МТЛ лекц / Режими руху автомобілів

Режими руху автомобілів.

Методи розрахунку елементів дороги дають змогу одержувати дані параметри такими, щоб вони забезпечили рух поодиноких автомобілів з розрахунковою швидкістю за умови, що для водіїв не створюються перешкоди щодо найбільш оптимального режиму, коли повністю використовуються динамічні можливості транспортного засобу. На автомобільних дорогах одночасно здійснюється рух багатьох різнотипних автомобілів, що відрізняються технічним станом та тоннажністю. Цими автомобілями керують водії різного віку, різної кваліфікації, яким притаманні певні індивідуальні особливості їзди на автомобілі.

На переважній більшості вулиць та доріг рухаються зустрічні транспортні потоки. Таким чином транспортний потік – це сукупність транспортних засобів (ТЗ) якими керують окремі особи з індивідуальними психофізичними особливостями та кваліфікацією.

У транспортному потоці здійснюється взаємодія автомобілів, наслідком якої є зміна просторових інтервалів між ними, зміна часових інтервалів, розподілу ТЗ по ширині проїзної частини. Розмір інтервалів в основному залежить від швидкості руху та індивідуальних особливостей водіїв, які під час руху намагаються максимально додержуватись безпечних інтервалів. На відстань між ТЗ впливають також дорожні умови.

Дорожні умови – це сукупність геометричних параметрів та транспортно-експлуатаційних якостей дороги, які мають безпосереднє відношення до руху. Вони можуть бути постійними ( параметри поздовжнього та поперечного профілю, радіуси кривих у плані, довжини прямих, кривих і т.п.) та змінні (стан покриття, узбіч, видимість у плані і т.п.).

Неоднозначність у оцінюванні різними водіями оптимальних умов руху призводить до виникнення під час руху внутрішніх перешкод. Швидкохідні автомобілі обганяють ті, що рухаються із меншою швидкістю. При цьому автомобілі, що здійснюють обгін, у більшості випадків виїжджають на зустрічну смугу руху, створюючи форс мажорні обставини для зустрічних ТЗ. Тому проектні рішення, виконані для руху поодинокого автомобіля повинні аналізуватись з точки зору забезпечення ними вимог руху транспортних потоків.

Умови руху, тобто реальна обстановка на дорозі, по якій рухається ТЗ у даний момент часу, істотно збільшується із ростом інтенсивності руху. Завантаження дороги безпосередньо впливає на ступінь зручності руху автомобіля на дорозі, на ефективність використання автомобільного транспорту та витрати горючо-мастильних матеріалів.

В залежності від завантаженості дороги, розрізняють декілька характерних режимів транспортних потоків, пов’язуючи з ними поняття про рівні зручності руху.

Режим характеризується швидкістю автомобілів (поодиноких та всього потоку), інтервалами між автомобілями у потоці, тобто щільністю потоку, кількістю обгонів і їх траєкторіями, режимами обгонів та гальмувань.

Розрізняють такі режими транспортних потоків:

• вільний;

• частково пов’язаний;

• пов’язаний;

• щільний.

Вільний потік (рівень руху зручності А) – це поодинокі автомобілі, які рухаючись по дорозі один за одним, не впливають на умови руху, тобто практично не створюють взаємних перешкод. Кожний водій вільного потоку вільний від потреби координувати керування своїм автомобілем з діями водіїв інших автомобілів. При цьому швидкість вільного руху визначається виключно елементами траси та індивідуальними якостями водіїв. Щільність автомобільного потоку по одній смузі руху в такому випадку становить

6 авт/км. Умови роботи водія задовільні.

Частково зв’язаний потік (рівень руху зручності Б). Рух по дорозі здійснюється окремими групами автомобілів з різними динамічними якостями. Такі автомобілі рухаються на близькій відстані один за одним, внаслідок чого тихохідний передній автомобіль затримує задні швидкохідні автомобілі до того часу, поки не виникне можливість здійснити обгін із виїздом на зустрічну смугу руху. Після цього швидкохідний автомобіль рухається із швидкістю поодинокого автомобіля до тих пір поки не наздожене іншу групу.

У частково зв’язаному потоці відчувається взаємний вплив автомобілів, проте інтервали між ними такі, що водії окремих автомобілів мають змогу маневрувати всередині потоку. У зв’язку з цим знижуються середні швидкості автомобілів та ускладнюється керування ними; вважається, що умови роботи водія нормальні. Щільність потоку по одній смузі руху становить 6…12 авт/км.

Пов’язаний потік (рівень руху зручності В). Рух здійснюється великими групами автомобілів. Швидкість руху задається переднім автомобілем. Відчувається значний взаємний вплив автомобілів один на одного. Обгони здійснюються поодинокими автомобілями. Складність і ризик виконання цього маневру залежить від інтенсивності руху. Погіршується як комфортність руху так і умови роботи водія. Щільність руху 12…18 авт/км.

Щільний або насичений потік (рівень руху зручності Г). Складна структурна форма транспортного потоку, для якого характерні одинакові швидкості та приблизно одинакові відстані між прямуючими один за одним транспортними засобами. Відсутня можливість обгону, тобто рух кожного автомобіля потоку пов’язаний з діями переднього автомобіля. Швидкість руху різко знижується. У місцях погіршення дорожніх умов можуть виникнути затори. Умови роботи водія напружені. Щільність руху 18…31 авт/км.

Внаслідок відмінності в умовах руху для кожного із зазначених режимів виникає потреба у застосуванні для їхнього опису різноманітних закономірностей теорії транспортних потоків. Оскільки інтенсивність руху коливається у різні дні та години доби то на одній і тій самій ділянці дороги режими руху змінюються також.

Закономірності руху транспортних потоків.

Ситуація на автомобільних дорогах та рух потоків автомобілів на ній створюють складну композицію випадкових явищ, які змінюються у просторі і часі. Під дією різноманітних ситуацій випадково змінюються характеристики руху транспортних потоків: інтенсивність, склад та швидкість руху, прискоренні і т.д. Тому режими руху описуються теоріями середньостатистичних величин.

На прикладі вимірювань значень швидкостей руху можна переконатися у їхній варіації у широких інтервалах. Про те для основної маси автомобілів швидкості коливаються поблизу деякого середнього значення. Якщо транспортний потік щільний, то швидкості окремих автомобілів незначно відрізняються між собою.

При частково пов’язаному режимі картина дещо змінюється, що ілюструється кривою розподілу автомобілів від швидкості їх руху (рис.1).

Рис.1. Криві розподілу швидкостей автомобілів у транспортному потоці.

а – крива розподілу швидкостей для однорідного потоку; б – кумулятивна крива; 1 – найбільш характерна (модальна) швидкість; 2 – швидкість 85% забезпеченості; 3 – середня швидкість; 4 – швидкість 15% забезпеченості; ∑N – сумарна кількість автомобілів, що рухаються із швидкістю меншою за задану.

При статистичній обробці результатів спостережень за швидкостями і особливо при екстраполяції цих результатів користуються кривими нормального розподілу (рис.1.а).

Швидкості та режими руху транспортних потоків описуються також кумулятивними кривими. Під час вивчення швидкостей руху побудова кумулятивних кривих дозволяє провести оцінку швидкостей певної групи автомобілів (рис.1.б.). Найбільш інтенсивними є швидкості 15, 50, 85, 95% забезпеченості. Швидкості 15% забезпеченості вказують швидкість найбільш повільних автомобілів. Як правило рух таких автомобілів спричинюють обгони. . Швидкості 50% забезпеченості відображають середню швидкість руху транспортного потоку. Ці значення характеризують режим руху транспортного потоку. . Швидкості 85% забезпеченості можна вибирати при регулюванні руху за максимально допустиму на певній ділянці дороги. Значення швидкості 95% забезпеченості становлять собою швидкості окремих автомобілів. Приймається що 5% водіїв рухаються із перевищенням швидкості та ризиком аварії. Криві розподілу швидкостей при малій інтенсивності руху відзначаються динамічними якостями, що можуть мати один або кілька максимумів. Такі криві називаються полі модальними.(рис.2.).

Рис.2. Крива розподілу швидкостей для потоку різнотипних автомобілів.

1 – крива розподілу швидкостей повільних автомобілів; 2 - крива розподілу швидкостей вантажних автопоїздів; 3 - крива розподілу швидкостей легкових автомобілів; 4 – сумарна крива розподілу транспортного потоку.

Рис.3. Криві розподілу часових інтервалів між проходами автомобілів.

1 – розподіл Пуассона (при малих інтенсивностях руху; 2 – розподіл Пірсона ІІІ типу при високій інтенсивності.

Однією із важливих характеристик транспортного потоку, яку використовують під час проектування перехресть та інших транспортних вузлів при розробці схеми організації руху є часові інтервали між проходами двох автомобілів, які рухаються один за одним. Експериментальне дослідження розподілу часових інтервалів показало, що при малих інтенсивностях (до 200 авт/год по одній смузі) можна описати розподілом Пуассона, а при високих інтенсивностях (до 650 авт/год) – розподілом Персона ІІІ типу (рис.3.).

Часто в складних умовах, показник інтенсивності не дає достатньої уяви про характер руху і його доповнюють таким показником, як щільність руху λ ( кількість автомобілів на смузі проїзної частини, яка припадає у даний момент часу на одиницю довжини дороги):

λ =

де І - інтенсивність руху (авт/год); v – швидкість руху, км/год.

Враховуючи той факт, що умови руху по довжині дороги змінюються, то щільність потоків на різних ділянках при постійній інтенсивності буде різною.

Вивчення характеристик транспортного потоку та їх закономірностей привело до створення теорії руху транспортних потоків. Багато чисельні гіпотези теорій руху використовують спрощені моделі, які діляться на дві групи.

1. Теорії динамічних моделей потоків автомобілів. Вони дають можливість досліджувати при різних швидкостях відстані між автомобілями, що прямують один за одним без обгонів. Отримані закономірності руху розповсюджуються на весь транспортний потік. Ці моделі найкраще описують щільний транспортний потік.

2. Теорії, що ґрунтуються на ймовірнісних моделях. Згідно з цими теоріями процеси, що відбуваються у транспортному потоці, розглядаються як випадкові де аналізується рух двох зустрічних потоків, враховуючи можливість обгонів. Ймовірнісні моделі дають змогу точніше враховувати умови руху на дорозі.

Ймовірнісні моделі масового обслуговування (теорії черг) застосовують для розв’язання питань взаємодії потоків середньої інтенсивності, коли ще можливі обгони автомобілів, що рухаються по різних смугах.

Обґрунтовуючи вимоги до доріг, найчастіше використовують просту динамічну модель, яка допускає рух автомобілів з однаковими швидкостями і на однакових відстанях один від одного, що пов’язано із довжиною гальмівного шляху.

3. Досконаліша теорія «рух за лідером», за якої у межах транспортного потоку відстані між автомобілями не є постійними.

4. Проведення аналогії між рухом транспортного потоку і течією у руслі в’язкої рідини спричинило появу «гідродинамічної моделі». Ця модель дає змогу досліджувати швидкість згущування і розрідження транспортних потоків при виникненні на їх шляху перешкоди. Допускають, що автомобілі рухаються із постійною швидкістю.