Брянск, Брянская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
Разработана методика оценки транспортно-эксплуатационных качеств участка автомобильной дороги, предусматривающая применение метода моделирования на ЭВМ с использованием доступных программных средств.
автомобильная дорога, скорость движения, видимость, безопасность, моделирование
Используя полученные ранее значения коэффициентов уравнения (1), можно продолжить решение задачи определения расстояния видимости поверхности дороги. Расстояние видимости – это расстояние от точки, в которой находится водитель автомобиля, до точки, где линия наблюдения касается поверхности дороги. Уравнение линии наблюдения – это уравнение прямой, проходящей через точку наблюдения, с угловым коэффициентом, равным первой производной уравнения (1) на пока неизвестном отрезке между узлами i и i+1. Для нулевой точки (в качестве примера) можно записать (рис. 1):
Приравнивая 
и
, получаем уравнение для вычисления величины х, определяющей расстояние видимости, равное х-х0. Корень полученного уравнения следует вычислять методом деления отрезка пополам путём последовательного перебора участков дороги. Эффективность такого метода решения обусловлена тем, что решение уравнения необходимо находить только для участка, на котором происходит ограничение видимости, и только тогда, когда расстояние видимости не превышает некоторую заданную предельную величину (например 700 м).
Предлагаемый метод позволяет определить расстояние видимости с любой произвольной точки дороги, для которой заданы координаты, вычисленные по сплайн–функции. Предлагаемый алгоритм реализован в виде программы для ЭВМ V-TEKD. Расстояния видимости поверхности дороги с шагом 20 м записываются файле V-D.
Пример графика расстояния видимости поверхности дороги приведён на рис. 3.
Расчёт скорости, определяемой безопасностью движения по условию видимости дороги
Для обеспечения безопасного и комфортного движения необходимо, чтобы расстояние видимости поверхности дороги в любой точке трассы было не меньше остановочного пути при этой скорости.
Для рассматриваемого участка дороги рассчитывается расстояние видимости как функция геометрических параметров дороги [3]. Текущее расстояние видимости плюс некоторый запас принимается равным полному тормозному пути АТС.
где 
– время реакции водителя (для дорог I и II категорий – 1 с, III категории – 2 с, IV категории – 3 с); 
- среднее время срабатывания тормозов (легковой автомобиль – 0,6 с, грузовой и автобус – 0,8 с); 
- коэффициент эффективности тормозной системы (легковой автомобиль – 1,2, грузовой и автобус – 1,3…1,4); 
- коэффициент продольного сцепления (рассматриваются наихудшие условия движения, 
0,28 [4]); 
- коэффициент сопротивления качению.
Решение этой задачи приводит к необходимости решения квадратного уравнения
Пример графика расчётной скорости по условию видимости поверхности дороги, построенного в среде программы Open Office, приведён на рис. 4.
Расчёт скорости, определяемой безопасностью движения по условию проезда планового закругления
Для обеспечения безопасного и комфортного движения в пределах закругления плана трассы автомобильной дороги необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы (отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести) не превышал некоторое допустимое значение. При известных значениях радиуса планового закругления и коэффициента поперечной силы скорость безопасного и комфортного движения определяется по формуле
где 
– радиус закругления (на прямых принимаем равным 
; на переходных кривых определяется по формуле где 
, 
– расстояние от начала переходной кривой до рассматриваемой точки); g – ускорение силы тяжести; 
– коэффициент поперечной силы; 
– поперечный уклон проезжей части, равный 0,015…0,025 для двухскатного профиля и до 0,06 на виражах.
Пример графика расчётной скорости по условию безопасности движения по закруглению в плане дороги, построенного в среде программы Open Office, приведён на рис. 5.
Расчёт скорости, определяемой динамическими характеристиками автомобиля
Скорость движения автомобиля можно определить путём интегрирования уравнения его движения. Обычно такие расчёты производят по внешней характеристике двигателя, что не соответствует реальным режимам движения и экономически нецелесообразно по условию расхода топлива. Кроме того, интегрирование уравнения движения требует привлечения очень большого объёма информации по конкретному автомобилю. Для оценочных расчётов нужна более простая модель для оценки материальных и временных затрат на движение транспортного потока в конкретных дорожных условиях.
Решить такую задачу можно по предлагаемому ниже алгоритму. Определим скорость движения автомобиля из условия равенства мощности, затрачиваемой на преодоление суммарного сопротивления движению автомобиля, некоторой эффективной мощности конкретного автомобиля. С целью повышения точности расчёта такой скорости уменьшим длину участка для определения равновесной скорости. Для любого участка дороги можно записать:
где 
– эффективная мощность двигателя, Вт;
– коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод дополнительных агрегатов автомобиля; 
– минимальное значение коэффициента полезного действия трансмиссии автомобиля; 
– силы сопротивления движению автомобиля, которые включают в себя:
- Сила аэродинамического сопротивления, равная
. Здесь 
- фактор обтекаемости; 
– скорость движения автомобиля, м/с; 
- коэффициент обтекаемости автомобиля, 
; 
- аэродинамический коэффициент продольной аэродинамической силы; 
- плотность воздуха, 
; 
- плотность воздуха при температуре 20°С; 
- температура воздуха, °К; F - площадь Миделя, определяемая по формуле
где C – коэффициент формы (для легковых автомобилей С = 0,89; для грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов С = 1,0); НГ – габаритная высота автомобиля, м; 
– габаритная ширина автомобиля, м; 
– ширина шины, м; l – высота до нижней точки автомобиля (принимается равной 
), м; n – число шин, участвующих в создании силы сопротивления воздуха.
- Часть силы тяжести, действующая на наклонных участках дороги, равная
. - Сила сопротивления качению, равная
Сила сопротивления качению включает в общем случае две составляющие: при движении по прямой и при движении по плановой кривой. Эта сила зависит от многих факторов: скорости движения; давления в шине; деформационных характеристик шины; типа протектора; ровности покрытия и деформационных характеристик дорожной одежды. При оценочных расчётах достаточно учесть влияние только скорости движения.
- Сила инерции, возникающая при изменении скорости движения
: 
- коэффициент приведения массы автомобиля, равный
где 
= 
+
- масса автомобиля (
- масса снаряжённого автомобиля; 
- масса перевозимого груза), кг; 
- масса автомобиля при полном использовании грузоподъёмности, кг; 
- передаточное число коробки передач; 
- величина ускорения (замедления) автомобиля при его разгоне (торможении), м/с2; 
- ускорение силы тяжести, м/с2;
Подставляя составляющие в уравнение (2), получаем:
Полученное неполное кубическое уравнение решается в квадратурах методом Кардано.
Для повышения точности расчёта необходимо определять скорость движения автомобиля на относительно коротких по длине участках.
Скорость движения автомобиля определяется на каждом участке длиной 20 м детального профиля, полученного путём аппроксимации сплайнами заданного профиля с помощью специальной программы на ЭВМ.
Пример графика расчётной скорости, определяемой динамическими характеристиками автомобиля, построенного в среде программы Open Office, приведён на рис. 6.
Итоговый график скорости движения автомобиля представлен на рис. 7.
Принятые значения комфортной скорости позволяют определить среднюю скорость движения конкретного автомобиля, вариацию и динамику её изменения, выявить «узкие» места рассматриваемого участка дороги и наметить мероприятия по улучшению условий движения по ней.
Апробация рассмотренной методики выполнена на большом объёме фактического материала в рамках курсовой работы по дисциплине «Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц».
1. Калиткин, Н.Н. Численные методы / Н.Н. Ка-литкин. - М.: Наука,1978. - 512 с.
2. Говорущенко, Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте / Н.Я. Говорущенко. - М.: Транспорт, 1990. - 135 с.
3. Бондаренко, Е.В. Тяговая динамика автомобиля: учеб. пособие / Е.В. Бондаренко, С.Е. Горлатов, А.А. Гончаров. - Оренбург: ОГУ, 2008. - 136 с.
4. ГОСТ Р 50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения.
5. ВСН 25-86. Указания по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1988.
