Динамический габарит

1 ПРОБЛЕМАТИКА ВІДПОВІДНОСТІ  ДИНІАМЧНОГО ГАБАРИТУ СУЧАСНИМ  УМОВАМ АВТОМОБІЛІЗАЦІЇ

 

Специфічні особливості  та проблеми дорожнього руху обумовлені, насамперед, системою "водій - автомобіль - дорога - середовище руху" (ВАДС). Цю систему можна представити у  вигляді взаємопов'язаних компонентів ВАД, що функціонують в середовищі С. Крім того, в структурі системи можна виділити механічну підсистему АД - "автомобіль-дорога" і біомеханічні підсистеми ВА - "водій - автомобіль" і ВД - "водій - дорога", а також підсистеми СВ, СА, СД .

Стосовно до водіїв мова повинна йти про стан його здоров'я, ступінь стомленості, рівень підготовки, уміння приймати рішення в умовах дефіциту часу і правильно вибирати швидкість відповідно до умов руху.

Стосовно автомобіля можна відзначити, що на безпеку руху суттєво впливають його габаритні розміри, тягові і гальмівні якості, головне освітлення, зручність робочого місця водія, маневреність, елементи пасивної безпеки та ін.

Стосовно дороги - це такі характеристики, як ширина проїзної частини, коефіцієнт зчеплення і рівність покриття, геометричні параметри, стан узбіч, наявність і якість огороджувальних та інших елементів інженерного устаткування.

Стосовно до середовища руху можна відзначити, що на безпеку руху впливають погодно-кліматичні умови, наявність пішоходів та ін.

Безпека дорожнього руху залежить від надійності компонентів ВАДС, які входять до системи. Очевидно, що для забезпечення функціонування системи потрібні досить великі витрати, але за цієї умови створення абсолютно безпечної системи неможливе, оскільки в неї входить людина, дії і помилки якого суттєво впливають на працездатність системи в цілому. [1]

На рис. 1.1 представлена ​​роль різних факторів, як причин ДТП: в 57% випадків головна причина ДТП - помилка людини; в 27% випадків причиною ДТП є проблема взаємодії людини і дороги; в 6% випадків причиною ДТП є проблема взаємодії людини і автомобіля; в 3% випадків причиною ДТП є проблема багатосторонньої взаємодії людини, автомобіля і дороги. [2]

 

Рис. 1.1 - Фактори ризику та їх поєднання у виникненні ДТП

 

Для планування заходів щодо зниження впливу факторів аварійності, насамперед, необхідний їх детальний аналіз.

Основи математичного  моделювання закономірностей дорожнього руху були закладені в 1912 році російським вченим, професором Г.Д. Дубеліром. Перша спроба узагальнити математичні дослідження транспортних потоків та представити їх у вигляді самостійного розділу прикладної математики була зроблена Ф.Хейтом. Детальні дослідження та розробки в цій області знайшли відображення в роботах багатьох закордонних та вітчизняних вчених.

Відомі математичні моделі, які знайшли практичне застосування в організації дорожнього руху можна розділити на дві групи залежно від підходу: детерміновані і ймовірнісні (стохастичні).[1]

Математична модель дозволяє точно розрахувати поведінку однієї змінної при заданих певних значеннях іншої змінної, її називають детермінованою. Моделям цього типу можна протиставити стохастичні моделі, які дозволяють визначити ймовірність отримання різних значень змінної величини.

Математична модель управління транспортними потоками є класичним  прикладом складної системи з  притаманними їй властивостями:

• наявність загальної  для системи цілі управління;

• великі розміри по числу  виконуваних функцій і частин;

• складна можлива та динамічна поведінка, що виявляється у взаємодії зв'язків підсистем і яка потребує зворотного зв'язку при управлінні;

• необхідність високої  автоматизації управління. -

Перераховані властивості  проявляються в системі управління дорожнім рухом через специфічні особливості, обумовлені безпосередньо фізикою досліджувальних процесів і технологією проходження транспортних потоків через перехрестя. Ці особливості багато в чому можуть визначати вибір тих чи інших рішень управління рухом.

Об'єктом управління в  системі є транспортний потік, описуваний сукупністю ознак, що характеризують процес руху: інтенсивність руху, швидкість руху, типовий склад, інтервали в потоці і ін.

Зростання рівня автомобілізації  і обмеженість капітальних вкладень на реконструкцію перехресть призводять до вичерпання пропускної спроможності на регульованих перехрестях в години пік, утворення довгих черг транспортних засобів та істотними транспортними втратами часу.

Необхідні моделі, що імітують рух транспортних засобів у перенасиченому потоці, які давали б можливість зменшувати транспортні затримки і довжину черги транспортних засобів при розрахунку оптимальних планів роботи світлофорів в реальному часі.

Не менш важливим етапом досліджень є оцінка ефективності організації  рівня безпеки та дорожнього руху, яка базується в основному на показниках статистики ДТП і характеристиці конфліктних точок і конфліктних ситуацій на розглянутих елементах дорожньої мережі.

Основний недолік статистичних критеріїв аварійності полягає  в відсутності можливості виявити потенційно небезпечні місця, на яких конфліктні ситуації ще не проявили себе у вигляді ДТП. [2]

Склад транспортного потоку характеризується співвідношенням у ньому транспортних засобів різного типу. Цей показник має значний вплив на всі параметри дорожнього руху. Разом з тим склад транспортного потоку в значній мірі відображає загальний склад парку автомобілів в даному регіоні. Так, на дорогах США і багатьох західних країн переважають легкові автомобілі, які становлять 80 - 90% загальної чисельності парку. У міру зростання автомобілізації і збільшення частки легкових автомобілів в парку нашої країни вона буде збільшуватися і в транспортному потоці. У багатьох випадках ця частка досягає вже 70 - 90%.

Склад транспортного потоку впливає на завантаження доріг (щільність руху), що пояснюється насамперед істотною різницею в габаритних розмірах автомобілів. Якщо довжина легкових автомобілів 4 - 5 м, вантажних 6 - 8 м, то довжина автобусів сягає 11 м, а автопоїздів 24 м. Зчленований автобус (тролейбус) має довжину 16,5 м. Однак різниця в габаритних розмірах не є єдиною причиною необхідності спеціального обліку складу потоку при аналізі інтенсивності руху.

При русі в транспортному  потоці важлива різниця не тільки в статичному, а й у динамічному  габариті автомобіля, який залежить в основному від часу реакції водія і гальмівних якостей автомобілів. Під динамічним габаритом (рис. 1.2) розуміють ділянку дороги, мінімально необхідну для безпеки руху в транспортному потоці із заданою швидкістю автомобіля, довжина якого включає довжину автомобіля і дистанцію d, звану дистанцією безпеки.

 

 

Рис. 1.2. Динамічний габарит автомобіля в щільному транспортному потоці

Найпростішою математичною моделлю, яка описує потік автомобілів, є так звана спрощена динамічна  модель. Її застосовують для визначення максимальної можливої інтенсивності  руху по даній смузі дороги при швидкості :

 

,        (1.1)

 

де  - коефіцієнт розмірності.

При зміні швидкості в  кілометрах за годину, а динамічного  габариту в метрах формула (1.1) є вираз для визначення пропускної здатності по смузі:

 

               ,                   (1.2)

 

Дана математична модель складена на підставі двох спрощених припущень:

• швидкість усіх транспортних одиниць в потоці однакова;
• транспортні засоби однотипні, тобто мають рівні динамічні габарити.

Існують три принципово різні  по підходу до розрахунку визначення , пропонованих різними авторами:

1. При розрахунку виходячи з мінімальної теоретичної дистанції безпеки приймають абсолютно рівними гальмівні властивості пари автомобілів і враховують тільки час реакції веденого автомобіля. Тоді

 

               ,                  (1.3)

 

рівняння (1.1) набуває лінійного  характеру. У цьому випадку можлива  інтенсивність транспортного потоку не має меж в діапазоні збільшення швидкості. Однак це не відповідає реальним характеристикам водіїв та призводить до збільшення можливої інтенсивності  потоку. Тут головну роль грає практичне  значення збільшення при великих швидкостях.

2. При розрахунку на «повну безпеку» виходять з того, що дистанція d повинна бути рівна повному зупиночному шляху відомчого автомобіля. Тоді динамічний габарит має вигляд

 

                               (1.4)

 

де  - стале уповільнення.

У спрощеній формулі не виділений відрізок, який проходить  за час наростання сповільнення, а  враховується тільки стале уповільнення. У цьому випадку рівняння (1.1) набуває вигляду квадратичної функції , а інтенсивність має межу при певному значенні швидкості (швидкості транспортного потоку). Такий підхід більше відповідає вимогам забезпечення безпеки руху при великих швидкостях (більше 90 км/год).

3. Найбільш реальний підхід заснований на тій передумові, що при розрахунку дистанції безпеки d треба враховувати різницю гальмівних шляхів ( або уповільнень ) автомобілів, так як «лідер» в процесі гальмування також переміщується на відстань, рівну гальмівному шляху.

Якщо виходити з 3-го підходу  до визначення динамічного габариту  , то дистанція безпеки буді мати вигляд:

 

                                     (1.5)

 

Якщо прийняти час реакції  водія (включаючи час запізнювання спрацьовування гідравлічного гальмівного привода) рівним 1 с, а різниця максимальних сповільнень на сухому асфальтобетонному покритті при екстреному гальмуванні однотипних легкових автомобілів з урахуванням експлуатаційного стану гальмівної системи в допустимих нормативами межах близько 2 м/с², то динамічний габарит:

 

                               (1.6)

 

З урахуванням даних сучасних досліджень системи ВАДС викладений метод прийнятний для обмежених, насамперед за складом і швидкістю транспортного потоку, умов. Розрахунок за формулою (1.2) з урахуванням виразу (1.6) для безперервного потоку типових легкових автомобілів дає розрахункове значення пропускної спроможності = 1960 авт/год при швидкості близько 55 км/год.

Безпечний рух в такій  щільній колоні з точки зору психофізіологічного стану водія можливе лише на обмежених швидкостях. Для легкових автомобілів при швидкостях руху більше 80 км/год час реакції водія збільшується і має бути прийнята не 1 с, а істотно більше (до 2 с). Крім того, через недосконалість гальмівних систем автомобілів, а також неоднорідною характеристики експлуатаційного стану шин на різних колесах навіть на дорогах з високим коефіцієнтом зчеплення (φ = 0,7 ÷ 0,8) при екстреному гальмуванні автомобілів не гарантовано збереження їх сталого прямолінійного руху. Тому розрахунки за формулою (1.6) можуть бути рекомендовані для швидкостей не вище 80 км/год.

Наведений розрахунок повинен  розглядатися як призначений для  наближеного визначення пропускної здатності смуги при колонному русі легкових автомобілів з помірними швидкостями. Для змішаного потоку слід використовувати коефіцієнти приведення.

Відповідність розрахунків  з використанням формули (1.6) реальних умов дорожнього руху з обмеженими швидкостями підтверджується практичним досвідом. На його основі в багатьох публікаціях з безпеки дорожнього руху міститься рекомендація про те, що безпечна дистанція (в метрах) повинна дорівнювати приблизно половині величини швидкості (у кілометрах на годину).

Зауважимо, що якщо у формулу (1.2) підставити значення динамічного габариту (в метрах), рівну половині значення швидкості (у кілометрах за годину), то вийде значення , рівне приблизно 2000 авт/год. При розрахунку фактичної пропускної здатності реальної дороги можна скористатися системою поправочних коефіцієнтів, які враховують експлуатаційні умови.

Гальмівні якості автомобілів  різних типів в експлуатації істотно  відрізняються. Ця різниця підтверджується  вимогами до ефективності гальмування (табл. 1.1), встановленими ГОСТ 25478-91 «Автотранспортні засоби. Вимоги до технічного стану за умовами безпеки руху. Методи перевірки ».

 

Таблиця 1.1 – Вимоги до ефективності гальмування

Тип транспортного засобу та його характеристики	Встановлене уповільнення, м/с2, не менше	Довжина гальмівного шляху, м, не більше*
Легкові автомобілі, призначені для перевезення не більше 8 чоловік (крім водія), а також створення на їх базі модифікацій(пікапи, універсали та т.п.) – категорія М1	6,8	12,2
Вантажні автомобілі з  дозволеною максимальною масою до 3,5 т. – категорія N1	5,7	15,1
Вантажні автомобілі з  дозволеною максимальною масою більше 12 т. – категорія N3	6,2	16,0
Вантажні автомобілі з  автотягачем – категорія N1	4,6	17,7
* при гальмуванні з початковою швидкістю 40 км/год в спорядженому стані

Фактичний динамічний габарит автомобіля залежить також від оглядовості, легкості управління, маневреності автомобіля, які впливають на дистанцію, обираєму водієм. При цьому слід звернути увагу на наступну обставину. При колонній русі легкових автомобілів кожен водій, завдяки великій поверхні вітрового скла, а також невеликими габаритами попереду їдучих автомобілів, може досить добре бачити і прогнозувати обстановку попереду декількох автомобілів. У той же час, якщо перед легковим автомобілем рухається вантажний автомобіль чи автобус, то водій легкового автомобіля не має можливості оцінювати і прогнозувати обстановку попереду, і його дії з управління стають менш упевненими. У цьому випадку через неможливість достатнього прогнозування обстановки попереду різко зростає небезпека при обгоні, а також у разі екстреної зупинки автомобілів, що рухаються в щільній колоні.