Ocena zwrotności autobusów z uwzględnieniem stanów przejściowych ruchu

Transkrypt

1 Ocena zwrotnośc autobusów z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu technka Zbgnew Loza, Mchał Socha Słowa kluczowe: autobus, zwrotność, stany przejścowe ruchu. Streszczene W pracy ocenono zwrotność autobusów mejskch jedno dwuczłonowych, bez z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu. W stosunku do cytowanych prac, rozszerzono zakres oblczeń o stany przejścowe ruchu pojazdów, zwązane z fazą narastana spadku kąta obrotu kerowncy do wartośc wybranych przez kerowcę. Dla autobusów przegubowych uwzględnono skutk zjawska wleczena drugego członu pojazdu w faze do osągnęca stanu ruchu całego zestawu po torach o stałych promenach krzywzn. Na podstawe wykonanych oblczeń porównano najmnejsze szerokośc pasa skrętu pojazdu o kąt 90 oraz powerzchne obszarów zajmowanych przez autobus w trakce tego manewru. Wskazano na stotny wpływ stanów przejścowych ruchu na wykorzystywane mary zwrotnośc pojazdu. Wprowadzene Zwrotność to cecha mająca stotne znaczene w przypadku pojazdów poruszających sę w obszarze o hstorycznej zabudowe, po drogach ulcach o dużych krzywznach ogranczonych wymarach. Te cechy nfrastruktury utrudnają wykonywane manewrów, w tym zwłaszcza zawracana skrętów pod dużym kątem. Dotyczy to szczególne autobusów mejskch, autokarów turystycznych, samochodów wykorzystywanych w budownctwe, pojazdów służb mejskch nterwencyjnych. Nnejsza praca rozwja wątek zwrotnośc pojazdów omawany wcześnej w pracach [, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,, 2, 3], w tym zwłaszcza autobusów mejskch [3]. Ma on szczególne znaczene dla samochodów o dużych gabarytach oraz dla pojazdów członowych. W stosunku do poprzednch prac, rozszerzono zakres oblczeń o stany przejścowe ruchu pojazdów, zwązane z fazą narastana spadku kąta obrotu kerowncy do wartośc wybranych przez kerowcę. Dla autobusów przegubowych uwzględnono skutk zjawska wleczena drugego członu pojazdu w faze do osągnęca stanu ruchu całego zestawu po torach o stałych promenach krzywzn. Na podstawe wykonanych oblczeń możlwe jest porównane najmnejszej szerokośc pasa skrętu pojazdu o kąt 90 oraz powerzchn obszarów zajmowanych przez autobus w trakce tego manewru.. Zwrotność pojazdów drogowych Zwrotność pojazdu defnuje sę jako zdolność do wykonywana skrętów o małym promenu [, 2]. Marą zwrotnośc jest też najmnejsza szerokość skrętu pojazdu o kąt 90. Jest to najmnejsza odległość mędzy dwoma param równo oddalonych, równoległych płaszczyzn ponowych, ustawonych pod kątem prostym do sebe, mędzy którym samochód może skręcć o kąt 90 []. Zwrotność samochodu zależy przede wszystkm od jego wymarów konstrukcj układu kerownczego. Z punktu wdzena knematyk, rozpatruje sę ruch płask rzutu pojazdu na pozomą płaszczyznę drog. Jest on złożenem ruchu postępowego ruchu obrotowego. Do jego opsu wykorzystuje sę najczęścej tzw. model Ackermanna, w którym pomjane są kąty bocznego znoszena kół jezdnych []. Toczą sę one po okręgach współśrodkowych. Przedłużena wszystkch os kół przecnają sę w jednym punkce, zwanym środkem skrętu. Koła kerowane mają różne kąty skrętu określone zależnoścą Ackermanna, zwaną także zależnoścą kotangensów [, ]. Dla ułatwena analzy wspomnanego ruchu płaskego pojazdu, wykorzystuje sę tzw. model rowerowy (zwany też modelem motocyklowym ), w którym dwa koła danej os są zastępowane jednym kołem położonym w środku rozstawu kół tej os. 2. Model ruchu płaskego autobusu jednoczłonowego dwuczłonowego Wykorzystano modele ruchu płaskego autobusu jednoczłonowego dwuczłonowego, zbudowane wcześnej w zespole, z którego pochodzą autorzy. Przedstawają je rys. 2. Punkty obrysowe oznaczono symbolam C, C2,, C2. zuty środków kół jezdnych to F, F2,, F6 a rzuty środków kół modelu rowerowego to A, B, G. O jest chwlowym środkem skrętu dla stanu ustalonego skrętu, gdy promene torów wymenonych punktów są stałe. Symbole D, D, D2, Cp, =,4 oznaczają wymary, określające położene wzdłużne os jezdnych. L jest długoścą pojazdu. a to jego szerokość. αw, αz, α to kąty skrętu kół kerowanych a to promeń toru ruchu punktu modelu. Indeks tego oznaczena (np. B w B) wskazuje na dany punkt na schematach model. ys. 2 defnują też zaznaczone na nch kąty Φ, Ω τ. W pracach [3, 6] przedstawono zależnośc określające promene toru ruchu punktów charakterystycznych, w tym także obrysowych, zaznaczonych na rys. 2, dla ustalonych warunkach ruchu, gdy ch wartośc są stałe. AUTOBUSY 8/206 3

2 Technka ys.. Model ruchu autobusu jednoczłonowego z newelką prędkoścą dla stanu ustalonego skrętu, gdy promene torów wskazanych punktów są stałe (na podstawe [3]) ys. 2. Model ruchu autobusu dwuczłonowego (przegubowego) z newelką prędkoścą dla stanu ustalonego skrętu, gdy promene torów wskazanych punktów są stałe (na podstawe [3]) 3. Wprowadzene opsu stanów przejścowych ruchu 32 AUTOBUSY 8/206

3 technka Skręt kół kerowanych ne pownen odbywać sę przy zerowej prędkośc ruchu, gdyż wymaga to dużych sł w układze zwrotnczym, co przyspesza zużyce przegubów przekładn kerownczej. zeczywsty ruch pojazdu na zakręce drog można podzelć na trzy fazy [2], przedstawone na rys. 3. Wprowadzene samochodu z ruchu prostolnowego w ruch krzywolnowy z ruchu krzywolnowego w prostolnowy pownno odbywać sę stopnowo. Czas tn określa okres narastana spadku kąta obrotu kerowncy αk. Perwsza faza zaczyna sę w chwl rozpoczęca skrętu kół kerowanych kończy sę po czase tn, w chwl uzyskana przez ne maksymalnej wartośc kąta skrętu. Na początku tej fazy promeń skrętu pojazdu jest neskończene duży, a na końcu osąga swą mnmalną wartość. W drugej faze pojazd porusza sę po krzywej o najmnejszym możlwym promenu. Określa ją czas utrzymywana przez kerowcę maksymalnych wartośc skrętu kół kerowanych. Trzeca faza rozpoczyna sę o czas tn przed wejścem środkowego punktu przednej os pojazdu na prostą, określającą dalszy kerunek jazdy. Od tej chwl kąt skrętu kół zaczyna zmnejszać sę do zera, a promeń skrętu rośne do neskończonośc [2]. Kształt krzywych przejścowych w perwszej trzecej faze skrętu zależne są od stosunku prędkośc kątowej skrętu kół kerowanych postępowej prędkośc ruchu. Na podstawe obserwacj oraz zapsów rzeczywstych czasów wykorzystywanych przez kerowców autobusów mejskch na obrót koła kerowncy, przyjęto w oblczenach, że średn czas obrotu koła kerowncy tn wynos 2,5 sekundy. Aby uwzględnć stopnowe narastane kąta skrętu kół wprowadzono do oblczeń ops teracyjny stanu przejścowego od ruchu prostolnowego do ruchu po okręgu oraz od ruchu po okręgu do ruchu prostolnowego. Do wyznaczena algorytmu opsującego stan przejścowy ruchu posłużono sę modelem pojazdu dwuosowego motocyklowego []. Zastosowano algorytm przyrostowy, w którym narasta kąt odchylena pojazdu Ψ. w przyblżenu metodą kolejnych małych przemeszczeń na podstawe stanu ruchu określonego o jeden krok wcześnej. Wprowadzono następujące założena: na początku, w stane zerowym, pojazd ma koła ustawone do jazdy na wprost; kerowca wykonuje manewr skrętu utrzymując stałą wartość prędkość narastana kąta obrotu kerowncy; pojazd porusza sę ze stałą prędkoścą ne wększą nż 0 km/h. Ponżej przedstawono wzory określające położene poszczególnych punktów charakterystycznych badanego modelu pojazdu, przedstawonego na rys Dla = (rys. 4): xs = ys = 0 xb = 0 yb = -B v Ψ = s Δt D B = SB = () tgα Należy pamętać, że stanow określonemu punktam B, A, B, α odpowada kąt odchylena pojazdu Ψ. Chwlowy środek obrotu S odpowada punktom A B. Dla 2 (rys. 4): D v B = S B = Ψ = Ψ + Δt tgα xb = xs- + B- snψ- (3) yb = ys- B- cosψ- (4) xs = xb B snψ- (5) ys = yb + B cosψ- (6) s (2) ys. 3. Ilustracja trzech faz ruchu: stanu przejścowego od ruchu prostolnowego do ruchu po okręgu (faza I), ruchu po okręgu (faza II) stanu przejścowego od ruchu po okręgu do ruchu prostolnowego (faza III) Analogczny algorytm wykorzystano do oblczeń odnoszących Punkt B, który jest środkem os tylnej, zakreśla tzw. traktrysę, sę do trzecej fazy ruchu pojazdu. Stan przejścowy od ruchu po krzywą cągnoną [8]. Położene tego punktu można oblczyć okręgu do ruchu prostolnowego jest to czas od rozpoczęca AUTOBUSY 8/206 33

4 Technka zmnejszana kąta skrętu kół kerowanych do wprowadzena wszystkch punktów charakterystycznych pojazdu na zadany tor ruchu. Skręt kół kerowanych zmena sę od maksymalnej wartośc do zera, a promeń skrętu od mnmalnej wartośc do neskończonośc. Moment rozpoczęca trzecej fazy ruchu dobera sę tak, aby kąt Ψ ne przekroczył kąt Wykorzystane metody teracyjnej do oceny najmnejszej szerokośc pasa skrętu autobusu jedno- dwuczłonowego o kąt 90 z uwzględnenem bez uwzględnana stanów przejścowych ruchu Jak już wspomnano, najmnejsza szerokość pasa skrętu o kąt 90 jest to najmnejsza odległość mędzy dwoma param równo oddalonych, równoległych płaszczyzn ponowych, ustawonych pod kątem prostym do sebe, mędzy którym pojazd może skręcć o kąt 90 []. Do jej oblczeń zastosowano algorytmy opsane w pracy [3]. punktów tego pola odpowadających danej wartośc współrzędnej y-owej. Na podstawe rys. 5 można stwerdzć, że pole prostokąta o bokach równoległych do os układu Oxy, opsanego na obszarze zajmowanym przez autobus w trakce manewru, jest znaczne wększe dla przypadku uwzględnana stanów przejścowych ruchu (obszar oznaczony kolorem 2) nż bez jego uwzględnana (obszar oznaczony kolorem ). ys. 4. Schemat przedstawający model motocyklowy pojazdu dla trzech perwszych kroków oblczeń teracyjnych Wykorzystano dane autobusu jednoczłonowego o długośc 2 metrów autobusu dwuczłonowego o długośc 8 metrów. Są to pojazdy bardzo często eksploatowane w komunkacj publcznej polskch mast. Ze względu na brak zgody producentów autobusów, w pracy ne zostaną podane ch nazwy handlowe. Dane pojazdów uzyskano z ogólnodostępnych źródeł [4, 5]. Na rys. 5 przedstawono obszary zajmowane przez autobus jednoczłonowy w obu wersjach manewru skrętu o kąt 90 (bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu oraz z ch uwzględnenem). Założono, że manewr rozpoczyna sę z tego samego mejsca. Wykonane oblczena wskazują, że stany przejścowe ruchu mają mało znaczący wpływ na najmnejszą szerokość pasa skrętu autobusu jednoczłonowego. Uzyskane wynk to 6,936 m bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu oraz 7,200 m z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu. W warunkach ruchu po drodze kerowca mus jednak wcześnej rozpocząć manewr skrętu pole obszaru zajmowanego przez autobus wykonujący manewr z uwzględnenem stanu przejścowego (obszar ten oznaczono kolorem nr 2) jest wększe. Wynka to główne z wększych wartośc współrzędnej x-owej ys. 5. Porównane obszarów zajmowanych przez autobus jednoczłonowy podczas skrętu o kąt 90 bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu (kolor nr ) oraz z ch uwzględnenem (kolor nr 2). Obszar oznaczony kolorem nr 3 oznacza część wspólną obszarów oznaczonych koloram 2 Analogczne wynk dla autobusu dwuczłonowego zaprezentowano na rys. 6. Najmnejsza szerokość pasa skrętu z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu wynos 7,550 m (obszar oznaczony kolorem 2). Jest to lepszy wynk nż dla oblczeń bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu (obszar oznaczony kolorem ), dla których najmnejsza szerokość pasa skrętu wynos 8,876 m. Wynka to ze znaczne węższego obszaru wycnka drog zajmowanego przez pojazd (obszar oznaczony kolorem 2), mmo dłuższej drog jaką on przebywa. Powerzchna obszaru zajmowanego przez autobus dwuczłonowy bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu jest wększa nż z ch uwzględnenem. Jednak, podobne jak w przypadku autobusu jednoczłonowego, w warunkach ruchu po drodze, kerowca mus wcześnej rozpocząć manewr skrętu pole prostokąta o bokach równoległych do os układu Oxy, opsanego na obszarze zajmowanym przez autobus w trakce manewru z uwzględnenem stanu przejścowego (kolor 2) jest dużo wększe. Dla oblczeń uwzględnających stany przejścowe ruchu, oprócz założeń początkowych, jak czas wykorzystywany przez kerowcę na obrót kołem kerowncy, czy prędkość pojazdu, bardzo ważnym elementem jest moment rozpoczęca manewru. Zależy on ścśle od rodzaju skrzyżowana, sytuacj na drodze oraz od ndywdualnych umejętnośc kerowcy. 34 AUTOBUSY 8/206

5 technka ys. 6. Porównane obszarów zajmowanych przez autobus dwuczłonowy podczas skrętu o kąt 90 bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu (kolor ) oraz z ch uwzględnenem (kolor 2). Obszar oznaczony kolorem 3 oznacza część wspólną obszarów oznaczonych koloram 2 Podsumowane Zwrotnośc ma stotne znaczene dla pojazdów o dużych gabarytach oraz dla pojazdów członowych. W pracy przedstawono porównane mar zwrotnośc autobusów jedno dwuczłonowych bez z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu. Zwrotność pojazdu bez uwzględnena stanów przejścowych ruchu zależy przede wszystkm od jego wymarów oraz od maksymalnych skrętów kół kerowanych. W oblczenach uwzględnających stany przejścowe ruchu, poza rozmarem pojazdu, ważne są take parametry jak prędkość pojazdu podczas manewru oraz czas wykorzystywany przez kerowcę na obrót koła kerowncy do uzyskana maksymalnych kątów skrętu kół kerowanych. Ponadto, w oblczenach najmnejszej szerokośc pasa skrętu z uwzględnenem stanów przejścowych ruchu, stotnym jest wybór momentu rozpoczęca manewru. Bbografa. Arczyńsk S., Mechanka ruchu samochodu, Wydawnctwa Naukowo-Technczne. Warszawa 993 r. 2. Dawdowcz L.N., Projektowane obektów zaplecza techncznego transportu samochodowego. WKŁ, Warszawa Loza Z., Pudło J., Nekompatyblność wymarowa elementów nfrastruktury drogowej mast autobusów, jako możlwe zagrożene bezpeczeństwa ruchu pojazdów. Paragraf na drodze. Numer specjalny, paźdzernk 20 r. Wydawnctwo Ekspertyz Sądowych w Krakowe. ISSN , s Loza Z., Smńsk P., Analza quasstatyczna ruchu po okręgu pojazdu trzyosowego czteroosowego. Opracowane wewnętrzne. WITPS, Sulejówek Loza Z., Smńsk P., Ocena zwrotnośc weloosowych pojazdów kołowych. Materały Mędzynarodowej Konferencj Naukowej "Transport XXI weku". Warszawa, , s Loza Z., Tursk K., Analza zwrotnośc pojazdu czteroosowego. Autobusy. Technka, eksploatacja, systemy transportowe. Nr 6/204. Str. 3 + plus tekst *.pdf na płyce CD (s ). 7. Loza Z., Zdanowcz P., Ocena możlwośc zwększena zwrotnośc dwuosowego samochodu cężarowego. Zeszyty Instytutu Pojazdów Poltechnk Warszawskej. Zeszyt 2(49)/2003, s Młynarsk T., Trzaska W., Wyznaczane torów jazdy przyczep pocągów drogowych. Archwum Motoryzacj. 998, nr /2, s Młynarsk T., Lstwan A., Trzaska W., Analza wpływu podstawowych wymarów autobusów przegubowych na ch wybrane parametry ruchu. Zeszyty Naukowe Poltechnk Łódzkej, Fla w Belsku-Bałej. ok 996, nr 28. Budowa eksploatacja maszyn. Zeszyt 23, s PN-94/S-020 Pojazdy samochodowe przyczepy. Wymary. Termny defncje.. Prochowsk L., Mechanka uchu. Wydawnctwa Komunkacj Łącznośc. Warszawa Prochowsk L., Żuchowsk A., Samochody cężarowe autobusy. Wydawnctwa Komunkacj Łącznośc. Warszawa Smńsk P., Badana zwrotnośc pojazdów kołowych w trakce ruchu po sztywnym podłożu. ozprawa doktorska. Poltechnka Warszawska, Wydzał Transportu (data dostępu ) 5. (data dostępu: ) 6. Program komputerowy Graph 4.4.2, Copyrght Ivan Johansen, (data dostępu: ) Autorzy: Prof. dr hab. nż. Zbgnew Loza - Wydzał Transportu Poltechnk Warszawskej Inż. Mchał Socha - Wydzał Transportu Poltechnk Warszawskej atng maneuverablty of buses wth ncluson of transent states of vehcle moton The study rated maneuverablty of one- and two-part buses. Authors took nto account the transent states of vehcle moton. In relaton to the cted works they extended the scope of the calculaton of transent vehcle moton assocated wth the phase of rse and fall n steerng angle to the value selected by the drver. For two-part buses (artculated) buses they took nto account the draggng effects of the traler durng the vehcle moton phase before t acheves a state of moton of the whole set on tracks wth fxed rad of curvature. On the bass of the calculatons t was possble to calculate the smallest wdth of the lane when turnng vehcle at an angle of 90 deg as well as the surface areas occuped by the bus durng ths maneuver. Authors ndcated a sgnfcant effect of transent states of vehcle moton durng turnng maneuver. Key words: cty bus, maneuverablty, transent states of vehcle moton. AUTOBUSY 8/206 35