專利名稱：一種高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車試驗場高速環(huán)道的幾何設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種主要用于高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法。
背景技術(shù)：
高速環(huán)道作為汽車試驗場的主體設(shè)施，一般要求在相當(dāng)有限的場地上采用特殊的幾何設(shè)計方法為汽車進(jìn)行連續(xù)高速行駛試驗提供有效、安全和比較舒適的運(yùn)行條件。其平曲面半徑、橫向超高等技術(shù)指標(biāo)要求都遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了高速公路幾何設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限制。另一方面，高速環(huán)道的彎道部分完全不同于一般道路，其空間三維曲面的幾何特性對車輛高速行駛時的安全性、舒適性都具有較大影響。高速環(huán)道的這些特點決定了對高速環(huán)道幾何設(shè)計技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究具有特殊重要的意義。目前世界各國汽車試驗場常用的高速環(huán)道緩和曲線為麥克康奈爾曲線和布勞斯曲線的。麥克康奈爾曲線主要通過對人體運(yùn)動指標(biāo)的研究基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，以其獨特的優(yōu)點在汽車試驗場高速環(huán)道設(shè)計中中得到了成功應(yīng)用。它的優(yōu)點是考慮了車輛行駛的運(yùn)動學(xué)特性，并以人體對運(yùn)動的敏感度作為設(shè)計指標(biāo)，車輛在駛?cè)牒婉偝鼍徍颓€時過渡較為平緩。布勞斯曲線是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行高速環(huán)道幾何設(shè)計的，即以汽車重心軌跡連續(xù)且光滑、曲率連續(xù)、曲率變化率連續(xù)等全部特征參數(shù)推導(dǎo)的幾何設(shè)計方法，但缺少以人體運(yùn)動學(xué)的角度考慮行駛舒適性和運(yùn)動安全性的參數(shù)評價指標(biāo)。因此，各國汽車試驗場高速環(huán)道設(shè)計中，以麥克康奈爾曲線的應(yīng)用更為廣泛。但現(xiàn)有麥克康奈爾曲線在計算方法上存在著局限和不足之處，主要體現(xiàn)在麥克康奈爾曲線設(shè)計是通過支距法得到各樁號點的平面坐標(biāo)和偏角。這實際上是手工近似積分的方法，在計算過程中不可避免地產(chǎn)生誤差。需要通過調(diào)整步距ΛL將誤差控制在明顯低于施工誤差的水平基礎(chǔ)上，以滿足設(shè)計精度要求。無法計算緩和曲線上任意點的坐標(biāo)始終是一個缺陷，會給緩和曲線段浙青混合料曲面攤鋪的數(shù)據(jù)輸入帶來極大不便，不利于施工質(zhì)量控制和監(jiān)測。近些年， 順應(yīng)汽車動力性能的不斷提高，新建和擬建汽車試驗場高速環(huán)道的設(shè)計車速提高幅度很大，面層類型均傾向于采用使用性能優(yōu)良的浙青混凝土路面，并采用質(zhì)量可控的曲線攤鋪機(jī)實現(xiàn)鋪設(shè)。因此，現(xiàn)有麥克康奈爾曲線設(shè)計方法的不足之處更為明顯，其應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，通過微積分推導(dǎo)出緩和曲線上任意點的坐標(biāo)計算公式，用于汽車試驗場高速環(huán)道曲面機(jī)械攤鋪的數(shù)據(jù)輸入和質(zhì)量監(jiān)測，提高了緩和曲線施工放樣的計算精度，實現(xiàn)了機(jī)械自動攤鋪的可控性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，采用麥克康奈爾緩和曲線計算公式，其特征在于對所述麥克康奈爾緩和曲線計算公式引入辛普森積分算法，計算出緩和曲線上任意點偏斜角，并利用該偏斜角計算緩和曲線各坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，計算出緩和曲線上任意點的偏斜角α
權(quán)利要求
1.一種高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，采用麥克康奈爾緩和曲線計算公式，其特征在于對所述麥克康奈爾緩和曲線計算公式引入辛普森積分算法，計算出緩和曲線上任意點偏斜角，并利用該偏斜角計算緩和曲線各坐標(biāo)。
2.按權(quán)利要求1所述的高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，其特征在于計算出緩和曲線上任意點的偏斜角α為
3.按權(quán)利要求1所述的高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，其特征在于計算緩和曲線上 任意點的相對坐標(biāo)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速環(huán)道緩和曲線的幾何算法，采用麥克康奈爾緩和曲線計算公式，其特征在于對所述麥克康奈爾緩和曲線計算公式引入辛普森積分算法，計算出緩和曲線上任意點偏斜角，并利用該偏斜角計算緩和曲線各坐標(biāo)。本發(fā)明對所述麥克康奈爾緩和曲線計算公式引入辛普森積分算法曲線積分采用辛普森迭代法，計算誤差不受計算路線長度或計算步長的影響，克服了傳統(tǒng)支距法隨著計算長度的增加引起累計誤差增大且誤差隨迭代步長的增加而增加的缺陷，有利于控制計算精度。本發(fā)明的麥克康奈爾曲線積分算法克服了傳統(tǒng)麥克康奈爾曲線支距迭代法的缺陷，為新建高速環(huán)道曲面機(jī)械自動攤鋪的精度控制創(chuàng)造了有利條件。
文檔編號G01M17/007GK103048144SQ20111031691
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者李進(jìn), 劉偉民, 林巧飛, 蔣永康, 王士林, 林夢蝶, 陸濤 申請人:上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司