Методика оценки безопасности движения и транспортных качеств автомобильных дорог


Оба метода дают возможность непосредственно измерить расстояние видимости. Недостаток их заключается в том, что, давая сведения об изменении видимости в плане, они не позволяют решить, на какую ширину должна быть устроена срезка откосов, чтобы обеспечивалась безопасность движения. Этот недостаток устраним при использовании для проверки видимости в плане графо-аналитического метода. Метод позволяет получить вычерченный в масштабе план закругления с указанием границ препятствия, ограничивающего видимость. По оси дороги разбивают пикетаж, и одновременно при помощи ленты или рулетки замеряют расстояние по перпендикуляру от оси дороги до границы препятствия с внутренней стороны кривой (рис. 15). Результаты измерений с соблюдением масштаба наносят на план закругления и измеряют видимость.

§ 10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДОРОГ ПРИ ПОМОЩИ ПРИБОРОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ В АВТОМОБИЛЯХ-ЛАБОРАТОРИЯХ

Устанавливаемое на современных ходовых лабораториях гироскопическое оборудование дает возможность с достаточной точностью зарегистрировать траекторию перемещения центра тяжести автомобиля в пространстве.

Если водитель едет точно по оси полосы движения проезжей части, записи приборов характеризуют положение трассы дороги.

Могут быть зарегистрированы следующие основные геометрические элементы автомобильной дороги:

1) протяжение в км или м;

2) углы поворота трассы;

3) радиусы кривых в плане;

4) продольный уклон дороги по отдельным участкам;

5) радиусы кривых в продольном профиле;

6) поперечный уклон покрытия;

7) ровность дорожного покрытия.

Протяжение обследуемого участка дороги и его отдельных частей измеряют по количеству оборотов колеса n, на котором установлен бесконтактный тахогенератор переменного тока. Зная длину пути, проходимого протектором шины при одном обороте Sш, можно определить пройденный автомобилем путь (рис. 16).

S = Sш · n.                                                              (10)

Рис. 16. Электрическая схема записи пройденного автомобилем расстояния

а) - количество оборотов колеса, б) - примерная запись на осциллограмме

При каждом повороте колеса на 360° с катушки тахогенератора снимается электрическое напряжение и подается через специальное устройство (рис. 17) к импульсному счетчику или на шлейф осциллографа.

Рис. 17. Электрическая схема прибора для записи пройденного автомобилем расстояния

Импульсный счетчик позволяет при проезде автомобиля определить пройденный автомобилем путь, поскольку каждое деление счетчика соответствует длине пути, проходимого шиной - 2πRк, где Rк - радиус качения. Перед испытанием величина 2πRк определяется экспериментально на мерном участке для движения с несколькими скоростями. При необходимости документальной регистрации запись производят на ленту осциллографа (рис. 16).

Зная длину участка дороги (Sф), полученную инструментально или по имеющимся на дороге километровым указателям, и сравнивая ее с длиной, полученной с помощью ходовой лаборатории (Sx), можно ориентировочно оценить сцепные качества дорожного покрытия по коэффициенту пробуксования при движении:

                                                     (11)

При нормальных условиях испытаний и регистрации коэффициент пробуксования Ks должен находиться в пределах 98 - 102 %.

При значении Ks = 98 % в зоне контакта шины с покрытием имеется 2 % буксования, а при Ks = 102 % имеется 2 % скольжения.

Угол поворота трассы дороги определяют с помощью гироскопического прибора, направление измерительной оси которого всегда остается постоянным и ориентированным параллельно направлению первоначальной установки. Регистрацию угла поворота можно осуществлять либо отсчетом по лимбу гироскопического прибора (рис. 18), либо записью на ленту осциллографа (рис. 19).

Рис. 18. Гироскопический прибор для регистрации угла поворота

Рис. 19. Осциллограммы записей угла поворота продольной оси автомобиля

а) - при движении по круговой кривой при V - const, б) - при движении по чередующимся прямым и кривым участкам

С помощью гироскопического прибора могут быть построены график изменения кривизны по длине пути и график углов поворота трассы, характеризующие форму геометрических элементов плана дороги (рис. 20).

Рис. 20, а. Обработка записей режимов движения на осциллограф. Построение графика кривизны в функции пути.

Рис. 20, б. Построение графика γ = f(S)

Участки: 1 - прямолинейный; 2 - с переменной кривизной; 3 - с постоянной кривизной.

По углу поворота трассы (продольной оси автомобиля) γ и пути S, пройденному автомобилем, можно определить средний радиус кривизны участка дороги в плане:

                                                         (12)

Описанный метод определения угла поворота трассы, формы и среднего радиуса закругления может быть применен при рекогносцировочных обследованиях подлежащих реконструкции старых дорог, для которых отсутствует проектная документация.

Величина радиуса кривой в плане может быть также найдена (рис. 21) по углу поворота управляемых колес (Θ) и величине базы автомобиля (L):

RΘ = L · ctgΘ м.                                                       (13)

Рис. 21. Схема к определению величины радиуса и формы закругления по измеренным углам поворота колес

Скорость движения автомобиля-лаборатории при обследованиях не должна быть большой и коэффициент поперечной силы μ не должен превышать 0,08 - 0,1. При больших значениях скоростей движения и соответственном увеличении μ определяемая величина RΘ уже не может непосредственно характеризовать кривизну трассы дороги из-за искажающего влияния бокового увода колес автомобиля и проскальзывания в зоне контакта шины с дорогой.

Сравнение величин радиусов Rср и RΘ, вычисленных разными способами, позволяет установить степень соответствия геометрических элементов кривых в плане эксплуатационным возможностям испытательного автомобиля. Равенство величин в одном и том же заезде (Rср = RΘ) означает, что автомобиль движется без бокового увода и проскальзывания в зоне контакта шины с покрытием. Значительные различия величин Rcp и RΘ при малых скоростях движения свидетельствуют о неисправностях в ходовой части автомобиля или в рулевом управлении.

Для определении мгновенных значений радиуса кривизны (Rw) при движении автомобиля по переходным кривым или при отклонениях его от круговой траектории можно использовать соотношение угловой скорости перемещения автомобиля в горизонтальной плоскости w и линейной скорости V:

                                                             (14)

Быстроту поворачивания продольной оси автомобиля (w) определяют специальными гироскопическими датчиками угловой скорости. Это дает возможность количественной оценки коэффициента поперечной силы μ.

                                                             (15)

где: V - линейная скорость автомобиля, м/сек;

w - угловая скорость, 1/сек;

g - ускорение силы тяжести, 1/сек2.

Коэффициент поперечной силы в каждый момент времени является важнейшей характеристикой комфортабельности движения и безопасности. Он дает возможность оценить боковую силу, действующую на водителя и пассажира, а также характеризует величину коэффициента сцепления в поперечном направлении.

Зная величину μ и делая обычное допущение, что полная величина сцепления шины с покрытием есть равнодействующая его составляющих в продольном и поперечном направлениях, можно определить (рис. 22), какие тяговые ресурсы сохранились на данном участке дороги в распоряжении водителя для торможения или разгона.

Рис. 22. Соотношение используемых коэффициентов сцепления в продольном и поперечном направлениях при φобщ - const., но при различных условиях движения

а) - разгон при малой величине боковой силы, б) - разгон при большой величине боковой силы, в) - торможение при малой величине боковой силы, д) - торможение при большой величине боковой силы

μ = φпоп (используемое в данный момент),

                                                  (16)

При движении по прямолинейному участку дороги для удержания автомобиля от скольжения, вызываемого поперечным уклоном покрытия, требуется очень незначительный коэффициент сцепления для противодействия боковой силе, равной Q · sinβ ≈ Qiпоп, где β - угол поперечного уклона дорожного покрытия.

Несколько иначе обстоит дело при активном движении (разгон, равномерная скорость) автомобиля по кривой в плане. В этом случае большая часть силы трения шины с покрытием расходуется на удержание автомобиля от скольжения. Если принять в соответствии со СНиПом, что величина коэффициента поперечной силы μ не должна превышать значения 0,15, то при суммарном коэффициенте сцепления шины с грязным скользким покрытием равном 0,3, на увеличение силы тяги остается очень малый резерв сцепления, при превышении которого начинается буксование и занос автомобиля.

При предотвращении этого опасного явления приходится уменьшить поперечную силу или тяговую силу, снижая скорость движения на кривых.

Для определения продольного уклона автомобильных дорог используют гироскопические датчики, направление измерительной оси которых в процессе обследования участка дороги остается горизонтальным (рис. 23).

Рис. 23. Схема построения продольного профиля с помощью гироскопических датчиков

а - направление измерительной оси гироскопа, б - зона неровностей

Радиусы вертикальных кривых Rαср определены из соотношения:

                                                       (17)

где: S - пройденный путь;

α - угол перелома продольного профиля, рад.

Аналогичным способом определяется и величина уклона поперечного профиля (рис. 24).

Рис. 24. Схема определения поперечного уклона с помощью гироскопических датчиков

а - направление измерительной оси гироскопа и поперечной оси автомобиля совпадают, б - величина рассогласования равна поперечному уклону

Установленные в автомобильной лаборатории датчики для определения продольного и поперечного уклонов дороги дают возможность оценить ровность проезжей части.

Величины углов отклонения между реальными значениями продольного и поперечного уклонов покрытия от теоретических, положенных в основу проектирования, характеризуют ровность дорожного покрытия. При скорости движения V < 5 км/час и величине продольных уклонов, не превышающих 50 ‰, наклон кузова практически равен уклону дорожного покрытия.

Большая скорость движения при испытаниях недопустима, так как начинает проявляться влияние инерционных воздействий масс различных узлов автомобиля и достоверной картины геометрических параметров поперечного профиля дорожного покрытия получить не удается.

При оценке ровности проезжей части дорожного покрытия оператор следит за показаниями стрелочного прибора и с помощью устройства, выбрызгивающего на покрытие красящее вещество, или делая отметку на ленте осциллографа, отмечает те участки дороги, где отклонение продольной оси автомобиля в поперечной или продольной плоскости превышает допустимое.

§ 11. ОЦЕНКА АРХИТЕКТУРНЫХ КАЧЕСТВ ДОРОГИ

Безопасность и удобство движения, высокие скорости возможны лишь при плавной трассе дороги и ясности дорожных условий.

Ясная, интересная, удовлетворяющая эстетическим требованиям обстановка на дороге меньше утомляет водителей автомобилей, облегчая тем самым их работу и повышая безопасность движения.

Все элементы дороги - ее полотно, проезжая часть, мосты, линейные здания, озеленение и прочее - должны составлять единый архитектурный ансамбль на фоне естественного ландшафта. Правильная архитектурно-ландшафтная организация дорожного пространства предполагает возможность четкого деления дороги на отдельные участки, имеющие в некоторой степени самостоятельное значение. Их принято называть архитектурными бассейнами.

Границами архитектурных бассейнов являются ясно выраженные места смены ландшафта. Ими могут быть заметные выпуклые переломы в продольном профиле, населенные пункты (если их немного), характерные повороты в плане. Как правило, и доминанты (доминирующие элементы внутри бассейнов), и границы бассейнов должны совпадать с переломами трассы в плане или профиле. Важно, что как те, так и другие должны запоминаться, отличаясь от фона, контрастно выделяясь на этом фоне цветом, формой или какими-то другими признаками.

Исходя из законов психологии восприятия, можно принять, что протяжение архитектурного бассейна в оптимальных условиях должно соответствовать проезду с расчетной скоростью в течение 3 - 5 мин. Для большинства дорог (кроме горных) это протяжение составит:

для дорог I категории               - 8 - 16 км,

  »      »      II и III категорий      - 8 - 10 км,

  »      »      IV и V категорий      - 5 - 8 км.

Для анализа архитектурных особенностей дороги и разработки необходимых мероприятий составляют график (рис. 25). На нем показывают сокращенный продольный профиль, основные размеры прямых и кривых в плане, главные элементы ситуации, леса, пересекаемые дорогой, реки, мосты, наиболее заметные здания, автозаправочные станции, автобусные остановки, перекрестки, постоянные посты Госавтоинспекции, - словом то, что наиболее заметно водителю при движении, формирует его впечатление о дороге и, следовательно, существенно влияет на безопасность движения.

Рис. 25. Линейный архитектурный график дороги

Здесь же, на линейном графике, отмечают все основные архитектурные показатели дороги: протяжение архитектурных бассейнов, их характер и отличие друг от друга, чем они разграничены, доминирующие элементы внутри бассейнов.

Весьма сжатые масштабы графика позволяют быстро и безошибочно выявить основные формы рельефа и главные ориентиры, привлекающие внимание в ландшафте.

Анализируя фактическое положение, отраженное на линейном графике, можно обнаружить, на каких участках сосредоточено излишнее количество ярких ориентиров, где не хватает доминант или нет четко выраженного фона, организующего архитектурный мотив данного бассейна. Недостающие элементы должны быть намечены по графику. Ими могут быть групповые посадки декоративного озеленения, путевые указатели, площадки отдыха, видовые площадки и т.п.