Дистанция безопасности

Достоверность расчетов по определению параметров обгона зависит от правильного принятия основных допущений, связанных с назначением дистанции безопасности между ТС до и после обгона. Эта дистанция зависит от многих факторов: типа ТС, дорожных условий, мастерства водителя, скорости TС, интенсивности движения и т.д.; величина дистанции не подлежит точному расчету. Поэтому в экспертных исследованиях следует подчёркивать, что найденное значение является расчётным.

В литературе имеется много предложений для ориентировочного определения дистанции безопасности. Некоторые авторы предлагают выбирать дистанцию безопас­ности, исходя из времени, необходимого для оценки дорожно-транспортной ситуации, считая, что для этого потребуется 2...5 с. В этом случае D=(2…5)_*V. По данным работы [1], дистанцию можно определять из графика, представленного на рис.3 в зависимости от типов АТС, движущихся друг за другом.

В работе [8] приведена эмпирическая зависимость, по ко­торой предлагается определять расстояние между автомобилями в момент начала выравнивания скоростей перед обгоном:

D = 6.5_*e^0,09*Vсв (2)

где D – расстояние между автомобилями, м;

е = 2.718 – основание натуральных логарифмов;

V_СВ – скорость свободного движения, м/с.

В работе [25] дистанцию безопасности предлагается опреде­лять в зависимости от типа обгоняемого автомобиля по формулам:

для легковых автомобилей

D_AB = 0.0256_* V_А² + 4;

D_BA = 0.0201_* V_А² + 4; (3¹)

для средних грузовых

D_AB = 0.0407_* V_А² + 4;

D_BA = 0.0372_* V_А² + 4; (3¹¹) для тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов

D_AB = 0.0587_* V_А² + 4;

D_BA = 0.0515_* V_А² + 4; (3¹¹¹)

где D_AВ и D_BA – расстояния между автомобилями, соответственно, до и после обгона, м;

V_A - скорость обгоняющего автомобиля, м/с.

Рассмотрим, что происходит при движении ТС в потоке и найдём наименьшее расстояние на котором должны следовать ТС друг за другом, чтобы в случае экстренного торможения лидера, следующее за ним ТС могло остановиться.

Водитель ТС, следующего сзади, может заметить начало торможения переднего ТС, по изменению его скорости (при торможении двигателем, стояночной или вспомогательной тормозными системами) или по включенному стоп-сигналу.

Момент загорания стоп-сигнала зависит от места установки его включателя. Желательно, чтобы сигнал включился как можно раньше и предупредил водителя ТС, следующего сзади о торможении ТС-лидера. Этому способствует связь включателя с педалью тормоза; при малейшем нажатии на педаль тормоза стоп-сигнал загорается. Такие включатели получили наибольшее распространение на современных легковых автомобилях.

Другой тип включателей стоп-сигнала устроен так, что его контакты замыкаются под действием диафрагмы, которая прогибается от давления жидкости или воздуха, поступающего в тормозную магистраль. Включение стоп-сигнала происходит при нарастании давления в магистрали, при этом стоп-сигнал включается позже, чем в первом случае. С достаточной точностью можно считать, что время запаздывания включения стоп-сигнала после нажатия на педаль тормоза в этом случае равно времени Т₂ запаздывания срабатывания тормозного привода.

Большинство авторов предлагает определять дистанцию безопасности между автомобилями, движущимися в потоке, по формуле, учитывающей время, необходимое для обнаружения сигнала торможения впереди идущего ТС, т.е. время реакции водителя обгоняющего ТС и разность тормозных путей ТС. В работе [5], например, предлагается считать

D_AB = S_AО – S_BТП + S₃, (4)

где D_AB – дистанция между ТС А и В;

S_AО – остановочный путь ТС А; это расстояние, которое проходит ТС А с момента обнаружения опасности до остановки (в нашем случае это расстояние, пройденное с момента загорания стоп-сигнала);

S_ВТП – путь, который проходит ТС В с момента загорания стоп-сигнала до остановки;

S₃ – запас расстояния, в проекте его рекомендуется принять S₃ = 3м (в экспертных исследованиях запас расстояния принимают S_З = 0). В реальных условиях движения запас расстояния позволяет избежать столкновения в случае ошибочного прогнозирования ситуации.

Остановочный путь S_AО ТС А (индекс «_А» показывает, что величина относится к ТС А) можно определить по формуле:

S_AО = S_1А + S_2А + S_3А + S_ТA; (5)

где S_1А – путь, проходимый ТС А за время Т_1А реакции водителя:

S_1А= Т_1А*V_А; (6)

V_A – скорость движения ТС А, м/с;

S_2А –путь, проходимый за время Т_2А запаздывания срабатывания тормозного привода:

S_2А = Т_2А*V_А; (7)

S_3А – путь, проходимый за время Т_3А нарастания замедления:

S_3А = 0,5_*Т_3А*V_А; (8)

S_ТA – путь, проходимый при установившемся замед-лении j_УСТ.

S_ТА = V_ЮА²/(2_* j_УСТА); (9)

здесь V_ЮА – скорость ТС А в начале торможения с установившимся замедлением (при блокировании колёс её называют юзовой), м/с:

V_ЮА=V_А– 0,5_*j_УСТА*T_3А. (10)

i_УСТА- установившееся замедление ТС А в рассматриваемых условиях. Оно зависит от величины замедления j_УСТ, которое может быть получено на горизонтальной дороге и величины уклона i:

j_УСТА = j_УСТ ± i_*g;

здесь g=9/81м/с2 – ускорение свободного падения;

Остановочный путь можно определить и по такой формуле:

S_AО = (Т_1А + Т_2А + 0,5_*Т_3А)_*V_A +V_ЮA²/(2_*j_УСТА). (11)

Время реакции водителя Т_1А выбирается в пределах от 0.3 до 1.8с по нормативным документам в зависимости от дорожно-транспортной ситуации [13]. Поскольку в курсовой работе не рассматривается конкретная ситуация, условно примем, что Т_1А=0,8 с.

Время Т_2А запаздывания тормозной системы, время Т_3А нарастания замедления и установившееся замедление j_УСТА (м/с²) зависят от категории ТС, степени его загрузки и условий сцепления (см. приложение 1);

Путь, который проходит ТС В с момента загорания стоп-сигнала определяется по формулам (12 и 13):

при загорании стоп-сигнала в момент нажатия на педаль (для гидравлического тормозного привода):

S_ВТП=S_2В+S_3B+S_TB=(Т_2В+0,5*Т_3B)_*V_B+V_ЮВ²/(2_*j_УСТВ); (12)

при загорании стоп-сигнала от нарастания давления в тормозной магистрали (для пневматического привода):

S_ВТП = S_3B + S_TB = 0,5*Т_3B*V_B + V_ЮВ²/(2_* j_УСТВ); (13)

здесь индексом «B» отмечены величины, относящиеся к ТС В.

При совмещении тормозных диаграмм на одном графике в едином масштабе времени, следует учесть способ включения стоп-сигнала.

На рис.2 показаны зависимости изменения замедления, скорости и пути проходимого автомобилями А и В, в функции времени. При построении графика принято, что V_А = V_B , включатель стоп-сигнала у ТС-лидера связан с педалью тормоза, а j_Ауст > j_Вуст. Кривые n и m показывают сравнительные зависимости изменения пути, проходимого автомобилями А и В при торможении, а штрихпунктирная кривая р - перемещение автомобиля В для случая, если в начальный момент торможения, он будет находиться на безопасном расстоянии D_AB от автомобиля А.

Подобный график, рассчитанный для заданных ТС, следует привести в пояснительной записке на отдельной форматке или на одном листе вместе с другими графиками.

При построении кривых сначала наносят тормозные диаграммы j_А,В = f (Т), отмечая на них слагаемые Т₁, Т₂, Т₃, Тт (Тт = V_Ю/j_УСТ), затем определяют падение скорости DVн за время нарастания замедления

DVн = 0,5_*jуст_*Т₃ (14)

и наносят на график кривые изменения скорости V_A и V_B в функции времени. Далее кривую изменения скорости разбивают на ряд интервалов и в каждом из них

Рис. 3. Дистанция безопасности при движении ТС в потоке:

1-грузовой автомобиль следует за легковым;

3-легковой следует за легковым;

4-легковой следует за грузовым.

Рис. 4. Экспериментальные зависимости динамических габаритов

определяют тормозной путь по формуле

DS_i = (V_i² – V_i+1²)/ (2_*j_iср), (15)

где DS_i - тормозной путь в интервале, м;

V_i, V_i+1 – соответственно, начальная и конечная

скорос­ти в интервале, м/с;

j_iср - среднее замедление в интервале, м/с²;

далее откладывают эти значения в правой части графика в конце каж­дого интервала нарастающим итогом. Изменение времени в каждом интервале будет равно:

Dt_i = DV_i / j_iср. (16)

На этом же графике следует построить необходимые кривые для определения дистанции между ТС в момент начала обгона с ходу, когда скорость V_A выше скорости V_B.

При выполнении задания следует сопоставить результаты определения дистанций, найденных всеми предлагаемыми способами и обосновать значения дистанций, принятых для дальнейших расчетов.

Зависимости дистанций безопасности от скорости необходимо представить в виде двух отдельных графиков D_AB=f(V) и D_BA=f(V), которые следует изобразить на миллиметровой бумаге.

Результаты определения дистанций D_AВ и D_BA необходимо сравнить с экспериментальными характеристиками, полученным на дорогах СССР и США [2], которые приведены на рис. 4. Сле­дует обратить внимание, что на этом рисунке по оси ординат отложена сумма длины автомобиля и дистанции безопасности перед ним, т.е. L_B +D_AB и L_B+D_BA.

При дипломном проектировании требуется более детально рассмотреть правомерность принятых допущений о назначении ди­станции безопасности с учетом фаз перестроения ТС до и после выполнения обгона.

Обгон с ходу

Рассмотрим схему обгона с ходу автопоезда В одиночным автомобилем А (рис.5). В нижней части рисунка цифрой I обозначен участок дороги, где сплошными линиями показано начальное положение ТС перед обгоном, а штриховыми - положение, когда обгоняющий автомобиль А может начинать перестроение в свой ряд. Цифрой II показано положение ТС после завершения обгона. На графике рис.5 в координатах Т и S показано перемещение участников движения и характерные точки. Наклон линий будет тем больше, чем больше скорость ТС.

Положение ТС в различные моменты времени обозначено соответствующими точками: в точке 1, например, передняя часть обгоняющего автомобиля А поравнялась с задней частью обгоняемого автопоезда В; в точке 2 задняя часть автомобиля А поравнялась с передней частью автопоезда В, однако перестроение автомобиля А может начинаться лишь в точке 3, когда обгоняющий автомобиль А уйдет на безопасное расстояние D_BA от обгоняемого автопоезда.

До начала выполнения обгона водитель обгоняющего автомобиля А стремится оценить дорожно-транспортную ситуацию перед обгоняемым ТС и, как правило, смещает свой автомобиль влево, на рисунке этот этап перестроения не отображён.

За начало обгона принимается положение, когда обгоняющий автомобиль А, следующий со скоростью V_A>V_B, приблизится к обгоняемому автопоезду В на безопасное расстояние D_АB, после чего обгоняющий автомобиль А должен перестроиться в левый рад для обгона. При расстоянии меньше, чем D_АВ, в случае экстренного торможения ТС-лидера В, обгоняющий автомобиль А, также применив экстренное торможение, уже не сможет остановиться до линии движения задней части ТС-лидера, поэтому он не должен возвращаться на свою полосу движения, чтобы не допустить попутного столкновения.

Задача определения пути обгона и расстояния видимости может быть решена графически. Для этого задают какое-либо время Т_М (например равное 5 или 10 с), по известной скорости V_A определяют путь (S=V_*T), который проходит автомобиль А за это время и отмечают это расстояние на оси абсцисс (точка F). Через точку F¹ пересечения горизонтали и вертикали, поведенных через эти точки и начало координат проводят линию ОF', соответствующую перемещению задней части обгоняющего автомобиля А по времени. На расстоянии L_А от неё проводят параллельную ей линию перемещения передней части автомобиля А.

По оси абсцисс от начала координат откладывают сумму расстояний L_A+D_BA+L_B+D_BA, и отмечают точку К. Затем, как и в первом случае, находят путь КМ, проходимый автомобилем В за время Т_М, и проводят наклонную линию КМ¹. Пересечение её с линий ОF в точке 3 определяет момент времени Т₁, когда задняя часть автомобиля А окажется на дистанции безопасности D_BA от передней части автомобиля В и обгоняющий автомобиль А сможет перестраиваться в свой ряд. Слева от линии КМ¹ проводят параллельные ей линии, соответствующие перемещению габаритных точек тягача и прицепа.

Если при завершении обгона скорость обгоняющего автомобиля А значительно превышает скорость обгоняемого ТС, то дистанция безопасности D_ВА, вычисленная по формуле (4), будет отрицательной и её следует откладывать от передней части ТС В против хода движения. В этом случае обгоняющий автомобиль А может оказаться рядом с обгоняемым В или даже сзади него и, естественно, с этого момента он не может перестраиваться в свой ряд, поэтому момент перестроения в таких случаях должен выбираться из других соображений. Из формулы (4) следует, что отрицательной дистанция становится потому, что тормозной путь обогнавшего автомобиля А, движущегося с большей скоростью, превышает тормозной путь обгоняемого ТС В.

Обогнавшее ТС может начинать обратное перестроение в свой ряд лишь после того, как оно опередит обгоняемое ТС не менее, чем на 3-5 метров, чтобы не создать ему помеху. Некоторые авторы считают, что после обгона перестраиваться в свой ряд можно тогда, когда обгоняемое ТС покажется в зеркале заднего вида.

На перестроение затрачивается время Т_П, которое можно определить, используя формулы для манёвра «смена полосы движения» – манёвр «переставка» [13]:

_________

Т_П = 4*Ö Y/(2_*g_*φ_Y), (17)

где Y – боковое смещение автомобиля при выполнении манёвра «смена полосы движения», в м;

g – ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с²;

φ_Y – коэффициент сцепления, реализуемый в боковом направлении.

Принимая во внимание, что при перестроении автомобиль движется за счёт окружной силы на ведущих колёсах, для чего в продольном направлении уже реализуется часть коэффициента сцепления, равная φ_Х, в боковом направлении может быть реализована другая его часть - φ_Y, равная:

_______

φ_Y = Ö φ² – φ_X², (18)

где φ – заданный коэффициент сцепления, который может быть реализован в любом направлении;

φ_Х – коэффициент сцепления, который реализуется в рассматриваемый момент в продольном направлении. При перестроении могут быть различные режимы движения ТС: накат, установившееся движение, разгон или торможение. Поскольку при проектировании не рассматривается конкретная дорожно-транспортная ситуация, установить степень реализации продольного коэффициента сцепления не представляется возможным. В таких случаях рекомендуется принять [13]:

φ_Y = 0,8_* φ

Отложив от точки Т₁ по оси ординат время перестроения Т_П, проводят горизонтальную линию, которая пересекает линию ОF¹ в точке 4, соответствующей моменту завершения обгона (в этот момент задняя часть автомобиля А, и следовательно всё ТС снова займёт правую полосу движения); в этой точке обгон считается завершенным.

От точки 4 вправо откладывают длину автомобиля L_А, дистанцию D_AC и получают точку 6, которая определяет собой крайнее возможное положение передней части встречного автомобиля С. При известных времени Т_O (Т_О=Т₁+Т_П) полного выполнения обгона и скорости V_C встречного автомобиля находят путь S_ОС,

S_ОС = Т_О*V_С , (19)

который проходит встречный автомобиль С с начала обгона и расстояние видимости S_ВИД от водителя автомобиля А до передней части автомобиля С в момент начала обгона:

S_ВИД = D_AB + L_B + D_BA + S_B + S_AП + L_A + D_AC + S_OC (20)

Найденное графическим путём расстояние види-мости следует проверить аналитическим расчётом, подставляя в формулу (20) все принятые и вычисленные значения.

За время обгона Т₁ автопоезд В проходит путь:

S_В = КР = V_{B *} T₁ (21)

(рис.5), а автомобиль А проходит расстояние:

S_A=L_A+D_AВ+L_B+D_BA+S_B (22)

Выражая время движения Т₁ через пути S_А, S_В и скорости V_A, V_B обгоняющего и обгоняемого ТС, получим:

S_A/V_A=S_B/V_B (23)

или (L_A+D_AВ+L_B+D_BA+S_B)/V_A= S_B/V_B,

откуда S_B=(L_A+D_AВ+L_B+D_BA)_*V_B/(V_A-V_B), (24)

тогда Т_В = S_B/V_B, (25)

и S_A=S_B*V_A/V_B. (26)

Путь обгона автомобиля А S_0А (рис.5) - расстояние, которое проходит обгоняющий автомобиль с момента выхода на полосу встречного движения до момента возвращения в свой ряд - составит:

S_0А = ON = S_А+S_АП = S_A+V_A*Т_П, (27)

здесь S_АП – путь, который проходит обгоняющий автомобиль за время перестроения.

Обгон необходимо завершить на безопасном расстоянии D_AC от встречного автомобиля С. Как указывалось ранее, это расстояние должно быть не меньше 40 и 60 м, соответственно, в населённых пунктах и вне них.

Расстояние видимости S_ВИД можно определить как сумму:

S_ВИД = S_OA+L_A+D_AC+S_ОС. (28)

Поиск по сайту: