4.5. Склад та щільність транспортного потоку

4.5.1. Склад транспортного потоку

Склад транспортного потоку характеризується співвідношенням у ньому транспортних засобів різного роду. Склад транспортного потоку здійснює значний вплив на всі параметри, що характеризують дорожній рух. Разом з тим, склад потоку зазвичай відображає загальний склад парку автомобілів в країні, області, місті.

Склад транспортного потоку впливає на завантаження доріг, що пояснюється перш за все істотною різницею в габаритних розмірах автомобілів. Довжина легкових автомобілів масового виробництва складає 4-5 м, вантажних 6-13.6 м, довжина автобусів досягає 11 м, а автопоїздів 22 м. Проте, різниця в габаритних розмірах є не єдиною причиною необхідності спеціального обліку складу потоку при аналізі інтенсивності руху.

При русі в транспортному потоці важлива не тільки різниця в статичному габариті, але також у динамічному габариті довжини автомобіля, який залежить в основному від часу реакції водія і гальмівної динаміки транспортних засобів.

Рис. 4.9. Схема для визначення динамічного габариту довжини автомобіля.

Під динамічним габаритом (рис. 4.9) розуміють відрізок смуги дороги, мінімально необхідний для безпеки руху автомобіля із заданою швидкістю, довжина якого включає довжину автомобіля і дистанцію , що називається дистанцією безпеки. Під цим показником таж слід розуміти безпечну відстань (м), що забезпечує гальмування і повну зупинку перед перешкодою.

(4.25)

де, - швидкість руху автомобіля (м/с); - час реакції водія (с); - шлях, пройдений автомобілем за час реакції водія (м); - коефіцієнт експлуатаційних умов гальмування ( в середньому =1,4); - прискорення сили тяжіння (9,81 м/с²); - коефіцієнт поздовжнього зчеплення шини з дорогою, який залежить від стану покриття дороги; - поздовжній ухил ділянки дороги, яка розглядається («+» підйом, «-» спуск); - довжина автомобіля (м); - відстань між автомобілями, які зупинилися (м).

Розглянемо три підходи до визначення динамічного габариту транспортних засобів, що застосовуються різними авторами:

1. При розрахунку мінімальної теоретичної дистанції виходять з абсолютно рівних гальмівних якостей пари автомобілів і враховують лише час реакції водія . Тоді , де - зазор до автомобіля, який зупинився попереду; для легкових автомобілів він коливається в межах 1-3 м. При цьому підході головну роль відіграє практичне значне збільшення при високих швидкостях.

2. При розрахунку на «повну безпеку» виходять з того, що дистанція повинна дорівнювати повному зупинковому шляху заднього (другого) автомобіля . Тоді динамічний габарит . У цій спрощеній формулі не виділений відрізок, який автомобіль проходить за час наростання сповільнення, а враховується лише встановлене сповільнення . Такий підхід більше відповідає вимогам забезпечення безпеки руху при високих швидкостях (більших за 90 км/год.).

3. Найбільш реальний підхід ґрунтується на тому, що при розрахунку дистанції безпеки необхідно враховувати різницю гальмівних шляхів (або сповільнень) автомобілів, а також ту обставину, що «лідер» в процесі гальмування також переміщується на відстань, яка рівна його гальмівному шляху. Звідси . Якщо прийняти час реакції водія (включаючи час запізнення спрацювання гідравлічного гальмівного приводу) рівним 1 с, а різницю максимальних сповільнень на сухому асфальтобетонному покритті при екстреному гальмуванні однотипних легкових автомобілів з урахуванням експлуатаційного стану гальмівної системи в допустимих нормативами межах біля 2 м/с², то динамічний габарит розрахується .

Приклад 4.2. Вихідні дані для розрахунку: фактична довжина автомобіля = 4,0 м; швидкість руху автомобіля = 17 м/с ; гальмівний шлях першого автомобіля = 56 м; гальмівний шлях другого автомобіля = 72 м; час реакції водія = 1,0 с; зазор між зупиненими автомобілями = 1,5 м.

Необхідно визначити та порівняти значення динамічного габариту довжини автомобіля у трьох варіантах:

1) теоретичний мінімальний динамічний габарит;

2) динамічний габарит при розрахунках на «повну безпеку»;

3) фактичний динамічний габарит.

Розв’язок задачі. При розрахунках мінімальної теоретичної дистанції виходять з абсолютно рівних гальмівних якостей автомобілів і враховують тільки час реакції водія:

, (4.26)

де – швидкість руху автомобілів у потоці, м/с;

– час реакції водія, с;

– зазор, який необхідний між зупиненими у колоні транспортними засобами, м.

м.

При розрахунках на «повну безпеку» виходять з того, що дистанція повинна дорівнювати значенню повного зупиненого шляху заднього автомобіля:

, (4.27)

де – гальмівний шлях другого автомобіля, м.

м.

Найбільш реальний підхід засновано на тому, що при визначенні дистанції потрібно виходити з можливої різниці гальмівних шляхів автомобілів (або уповільнень), враховуючи, що «лідер» у процесі гальмування також переміщується уперед на відстань свого гальмівного шляху.

, (4.28)

де – гальмівний шлях першого автомобіля, м.

м.

У результаті розрахунків отримаємо 1) м; 2) м; 3) м.

Розглянемо ще один спосіб визначення динамічного габариту автомобіля, виходячи з теорії інтервалів слідування. Отже, встановлено, що всі автомобілі, які рухаються, мають динамічний габарит. Відповідно, рис. 4.9 можна подати у наступному вигляді (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Динамічний габарит автомобіля:

- довжина динамічного габариту; - ширина динамічного габариту

Величина ширини динамічного габариту використовується для визначення ширини смуги руху та ширини проїзної частини дороги.

(4.29)

де В_Д — ширина смуги, м; — миттєва швидкість автомобіля, км/год.; b_a — ширина автомобіля, м; 0,3 — додатковий зазор, м.

Відповідно до розрахункової схеми (рис. 4.10) довжина динамічного габариту визначається за формулою:

(4.30)

де, - довжина автомобіля; - відстань, на якій водій реагує на перешкоду; - величина гальмівного шляху автомобіля; - величина зазору безпеки;

(4.31)

де, - швидкість руху автомобіля; - час, за який водій реагує на перешкоду та приймає рішення про гальмування;

(4.32)

де, - прискорення вільного падіння; - коефіцієнт поздовжнього зчеплення колеса з поверхнею дороги; - коефіцієнт опору кочення колеса; - величина поздовжнього ухилу.

Якби водії витримували , то кількість дорожньо-транспортних подій значно б зменшувалась. Практично відбувається накладання динамічних габаритів автомобілів, що рухаються однією смугою (рис. 4.11)

Рис. 4.11. Утворення інтервалу слідування при накладанні динамічних габаритів автомобілів, що рухаються однією смугою

У результаті фактично залишається відповідна дистанція між автомобілями ( ). Але для зручності використовується поняття інтервал слідування, що визначається як .

Величина інтервалу слідування є дуже важливою за умов забезпечення безпеки дорожнього руху. Саме ця характеристика є вихідною системи «дорожні умови – транспортні потоки». На рисунку 4.12 наведено основні випадки інтервалів слідування.

Фактичний динамічний габарит автомобіля залежить також від оглядовості, легкості керування, маневреності автомобіля, що впливають на величину дистанції, яка обирається водієм. При цьому варто звернути увагу на наступну обставину. При русі колони легкових автомобілів кожен водій завдяки великій поверхні вікон, а також невеликим габаритним розмірам автомобілів, що йдуть перед ним, може досить добре бачити і прогнозувати ситуацію перед декількома автомобілями. У той же час, якщо перед легковим автомобілем рухається вантажний автомобіль чи автобус, то водій позбавлений можливості оцінювати і прогнозувати ситуацію перед цим транспортним засобом і його дії з керування транспортним засобом стають менш упевненими.

Рис. 4.12. Основні випадки інтервалів слідування:

А – входження в основний транспортний потік; Б – пересічення транспортного потоку; В – виконання обгону тихохідного автомобіля на двосмуговій дорозі з зустрічним рухом; Г – виконання зміни смуги руху на багато смуговій проїзній частині.

Для того щоб врахувати у фактичному складі транспортного потоку вплив різних типів транспортних засобів, застосовують коефіцієнти зведення К_зв до умовного легкового автомобіля, обумовлені при порівнянні їхніх динамічних габаритів. Рекомендовані значення К_зв складають:

для мотоциклів без коляски та мопедів — 0,5; мотоциклів з коляскою – 0,75; легкових автомобілів — 1,0; вантажних автомобілів вантажопідйомністю до 2 т- 2,0; від 2 до 6т — 2,5; від 6 до 8 т — 3,0; від 8 до 14 т — 3,5; понад 14 т – 3,5; автобусів — 3,0; автобусів зчеплених (здвоєних) – 5,0; тролейбусів — 3,0; автопоїздів вантажопідйомністю до 12,0 т — 4,0; від 12 до 20т — 5,0; від 20 до 30 т – 5,0; понад 30 т — 6,0; колісний трактор з причепами вантажністю до 10 т – 2,5; понад 10 т – 3,5.

У такий спосіб можна одержати показник інтенсивності руху в умовних приведених одиницях.

(4.33)

де N_л, N_в, N_а, N_п — відповідно інтенсивність (обсяг) руху легкових, вантажних автомобілів, автобусів, автопоїздів у фізичних одиницях; К_зв.в, К_зв.а, К_зв.п — відповідно коефіцієнти приведення для вантажних автомобілів, автобусів і автопоїздів.

Для переходу в розрахунках від інтенсивності у фізичних (абсолютних) величинах (авто/год.) до зведеної інтенсивності (одиниць/год.) і зворотно використовується наступна формула:

(4.34)

де - відповідно відносні інтенсивності легкових, вантажних автомобілів, автобусів та автопоїздів у потоці, %.