301-000635

2.5.Расчет характеристик движения транспортных потоков

2.5.1.Расчет скоростей движения одиночных автомобилей

Для оценка качества проектных решений и эффективности выбранных мероприятий по улучшению геометрических элементов дорог и безопасности движения в качестве критерия применяют скорость движения. Нике приводится описание методов расчета скоростей движения одиночных автомобилей основанных на положениях теории автомобиля.

Такие методы разработаны Н. Ф. Хорошиповым и А. И. Бельским. Метод Н. Ф. Хорошипова основан на использовании графиков разгона и торможения автомобиля на разных элементах автомобильных дорог. Этот метод не учитывает в детально скорости движения в отдельных точках криволинейной части продольного профиля.

Учитывая, что на вертикальных кривых уклоны имеют переменную величину, движение машины происходит по ним о неравномерной скоростью, К. А. Хавкин предположил метод расчёта движения по криволинейному продольному профилю, составленному из кубических парабол. Одновременно аналогичный метод был предложен для круговых вертикальных кривых А. И. Бельским.

Указанные методы дают возможность рассчитать теоретические максимальные скорости движения одиночного автомобиля и любой точке продольного пробили дороги.

Общий вид уравнения движения автомобиля по вертикальной привой следующий:

где А,В – коэффициенты, получаемые при аппроксимации кривой крутящего момента двигателя

V – скорость движения машины, м/с G – масса машины, кг

F – площадь проекции машины на плоскость перпендикулярную направлению его движения, м2

k – коэффициент сопротивления воздуха f – коэффициент сопротивления качения

i – величина продольного уклона дороги в десятичных дробях.

б – коэффициент, учитывающий влияние вращающихся частей машины dv/dt – ускорение машины

g – ускорение силы тяжести (9,8 м/с2)

Интегрирование уравнения (5.1) для определения скорости

61

V – начальная (входная) скорость на участке. м/с, S – расстояние от начала участка, м;

R – радиус вертикальной кривой, м.

Недостатком описанных выше методов является невозможность расчета скоростей на спуске. Метод расчёта скоростей на спуске был предложен Ю. А. Кременцом. Этот метод основан не учете характерных режимов движения автомобилей в зависимости от длины спуска и величины уклона, а также динамических и тормозных характеристик машины.

Эффективность использования метода расчёта скоростей движения в проектировании автомобильных дорог зависит от того, насколько точно этот метод учитывает влияние элементов дорог на скорости движения.

Вопрос об учёте влияния дорожных условий на средние скорости движения автомобилей впервые возник в СССР при разработке требований к конструктивным параметрам отечественных машин. Их можно было сформулировать только предъявив к автомобилю определенные эксплуатационные требовании, характеризующие его приспособленность для эффективного использования. Впервые взаимосвязи между автомобилем и внешней средой (включая и такой показатель, как скорость хода) получили свое воплощение в трудах акад. Е. А. Чудакова.

Развитие и совершенствование расчёта скоростей движения основанных на теории автомобиля, заключались в разработке методов учёта реальных условий движения и геометрических элементов плана и продольного профиля дороги.

Как ухе отмечалось выше, в практике проектирования дорог наиболее широкое применение нашли методы Н. Ф. Хорошилова, А. Е. Бельского и К. А. Хавниба. Последующие разработки были направлены на более детальный учет условий движения.

Последние разработки методы Хорошилова, направленные на совершенствование предложенного им метода, позволяют получить более точные значения скоростей на вертикальных кривых в плане.

Величины максимальной возможной скорости на участках кривых в плане рекомендуют определять по формуле.

где R – радиус кривой, м iв – поперечный уклон

r, ф – используемая доля коэффициента поперечного сцепления.

На вогнутых прямых предельных предельную скорость определяют по

где R – радиус кривой, м

а – центробежное ускорение (а=0,5-0,7 м/с2)

Скорость движения на выпуклых вертикальных кривых определяют на основе средней величины уклона отдельных участках ломанной, которой заменяется вертикальная выпуклая кривая (в зависимости от длины кривой отдельные участки ломанной принимаются равными 100 или 200 м).

Величина скорости определяется по формуле

Wк - сопротивление качению: iср – средний уклон на участке

iн – уклон в начальной точке участка

Средняя скорость движения на дороге определяется по средним скоростям на отдельных элементах дороги:

Продолжительность движения определяют по формуле:

Tmin= S/ Vср

где Tmin максимальное время движения при максимальной скорости Vср; S = ΣS׀

Метод, предложенный Н. Ф. Хорошиловым, предназначен дня оценки в первую очередь средних скоростей движения на маршруте при оценке вариантов трасс автомобильных дорог. Поэтом в нем не ставились задачи определения точных значений скоростей.

Основной целью методов, разработанных этими людьми, являлось получение точных величин скоростей при криволинейном продольном профиле.

Было отмечено, что и эти методы на участках с малыми продольными уклонами не дают результатов, близких к реальным.

Для получения более точных данных по скоростям было предложено учитывать степень открытия дроссельной заслонки по формуле

где p – процент открытия дроссельной заcлонки, % Ψ – суммарные дорожные сопротивления, Ψ=f+i i – продольный уклон ;

f – коэффициент сопротивления качению.

Ориентировочно при расчетах скоростей движения принимают степень открытия дроссельной заслонки (таблица 2.22).

Таблица 2.22

Расчет скоростей движения в зависимости от степени открытия дроссельной заслонки

Особенно важно точно определить скорость движения при оценке безопасности по методу коэффициентов безопасности. В этом случае необходимо иметь данные о допустимых скоростях движения на отдельных элементах дороги. Величины скоростей, получаемых по описанным выше методам, следует проверять по формулам расчета предельно допустимых скоростей движения: - на кривых в плане;

-на кривых в плане при ограниченной видимости;

-на подъёмах с уклоном;

-в местах сужения проезжей части и на мостах;

Не меньше чем уточнение расчетных формул имеет значение учета психофизиологического воздействия на водителя дорожных условий. Для этой цели рекомендованы коэффициенты, учитывающие психофизиологическое восприятие водителями дорожных условий.

2.5.2.Расчет скоростей движения потоков автомобилей

Вусловиях высокой интенсивности движения большое значение приобретает вопросы оценки транспортно-эксплуатационных качеств дорог с позиций пропуска потоков автомобилей. Расчет скоростей движения потоков автомобилей позволяет решать важные технико-экономические задачи, вопросы выбора средств и методов организации движения. Для оценки скорости движения можно использовать комплекс корреляционных уравнений описанных в пункте 2.4.2 и 2.4.3.

Как показали наблюдения М. И. Судьина, разметка проезжей части способствует устранению помех для движения при высоких интенсивностях и повышает скорость потоков. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчетах скорости введением следующих поправочных коэффициентов к приведенным выше величинам α (таблица 2.23).

64

Практика показывает, что на величины коэффициентов α оказывают также влияние продольные уклоны, их протяжение, кривые в плане, что необходимо учитывать при расчетах (таблицы 2.24 и 2.25).

Таблица 2.25

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние кривых

Приведенный расчетный метод эффективен для решения одного комплекса задач, требующих оценки скоростей потоков машин по элементарным участкам с меняющимися дорожными условиями, т.е. для решения круга задач техникоэкономического проектирования дорог, организации движения.

2.5.3. Оценка пропускной способности автомобильных дорог

Методика расчета пропускной способности основана на использовании коэффициентов снижения пропускной способности. Такой подход к отчету влияния дорожных условий на пропускную способность является очень важным в работе.

65

Для определения пропускной способности были использованы результаты измерения скоростей движения одиночных автомобилей и величины максимальной плотности с учетом формулы

где α = 0,18 – 0,23 (принимаем α=0,19)

Vсв –скорость движения одиночных автомобилей на рассматриваемом элементе дороги

gmax – максимальная плотность, авт/км

Величины коэффициентов снижения пропускной способности V определили как отношение пропускной способности рассматриваемого элемента дороги Р к пропускной способности дороги с особо благоприятными условиями движения Ртх, т.е.

Максимальная пропускная способность Рmax соответствует следующим дорожным условиям и составу потока автомобилей: наличие прямолинейного горизонтального участка дороги большого протяжения без пересечений, ширина полосы движения – 3,75м, обочины, укрепленные шириной 3 м, сухое покрытие имеет высокую ровность и шероховатость, транспортный поток состоит только из легковых машин, отсутствуют какие-либо препятствия на обочинах, вызывающие снижение скорости, погодные условия благоприятные.

Пропускную способность при совместном влиянии различных факторов рассчитывают по формуле:

Р=ВРmax (5.21)

где Р – пропускная способность в конкретных дорожных условия, легк авт./ч Р max – максимальная пропускная способность, лег.авт.ч.

В - итоговый коэффициент снижения пропускной способности.

При расчете рекомендуется исходить из следующих величин максимальной пропускной способности Р max:

Двухполосные дороги – 2200авт/ч (в оба направления) Трехполосные дороги – 4000 авт/ч ( в оба направления)

Дороги, имеющие 4 и более полосы движения – 1800 авт/ч ( на одной полосе).

Приведенные величины максимальной пропускной способности являются средними для указанных дорог. Так, например, на дорогах с 2 полосами движения при наблюдениях в отдельных случаях была зафиксирована максимальная пропускная способность до 2800 авт/ч.

Основной причиной снижения максимальной пропускной способности являлось недостаточное протяжение участка с особо благоприятными условиями.

Величину В определяют по формулам:

66

В=(0,5 + 0,037в + 0,4513s + 0,0046r – 0,0053р – 0,0038i + 0,0007с +

S – расстояние видимости (в пределах от 0,045 до 0,4км; при s > 0,4 произведение 0,4513s принимают равным 0,18052)

r - радиус кривой в плане ( от 0,01 до 5 км)

р – количество тяжелых автомобилей ( от 0 до 30%) i – уклоны (от 0 до 60%)

с – расстояния до боковых препятствий ( от 0 до 10 м) Vогр – ограничение скорости (от 20 до 90 км/ч)

Согласно СНиП 11-Д.5-72, эти коэффициенты соответственно равны:

Для легковых автомобилей – 1, для мотоциклов и мопедов – 0,6; для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 4т – 1,5; 5т – 2; 8т – 2.5; 14т – 3.5; свыше 14т – 4,5; для автобусов - 3.5.

При промежуточных значениях грузоподъемности транспортных средств коэффициенты приведенияследует определять по интерполяции.

Результаты определения пропускной способности оформляют в виде линейного графика пропускной способности и уровней загрузки отдельных участков дороги. При этом учитывается, что каждый элемент дороги, вызывающий снижение пропускной способности, имеет зону влияния, в пределах которой происходит изменение режима движения потоков автомобилей и пропускной способности.

Следует исходить из следующих экспериментально установленных зон влияния в каждую сторону от рассматриваемого элемента:

Одновременно с линейным графиком изменения пропускной способности строят график изменения степени загрузки дороги. При наличии степени загрузки больше 0,5 рекомендуется или перестраивать участок дороги или применять мероприятия по организации движения.

Линейные графики пропускной способности и степени загрузки движения являются важнейшими характеристиками транспортно-эксплуатационного со-

67

стояния дороги. Поэтому дорожники-эксплуатанционщики и служба организации движения должны иметь такие графики, чтобы обоснованно выбирать мероприятия по поддержанию высоких транспортных качеств дороги.

2.5.4. Моделирование движения транспортных потоков на ЭВМ с целью определения всех характеристик потока

При решении практических задач, связанных с проектированием элементов автомобильных дорог и систем управления движения по ним, перспективным является статическое моделирование ЭЦВМ движения потока автомобилей.

Транспортный поток представляет собой наглядный пример сложной системы, функционирование которой в комплексе практически невозможно точно описать аналитическими методами. Проведение натурных экспериментов и исследование характеристик движения потока машин в реальных дорожных условиях вызывает значительные трудности. Все эти работы связаны с большими затратами труда, времени и средств, и их сложно правильно организовать.

Часто оказывается невозможным в течение короткого периода наблюдений за отдельными характеристиками потоков получить устойчивые их зависимости от интенсивности или скорости движения.

Методы математического моделирования транспортных потоков на ЭВМ позволяет проводить экспериментальное исследование с помощью ЭВМ, моделируя различные интересующие ситуации.

68

3. ВЫПОЛНЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ (РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ) И КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Практическая работа (расчетно-графическая) для очной формы обучения и контрольная работа для заочной формы обучения, ставит своей задачей закрепить и расширить теоретические знания об автомобильной дороге в целом, взаимосвязи автомобиля с дорогой и практические навыки по оценке автомобильных дорог по степени обеспечения безопасности движения, расчетной скорости.

Работа оформляется на 10-15 стр. машинописного текста.

Основное направление РГР и контрольной работы по дисциплине заключается в оценке транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог методом коэффициентов аварийности и расчетной скорости.

Включает следующие основные пункты:

1.Оценка безопасности движения по участку автомобильной дороги методом частных коэффициентов аварийности (Кав)

2.Построение линейного графика итоговых коэффициентов аварийности, пример оформления см. приложение №1.

3.Оценка транспортно-эксплуатационного состояния участка автомобильной дороги по обобщенным показателям итоговых коэффициентов расчетной

скорости (Крсi ).

4. Построение графика итоговых коэффициентов расчетной скорости, пример оформления см. приложении №2.

3.1. Оценка безопасности движения по участку автомобильной дороги методом частных коэффициентов аварийности (Кав)

В основной раздел работы входит оценка условий и безопасности движения. Каждая автомобильная дорога состоит из сочетания отдельных участков, различающихся по радиусам кривых в плане и продольном профиле, обеспеченной видимости, продольным уклонам и другим характеристикам трассы. Влияния этих показателей на условия движения, взаимно накладываясь, приводят к тому, что количество дорожно-транспортных происшествий на разных участках неодинаково.

Коэффициент аварийности частный – относительная количественная характеристика ухудшения условий движения. Относительная вероятность до- рожно-транспортных происшествий на всех характерных участках автомобильной дороги может быть оценена итоговым коэффициентом аварийности, который вычисляется произведением всех частных коэффициентов относительного количества происшествий на разных участках дороги (коэффициентов влияния или частных коэффициентов аварийности).

69

Эти коэффициенты характеризуют ухудшение условий движения, из-за влияния отдельных элементов плана, продольного и поперечного профилей, придорожной полосы по сравнению с условиями движения по двухполосной дороге с шириной проезжей части − 7,5 м, укрепленными обочинами и шероховатым покрытием, где ДТП может произойти только по вине водителя. Входящие в эту формулу частные коэффициенты аварийности определены по отечественным и зарубежным статистическим данным, учитывают влияние интенсивности движения и элементов плана и продольного профиля дороги. Установленный в настоящее время перечень не является исчерпывающим, по мере дальнейшего накопления статистических данных, особенно по отечественным материалам, перечень влияющих факторов и значения коэффициентов должны уточняться. Это уточнениедолжноидтиподвумнаправлениям:

1.Дополнительный учет местных дорожных условий в характерных природных (географических) районах.

2.Учет влияния неблагоприятных условий в процессе службы дороги (гололед, туман, осенняя грязь на покрытии, сужение проезжей части отложениями снега и т.д.). Для оценки дорожных условий в разные периоды года определяют сезонные коэффициенты аварийности.

Кроме того, не все факторы, для которых установлены значения коэффициентов аварийности, в равной степени влияют на безопасность движения.

Значения коэффициентов К1 – К18 приняты по ВСН 25-86 «Указания по безопасности движения на автомобильных дорогах» и используются для построения графика итогового коэффициента аварийности. Пример оформления графика дан в приложении 1. Приведенные ниже значения частных коэффициентов аварийности основаны на анализе статистики ДТП и применимы для дорог в равнинной и холмистой местности.

Частный коэффициент (К1) определяет влияние интенсивности движения на безопасность и принимается в зависимости от интенсивности движения в обоих направлениях. При очень малой интенсивности движения действия водителей определяются только восприятием дорожных условий. Каждый водитель выбирает скорость по техническим возможностям своего автомобиля и согласно своим индивидуальным склонностям, практически не встречая препятствий со стороны других автомобилей, следующих в том же или во встречном направлении. Водители, развивающие слишком высокую скорость, едут с повышенным риском, особенно на опасных участках с ограниченной видимостью, с узкими мостами, недостаточной шириной проезжей части, неровностями или скользкими местами на покрытии и т.д. Двигаясь с высокой скоростью, при ослабленном внимании, водитель часто не успевает своевременно реагировать на ухудшение дорожных условий при въезде на опасный участок. С ростом интенсивности режим движения становится менее свободным, напряженность водителей увеличивается.

70