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摘要：变速车道是主线与匝道的连接部，其主要功能是实现主线与匝道车辆进出及速度的过渡，是整个互通式立体交叉交通系统中最易发行交通事故的路段。本文结合国内外的研究成果，对变速车道的选择原则和不同车速下的变速车道长度计算进行了研究。
关键词：道路设计；变速车道；型式；长度
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：
1 立交变速车道形式选择
依照现行的《城市道路设计规范》和《公路路线设计规范》，道路的变速车道分为平行式和直接式两种。
平行式减速车道是将起点做成有适当流出角度的三角段，从三角段结束到楔形端端部均采用一定的宽度。与直接式减速车道相比其起终点明确，三角段部分虽然与车辆的行驶轨迹相符合。但在通过整个减速车道时必须走“S”形路线。根据《高速公路设计要领》，一般情况下驶离主线的驾驶员大多数愿意走直接式减速车道，而不愿意走“S”形路线，所以平形式与汽车实际行驶状态是不相符合的，直接式减速车道在全长范围内与实际行驶轨迹相符合。因此减速车道应采用直接式。
对于加速车道，同样驾驶员希望由直接式流人，而不愿走“S”型，但是当主线交通量大时，车辆在找流入主线机会的同时需要使用加速车道的全长，因此《公路路线设计规范》中规定“加速车道原则上采用平行式”，当加速车道不太长、主线交通量较小时加速车道也可选用直接式。
2 立交变速车道长度的计算分析
2.1 单车道减速车道
对车辆在减速车道的减速过程，国内外均作过不少研究，并得出一些比较成熟的结论。目前，最具有代表性、而且得到普遍认可的是美国AASHTO(美国各州公路与交通工程师协会)的二次减速理论。即车辆以匀速横移一个车道宽度，进入减速车道后，先利用逐渐减小油门让发动机转速下降的方法来减小车速。此间减速度为，然后再利用制动器进行二次减速，此间减速度为，两次减速后，车速达到匝道计算行车速度，车辆离开减速车道进入匝道。
根据东南大学刘兆斌的“高速公路加、减速车道设计标准研究”成果，第1次减速段长度只与主线设计车速有关，计算公式为：，式中为主线设计车速，m／s。计算结果见表1。
表1 第1次减速段长度计算表
第2次减速段是在第1次减速段的末速度基础上利用制动器进行减速至匝道设计车速，第2次减速过程中采取的减速度以“基本舒适”为原则，我国的汽车驾驶员手册中的建议值为1.5～2.0m／s2，根据上述研究成果取为2.5m／s2。根据“高速公路加、减速车道设计标准研究”成果，第2次减速段计算公式为：
式中：为主线设计车速，m／s；为匝道设计车速，m／s。计算结果见表2。
表2 第2次减速段长度计算表 m
将第1次减速段长度与第2次减速段长度相加取整即为减速车道长度，见表3。
表3 减速车道长度计算表m
2.2 单车道加速车道
(1)按照加速需要计算加速车道长度
参照《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，加速车道长度是保证把车速加快到能够与主线进行合流的加速长度。计算公式为：
式中：为与主线合流时必须达到的速度，m/s；为匝道设计车速，m／s；为加速度，参照《道路路线设计》加速度为0.8～1.2m/s2，该次选用1.0m/s2。现行《城市道路设计规范》是以北京BJ-130轻型载重汽车作为加速车道长度的计算依据，其值为0.40～O.82m／s2，该规范编制于20世纪90年代初，随着时代的推移，汽车业的高速发展，现在城市交通中主要以小汽车为主，其加速性能有了较大的提高，因此采用1.0m／s2是合宜的。由此计算加速车道长度并取整，见表4。
表4 加速车道长度计算表 m
(2)以汇人概率模型和平均行驶距离模型确定加速车道长
“高速公路加、減速车道设计标准研究”成果中提出，加速车道的设置长度应与主线服务水平相协调，并以服务水平下的交通负荷及满足概率为计算依据。计算结果见表5。
表5 加速车道长度计算表m
(3)加速车道最短长度
加速车道一般为平行式，汽车在道路行驶时必须走“S”弯。如果线形单元长度很短。则司机操作方向盘频繁，司机操作困难，在高速驾驶的情况下是危险的，另外也需有足够的时间让匝道车辆合并到主线。参照《道路路线设计》，根据经验至少要6s的行驶时间。据此确定相应设计车速下的最短加速车道长，见表6。
表6 最短加速车道长度计算表
(4)最终加速车道长度确定值
综合考虑上述3种情况，最终确定加速车道长度见表7。
表7 加速车道长度确定表 m
3 立交变速车道渐变段长度的计算分析
根据AASHO的方法，平行式变速车道三角段的计算方法有2种：第1种为按车辆横移1个车道所需的最短长度：第2种为把“S”形行驶的轨迹作为反向曲线的计算方法。计算结果如下：
3.1 第1种计算方法
根据《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，车辆横移一个车道的时间按3s取，过渡段长度计算公式为：
式中：为初速度，km／h，根据美国各州公路工作者协会《乡村地区公路几何设计政策》所载，中等交通量时由平均行驶速度与设计车速关系图确定(见表8)；为横移一个车道的行驶时间，采用3s。
表8 初速度取值表km／h
3.2 第2种计算方法
根据《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，该计算方法渐变段长度计算公式为：
式中：为变速车道宽度，取3.5 m；为反向曲线半径，m；为主线初速度(km／h)；为横向力系数，取0.15；为超高横坡度，取0。
3.3 计算结果(见表9)
表9 平行式变速车道过渡段长度计算结果表
4 结语
汽车在立交出入口处的行驶轨迹、车速的变化受驾驶人的反应、机动车的性能、主线和相应匝道的计算行车速度影响较大。为确保安全，减速车道均应采用直接式，加速车道原则上采用平行式，当加速车道不太长、主线交通量较小时加速车道也可选用直接式。单车道减速车道、加速车道及渐变段长度可以根据主线和匝道的设计车速分别依据表3、7、9选取。
关键词：道路设计；变速车道；型式；长度
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：
1 立交变速车道形式选择
依照现行的《城市道路设计规范》和《公路路线设计规范》，道路的变速车道分为平行式和直接式两种。
平行式减速车道是将起点做成有适当流出角度的三角段，从三角段结束到楔形端端部均采用一定的宽度。与直接式减速车道相比其起终点明确，三角段部分虽然与车辆的行驶轨迹相符合。但在通过整个减速车道时必须走“S”形路线。根据《高速公路设计要领》，一般情况下驶离主线的驾驶员大多数愿意走直接式减速车道，而不愿意走“S”形路线，所以平形式与汽车实际行驶状态是不相符合的，直接式减速车道在全长范围内与实际行驶轨迹相符合。因此减速车道应采用直接式。
对于加速车道，同样驾驶员希望由直接式流人，而不愿走“S”型，但是当主线交通量大时，车辆在找流入主线机会的同时需要使用加速车道的全长，因此《公路路线设计规范》中规定“加速车道原则上采用平行式”，当加速车道不太长、主线交通量较小时加速车道也可选用直接式。
2 立交变速车道长度的计算分析
2.1 单车道减速车道
对车辆在减速车道的减速过程，国内外均作过不少研究，并得出一些比较成熟的结论。目前，最具有代表性、而且得到普遍认可的是美国AASHTO(美国各州公路与交通工程师协会)的二次减速理论。即车辆以匀速横移一个车道宽度，进入减速车道后，先利用逐渐减小油门让发动机转速下降的方法来减小车速。此间减速度为，然后再利用制动器进行二次减速，此间减速度为，两次减速后，车速达到匝道计算行车速度，车辆离开减速车道进入匝道。
根据东南大学刘兆斌的“高速公路加、减速车道设计标准研究”成果，第1次减速段长度只与主线设计车速有关，计算公式为：，式中为主线设计车速，m／s。计算结果见表1。
表1 第1次减速段长度计算表
第2次减速段是在第1次减速段的末速度基础上利用制动器进行减速至匝道设计车速，第2次减速过程中采取的减速度以“基本舒适”为原则，我国的汽车驾驶员手册中的建议值为1.5～2.0m／s2，根据上述研究成果取为2.5m／s2。根据“高速公路加、减速车道设计标准研究”成果，第2次减速段计算公式为：
式中：为主线设计车速，m／s；为匝道设计车速，m／s。计算结果见表2。
表2 第2次减速段长度计算表 m
将第1次减速段长度与第2次减速段长度相加取整即为减速车道长度，见表3。
表3 减速车道长度计算表m
2.2 单车道加速车道
(1)按照加速需要计算加速车道长度
参照《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，加速车道长度是保证把车速加快到能够与主线进行合流的加速长度。计算公式为：
式中：为与主线合流时必须达到的速度，m/s；为匝道设计车速，m／s；为加速度，参照《道路路线设计》加速度为0.8～1.2m/s2，该次选用1.0m/s2。现行《城市道路设计规范》是以北京BJ-130轻型载重汽车作为加速车道长度的计算依据，其值为0.40～O.82m／s2，该规范编制于20世纪90年代初，随着时代的推移，汽车业的高速发展，现在城市交通中主要以小汽车为主，其加速性能有了较大的提高，因此采用1.0m／s2是合宜的。由此计算加速车道长度并取整，见表4。
表4 加速车道长度计算表 m
(2)以汇人概率模型和平均行驶距离模型确定加速车道长
“高速公路加、減速车道设计标准研究”成果中提出，加速车道的设置长度应与主线服务水平相协调，并以服务水平下的交通负荷及满足概率为计算依据。计算结果见表5。
表5 加速车道长度计算表m
(3)加速车道最短长度
加速车道一般为平行式，汽车在道路行驶时必须走“S”弯。如果线形单元长度很短。则司机操作方向盘频繁，司机操作困难，在高速驾驶的情况下是危险的，另外也需有足够的时间让匝道车辆合并到主线。参照《道路路线设计》，根据经验至少要6s的行驶时间。据此确定相应设计车速下的最短加速车道长，见表6。
表6 最短加速车道长度计算表
(4)最终加速车道长度确定值
综合考虑上述3种情况，最终确定加速车道长度见表7。
表7 加速车道长度确定表 m
3 立交变速车道渐变段长度的计算分析
根据AASHO的方法，平行式变速车道三角段的计算方法有2种：第1种为按车辆横移1个车道所需的最短长度：第2种为把“S”形行驶的轨迹作为反向曲线的计算方法。计算结果如下：
3.1 第1种计算方法
根据《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，车辆横移一个车道的时间按3s取，过渡段长度计算公式为：
式中：为初速度，km／h，根据美国各州公路工作者协会《乡村地区公路几何设计政策》所载，中等交通量时由平均行驶速度与设计车速关系图确定(见表8)；为横移一个车道的行驶时间，采用3s。
表8 初速度取值表km／h
3.2 第2种计算方法
根据《高速公路设计要领》和《城市道路设计规范宣讲材料》，该计算方法渐变段长度计算公式为：
式中：为变速车道宽度，取3.5 m；为反向曲线半径，m；为主线初速度(km／h)；为横向力系数，取0.15；为超高横坡度，取0。
3.3 计算结果(见表9)
表9 平行式变速车道过渡段长度计算结果表
4 结语
汽车在立交出入口处的行驶轨迹、车速的变化受驾驶人的反应、机动车的性能、主线和相应匝道的计算行车速度影响较大。为确保安全，减速车道均应采用直接式，加速车道原则上采用平行式，当加速车道不太长、主线交通量较小时加速车道也可选用直接式。单车道减速车道、加速车道及渐变段长度可以根据主线和匝道的设计车速分别依据表3、7、9选取。