Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. общая характеристика работы 14
1.1. Обзор исследований, посвященных изучению снежных образований на поверхностях дорог. 14
1.2. Оценки влияния состояния дорог в зимний период на безопасность движения 27
1.3. Обзор методов удаления снега с поверхности дорог 37
1.4. Обзор исследований устойчивости и управляемости АТС 45
1.4.1 Истории развития теории управляемости и устойчивости АТС 45
1.4.2 Современные подходы к проблеме повышения безопасности комплекса «Водитель - автомобиль - дорога - среда» 46
1.4.3. Влияние управляемости и устойчивости автомобиля на безопасность движения 49
1.4.4. Критерии оценки управляемости и устойчивости автомобиля 53
1.5. Выводы по исследованиям, посвященным зимнему содержанию дорог и безопасности дорожного движения 59
1.6. Общая характеристика работы 60
2. Методика расчёта параметров активной и пассивной безопасности участников дорожного движения 65
2.1. Анализ параметров оценки безопасности дорожного движения 65
2.2. Точность статистического исследования 78
2.3. Выбор параметров оценки безопасности дорожного движения . 97
2.4. Выводы по главе 98
3. Влияние параметров дороги на безопасность дорожного движения 100
3.1. Взаимосвязь управляемости автомобиля и параметров дорожного покрытия 100
3.2. Взаимосвязь управляемости автомобиля и аварийности дорожного движения 105
3.3. Влияние неоднородности дорожного покрытия на аварийность дорожного движения 110
3.4. Экспериментальные исследования по изменению управляемости транспортных средств на зимних дорогах. 124
3.5. Выработка рекомендаций по выбору скорости движения автомобиля, при движении по зимней дороге с накатами 129
3.6. Влияние свойств дорожного покрытия на тяжесть последствий ДТП 140
3.7. Выводы по главе 152
4. Методика оценки изменения безопасности дорожного движения во время и после снегопада 154
4.1. Структура снежного покрова, лежащего на поверхности дорог 154
4.2. Геометрические параметры несвязанных слоев снега на дороге 161
4.3 Параметры зональности автомобильных дорог 183
4.4. Толщина снега, затронутого фазовыми переходами 188
4.5. Характеристика снежно-ледовых накатов 206
4.6. Влияние параметров слоистости снежного покрова
на безопасность дорожного движения 209
4.7. Изменение аварийности на дороге под воздействием снегопада
и интенсивности движения транспортных средств 229
4.8. Выводы по главе 232
5. Изменение безопасности дорожного движения вследствии удаления снега с поверхности дорог коммунальной техникой . 234
5.1 Изменение параметров безопасности дорожного движения после воздействия на заснеженную поверхность дорог плужным рабочим органом 236
5.2. Изменение безопасности дорожного движения от качества снегоуборки. 257
5.3. Изменение безопасности дорожного движения при применении химических способов борьбы со снегом, льдом и снежно-ледовыми накатами. 258
5.4. Выводы по главе 264
6. Обоснование и разработка требований к рациональной структуре парка коммунальных машин и совершенствование процесса их эксплуатации 265
6.1. Анализ факторов, влияющих на энергоёмкость снегоочистки 265
6.2. Влияние слоистости снежного покрова на общую энергоёмкость снегоочистки 262
6.3. Экспериментальная проверка модели изменения величин нагрузок на рабочих органах от параметров уборки 273
6.4 Разработка рекомендаций по выбору рациональной структуры парка снегоуборочной техники 278
6.5. Разработка рекомендаций по выбору рациональной частоты применения снегоуборочной техники 281
6.6. Разработка рекомендаций по рациональной технологии применения химических реагентов 286
6.6.1. Схемы организации работ по зимнему содержанию дорог с использованием химического метода и их экологическая оценка 288
6.9.2. Расчет количества хлоридов, необходимых для зимнего содержания дорог при различных схемах организации работ 293
6.7. Выводы по главе 397
Общие выводы
Литература
- Обзор исследований устойчивости и управляемости АТС
- Выбор параметров оценки безопасности дорожного движения
- Влияние неоднородности дорожного покрытия на аварийность дорожного движения
- Геометрические параметры несвязанных слоев снега на дороге
Введение к работе
Актуальность проблемы.
За последние годы в России наблюдается рост автомобильных перевозок. Постоянно увеличиваются скорость движения, грузоподъемность автомобилей, интенсивность дорожного движения. Однако, наряду с этим, более отчетливо проявляются и некоторые отрицательные тенденции автомобилизации, наиболее важной из которых является значительное число дорожно-транспортных происшествий (ДТП). По статистическим данным, каждый год в России происходит 150000 - 200000 аварий, в которых погибает более 30 тысяч человек, более 200 тысяч человек получают ранения. Общий ущерб, причиняемый народному хозяйству, оценивается в 50 млрд. рублей. Несмотря на принимаемые меры, количество ДТП продолжает расти. Так, в 2006 году, по сравнению с 2005, число аварий увеличилось на 7%, и это не смотря на то, что уровень аварийности в нашей стране превышает данный показатель развитых стран в 5-7 раз (14,6 аварий на 10000 автомобилей в год у нас, против 2,6 в США и 1,9 в Норвегии). Для снижения уровня аварийности на наших дорогах необходимо провести комплексную оценку всех факторов, влияющих на количество и степень опасности аварий на дорогах. На ДТП влияет множество факторов - состояние дорог, интенсивность движения, освещенность, техническое состояние автомобилей, психологическое состояние водителя, уровень его профессиональной подготовки и множество других. Среди них, однако, важнейшее место занимает состояние дорожного покрытия. Уменьшение сцепления колеса с дорогой вследствие наличия на ней уплотнённого снега или льда приводит к увеличению тормозного пути и безопасного радиуса поворота в 3-9 раз. Снежные заносы вдоль дороги снижают видимость и могут уменьшать используемую ширину проезжей части дороги. Кроме того, наличие колей, выбоин, ямочности и других неровностей на дорогах, покрытых снежным или ледяным накатом, может привести к потере водителем контроля над траекторией движения и управляемостью автомобиля.
По данным ГИБДД РФ около 20% аварий происходит по причине неблагоприятных дорожных условий и из них более 70% (15% от общего числа ДТП) приходятся на заснеженные дорожные покрытия, 5% на дорожные покрытия, частично покрытые снегом или льдом и 1% на покрытия, которые по другим причинам были скользкими. Следует отметить, что сам термин неудовлетворительные дорожные условия не имеет юридической формулировки. Так определение единственного параметра, позволяющего оценить качество зимнего содержания дороги - коэффициента сцепления колеса с дорогой, согласно ГОСТа Р 50597-93, нельзя производить при отрицательных температурах. В результате чего степень соответствия участка дороги требованиям нормативных документов оценивается, исходя из визуального осмотра. Интенсивность обработки дороги
9 рабочими органами дорожных машин и противогололёдными материалами определяется
также на местном уровне по согласованию между управлением ГИБДД и дорожной организацией, осуществляющей содержание данного участка дороги.
Степень риска попасть в ДТП на полностью или частично покрытом снегом или льдом дорожном покрытии в 1,5 и 4,5 раз выше, чем на чистом сухом покрытии. Цель зимнего содержания дорог заключается в том, чтобы снизить количество ДТП зимой за счет удаления снега и льда с дорожного покрытия и тем самым улучшить условия сцепления шин колес автомобиля с дорожным покрытием. Работы по зимнему содержанию дорог чрезвычайно трудоёмки. Так, на строительство новых дорог в Нижегородской области расходуется около 400 млн. рублей в год, а на содержание 13000 км. дорог - более 1 млрд. рублей (из них собственно на зимнее содержание более 750 млрд. рублей). Однако отсутствие методики оценки влияния дорожных условий на безопасность дорожного движения не позволяет ни оценить эффективность использования данных средств, ни наметить пути снижения аварийности на дорогах.
Основные трудности зимней уборки связаны с метаморфизмом снега, то есть способностью изменять свои свойства за достаточно короткий промежуток времени под действием как климатических условий, так и в результате движения транспортных средств и пешеходов. Под воздействием выше перечисленных факторов снег, находящийся на очищаемой поверхности, быстро уплотняется, а затем превращается в снежно-ледяной накат, прочность которого, в сочетании с прочностью образовавшихся прослоек льда, выше обычного снега в 20-30 раз. Кроме уплотнения снега на дорогах под действием движителей транспортных средств, имеет место и обратный процесс - его эскаваци-онно-бульдозерное разрушение. В зависимости от скорости течения обоих процессов, коэффициент сцепления колеса с поверхностью дороги будет либо уменьшаться, либо увеличиваться, в соответствии с чем на разных дорогах технология зимнего содержания должна быть различной. Поэтому актуальной является проблема разработки теории влияния уровня содержания дорог с различной интенсивностью движения на степень безопасности дорожного движения и использование рациональных технологий применения коммунальной техники в зимний период.
Цель исследований.
Повышение безопасности дорожного движения в зимний период.
Объект исследований.
Процесс дорожного движения и изменение его параметров (аварийность, интенсивность, скорость) под воздействием атмосферных явлений (снег, метель, изменение
10 температуры воздуха и дорожной поверхности), движителей транспортных средств и рабочих органов коммунальных машин.
Общая методология исследований.
При проведении теоретических исследований использованы методы теории вероятности и математической статистики, спектрального и корреляционного анализа, прикладного анализа случайных данных, аналитической механики, механики сплошных сред, механики сложных пространственных конструкций, механики разрушений, механики контактного взаимодействия пространственных систем с ограниченными телами, теории упругости и вязкопластичности и тензерного исчисления; численные методы решения систем дифференциальных уравнений и нелинейных алгебраических уравнений; разнообразные методы математического моделирования и оптимизации параметров.
Экспериментальные исследования по оценке управляемости в сложных условиях проводились на серийно выпускаемых транспортных средствах.
Научная новизна.
Предложены новые критерии оценки аварийности дорожного движения в виде двух безразмерных коэффициентов - общего коэффициента аварийности и коэффициента аварийности с пострадавшими.
Получены зависимости изменения аварийности от состояния дорожного полотна, отличающаяся учётом не только коэффициента сцепления колеса с дорогой но и наличия микста и неровностей на проезжей части.
Разработана обобщающая модель изменения геометрических и физико-механических параметров снежного покрова, образующегося на поверхностях дорог, отличающаяся учётом не только интенсивности выпадения осадков, но и температуры и влажности окружающего воздуха, интенсивности и скорости движения транспорта по рассматриваемой дороге, его состава, а также основные характеристики дороги.
Создана методика расчёта выбора рациональной структуры парка коммунальных машин и технологии зимнего содержания дорог, обеспечивающие минимальный уровень дорожно-транспортных происшествий. Получена взаимосвязь между изменением объёмом работ по зимнему содержанию дорог и уровнем аварийности на дорогах.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Из теоретических разработок:
- методика оценки аварийности, отличающейся учётом интенсивности движения и качественного состава транспортного потока;
11 - модель изменения геометрических и физико-механических параметров снежного
покрова, образующегося на поверхностях дорог под действием как внешних факторов,
так и под действием рабочих органов коммунальных машин и оценка состояния дороги с
точки зрения безопасности дорожного движения.
Из научно-методических разработок - метод расчета процесса и соответствующих параметров взаимодействия эластичных движителей транспортных средств, движущихся по заснеженной либо обледенелой дороге, позволяющий производить выбор рациональных параметров колёсного движителя на стадии утверждения норм безопасности транспортных средств, эксплуатирующихся в зимний период.
Из научно-технических разработок - экспериментально и теоретически обоснованные пути повышения безопасности дорожного движения в зимний период и созданные по результатам исследований новые технологические решения и практические рекомендации, направленные на решение данной проблемы.
Достоверность результатов.
Проведенный комплекс экспериментальных исследований на серийных машинах, принимающих непосредственное участие в дорожном движении в зимний период, подтвердил основные теоретические положения, методы и средства повышения уровня безопасности дорожного движения.
Практическая ценность.
Состоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов, практических рекомендаций при совершенствовании существующих и создании новых технологических решений как в области допуска транспортных средств к эксплуатации в зимний период, так и путём поддержания требуемого состояния проезжей части в зимний период.
Реализация работы.
Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в Институте сертификации автомототехники, Главном управлении дорожного и транспортного хозяйства Нижегородской области, в ГИБДД по Нижегородской области, ГУ УПРДОР «РОССИЯ», ОАО «Компания Магистраль», ОСАО «РЕСО-Гарантия»,. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедрах "Автомобильный транспорт" и "Строительные и дорожные машины" Нижегородского государственного технического университета, «Техническая механика» Дзержинского политехнического института и кафедры «Автомобильный транспорт» Волжского государственного инженерно-педагогического университета
12 Результаты работы вошли в научно-учебные коллективные монографии «Вездеходные транспортно - технологические машины» и «Лёд. Снег. Методы разработки», изданные в 2002-2004 году в издательствах ННПК и ТАЛАМ (г.Н.Новгород), а так же учебных пособий, получивших гриф УМО «Безопасность дорожного движения», выпущенная в 2005 году в издательстве ВГИПА (г.Н.Новгород), «Современные методы разработки льда» выпущенная в издательстве Спутник+ (г.Москва), «Зимнее содержание дорог», выпущенной в 2007 году в издательстве НГТУ (г.Н.Новгород).
Апробация работы.
Отдельные результаты и основные положения докладывались на международной научно-практической конференции «Проблемы развития автомобильно-дорожного комплекса России» (СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 1997 г.), на международной научно-практической конференции «Развитие транспортно-технологических систем в современных условиях» (НГТУ, Нижний Новгород, 1997 г.), на Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы автомобильного транспорта в России" (Нижний Новгород, 1998 г.); на международных научно-технических конференциях «ИНТЕРСТРОИМЕХ» (ВГАСА, Воронеж, 1998 г.), «Прогресс транспортных средств и систем» (ВГТУ, Волгоград, 1999 г.), на всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России» (Куб-ГТУ, Краснодар, 1999 г.), на VII международном симпозиуме «Совершенствование конструкции и методов эксплуатации авто-бронетанковой техники» (Военно-техническая академия, Варшава, 1999 г.); на международной научно-технической конференции «АВ-ТО-НН-2000» (Н. Новгород, 2000г.), на международной научно-технической конференции «АВТО-НН-2002» (Н. Новгород, 2002г.), на международной научно-технической конференции «АВТО-НН-2003» (Н. Новгород, 2003 г.), на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья», г. Н.Новгород : ВГВТ 2003г, на всероссийской научно-технической конференции «ТТМ НН 04», г. Н.Новгород 2004г., международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных систем - 2005» Волгоград: ВолгГТУ 2005г., на международной научно-технической конференции «Проектирование, испытания и эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов» Н.Новгород: НГТУ 2005г, XI международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы управления качеством производства и эксплуатации автотранспортных средств» Владимир, ВГУ 2006г.
Публикации.
13 По теме диссертации опубликованы 3 научно-учебных пособия, 2 монографии,
более 50 научных работ, 2 гранта на проведение научных исследований и 2 патента на
полезную модель.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 499 наименований, шести приложений. Общий объем работы 393 страницы, из них основной текст работы изложен на 318 страницах, список литературы на 31 странице, приложения на 44 страницах.
Общие замечания по диссертационной работе.
Диссертация выполнена на кафедре СДМ НГТУ, где автор работает с 1989 г. в должности младшего научного сотрудника, а с 1996 г. -доцентом кафедры
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту данной работы, доктору технических наук, профессору А.П.Куляшову, а также д.т.н., профессору Л.В. Барахтанову, д.т.н., профессору В.В. Белякову, д.т.н., профессору В.А. Шапкину, д.т.н. профессору Д.А. Соцкову и д.т.н. профессору Б.Г. Киму за оказанную поддержку и критические замечания, сделанные ими при прочтении диссертации.
Автор благодарит сотрудников кафедр "Строительные и дорожные машины" и "Автомобили и тракторы", ЦБДДТЭ НГТУ, а также деканата Автомобильного факультета НГТУ и кафедры «Автомобильный транспорт» Владимирского государственного университета за оказанную помощь и поддержку на различных этапах написания и оформления данной диссертационной работы.
Обзор исследований устойчивости и управляемости АТС
Вопросы формирования снежного покрова на поверхностях дорог затрагивались во многих научных исследованиях. В работах таких авторов как В.Р. Алексеева, А.А. Маевского [14-16], Е.Б. Волковой [95], А.В. Михайлова и А.И. Редекопа [290] проведён анализ снежных образований на дорогах выявлены его основные параметры и изменение его свойств под действием внешних факторов. При этом снег указанных авторов интересовал лишь с точки зрения его описания как физического тела. Никаких попыток произвести анализ его свойств с точки зрения взаимодействия с движителями (за исключением теплового воздействия и развевания снега) не предпринималось, что объясняется тем, что указанные авторы представляют отрасль географических, а не технических наук. Однако, накопленный и обработанный указанными авторами богатый экспериментальный материал, представляет собой большую научную ценность, позволяет сократить объёмы экспериментальных исследований других авторов.
Большой объём научных работ, посвященных снежному покрову, как среды, разрабатываемой рабочими органами дорожных машин, выполнен в Воронежском Государственном Архитектурно-Строительном Университете. Наибольший интерес, в данной научной школе представляют работы В.К. Батурина [41], О.В. Гладышевой [117], В.В. Говорова [120], Н.Н. Паневина, [337], О.В. Рябовой [379], Т.В. Самодуровой [388,389]. Указанными авторами проведён большой объём научных и экспериментальных работ, выработаны научно-обоснованные методы и рекомендации по борьбе со снежно-ледяными образованиями на поверхностях дорог. Тем не менее указанными авторами не раскрыто влияние транспортного потока на изменение физико-механических свойств снега, который в приведённых работах рассматривается в трёх формах - рыхлый, уплотнённый и лёд.
Гораздо более подробно снежный покров рассматривался в научной школе Нижегородского Государственного Технического Университета. В первую очередь необходимо отметить работы Л.В. Барахтанова [38-40], которому принадлежит авторство в описании такого снега как экскавационно-разрушенный (о чём в работах других научных школ даже не упоминается) и установления его отличительных особенностей по сравнению с такими снегами как свежевыпавший и перенесённый за счёт метелевого переноса. Вообще в работах учёных НГТУ описывается более 14 основных состояний снега [40,83]. Другой отличительной особенностью Нижегородской научной школы является учение снега как о полизональном и полислоистом теле, которое разработано в работах В.В. Белякова [53,54]. В исследованиях снега учёными других научных школ снежный покров представляется в виде однородного тела постоянной толщины. Исключения составляют только работы, связанные с изучением снежных лавин [121, 432], где упрощенный подход просто не приемлем в виду того, что при нём описание механики схода лавин становится просто невозможным.
К природно-климатическим факторам, приводящим к образованию на поверхности дорог и аэродромов снежных образований относятся : скорость и направление ветра; величина среднечасовой интенсивности выпадения осадков и образования гололёда; температура окружающего воздуха, при которой происходят процессы, описанные в предыдущем пункте; средняя продолжительность снегопада; максимально допустимая ( по ГОСТам или ТУ) высота снежного покрова.
В районе Нижегородского аэропорта, а следовательно и во всей области в це лом, преобладают ветра юго-западного направления с повторяемостью в зимний период до 40-45%. Западный ветер наиболее вероятен осенью (20%), реже - весной (12-14%). Наиболее вероятные значения скорости ветра -4-5м/с, значения скорости ветра равное 6-9м/с наблюдается в среднем 6 раз в месяц (30 раз в осенне-зимний период), скорость ветра более 10м/с наблюдается не более 1-2 раз в месяц, что составляет 6-8 раз за сезон зимнего содержания аэродромных покрытий. Количество осадков характеризуется эквивалентным слоем воды в мм., который образуется на горизонтальной поверхности в результате выпадения различных форм осадков. В Нижегородской области за год в среднем выпадает около 500мм. осадков, из них 30% приходится на холодный период, данные метеорологических наблюдений частично приведены в приложении 7. Следует отметить, что зимой наблюдается максимум дней с осадками более 0,1мм (что эквивалентно толщине снега болееі мм.), однако только в 10% случаев осадков выпадает более чем на 5 мм. в сутки (или 50мм. высоты снежного покрова). Суточный максимум осадков составляет порядка 15-20мм (150-200 мм прироста высоты снежного покрова в сутки).
Продолжительность выпадения снега в сутки в среднем составляет 8-9 часов, иногда продолжительность его выпадения может составлять 60-70 часов, а абсолютным максимумом является величина зафиксированная в декабре 1971 года когда продолжительность выпадения снега составила 125 часов. Средняя продолжительность выпадения осадков составляет порядка 200 часов в месяц, однако в ноябре - декабре эта величина может составлять 280-370 часов.
Температурный режим в значительной мере предопределяет характер атмосферных осадков - их вид, количество, частоту повторения, распределение по месяцам, а также устойчивость снежного покрова. Кроме того, значительное влияние на организацию и способы зимнего содержания аэродромов оказывает ветровой режим местности. Это связано с тем, что ветер является одним из главных метеорологических факторов, определяющих характер снежно-метелевых явлений. Кроме того, он, совместно с рельефом и растительностью участвует в процессах снегонакопления на аэродромах. Следует отметить, что ветер определённой силы может значительно затруднять работу некоторых видов снегоуборочной техники.
Спокойный снегопад и слабая верховая метель (со скоростью ветра до 3 м/с) -вот наиболее вероятный вид выпадения осадков зимой. В результате подобных погодных условий образуются равномерные снежные отложения толщиной от 0,01 до 0,3м, плотность такого снега составляет 0,08-0,15г/см3. Значительно более плотные снежные отложения формируются вследствие переноса ветром ранее выпавшего снега. Плотность таких снежных образований напрямую зависит от скорости ветра. При этом при скорости ветра более 10м/с плотность снега может достигать 0,25-0,3 5г/см .
Выбор параметров оценки безопасности дорожного движения
Так как применение такого параметра как пробег т/с до ДТП сопряжено со значи тельными затратами людских и временных ресурсов целесообразно применять более удобный в использовании параметр оценки безопасности дорожного движения. Для его разработки необходимо использовать более полную базу данных, чем получаемую в ре зультате непосредственных .(2.35) аварийности дорожного движения с пострадавшимиТак, согласно [492] за 2006 год в Нижегородской области количество дней без осадков составило - 158, с дождями -147, со снегом - 33, с гололёдными явлениями - 27. При этом на зимний период (январь-март и декабрь) пришлось 47 дней без осадков, но во время которых состояние дорог было мокрым. С учётом интенсивности потребления топлива [494] можно сделать вывод о том, что на период времени, когда поверхность дороги имеет коэффициент сцепления, менее 0,3 приходится 15% пробега транспортных средств (каждый 7 км пробега), на период времени, когда коэффициент сцепления находится в пределах от 0,3 до 0,6 - 50% пробега транспортных средств (каждый 2 км пробега), а на период времени, когда коэффициент сцепления больше 0,6 - 35% пробега транспортных средств (каждый 3 км пробега).
Из 720 исследуемых ДТП (см. пункт 2.3. настоящей главы) на сухое покрытие приходится 228 зафиксированных ДТП (32%) , на мокрое - 360 (50%), а на скользкое -132(18%)
То есть коэффициент активной безопасности на скользкой дороге увеличивается до 1,22 а на сухой - уменьшается до 0,81
Согласно данных, приведённых на рисунке 2.9, изменение коэффициента пассивной безопасности наоборот на скользкой дороге уменьшается до 0,9, а на сухой увеличивается до 1,1. Предложенная методика позволяет оценить влияние и других факторов на безопасность дорожного движения.
1. Установлено, что уровень безопасности дорожного движения, следует оценивать по таким параметрам как число ДТП на единицу длины пути пройденного транспортным средством или число погибших (пострадавших) на единицу длины того же пути. Для оценки уровня безопасности региона в целом можно использовать такой параметр как число аварий или пострадавших на единицу веса проданного автомобильного топлива. Для анализа степени влияния того или иного фактора на аварийность дорожного движения следует использовать такой параметр как коэффициент активной или пассивной безопасности.
2. Установлено, что определяющем показателем для коэффициента аварийности дорожного движения с пострадавшими является кинетическая энергия удара.
3. Если изменение дорожных условий приводит к изменению скорости движения транспортных средств, то показатель активной безопасности будет обратно пропорционален показателю погибших на единицу длины пробега. Таким образом, можно утверждать, что определяющим показателем в отношении соотношения количества и тяжести аварий является такой параметр как скорость движения.
4. Установлено, что анализ аварийности может производиться по выборке в которой должно быть описано не менее 100 случаев ДТП в которых был задействован исследуемый фактор. При этом, для обеспечения репрезентативности в исследуемом массиве должно быть: ДТП без пострадавших в населённых пунктах (60% случаев), ДТП без пострадавших вне населённых пунктов (15% случаев) ДТП с пострадавшими в населённых пунктах (15%случаев ) и ДТП с пострадавшими вне населённых пунктов (10% случаев).
5. Установлено, что для описания функции плотности распределения вероятности ДТП, максимальную степень приближения к реальной картине распределения имеет экспоненциальная функция.
Управляемостью транспортного средства называют его способность изменять режим движения по воле водителя (при отклонении им рычагов управления). При этом движения рычагов управления должны быть простыми и сопровождаться небольшими, но хорошо ощущаемыми на них усилиями. Ещё одним показателем управляемости является маневренность транспортного средства, то есть его способность изменять за определенный промежуток времени свое положение на дороге (направление и скорость движения). Эксплуатационная маневренность автомобиля определяется его управляемостью, приемистостью двигателей, быстротой срабатывания механизмов управления. Значительное влияние на управляемость автомобиля оказывает его устойчивость, то есть способность его самостоятельно, без вмешательства водителя сохранять заданный режим движения и возвращаться к исходному равновесию после прекращения действия внешних возмущений. Автомобиль должен быть устойчив относительно всех осей. Хорошие характеристики устойчивости необходимы для лучшей управляемости. У устойчивого транспортного средства более простые движения рычагами управления и меньше общая затрата нервной и мускульной энергии водителя на управление, то есть водитель полностью сосредотачивается на оценке дорожной обстановке, а не на том как удержать автомобиль на заданной траектории. Для удобства рассмотрения устойчивость условно подразделяют на статическую устойчивость — свойство автомобиля обнаруживать тенденцию к восстановлению нарушенного равновесия в начальный момент времени и динамическую устойчивость — свойство транспортного средства без вмешательства водителя восстанавливать исходный режим движения через некоторое время после прекращения действия возмущения. Наличие статической устойчивости является необходимым, но недостаточным условием динамической устойчивости.
Влияние неоднородности дорожного покрытия на аварийность дорожного движения
Анализ ДТП в Нижегородской области показал, что в 5% случаев в качестве причины ДТП было зафиксировано потеря управляемости транспортных средств, одной из причин которой является неоднородность дорожного покрытия, чаще всего называемой колейностью, вызванной неравномерной интенсивностью взаимодействия колёс транспортных средств с разными участками дороги. При этом связи между параметрами колейности на дорогах и скоростью, обеспечивающую безопасность дорожного движения до настоящего времени не установлены.
Колейность дороги можно описать такими параметрами как глубина и разность в коэффициентах сцепления и сопротивления движения. Под микстом (международный термин «ц. - split»), в теории движения автомобиля понимается разность в коэффициенте сцепления колеса с дорогой с правой и левой стороны автомобиля. В общем случае микст имеет место в любой момент времени так как не существует не абсолютно одинаковых участков дороги ни абсолютно одинаковых покрышек колёс. При торможении микст вызывает инерционный момент инерции относительно вертикальной оси автомобиля (см. рис.3.7).
Из рисунка видно, что кроме разницы в силах трения на колёсах левого и правого борта автомобиля значительное влияние на стабильность управления при миксте играют колея транспортного средства, жёсткость шин в боковом направлении, скорость автомобиля, параметры рулевого управления. Микст наиболее опасен для автомобилей с малой базой и незначительным моментом инерции.
Условие возникновения заноса автомобиля, исходя из схемы, приведённой на рисунке 3.7. примет вид: Mz g jntfdt (3.9) (=i где N - число колёс у автомобиля, m - масса автомобиля, приходящаяся на рассматриваемое колесо, ф - коэффициент сцепления рассматриваемого колеса с дорогой, в попе речном направлении, 1 - плечо действия сил сопротивления боковому перемещению рассматриваемого колеса относительно центра масс.
Одним из первых процесс бокового увода колеса исследовал В Камм [70]. В теории движения автомобиля даже сохранилось такое понятие как окружность Камма, опи-сываемая зависимостью фтах=(фх +фу ) Более поздние исследования показали, что полученные Каммом зависимости можно использовать только для приближённых методов оценки перемещения колеса в продольном и поперечном направлении, а полученная им зависимость должна быть описана выражением вида: # maxC ) = vW( )2 + PY(Sf , (ЗЛО) Иногда выражение 4.10 заменяют зависимостью вида: (Рх , PY + TY = 1 (3.11) Рх max Pr max
К сожалению, в настоящее время производители шин не освещают конкретные параметры своих шин. Однако их представители предлагают для оценки указанных показателей обращаться к результатам испытаний журнала «За рулём» и «Авторевю», а также работы А.В. Кучеренко [254].
Следует отметить, что методика данных испытаний предусматривала замеры величины бокового сцепления в условиях отсутствия скольжения, а осевого именно в условиях полной блокировки колёс. В одинаковых условиях испытаний соотношение (фХтах/фУтах) МОЖНО ПрИНЯТЬ раВНЫМ 1. С учётом выражения 3.9 условие отсутствие заноса при торможении запишется в виде: {$ - ФІ У к 2(р + ФІУБ . (3.12)
В условиях экстренного торможения, когда сцепные свойства одного борта автомобиля используются полностью ( фх = max; фу = 0) выражение 3.11 примет вид: (р? - (px2)LK 2(V )LB (3.13) с учётом того, что фіУ может быть найден из выражения: РІ = ЛІ РІМАХ - Фх (3-14) уравнение 3.12 примет вид: / І??- ) ч 1 . (3.15)
Полученное уравнение показывает, что при экстренном торможении автомобилем, не оснащённым АБС при любой разнице между коэффициентами сцепления левых и правых колёс автомобиль подвержен заносу. Способом, удерживающим автомобиль от заноса, может служить не полное использование величины тормозного усилия, показателем которой является знаменатель левой части уравнения 3.15. Введя показатель использования тормозного усилия К =1 при торможении юзом, до К = 0 при отсутствии торможения, получим зависимость использования тормозного усилия от величины микста:
Четырёхканальная система АБС допускает отдельный контроль давления на каждом колесе. Применение такой системы обеспечивает максимальную эффективность торможения при отсутствии микста, но требует дополнительных мер безопасности при его наличии. Обычно решением указанной проблемы является отдельное управление колёс переднего моста, а также управление колёс заднего моста в соответствии с принципами низкопорогового регулирования (заднее колесо с наименьшим значением коэф фициента сцепления определяет давление, которое подаётся к обоим задним тормозным механизмам. Несмотря на то, что разворачивающий момент для такой системы вызван разницей в коэффициенте сцепления только между передними колёсами, для обеспечения управляемости автомобиля, система АБС дополняется устройством задержки образования момента разворота (GMA), которое задерживает рост давления в колёсном цилиндре переднего колеса с более высоким коэффициентом сцепления с дорожным покрытием.
Коэффициент использования тормозного усилия у АБС такого типа может быть определён из выражения: К 1-0,75( 1М4Х - cpl) (3.18) Сравнение полученных коэффициентов эффективности торможения для легковых автомобилей показано на рисунке 3.9.
Из рисунка 3.9 видно, что при небольшой разнице в коэффициенте сцепления колеса с дорогой, автомобили оснащённые АБС имеют преимущества перед автомобилями у которых указанная система отсутствует. Однако, в условиях значительной разницы между сцеплением левого и правого борта автомобиля, двухканальная система АБС предотвращает занос автомобиля за счёт уменьшения тормозного усилия в большей степени, чем это продиктовано состоянием дороги. Для торможения в условиях, когда коэффициент сцепления колеса с дорогой левого борта отличается от величины силы сцепления колеса с дорогой на величину превышающую значение 0,33 применение ручного управления тормозами может повысить общую эффективность торможения. Так как единственным способом предотвращения заноса на дороге в условиях микста является уменьшение тормозного услия, то есть не полное использование величины коэффициента сцепления колеса с дорогой, то влияние величины разницы в коэффициентах сцепле ния колеса с дорогой левога и правого борта автомобиля на аварийность движения может быть представлена в виде модифицированного выражения 3.6:
Геометрические параметры несвязанных слоев снега на дороге
Толщина свежевыпавшего снега определяется интенсивностью снегопада и временем, прошедшем между воздействием на него движителями транспортных средств: (4.2) 3600QCff МТС h = К где Кмтс - вероятность воздействия движителя с исследуемой точки пространства, 3600 - число секунд в часе, I - интенсивность движения транспортных средств (штук в час), а QCH - скорость выпадения снега (м/с).
Температурный режим в значительной мере предопределяет характер атмосферных осадков - их вид, количество, частоту повторения, распределение по месяцам, а также устойчивость снежного покрова. Кроме того, значительное влияние на организацию и способы зимнего содержания дорог оказывает ветровой режим местности. Это связано с тем, что ветер является одним из главных метеорологических факторов, определяющих характер снежно-метелевых явлений. Кроме того, он, совместно с рельефом и растительностью участвует в процессах снегонакопления. Следует отметить, что ветер определённой силы может значительно затруднять работу некоторых видов снегоуборочной техники.
Спокойный снегопад и слабая верховая метель (со скоростью ветра до 3 м/с) -вот наиболее вероятный вид выпадения осадков зимой. В результате подобных погодных условий образуются равномерные снежные отложения толщиной от 0,01 до 0,3м, плотность такого снега составляет 80 -150 кг/м . Значительно более плотные снежные отложения формируются вследствие переноса ветром ранее выпавшего снега. Плотность таких снежных образований напрямую зависит от скорости ветра. При этом при скорости ветра более 10м/с плотность снега может достигать 250-350 кг/м3.
Следует отметить, что перенос снега ветром также является функцией от осадочного выпадения снега, так как уплотнённый снег практически не подвержен переносу. Для свежевыпавшего сухого снега плотностью 150 кг/м3 высота слоя снега перенесённого на дорогу за счёт метелевого переноса определится из выражения: h2=Kmc , (4.3) где В - переводной коэффициент, равный 145,211 M7CZ.
Остальные слои снежного покрова образуются исключительно под действием движителей транспортных средств. При этом суммарная масса снежного покрова, лежащего на определённой площади поверхности дороги, определяемая из выражения MCH=TQCHp-MnEP, (4.4) где Т - время прошедшее с начала снегопада до рассматриваемого момента, остаётся постоянной величиной, в не зависимости от характера распределения снега на экскава-ционный, уплотнённый и на растаявший. МПЕР - масса снега, удалённого с дороги либо рабочими органами снегоуборочной техники, либо колёсами транспортных средств, либо за счёт естественного удаления воды, из растаявшего снега в канализацию. Так как свежевыпавший снег разрушается под действием любых транспортных средств, то в выражениях 4.2и 4.3 интенсивность движения замеряется непосредственным замером движущихся транспортных средств. Для оценки изменения геометрических и физико-механических свойств снега и льда на поверхности мы под действием транспортного потока будем использовать методику, приведённую в работе [363], которая заключается в приведении реальной нагрузки на колесо к расчётной, равной 7500 Н на ось (3750 Н на колесо), которое вычисляется по формуле [265,363,375,]: т 1Р = /Д =/Д + I2S2+.... + I„Sm , (4.5) 163 где Іь І2---Іт - интенсивность движения автомобилей по типам, приведённым в таблице 5.1., a S - коэффициенты приведения автомобилей различного типа к расчётной нагрузке, показанные в таблице 4.1.[363]
Таблица 4.1 Коэффициенты приведения автомобилей различных типов к расчётной нагрузке I Типы автомобилей S 1 Легковые автомобили 1 2 Лёгкие грузовые автомобили грузоподъёмностью от 1 до 2 т. 1,005 3 Средние грузовые автомобили грузоподъёмностью от 2 до 5 т. 1,2 4 Тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью от 5 до 8 т. U 5 Очень тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью более 8 т. 2,25 6 Автобусы и 7 Тягачи с прицепами 2,5
Объём снега, подвергшегося экскавационному разрушению, принято находить из следующего уравнения [53]: кг= kApGc«S IT 1000 Мп.(4+ 2) ІрТ (4.6) Р шин" КОЛОКОЛ Р шин "колокол где hrP - высота грунтозацепов колёс транспортных средств, к7 - коэффициент насыщенности рисунка протектора, всц - вес транспортного средства, приходящегося на одно колесо, 5 - коэффициент буксования индекс 1 соответствует буксованию ведущих, а 2 - ведомых колёс, ршин - давление воздуха в шинах, ВКол - ширина рассматриваемого колеса, Ькол - длина поверхности контакта рассматриваемого колеса, 1000-переводной коэффициент, имеющий размерность Н. Однако результаты расчёта величины экскава-ционно разрушенного снега, остающегося на проезжей части, получаются меньшими в 2 - 3 раза, чем это происходит в реальных условиях. Такое несоответствие может быть объяснено тем, что при взаимодействии колеса с заснеженной поверхностью дорог поверхность скольжения не всегда совпадает с поверхностью раздела «колесо - снег». Различия в указанных подходах показаны на рисунке 4.3, взятого из работы [8]
По первой схеме (на которую рассчитано уравнение 4.6) проскальзывание колеса происходит по поверхности контакта со снегом, а по второй схеме - по поверхности, обеспечивающей минимум затрат энергии на деформацию. Для рассматриваемых условий необходимо добавить третью схему, приведённую на рисунке 4.4, которая бы учитывала наличие близлежащего недеформируемого подстилающего слоя. При таком случае взаимодействия величина слоя эксавационно разрушенного слоя будет больше, чем рассчитанная по уравнению 4.6 на величину, равную:
Так как величина силы прикладываемой к колесу, а так же давление воздуха в шине являются заданными величинами ( равными 3750 Н и 0,25 МПа соответственно), то исходя из формул Малыгина [276] и Белякова [53,54] можно получить зависимость изменения вертикальных напряжений от толщины снежного покрова между колесом и несжимаемым основанием. Для чего во-первых получим зависимость между толщиной снега и его плотностью, а во вторых определим величину погружения колеса в снег [39]
