АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНОЙ КРИВОЙ ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ VGV_KURVE

Автомобильная дорога это комплекс сооружений, направленный на соединение пунктов следования автомобилей. К автомобильным дорогам предъявляются множество требований: безопасность движения, комфортность, соблюдение нормативных требований [5] и, что немало важно, рациональное использование отводимых под автомобильную дорогу земель.

Для удобства и безопасности движения автомобилей изломы дороги смягчают, вписывая в их углы дуги окружности или кривые с постепенно изменяющимся радиусом кривизны (переходные кривые). В момент въезда автомобиля с прямого участка на кривую в плане условия движения изменяются. Поскольку кривая малого радиуса обеспечивает меньшую безопасную скорость движения, чем предшествующий ей прямой участок, водители транспорта снижают скорость. При этом известно, что снижение скорости происходит на всех кривых с радиусом менее 600 м, а на автомобиль начинает действовать центробежная сила. Теоретически она прилагается мгновенно, практически же – в пределах короткого участка, на котором водитель поворачивает рулевое колесо [1].

Быстрые изменения условий движения отрицательно сказываются на комфорте пассажиров, а при неблагоприятных погодных условиях могут привести к заносу автомобилей. Для исключения таких изменений между прямым участком и кривой малого радиуса вводят так называемую переходную кривую, в пределах которой кривизна оси дороги плавно изменяется от 0 на прямом участке до 1/R (R – радиус) в начальной точке круговой кривой (рис. 1) [1]. Длины переходных кривых назначают в соответствии нормативной литературой (табл. 1) [5].

Приведенные длины переходных кривых следует рассматривать как минимально допустимые. Нормативную длину переходных кривых целесообразно увеличивать в 1,5-2 раза, поскольку это придает трассе дороги зрительную плавность, способствующую проезду кривой без снижения скорости [5].

Таблица 1.

Наименьшие длины переходных кривых

Рисунок 1. Эпюры центробежных сил

а - нарастание центробежной силы С при непосредственном сопряжении прямой и кривой; б - то же, при введении переходной кривой; в - изменение скорости и кривизны в пределах переходной кривой.

1 - круговая кривая; 2 - прямая; 3 - фактическое изменение центробежной силы во время поворота рулевого колеса; 4 - переходная кривая

Целью данной работы является оценка возможности проектирования автомобильной дороги с применением переходной кривой типа VGV Kurve (Variable Geswindigkait Verkehr Kurve – кривая переменной скорости движения).

Уравнение кривизны VGV Kurve представлено в следующем виде:

                                                                          (1)

где: J – центробежное ускорение; t – время; а – ускорение автомобиля; v₀ – начальная скорость при въезде на переходную кривую.

Если в уравнение (1) ускорение =0 м/с² ( =const), уравнение примет вид линейной закономерности кривизны клотоиды:

                                                                                                         (2)

или

                                                                                                      (3)

где: v – скорость автомобиля; t – время; R – радиус сопряжения; L – полная длина переходной кривой; l – длина участка, по которому двигается автомобиль.

Аналитически сходимость зависимости VGV Kurve (кривой переменной скорости) и зависимости клотоиды (кривой постоянной скорости), а также их геометрическая сходимость к спирали, указывает на то, что клотоида – это частный случай VGV Kurve (рис. 2) [2].

Рисунок 2. Сходимость переходных кривых L=1500 м и R= 100 м от VGV Kurve с a=-5,0 м/с² (кривая 2) к соответствующей a=0,0 клотоиде 0 м/с² (кривая 1)

Основное преимущество этой кривой состоит в минимизации фактора сцепления, определяющего уровень риска потери устойчивости криволинейного движения автомобилей на протяжении всей кривой [4].

Другое ее преимущество состоит в длине дуги L, которая может быть гораздо больше длин дуг других кривых того же радиуса R и угла β. Это преимущество увеличивает время на водителя неуклонно и плавно возрастающих значений угла поворота β, боковой сдвижки р, кривизны k и центробежного ускорение J. Более продолжительное время воздействия этих факторов повышает вероятность своевременного реагирования на них и, соответственно, надежность мер принуждения к безопасному и комфортному снижению скорости [4].

Проектирование переходной кривой типа VGV Kurve в настоящий момент можно осуществить в САПР АД CREDO.

По результатам проведенного анализа и проектирования трассы автомобильной дороги установлено, что применение переходных кривых типа VGV Kurve позволяет:

1. Повысить плавность трассы, лучше увязывая ее с рельефом;
2. Снизить показатель коэффициента поперечной силы и действия центробежного ускорения;
3. Уменьшить монотонность движения и ослепление от света фар встречных автомобилей;
4. Повысить время для реакции водителя, а, следовательно, обеспечить его психологическую стабильность;
5. Повысить безопасность и комфортность движения на автомобильной дороге;
6. Повысить рациональное использование отводимых земель;
7. Снизить затраты на обустройство автомобильной дороги.

Список литературы:

1. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог, кн. 1. – М.: Транспорт, 1987. – 368 с.
2. Величко Г.В. Проблемы и пути реализации инновационного потенциала САПР // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования, № 1(36), 2010. – С. 28-36.
3. Величко Г.В. Функциональный анализ соответствия элементной базы проектирования дорог современным требованиям // Красная линия. Дороги, № 41/9, 2009. – С. 51-56.
4. Величко Г.В., Саркеев Д.Н. Трассирование и мониторинг "Самопоясняющей" дороги// Автомобильные дороги. - 2016 - №9 - с. 28-36.
5. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85.