5.1. Скорости движения одиночных автомобилей

Для оценки принятых проектных решений и эффек­тивности выбранных мероприятий по улучшению геометрических элементов дорог и безопасности движения в качестве критерия применяют скорость движения.

Методы расчета скоростей движения одиночных автомобилей, основанные на положениях теории автомобиля, разработаны Н. Ф. Хорошиловым, К. А. Хавкиным и А. Е. Вельским. В методе Н. Ф. Хорошилова используются графики разгона и торможения автомобиля на участках дорог с различными геометрическими параметрами. Этот метод не учитывает детально скорости движения в отдельных точках криволинейной части продоль­ного профиля. Так как на вертикальных кривых уклоны имеют переменное значение, движение ав­томобиля происходит по ним с неравномерной ско­ростью. К. А. Хавкин предложил метод расчета движения по криволинейному продольному профи­лю, составленному из кубических парабол. Одно­временно аналогичный метод был предложен для круговых вертикальных кривых А. Е. Вельским. Указанные методы дают, возможность рассчитать теоретические максимальные скорости движения одиночного автомобиля в любой точке продольного профиля дороги криволинейного очертания.

Общий вид уравнения движения автомобиля по вертикальной кривой , (5.1)

Где А, В - коэффициенты, получаемые при аппроксимации кривой вращающего момента двигателя;

V - скорость движения автомобиля, м/с;

G - вес автомобиля, Н;

F - площадь проекции автомобиля на плоскость, пер­пендикулярную направлению его движения, м²;

k - коэффициент сопротивления воздуха;

f - коффициент сопротивления качению;

i - продольный уклон дороги в десятичных дробях;

- коэффициент, учитывающий влияние вращающих­ся частей автомобиля;

dV/dt - ускорение автомобиля;

g - ускорение свободного падения (9,8 м/с²).

Интегрирование уравнения (5.1) дает выраже­ние для определения скорости

V=, (5.2)

где k₁ = ; к₂=-

V_н - начальная (входная) скорость на участке, м/с;

S₁ - расстояние от начала участка, м;

R - радиус вертикальной кривой, м.

; ;

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

Эффективность использования метода расчета скоростей движения в проектировании автомобиль­ных дорог зависит от того, насколько точно этот метод учитывает влияние элементов дорог на ско­рости движения. Вопрос об учете влияния дорож­ных условий на средние скорости движения автомобилей впервые возник в СНГ при разработке требований к конструктивным параметрам отече­ственных автомобилей. 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 методов расчета скоростей движения, основанных на теории авто­мобиля, заключались в более полном учете реаль­ных условий движения, геометрических элементов плана и продольного профиля дороги.

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

Максимально возможная скорость на участках кривых в плане

, (5.3)

где R - радиус кривой, м;

i_в - поперечный уклон, %;

- используемая доля коэффициента поперечного сцеп­ления, принимаемая в зависимости от скорости в пределах от 0,18 для скорости 20 км/ч до 0,11 для скорости 150 км/ч.

Максимальная скорость на вогнутых кривых

, (5.4)

где R - радиус кривой, м;

а - центробежное ускорение (а0,5 - 0,7 м/с²).

Скорость движения на выпуклых вертикальных кривых определяют с учетом среднего уклона от­дельных участков ломаной, которой заменяют вер­тикальную выпуклую кривую (в зависимости от длины кривой отдельные участки ломаной прини­мают равными 50, 100 или 200 м). Скорость в конце участка

, (5.5)

где V_н - скорость в начале участка, км/ч;

L_p - длина участка ломаной, м;

D - средний динамический фактор для интервала скоро­стей;

_к - сопротивление качению;

i_ср - средний уклон на участке;

i_ср = i_н - ;

i_н - уклон в начальной точке участка;

- изменение уклонов на участке.

Среднюю скорость движения на дороге опреде­ляют по средним скоростям на отдельных элемен­тах дороги

, (5.6)

где - средняя скорость по отдельным элементам, соответ­ствующим ;

- длина всей дороги.

Минимальное время движения при максималь­ной средней скорости

t min = .

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

Однако рассмотренные методы на участках с малыми продольными уклонами не дают резуль­татов, близких к реальным. Для получения более точных значений скоростей по формуле (5.2) было предложено учитывать степень открытия дроссель­ной заслонки (в %)

, (5.7)

где - суммарные дорожные сопротивления, ;

i - продольный уклон;

f - коэффициент сопротивления качению.

Комплекс исследований, выполненных А. В. Поповым, позволил получить более точные зависи­мости для расчета степени открытия дроссельной заслонки для автомобилей и автопоездов типа ЗИЛ-130, КАЗ-608, ГАЗ-53, -53А.

,(5.8)

где N_уд - удельная мощность двигателя, Вт/кН;

i - величина продольного уклона, % ;

L - длина подъема, м;

с - коэффициент, учитывающий особенности двигателя автомобиля (для ЗИЛ-130 с = 1, для КАЗ-608 с=1,2; для ГАЗ-53 с = 0,4).

Для автомобилей и автопоездов с дизельными двигателями типа МАЗ-500, МАЗ-514, МАЗ-515, КамАЗ А. В. Ионов рекомендует следующую зависимосгь для расчета степени открытия рейки топливного насоса

. (5.9)

Ориентировочно при расчетах скоростей движе­ния принимают степень открытия дроссельной зас­лонки:

Уклон, % ………………………………… .0 - 40 40 - 70 70 и более

Степень открытия дроссельной

заслонки, % ………………………50 - 60 80 - 85 100

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

на кривых в плане

_, (5.10)

где R - радиус кривой, м;

- коэффициент поперечной силы (= 0,15);

i_п - поперечный уклон, доли единицы;

на кривых в плане при ограниченной видимости

, (5.12)

- коэффициент продольного сцепления;

i - продольный уклон, на котором расположена кривая, доли единицы;

S - расстояние видимости;

B - ширина земляного полотна, м;

к_э - коэффициент эксплуатационных условий торможения (к_э = 1,45 - для легкового автомобиля; к_э = 1,8 - для грузового автомобиля);

на подъемах с уклоном i (до 20 %), заканчи­вающихся горизонтальным участком,

, (5.12)

при выпуклом переломе с сопрягающимися ук­лонами i₁ и i₂

, (5.13)

где S - расстояние видимости для уравнений (5.11) и (5.12), определяемое по формуле S =; ₀ - запас пути, м.

При определении скорости движения необхо­димо учитывать психофизиологическое воздействие па водителя дорожных условий. Для этой цели рекомендованы коэффициенты , учитывающие психологическое восприятие водителями дорожных условий:

Значения

Конец спуска (уклона более 30 %) с последующим

подъемом …………………………………1,2

Горизонтальная кривая 1000 м . …………………………………0,8

Малый мост …………………………………0,85

Большой (средний) мост …………………………………0,7

Для получения графика скоростей, близкого к фактическому, расчет необходимо вести с учетом переменной степени открытия дроссельной заслонки в зависимости от дорожных условий, а затем полученную расчетом скорость умножить на коэффициенты психологического восприятия водителями дорожных условий, т. е. .