Оценка пропускной способности дороги

Тормозные качества автомобилей различных типов имеют существенную разницу, что оказывает влияние на величину безопасной дистанции и, как следствие, на динамический габарит. В расчетах обычно пользуются следующими значениями коэффициенте! приведения, которые получены путем изучения динамических габаритов транспортных средств в реальных дорожных условиях:

Легковые автомобили – 1 Грузовые автомобили грузоподъемностью, т: до 2 - 1,5 от 2 до 5 - 2,0 от 5 до 8 - 2,5

свыше 8 - 3,5

Автопоезда грузоподъемностью, т;

до 6 - 3,0

от 6 до 12 - 3,5

от 12 до 20 - 4,0

от 20 до 30 - 5,0

свыше 30 - 6,0

Автобусы - 2,5

Троллейбусы – 30

Сочлененные троллейбусы и автобусы – 40

Мотоциклы, мопеды - 0,5

Велосипеды - 0,3.

Если, например, по дороге проходит 250 легковых автомобилей, 400 грузовых грузоподъемностью от 2 до 5 т, 20 автобусов и 100 автопоездов грузоподъемностью до 20 т (всего 670 транспортных средств), то, используя коэффициенты приведения, получим:

(250 X 1) + (400 X 2) + (200 X 2,5) + (100 X 4) = 1500.

Иными словами, поток, состоящий из 670 разнотипных транспортных средств, эквивалентен по степени загрузки дороги 1500 легковым автомобилям.

Сопоставление между собой коэффициентов приведения подсказывает, что одним из путей повышения пропускной способности перегруженных участков улиц и дорог является исключение из транспортного потока (или перевод на другие маршруты) троллейбусов и автопоездов, имеющих динамический габарит соответственно в 3 и 4 раза больше, чем у легковых автомобилей.

На величину пропускной способности дороги существенное влияние оказывает дистанция между движущимися по дороге автомобилями. При скользкой проезжей части в целях безопасности водители выдерживают большую дистанцию, чем при нормальном состоянии дороги. Поэтому при гололедице, сильном снегопаде или дожде пропускная способность дороги резко снижается, и нередко образуются заторы. Однако при определении пропускной способности обычно исходят из предположения, что движение происходит при нормальном состоянии проезжей части.

Пропускная способность проезжей части рассчитывается при следующих предпосылках. По какому-либо участку дороги можно пропустить максимально возможное количество автомобилей только в том случае, если все транспортные средства будут двигаться с одинаковой скоростью в колонне, поддерживая между собой минимально безопасную дистанцию. Эта дистанция должна обеспечивать безопасную остановку в случае экстренного торможения движущегося впереди транспортного средства. Если бы все автомобили обладали одинаковыми тормозными качествами, то, очевидно, дистанция между ними могла бы быть равна расстоянию, проходимому за время реакции водителя. Однако в реальных условиях, как уже отмечалось, транспортный поток состоит из разнотипных автомобилей, имеющих тормоза с различной эффективностью. Поэтому величину безопасной дистанции определяют исходя из предположения, что движущийся впереди автомобиль имеет более эффективную тормозную систему и, следовательно, меньший тормозной путь, чем следующий сзади.

Эффективность тормозов характеризуется величиной максимального замедления j при торможении на сухом асфальтобетонном покрытии. Разница между величиной замедления двух следующих друг за другом автомобилей может достигать 4 - 5 м/с^2. Например, легковой автомобиль с дисковыми тормозами может развить замедление j = 8 м/с^2, а тяжелый автопоезд иногда укладывается только в диапазон j = 3 - 4 м/с^2. В таких условиях тормозной путь автопоезда будет примерно в 2 раза больше, чем легкового автомобиля. Поэтому, чтобы при экстренном торможении движущегося, впереди легкового автомобиля автопоезд не столкнулся с ним, между этими транспортными средствами должна быть дистанция, равная разности их тормозных путей плюс расстояние, которое пройдет автопоезд за время реакции водителя.

Тормозной путь автомобиля на горизонтальном участке равен:

St = V^2/2j, м.

Тогда разность тормозных путей двух следующих с одинаковой скоростью друг за другом автомобилей будет:

St2 – St1 = V^2/2(1/j_2 – 1/j_1), м,

где j_1 и j_2 - максимальное замедление при торможении переднего и заднего автомобилей соответственно, м/с^2;

V - скорость движения, м/с.

Динамический габарит (рис. 1), включающий в себя разность тормозных путей, расстояние, проходимое за время реакции водителя, и длину автомобиля, определяется соотношениями:

L = V^2/2(1/j_2 – 1/j_1) + Vt + la.

В этой формуле и на рис. 1 величина Vt - путь за время реакции водителя; la - длина автомобиля. Приняв j_1 = 8 м/с^2 и j_2 = 3 м/с^2, t = 1 с и длину автомобиля la = 6 м, получим следующие величины динамических габаритов (с округлением до целых метров) для различных скоростей:

скорость V

км/ч

40

60

100

5,6

16,7

27,8

м

15

52

80

По этим данным построена кривая I на рис. 2. Здесь же для сравнения приведены экспериментальные характеристики, полученные на дорогах России (2) и США (5). Обращает на себя внимание несовпадение экспериментальных и расчетных значений динамических габаритов. Даже со скидкой на некоторую условность принятых в расчёте данных (чрезмерно большое различие в эффективности действия тормозов следующих друг за другом автомобилей) следует все же заметить, что выбираемые водителями дистанции, особенно при высоких скоростях, иногда не обеспечивают безопасности движения. Подтверждением этого служит большое количество так называемых попутных столкновений в плотных транспортных потоках.

Для вычисления пропускной способности уравнение транспортного потока можно представить в следующем виде:

Анализ графиков на рис. 3 наглядно показывает, как влияет динамический габарит на пропускную способность дороги. Для дорог России при реальных значениях интервалов между автомобилями максимум пропускной способности составляет примерно 1650 авт/ч на одну полосу, для американских условий эта величина несколько больше - 2000 авт/ч. Наименьшее значение пропускной способности (кривая I) получилось для принятых в расчете условий движения автомобилей с резко различной эффективностью тормозных систем, что предопределило существенно большую величину динамического габарита (см. рис. 2).

Указанные величины пропускной способности относятся к горизонтальным участкам многополосных дорог и являются предельно возможными при условии непрерывного движения транспортных средств в колоннах. Как уже отмечалось, наблюдения, проводившиеся на дорогах нашей страны, показывают, что обычная дорога с двусторонним движением, имеющая проезжую часть шириной 7 - 7,5 м, может в обоих направлениях пропустить около 2000 авт/ч, т. е. почти столько же, сколько одна полоса многополосной магистрали. Объясняется это взаимными помехами при встречном движении на узкой проезжей части.

Маневрирование при многополосной проезжей части, и обгоны также снижают пропускную способность. Поэтому пропускная способность, например, четырехполосной проезжей части будет больше пропускной способности одной полосы не в 4 раза, а только в 3.

В городских условиях на регулируемых пересечениях транспортный поток периодически останавливается красным сигналом светофора, и общее время запрещения движения в течение часа может достигать 30 мин. Неизбежные задержки возникают и при проезде нерегулируемых пересечений, где автомобили снижают скорость или даже останавливаются, уступая дорогу тем транспортным средствам, которые в соответствии с Правилами движения имеют преимущественное право проезда. Поэтому реальная пропускная способность одной полосы городской улицы при наличии светофорного регулирования не превышает 500 авт/ч.

Анализ факторов, влияющих на пропускную способность, свидетельствует, что для ее повышения решающее значение имеет сокращение дистанций между автомобилями. Однако это возможно лишь при условии повышения эффективности тормозных систем автомобилей. Важное значение имеет обеспечение одинаковой эффективности торможения различных типов автомобилей. В настоящее время водители автомобилей старых моделей в целях безопасности движения вынуждены увеличивать дистанцию, что, естественно, снижает плотность транспортного потока и пропускную способность улицы или дороги.

Если бы тормозные системы всех автомобилей обладали одинаковой эффективностью, то дистанция между автомобилями, как уже отмечалось, определялась бы в основном временем реакции водителя. В этом случае для скорости 80 км/ч и времени реакции 1 с дистанция составляет 22 м, а пропускная способность полосы - примерно 2700 авт/ч. При различной эффективности тормозов безопасная дистанция увеличится до 72 м, а пропускная способность снизится до 1000 авт/ч. Этот пример наглядно показывает, какие огромные резервы повышения пропускной способности улиц и дорог кроются в дальнейшем совершенствовании тормозных систем автомобилей. Надо подчеркнуть, что за счет повышения водительского мастерства также можно «уплотнить» транспортный поток, так как опытные водители могут позволить себе двигаться на несколько меньших расстояниях.

Другой путь повышения пропускной способности связан с введением элементов автоматизации управления автомобилем. В данном случае речь идет о системах, обеспечивающих автоматическое поддержание заданной дистанции между автомобилями. Научные разработки в этом направлении проводятся как в нашей стране, так и за рубежом.