РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЕКТУВАННЯ РЕКОНСТРУКЦІЇ ГОРИЗОНТАЛЬНИХ КРИВИХ ДОРІГ З УРАХУВАННЯМ ЕКОНОМІЇ ПАЛЬНОГО
2.1 Системний підхід до проектування реконструкції автомобільних доріг на дорожніх заокругленнях
Автомобіль, що рухається окремо чи в транспортному потоці розглядається як складова частина системи "водій - автомобіль - дорога - середовище"(ВАДС). Дослідженню системи ВАДС присвячені праці [ 9, 41, 56, 70, 71, 74, 101, 109, 111, 138].
Система "водій - автомобіль - дорога - середовище" та закономірності руху автомобілів в ній розглянуті в роботах Г.Б. Безбородової та В.Г.Галушко[17]. Дослідження системи "водій - автомобіль - середовище", стану системи та адаптації її складових один до одного відображено в роботі [88]. В роботі [52] запропоновано розглянути питання шкідливих викидів автомобіля в системі "водій - автомобіль - дорога ", що функціонує в зовнішньому середовищі автомобіля.
При проектуванні реконструкції автомобільних доріг виникає необхідність в розгляданні багатьох факторів, що впливають на об'єкт дослідження. Тому для вирішення цієї задачі застосовується системний підхід, що дозволяє розглядати об'єкт - систему "водій - автомобіль - дорога - середовище" в повному обсязі.
Функціонування системи ВАДС можна уявити у вигляді фізичної системи С(t), що змінює свій стан в залежності від зовнішніх факторів (зміни щільності руху, складу руху, інтенсивністю руху і т. інше) в момент часу t1...tn, що є випадковими. Під станом системи необхідно розуміти сукупність певних ознак, що характеризують систему в дану мить, але разом з цим стан цієї системи необхідно розглядати як сукупність базових параметрів, що характеризують відносну сталість та надійність її стану.
У розрізі питань, що вирішуються при проектуванні реконструкції автомобільних доріг, раціонально використати для дослідження укрупнену модель системи " дорожні умови - транспортний потік - середовище".
Дорожні умови включають певну кількість геометричних параметрів та транспортно - експлуатаційних показників дороги, що впливають на рух автомобіля. Транспортний потік - це сукупність автотранспортних засобів, що керуються водіями і рухаються по дорозі." Середовище" - природні умови, в яких знаходиться дорога.
Між елементами системи " дорожні умови - транспортний потік - середовище" встановлені зв'язки, що представлені на рис 2.1. Схематично функціонування системи " ДУ-ТП-С" можна представити у вигляді графа станів (рис.2.2).
Рис.2.2. Граф станів системи " ДУ-ТП-С".
На рис.2.2. В позначаєтся стан дороги певної категорії, А - стан реконструйованої дороги.
Структурна схема системи " ДУ-ТП-С", що має базові параметри та вихідні параметри наведена на рис 2.3.
Вхідними параметрами системи, що розглядається, необхідно назвати всі елементи підсистеми " дорожні умови": дорожнє заокруглення, вертикальні криві, підйоми та спуски та елементи підсистеми " транспортний потік": інтенсивність, склад руху, швидкість руху.
Найважливішими вхідними параметрами по впливу на витрату пального та забруднення навколишнього середовища є радіуси вертикальних кривих, наявність видимості та ширина проїзної частини. Оскільки витрата пального на вертикальних кривих достатньо вивчена - в подальшому слід розглянути вплив радіусів горизонтальних кривих, видимості та ширини проїзної частини на витрату пального автомобілем та забруднення навколишнього середовища. Дорожні заокруглення є найбільш складними ділянками для економії пального автомобілями при проїзді по цим ділянкам. Схема складових частин елементу системи "дорожнє заокруглення " наведена на рис.2.4.
Рис.2.4. Складові частини елементу " дорожнє заокруглення".
Стан системи "ДУ - ТП - С" треба розглядати як сукупність базових ознак, що характеризують її надійність. Множину станів системи "ДУ - ТП - С" визначимо як М, причому М означає множину категорій дороги, а фазовий простір визначимо як F(М) - це перехід від одного стану дороги в інший якісний стан, що відповідає іншій категорії дороги. Перехід системи з одного в інший стан здійснюється, коли виконується умова хоча б одного з рівнянь:
(2.1)
де та - інтенсивність руху та її кінцеве значення , авт/год;
та - склад руху та його кінцеве значення;
та - природні фактори та їх кінцеве значення.
Стан системи " ДУ-ТП-С" характеризується дорожніми умовами, що відповідають категорії дороги, транспортним потоком, що складається з сукупності окремих автомобілів на дорозі, кожним з яких керує водій, а також станом навколишнього середовища. Зміна системи на інший стан буде моментом реконструкції дороги А. Перехід системи " ДУ-ТП-С" буде відбуватися повільно через зміну параметрів стану системи: ширини проїзної частини В, радіусів вертикальних кривих Rв , швидкості руху автомобіля V, розрахункової видимості S, тобто Аi =f (B, R, V, S). Всі ці параметри визначають стан системи. Новий стан системи впливає також на пропускну здатність дороги, безпеку руху автомобіля, витрату пального автомобілем, забруднення навколишнього середовища, що є експлуатаційними характеристиками дороги.
В подальшому доцільно аналізувати витрату пального автомобілем при проїзді по дорожнім заокругленням, що складаються з перехідних кривих.
Цільова функція формування дорожнього заокруглення може бути представлена у вигляді:
,
де Q - витрата пального автомобілем;
q - кількість забруднюючих речовин;
W - характеристична функція, що відповідає стану системи;
a i b - відповідно початкові і кінцеві точки кривої;
К - тип кривої;
R - радіус кривої;
? - кут повороту траси;
S - довжина кривої;
- фактичне значення стану системи;
- допустиме по показниках функціонування системи