随着我国公路通车里程和汽车保有量的不断增加,交通出行便捷程度和货物流通效率不断提高。尽管我国的道路交通事故总体上呈下降趋势,但与发达国家相比,交通安全水平仍有进一步提升空间。公路安全的影响因素众多,尤其是现在更注重将“人—车—路—环境”作为一个整体系统看待,从更多元的角度对公路交通安全进行考量。目前对公路设计及其安全性的研究主要存在以下问题:1)对车型的最不利参数考量不够充分,主要体现在已有研究多采用小客车模型,模型采用的参数有待更新,较少考虑大客车模型,对大客车和货车模型的载荷工况的考虑不够充分;2)缺乏对公路车辆行驶安全敏感性的研究,已有研究对敏感性指标缺乏定量分析,即使发现路段存在问题,也很难给路段提出合理的提高安全水平措施。本研究采用车辆动力学仿真模拟方法,建立车辆—道路耦合模型,量化车辆动力学指标与公路设计指标之间的关系,以评价公路车辆行驶安全性及敏感性。研究首先确定最不利车型,考虑到已有研究存在的不足,本研究充分挖掘公路行驶车辆数据。车辆类型分为小客车、大客车和货车等三种;车辆信息分为三维几何尺寸、动力参数、车体结构和悬架系统等四种。为能够充分表征大客车与货车的真实情况,本研究将大客车和货车的载荷工况设置为空载、1/4载荷、1/2载荷、3/4载荷和满载等五种。根据获取的车辆数据确定了各种车型的最不利参数。基于最不利参数,在车辆仿真模拟平台中建立了包括小客车、不同载荷工况大客车和货车的车—路耦合模型。根据文献调研,选定了可以表征车辆不同安全状态的车辆动力学指标,分别为表征车辆侧翻状态的横向载荷转移率(LTR)指标、表征车辆道路跟踪性的横向力系数(μ)指标和表征车辆径向行驶表现的车辆之间速度差指标。研究选取的几何线形指标包括平曲线半径、超高、纵坡坡度和坡长等。基于几何线形的空间叠加原理,分别生成了三维几何线形指标。通过车辆动力学仿真模拟,量化了车辆行驶动力学表现与几何线形指标之间的关系,并且分析了几何线形三维空间特性对车辆行驶动力学指标的影响。结果表明,LTR与μ值能够较好表征车辆在平曲线上行驶状态;车辆之间速度差则能较好表征纵断面指标对车辆动力学指标的影响。小客车、大客车和货车在相同路段具有不同的车辆动力学表现,即不同车型在相同设计指标路段的车辆动力学响应也不同。货车采用非承载式车身,车身整体性较差,因此在平曲线单元的受力情况更为复杂。此外,载荷工况也对车辆动力学表现有着一定的影响,对大客车车型,LTR与μ值的质量的系数均为负值,表明大客车载荷增大,会降低大客车在平曲线处的LTR与μ值;而货车LTR值的质量的系数为正数,表明货车载荷增加,LTR值增大。纵坡路段,载荷情况对大客车和货车的比功率值影响较大,影响大客车和货车在纵坡路段的速度与加速度特性,小客车与大客车和货车之间的行驶速度差能够较好表征纵坡路段的行驶安全性。基于建立的车辆动力学指标与三维几何线形指标之间的关系,采用边际效应方法,量化了两者之间的敏感性。结果表明车型对车辆的运行安全敏感性有着较大的影响。量化的敏感性可供设计人员在进行公路设计时合理地选用设计指标,以使路段行驶安全表现最优。三维几何线形指标对车辆行驶动力学表现的影响及车辆行驶安全状态的敏感性通过实测数据及对历史交通数据的分析得到了验证。研究在G25东庐山段采集了路段车辆的运行数据,验证了仿真模拟得到的速度差的有效性。基于美国印第安纳州交通事故数据库,采用SUNB模型回归分析了高速公路交通事故与线形指标之间的关系,通过量化车辆动力学指标与线形指标之间的关系,验证了采用车辆行驶速度差作为表征纵断面车辆行驶安全状态指标的有效性。与已有研究相比,本研究主要有以下三点创新:1)考虑了各种车型的最不利参数,也考虑了大客车和货车的不同载荷工况,更加接近公路运行实际;2)研究考虑到几何设计指标的空间三维特性及车型、载荷工况等特性,揭示了车——路耦合作用下几何线形指标三维空间特性对车辆行驶动力学指标的影响;3)研究给出了行驶安全敏感性的定量关系,为设计人员进行高速公路设计时,在不同设计指标之间进行比选提供更可靠的依据。