技术领域
[0001] 本
发明涉及避险车道技术领域，尤其是涉及一种基于多点钟摆耗能的避险车道。
背景技术
[0002] 根据调查表明，交通安全事故经常发生的路段，往往都是地处山区、急弯、陡坡路段，在调查的危险路段中，有高达55%都属于连续长大下坡路段的交通安全问题，但是由于地形和经济条件的限制，在山区高等级道路设计中长大下坡路段是不可避免的，因此，连续长大下坡路段的交通安全设计已成为公路设计的一项必要措施，因而避险车道的设计已成为人们对解决连续长大下坡路段交通安全事故问题的关注重点。
[0003] 避险车道（Truck Escape Ramp）是一种特殊交通安全设施，其设置在连续长大下坡路段一侧，利用失控车辆轮胎与
制动砂床材料之间的
滚动阻力和或车辆在上坡时沿车辆行驶方向相反的重力分力，使车辆的
动能转化为抵抗路面摩擦的
热能和重力
势能，通过降低车速达到控制失控车辆的目的。避险车道的设置主要有两个作用：一是使失控车辆从主线中分流，避免对主线车辆造成干扰；二是使失控车辆平稳停车，不出现人员伤亡，车辆严重损毁的情况。
[0004] 目前常见的避险车道有重力式避险车道和制动砂床式避险车道等。早些年，重力分布式避险车道使用较为普遍，通常是利用平行于主线的废弃旧路，将其修整成上坡道，成本较低。这种避险车道能够较好地控制车辆减速，但车辆进入后由于重力作用，会出现返回主线的现象，给主线上正常行驶的车辆带来安全隐患，引发二次交通安全事故；其次，重力式避险车道对车道长度要求较高，需要有足够的空间才可以设置，在山区地段，由于地形等原因，重力式车道的设置受到了极大制约。制动砂床式避险车道主要通过失控车辆轮胎与砂砾之间的滚动阻力使失控车辆减速，目前应用中较为广泛，但是由于驶入车辆往往具有较高的速度，仅仅依靠砂床的制动效果，需要的
制动距离较长，在山区地段同样会受到限制。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种制动距离短、可以有效避免车辆返回主线的基于多点钟摆耗能的避险车道。
[0006] 为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：本发明所述的基于多点钟摆耗能的避险车道，包括设置在引道尽头的制动砂床，所述制动砂床通过制动
块与多个钟摆耗能机构相连，每一所述钟摆耗能机构均包括与所述制动块相连的上曲球面块和与路面
基础相连的下曲球面块，所述上曲球面块和下曲球面块之间设置有中曲球面块，所述中曲球面块的上凸弧面与上曲球面块、中曲球面块的下凸弧面与下曲球面块均构成滑动配合。
[0008] 所述上凸弧面和下凸弧面以中曲球面块的中心线对称设置。
[0009] 所述制动砂床一侧设置有救援车道。
[0010] 所述上曲球面块和下曲球面块通过多根连接拉索相连。
[0011] 所述上曲球面块和下曲球面块上分别开设有多个用于穿设所述连接拉索的锚固孔。
[0012] 本发明的设计原理如下：将避险车辆的重量计为M，车速计为V，避险车道制动块的重量计为m=3 5M。当
汽车冲入~
避险车道，车辆陷入制动砂床，通过砂床的
摩擦力，车辆带动砂床和砂床下部连接的制动块一起运动，汽车的冲量传递给下部的制动块，避险车辆和制动砂床整体成为上部结构，汽车的速度减小为 ，制动块的速度变为 。
[0013] 根据动量守恒定律，上部结构运动速度推算公式为：根据
能量守恒定理：
即车辆冲入避险车道以后，车辆的运动速度已经由V减小为 ，制动块的运动速度为。然后车辆继续前行，摩擦力提供制动力，根据能量守恒原理，车辆的能量全部由摩擦力做功抵消，车辆的能量=摩擦力×制动距离= 。可见，为了使车辆停下来，摩擦力所做的功是一定的，车辆与
接触面的相对行驶距离不会发生改变。同时，通过本发明中钟摆耗能机构的钟摆式往复滑动作用，使得车辆和制动砂床之间的摩擦次数增多，在相同时间内，车辆行驶过的路程增加，即车辆和接触面的相对行驶距离增大，最终使得车辆相对地面的绝对运动距离减小。也就是说，通过设置钟摆耗能机构，减小了车辆相对地面的绝对距离，即减小了相对于地面的绝对制动距离。
[0014] 此外，当整个上部结构开始发生滑动以后，钟摆耗能机构开始往复运动，也将消耗掉一部分能量。这样整个过程，既减小了车辆驶入后的速度，又通过钟摆式往复运动缩短了车辆的制动距离，然后钟摆耗能装置不断消耗动能，从而实现了短距离快速耗能的目的。
[0015] 本发明提供的基于多点钟摆耗能的避险车道，结构简单，特别适合于对避险车道制动距离有限制的情况，在山区公路避险车道设计中优势更加明显，具有较为广阔的应用前景。本发明采用与多个钟摆耗能机构相结合的水平制动砂床作为避险车道，每个钟摆耗能机构的上曲球面块均与砂床下部的制动块相连；当应急车辆驶入制动砂床后，车辆的冲量由车辆和制动块共同分担，车辆动能通过制动砂床传递给钟摆耗能机构，通过钟摆式往复运动实现短距离快速耗能，避免对车辆施加较大的制动力；同时，由于上曲球面块、中曲球面块相对于下曲球面块能够相对转动，因此，制动安全性更高，有效保证了制动效果。
附图说明
[0017] 图2是图1的俯视图（不含汽车、引道）。
[0018] 图3是图1中钟摆耗能机构的结构示意图。
[0019] 图4是图3中钟摆耗能机构的摆动状态示意图。
[0020] 图5是本发明实施例2的结构示意图。
[0021] 图6是图5中钟摆耗能机构的结构示意图。
[0022] 图7是图6中钟摆耗能机构的摆动状态示意图。
具体实施方式
[0023] 实施例1：如图1、2所示，本发明所述的基于多点钟摆耗能的避险车道，包括设置在引道M尽头、救援车道N一侧的水平制动砂床1，制动砂床1铺设在矩形制动块2上，矩形制动块2与多个钟摆耗能机构相连。一般地，选用4个钟摆耗能机构，将其安装在制动块2四
角处；当制动块2较长时，在制动块2长边中间
位置各增加1个钟摆耗能机构。
[0024] 通常情况下，矩形制动块2的重量是车辆重量的3-5倍。如图3、4所示，每个钟摆耗能机构均包括与制动块2相连的上曲球面块3和与路面基础相连的下曲球面块4，上曲球面块3和下曲球面块4之间设置有中曲球面块5，中曲球面块5与上曲球面块3相配合的上凸弧面A、以及中曲球面块5与下曲球面块4相配合的下凸弧面B上分别构成滑动配合，且上凸弧面A和下凸弧面B均以中曲球面块5的中心线对称设置（其具体尺寸以上部
变形的实际需要为准），使上曲球面块3和中曲球面块5可以根据进入车辆对矩形制动块2的施力情况，在下曲球面块4上沿车辆行进方向（即X方向）做水平往复摆动，使车辆动能在规定的时间内消耗完毕。钟摆耗能装置均为双向滑动，既可以满足正常使用状态下的结构变形，还能保证车辆驶入时的滑动耗能。
[0025] 当有避险车辆驶入时，车辆首先陷入制动砂床1内，制动砂床1中的材料
摩擦系数较高，车辆的动能通过制动砂床1传递给制动块2，根据冲量原理，由于制动块2相对于车辆具有较大的重量，因此，车辆和制动块2结合之后速度显著减小；然后车辆、制动砂床1和制动块2形成一个整体，开始向前滑动，整体作用在钟摆耗能机构上。钟摆耗能机构的下曲球面块4与路面基础固结，上曲球面块3的顶部和制动块2固结，因此，上曲球面块3和中曲球面块5在制动块2的作用下，则在下曲球面块4上沿着X向往复滑动。上述钟摆耗能机构通过各球面块沿上/下凸弧面的相互滑动实现滑动耗能，使与其相连的上部结构发生缓慢的来回摆动，增加了车辆与接触面的摩擦长度，实现快速耗能；其次，无需对车辆施加较大制动力的情况下，能够对即时的较大动能实现逐步消耗，直至停止摆动。
[0026] 实施例2：当高速公路位于地势复杂的山区，尤其是位于山体一侧的连续长大下坡路段时，由于位置特殊，不如平原区那样具有相对广阔的空间来设置避险车道，但按照相关安全需求又必须设置避险车道，此时，通常采用如图5所示的搭设桁架H的方式，在桁架H上设置避险车道平台Q，在避险车道平台Q上按实施例1的方式建造本发明所述的基于多点钟摆耗能的避险车道。
[0027] 此外，考虑到避险车道长度较短和安全性的问题，还要采用增设拉索的方式，对钟摆耗能机构的变形进行限制。具体地，如图6、7所示，在上曲球面块3和下曲球面块4上对应开设有多对锚固孔7，每对锚固孔7内均穿设有一根连接拉索6。连接拉索6在钟摆耗能机构处于未工作状态时呈自然弯曲状态（见图6），拉索不受力；而当避险车辆驶入避险车道时，钟摆耗能机构发生相对滑动，当上曲球面块3和下曲球面块4达到最大位移量时，连接拉索6由原始的自然弯曲状态变为拉直状态（见图7），提供限位拉力，限制钟摆耗能机构发生过大的变形，保证耗能效果和安全。
