合，设计出标准适
当、满足交通安全、功能需要的城市道路。
参考文献 【Ｉｌ ｑＪ ３７－９０．城市道路设计规范【ｓｌ 【２ｌ ＪＩ＂Ｇ Ｄ２０—２００６．公路路线设计规范【ｓ】 【３】］ＴＧ Ｄ３０－２００４，公路路基设计规范【剐
选代步长的影响。
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（３）辛普森公式计算过程中总的运算速率受 制于计算机运算速率，随之计算机核心运算速率 的快速发展，目前的各类计算机能够达到计算精
度为ＩＯＥ一６，足以满足工程需要。
圈５ ＭＣ曲战平面坐标计算示意田
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目６程月∞载＊ｉⅡｇ￥
平面宽度资料保存在＋ＳＫＩ）文件中，见图７、图８。
辛普森积分法㈨与传统的支距法相比，具有如
下特点：
（１）传统支距法随着计算长度的增加，其累计 误差会渐次增大，且误差会因迭代步长的增加而 增加，因此计算过程中影响误差的因素较多；而辛 普森迭代法由于采用了统一的误差控制精度，因 此计算误差不受计算路线长度或计算步长的影 响．精度控制较为有利。 （２）由于不需以整数步长进行迭代，因此可以 计算缓和曲线上的任意点坐标及方位角，而不受
襄１人体对运动的感觉开始极限值
图３
ＭＣ曲线和Ｂｌｏｓｓ曲线侧曲率变化比较图
规律性，在缓和曲线的起终点变化更为平顺，这与 ＭＣ缓和曲线以人体舒适度角度出发的初衷是一 致的。从中可以得出结论，高速环道缓和曲线采用 ＭＣ曲线，其行驶运动指标较Ｂｌｏｓｓ曲线更为合理。
１．２。２
Ｂｌｏｓｓ缓和曲线计算方法
Ｂｌｏｓｓ曲线假设平曲线曲率为缓和曲线上任意 一点至其起点距离的三次多项式，其线形能满足车 辆行驶重心轨迹的３个主要特征，即：行驶重心轨 迹连续且光滑、行驶重心轨迹的曲率连续、行驶重 心轨迹曲率的变化率连续。该线形能较好地满足车 辆高速行驶下的安全与舒适性要求（见图２）。
１１０道路交通
城市道桥与防洪
２０１２年８月第８期
汽车试验场高速环道几何线形设计研究及程序开发
刘伟民
（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司。上海市２００２９２）
摘
要：在既有高速环道理论基础上对高速环道几何线形设计进行深入研究，在对比了麦克康奈尔ｆＭｃＣｏｎｎｅｌｉ）和布劳斯
（Ｂｌｏｓｓ）缓和曲线设计法的特点后，引入积分算法对麦克康奈尔曲线的计算进行优化，并结合实际应用开发了汽车试验场高速 环道几何线形设计程序（ＯＴＤ）。 关键词：汽车试验场；高速环道；麦克康奈尔曲线；布劳斯曲线；ＯＴＤ（ＯｖＭ
横
收稿日期：２０１２—０４—０９
作者简介：刘伟民（１９８２一），男，江苏南京人，工程师，从事道 路与铁路工程研究工作。
图１运动自由度示意图
２０１２年８月第８期 １．２高速环道缓和曲线设计法介绍 １．２．１ ＭＣ缓和曲线计算方法【１】
城市道桥与防洪
道路交通ＩＩＩ
当车辆在小半径弯道上高速行驶时，它的６ 个运动自由度（即纵、横、竖３个方向的直线运动 和偏向、侧摆、纵摆３个角度的旋转运动）都处在 不断的变化之中，并直接影响到乘员的行驶安全 性和舒适性。但大量的调查和研究表明：人体的感 觉器官对不同的各种运动自由度的变化感知度也 不同，只有当这些运动自由度的变化达到人体感 觉开始阈限值时，才会被人体感觉到（见表Ｉ）。
２高速环道几何线形设计程序ＯＴＤ开发
２．１程序筒介
高速环道几何线形设计程序（Ｏｖａｌ
Ｔｒａｃｋ
Ｄｅｓｉｇｎ，简称ＯＴＤ）采用基于ＡｕｔｏＣＡＤ ２００５的开 发平台，并以ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ．ＮＥＴ作为开发工具进行 ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ的二次开发Ｈ。不仅充分发挥了ＡｕｔｏＣＡＤ 完备的系统开放性和丰富的个性化能力，而且通
控制，在计算过程中容易引起误差积累。如果可以 引入积分算法则可以提高计算精度。将Ｂｌｅｓｓ缓和 曲线平面坐标计算图示引人ＭＣ曲线站点坐标计
算，见图５。
程序采用模块化设计，以舒适度指标计算作 为基础，分平面、横断面、纵断面３个设计模块。程 序加载界面及菜单界面详见同６．
２２平面设计模块
平面设计中根据选用缓和曲线的不同，共分为 Ｂｌｏｓｓ曲线、传统ＭＣ曲线、改进型ＭＣ曲线３种方 式。在设计过程中，缓和曲线长度可根据舒适度指 标进行优化，平面设计成果保存在＊．ＳＰＭ文件中，
度ｓ
直线段
缓和曲线段
躅曲线段
图２
ＢＵｓｓ曲线曲翠变化图
１．２．３
ＭＣ与Ｂｌｏｓｓ缓和曲线设计法的比较【２】
（１）从计算推导的过程中可以看出，ＭＣ缓和 曲线设计是以人体运动学为依据，通过设定的站 点步长Ａｓ进行推算坐标，因此步长的选取对于缓 和曲线精度有一定影响，对参数计算造成一定不 便；而Ｂｌｏｓｓ缓和曲线设计则是纯数学型的缓和曲 线形式，不受步长精度影响，其几何意义更为明 确，但与人体运动学的联系不够。 （２）从两种缓和曲线曲率变化的趋势分析，在 直线段与缓和曲线连接点的区域ＭＣ曲线的鲢率 变化更加平缓。高速环道实际车辆运行过程中，此 区域平缓的曲率变化更有利于行车安全，见图３。 （３）对比两种缓和曲线的侧摆运动指标，从图 ４中可以看出ＭＣ缓和曲线的侧摆运动指标更具