冰雪条件城市道路纵坡坡度设计指标.docx
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冰雪条件城市道路纵坡坡度设计指标
冰雪条件城市道路纵坡坡度设计指标
摘要：
为给多冰雪地区的城市道路线性设计提供参考，建立冰雪条件下车辆最大爬坡能力模型，从而计算冰雪条件下城市道路纵坡最大坡度建议值。
本文根据车辆行驶理论，考虑车辆牵引力受冰雪路面摩擦条件的限制，建立冰雪条件下坡度计算模型，并对模型进行应用，计算质量/功率比不同代表车型在不同冰雪路面的最大爬坡度。
关键词：
冰雪条件；城市道路；纵坡坡度；设计指标
Designindexfordegreeoflongitudinalslopeofurbanroadundericeandsnowfallconditions
Abstract:
Toprovidethereferenceforlinearitydesignoftheurbanroadofthemulti-iceandsnowarea,themaximumclimbingabilitymodelofvehiclewasestablishedundericeandsnowfallconditions,thusmoststeepbankrecommendationvalueoflengthwisegrademaybecomputed.Accordingtotraffictheoryandthefactthatthevehicletractionisrestrictedbytheroadfrictionconditionsoficeandsnowsurface,themaximumclimbingabilitymodelofvehicleundersnowandiceconditionswasestablished,anditwasusedtocalculatethemass/powerratiowhichexpressingthemaximumclimbingabilityfordifferenttypeofvehicleanddifferentroadsurface.
Keywords:
iceandsnowfallconditions;urbanroad;degreeoflongitudinalslope;designindex
引言
冬季受降雪、积雪、结冰的影响，北方大部分地区的交通系统受灾严重[1]，严重时甚至阻断交通，导致交通事故发生。
降雪已成为交通管理与养护中存在的普遍问题[2]。
而冰雪路面是一种特殊的地面条件，由于其复杂的力学特性经常制约汽车的行驶状态而使其使用性能很难得以充分发挥，有时甚至失去行驶能力或导致恶性交通事故的产生，所以有必要研究冰雪条件下城市路网中的纵坡路段的设计指标，并提出相应的设计指标建议值，为多冰雪地区的城市道路线形设计提供参考。
纵坡坡度是道路纵断面的关键参数之一，合理的纵坡坡度对减少交通事故、提高通行能力、减少投资有较大的影响。
本文根据车辆行驶理论，考虑车辆牵引力受冰雪路面摩擦条件的限制，建立冰雪条件下车辆最大爬坡能力模型，计算不同质量/功率比[3]的微型车、小型汽车、大型车代表车型在不同冰雪路面的最大爬坡度，确定了冰雪条件下城市道路设计速度在10~60km/h的纵坡坡度指标，为多冰雪城市的地面道路纵坡设计提供参考。
1最大纵坡设计依据
1）设计车型及动力特性；我国道路设计采用的设计车型是东风EQ140，而国际上一般采用质量功率比（W/P=120kg/kW）作为研究爬坡性能的标准；
2）平衡速度；小型车的平衡速度大致以平均速度行驶，大型车（载重车）的平衡速度约为道路设计车速的50%，这样以防止汽车上坡时大、小型车车速相差太大，因而相互干扰也将最小；
3）设计车速；道路的设计车速越快，道路等级越高，行车交通量越大，这就要求纵断面的坡度越平缓；
4）自然条件；道路所经地区的地形起伏，海拔高度、气温、雨量等自然因素均影响汽车的行驶条件和爬坡能力，如长期冰冻地区，道路附着系数将为0.1左右，严重影响汽车的爬坡能力。
日本规定爬坡的设计车型和平衡速度，按动力特征图来计算确定最大纵坡。
我国主要是采用调查的方法确定最大纵坡，通过对汽车在坡道上行驶的情况进行了大量调查、试验，并广泛征求了各方面意见，尤其是驾驶员的意见，同时考虑拖挂车的通行情况，结合交通组成、汽车性能、工程费用和运营情况，经综合分析最后确定最大纵坡[4]。
城市道路设计规范CJJ37-90第5.2.2条关于机动车车行道最大纵坡的推荐值与限制值如表1所示：
表1城市道路机动车车行道最大纵坡
设计速度（km/h）
80
60
50
40
30
20
最大纵坡坡度推荐值（%）
4
5
5.5
6
7
8
最大纵坡坡度限制值（%）
6
7
8
9
注：
1.海拔3000-4000m的高原城市道路的最大纵坡推荐值按表列数值减小1%；
2.积雪寒冷地区最大纵坡推荐值不得超过6%。
2坡度计算模型建立
在冰雪条件下影响通达性的是道路的坡度，坡度的大小决定了车辆能否爬上该纵坡。
根据车辆行驶理论的知识，由于车辆牵引力受冰雪路面摩擦条件的限制，使其爬坡能力也受到不同程度的影响[5~6]。
当车辆在冰雪路面上行驶时，牵引力受摩擦条件的限制而不能达到最大值，即
，此牵引力称为摩擦牵引力。
如果车辆的行驶速度
和车辆总重
仍保持不变，则摩擦牵引条件下车辆的动力因数
可能达到的最大值为
（1）
式中 Dmax——摩擦牵引条件下车辆的动力因数；
——道路摩擦系数，取冰雪条件下摩擦系数为
=0.2，0.1；
Z——车辆对地面的正压力；
Fw——车辆的牵引力；
Ga——车辆总重。
由于
，则
。
可见，车辆在冰雪路面上行驶时，其牵引潜力不能得到充分发挥。
此时，车辆的最大爬坡能力应由
来决定。
由于道路的纵坡角度
很小，可视
，
为驱动轮配重。
载重车约为0.66~0.76G，小汽车约为0.57~0.65G。
为附着系数。
由此可将式
（1）变为：
（2）
由式
（2）可先计算出各类车辆在冰雪路面上以不同速度行驶时的最大动力因数值，也就是摩擦牵引条件下的最大动力因数值。
汽车本身具备的爬坡能力
比实际行驶中遇到的道路最大坡度大很多，但是在多冰雪地区汽车的最大爬坡能力主要取决于地面与车轮之间的最大摩擦力。
若牵引力始终小于或等于轮胎与路面之间的附着力，则汽车轮胎不会发生空转现象。
保证汽车正常行驶而车轮不空转和不打滑的充分条件是
。
若汽车上坡以匀速稳定行驶，dv/dt=0，且不考虑海拔系数，则可决定不同排档一定车速下汽车能克服的坡度大小。
正常天气下，汽车能克服的坡度大小为
；冰雪路面滚动阻力系数f=0.015时，所克服的坡度值为
。
所以，冰雪条件下车辆最大爬坡能力模型为：
（3）
3坡度计算模型应用
本论文考虑多冰雪城市交通组成的客、货运主流车型，确定用于纵坡设计的主导车型，选取松花江作为微型车的代表车型，桑塔纳2000GSI为小型汽车的代表车型，黄河牌JN150型柴油载重汽车（8T）作为大型车的代表车型，计算各种车型在不同冰雪路面的最大爬坡度[7]，参数见表2：
根据汽车的发动机的性能，可以将动力因数转换为速度V的二次函数
（4）
其中，P、Q、W为汽车的性能参数。
（5）
（6）
（7）
式中 U——负荷率，这里取90%；
Mmax——发动机最大扭矩；
MN——最大功率下的扭矩；
nM.——最大扭矩对应的转速；
nN——最大功率对应的转速；
——总变速比，
。
由上述式子可得各车型在不同档位下的动力特征参数，计算结果见表3~5。
表2各代表车型的参数[8]
参数
松花江
桑塔纳
黄河载重车
最大功率（
）/kw
25.7
74
119
最大扭矩（
）/N*m
52.5
155
686
最大功率对应的转速（
）/r/min
5500
5200
1800
最大扭矩对应的转速（
）/r/min
3500
3800
1250
满载总重（G）/kg
1410
800
15060
满载驱动轴荷分配（G驱）/kg
804
504
10160
质量功率比（kg/kw）
55
11
125
空气阻力系数K（N/m3）
0.2
0.25
0.7
迎风面积A（m2）
1.6
2.2
5
轮胎半径（r）/m
0.36
0.36
0.5
主传动器减速比率（i0）
5.125
4.444
4.88
变速箱变速比（ik）
3.429
3.455
7.64
2.109
1.944
4.27
1.379
1.286
2.6
1
0.969
1.59
0.8
l.00
车辆惯性系数（δ）
1.74
1.75
3.36
1.3
1.26
1.76
1.14
1.13
1.3
1.09
1.09
1.13
1.07
1.07
机械效率（ηT）
0.85
表3黄河牌载重汽车（8T）不同档位下的P、Q、W计算值
档位
P
Q
W
Vk
Dvk
Vmax
Dvmax
I档
-0.00326
0.042852
0.119011
6.6
0.2598286
9.1
0.2390036
档
-0.00057
0.013386
0.066515
11.7
0.1451039
16.3
0.1332635
档
-0.00013
0.004963
0.040501
19.1
0.087869
26.7
0.0803374
档
-3.1E-05
0.001856
0.024768
30.2
0.052546
43.7
0.0466748
V档
-8.6E-06
0.000734
0.015577
42.5
0.0312383
69.5
0.0250499
表4桑塔纳不同档位下的P、Q、W计算值
档位
P
Q
W
Vk
Dvk
Vmax
Dvmax
I档
-0.0005122
0.0341895
0.05794221
33.4
0.62849
46.0
0.547313
档
-9.3910E-05
0.0108240
0.03260193
57.6
0.344495
81.7
0.290124
档
-2.9496E-05
0.0047367
0.02156691
80.3
0.211736
123.5
0.156703
档
-1.4479E-05
0.0026893
0.01625065
92.9
0.141135
163.9
0.068118
V档
-9.5688E-06
0.0018331
0.01341643
95.8
0.101205
198.5
0.000226
表5松花江不同档位下的P、Q、W计算值
档位
P
Q
W
Vk
Dvk
Vmax
Dvmax
I档
-8.8555E-05
0.0047292
0.07513048
26.7
0.13827
40.2
0.122233
档
-2.1427E-05
0.0017890
0.04620886
41.7
0.08355
65.3
0.071669
档
-6.763E-06
0.0007649
0.03021433
56.5
0.05184
99.9
0.039153
档
-3.2428E-06
0.0004022
0.02191032
62.0
0.034382
137.7
0.015803
图1黄河牌载重汽车动力因数-速度曲线
图2桑塔纳小型车动力因数-速度曲线
图3松花江微型车动力因数-速度曲线
综上，根据不同车型的动力因数-速度曲线，如图1~3，利用冰雪条件下汽车最大爬坡能力模型得到各种车型在不同车速、不同附着系数条件下的纵坡最大坡度，并给出冰雪条件下附着系数为0.1（即结冰路面）时的纵坡最大坡度作为建议值，如表6：
当设计车速低于20km/h时，规范推荐的最大纵坡为8%，冰雪地区最大纵坡推荐值不超过6%，由表6可知，当纵坡路面状态为雪板、雪浆时，本论文的计算值比规范推荐值大，当纵坡路面状态为结冰路面时，规范推荐值超出了三种车型的最大爬坡度，本文建议采用4%作为该速度区间冰雪地区道路纵坡最大限制值。
当设计速度在30~40km/h时，由于大型车的最大爬坡度受车辆本身的动力因数影响下降较大，而微型车、小型车在雪板路面、雪浆路面的最大爬坡度均能保持在规范推荐值之上，考虑到大型车的最大爬坡度，本文建议采用3.5%作为该速度区间冰雪地区纵坡最大限制值。
当设计速度在50~60km/h时，大型车的最大爬坡能力下降到1.5%左右，而规范推荐的最大坡度值为5.5%，考虑到大型车可以降低车速来提高爬坡能力，因此本文只考虑微型车和小型车的爬坡能力来限制最大纵坡，由表6可知当纵坡路面状态为雪板、雪浆时，本论文的计算值比规范推荐值大，当纵坡路面状态为结冰路面时，规范推荐值超出了微型车和小型车的最大爬坡度，本文建议采用3.5%、3%作为该速度区间冰雪地区道路纵坡最大限制值。
表6冰雪条件下城市道路纵坡最大坡度建议值（%）
设计
车速
（km/h）
最大纵坡计算值（%）
最大纵坡建议值
规范最大纵坡推荐值
微型车
小型车
大型车
雪板
雪浆
结冰
雪板
雪浆
结冰
雪板
雪浆
结冰
10
9.9
9.9
4.2
17.3
11.0
4.7
12.8
12.0
5.2
4.0
6
20
11.9
9.8
4.1
17.2
10.9
4.6
7.3
7.3
5.2
4.0
6
30
12.2
9.7
4.0
16.9
10.6
4.3
3.8
3.8
3.8
3.5
6
40
10.8
9.6
3.9
16.5
10.2
3.9
3.4
3.4
3.4
3.5
6
50
6.7
6.7
3.8
16.1
9.8
3.5
1.6
1.6
1.6
3.5
5.5
60
6.1
6.1
3.6
15.5
9.2
2.9
1.4
1.4
1.4
3.0
5
4结论
研究结论表明，在冰雪条件下城市道路纵坡的最大坡度建议值，随着设计车速的增加，而成非线性地减小，但具体最大坡度建议值的大小要根据不同的道路条件和摩擦牵引条件下车辆的动力因数等条件的实测做更为可靠地计算。
本文根据建立的冰雪条件下车辆最大爬坡能力模型，计算不同质量/功率比的代表车型在不同冰雪路面的最大爬坡度，确定了冰雪条件下城市道路设计速度在10~60km/h的纵坡坡度指标，为多冰雪城市的地面道路纵坡设计提供参考依据。
参考文献
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收稿日期：
2010-11-9
基金项目：
黑龙江省自然科学基金资助项目（E200940），黑龙江省教育厅科技类骨干教师项目（1155G46）
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广告宣传方案
每个人在日常生活中都有意、无意的接受着广告的洗礼，继而有意或无意的购买、使用广告中的产品和服务。
这是每个厂家所希望的，也是他们做广告的初衷。
当今社会的广告媒体大致分为：
电视媒体、、电台媒体、报纸报刊媒体、网站媒体、户外广告媒体，以及最新的网吧桌面媒体。
那么，到底哪种媒体的宣传效果性价比最高呢，我们来做个分析；
首先我们大概了解下各个媒体的宣传方式：
电视媒体：
优势：
将广告直接插播在电视剧当中，是强迫式使受众接受，受众为了能够完整的看完自己所喜欢的节目，不得不浏览其中插播的广告，其二，由于小孩在懵懂的成长时期，易于接受颜色绚丽，变换节奏快的事物，电视广告更容易被小孩子所接受，这是电视广告的高明之处，也是其客户多，利润大的主要原因。
劣势：
随着网络的发展，以及年轻人的生活方式的改变，电视广告的优势在日益削减。
当今月来越多的年轻人开始接受速食文化，篇幅过长的电视连续剧的受众逐渐衰减，由于年轻人的思维快捷，逐渐掌握了电视广告的播出时间，往往在广告播出的时间转换频道，避开广告的冲击。
电台媒体和户外广告就不用多做分析，大家想想你记住了几个电台的广告，记住了几个路边的广告就清楚了。
对于报纸报刊的广告，相信只有那些闲了没事的或者找工作的才会刻意去浏览广告。
宣传效果可以想象。
至于网站的广告，相信很多人会在电脑上设置软件直接将其屏蔽掉。
网站的广告过多也会直接影响到受众的心理，进而降低其网站的竞争力。
其次我们大致由高到低排列一下以上媒体的广告费用的名次（受众派名基本和费用排名一致）：
电视媒体——户外广告——网站媒体——报纸报刊媒体——电台媒体
最后来了解一下最新的网吧桌面媒体。
桌面广告的优势
1、目标受众群体针对性强
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2、100%的广告有效送达率
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10、受众数量可测
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在宣传产品的同时，又能销售产品，可谓“双管齐下”，广告效果自然高于传统媒体。
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