Embed Size (px)
Citation preview
ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΕΠΙΒΑΤΗΓΩΝ ΚΑΙ
ΔΙΑΞΟΝΙΚΩΝ ΒΑΡΕΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΑΝΩΦΕΡΕΙΕΣ
Στέργιος Μαυροµάτης
Επίκ. Καθηγητής ΤΕΙ Αθήνας
Σπύρος Παλάσκας ATM
Βασίλης Ψαριανός Καθηγητής ΕΜΠ
Κυκλοφορία Βαρέων Οχηµάτων σε Αυξηµένες Κλίσεις
l µειώνει ► επίπεδο εξυπηρέτησης οδού ► επίπεδο οδικής ασφάλειας
Προσδιορισµός Ταχύτητας σε Υπεραστικές Οδούς Δύο Λωρίδων Κυκλοφορίας l γεωµετρία οδού
► οριζόντια ■ ευθυγραµµίες ■ καµπύλες
► κατακόρυφη ■ κλίση
l δυναµικά χαρακτηριστικά οχήµατος ► λόγος βάρους / ιπποδύναµη (W/hp)
Προσδιορισµός Ταχύτητας σε Ευθυγραµµίες (υπεραστικές οδοί δύο λωρίδων) l µήκος της ευθυγραµµίας
l ακτίνα της οριζόντιας καµπύλης ► προ και µετά του ευθύγραµµου τµήµατος
Προσδιορισµός Ταχύτητας σε Οριζόντιες Καµπύλες (υπεραστικές οδοί δύο λωρίδων) l ακτίνα της καµπύλης
l µήκος της ευθυγραµµίας
l επίκλιση
l ελικτότητα
l µήκος της καµπύλης
l στοιχεία της διατοµής
Πρότυπα Προσδιορισµού Λειτουργικής Ταχύτητας (τύποι οχηµάτων)
l επιβατηγά οχήµατα (κυρίως)
l βαρέα οχήµατα
Προσδιορισµός Ταχύτητας Βαρέων Οχηµάτων l παράµετροι
► λόγος βάρους / ιπποδύναµη (W/hp) ► κλίση οδού
l υφιστάµενες οδηγίες σχεδιασµού οδών ► κρίσιµο µήκος κλίσης (AASHTO) για έλεγχο
■ µείωσης ταχυτήτων βαρέων οχηµάτων ■ επιπέδου εξυπηρέτησης οδού
δεν συνεκτιµάται ► συνδυασµένη επίδραση της οριζόντιας και κατακόρυφης γεωµετρίας
► κατάσταση της επιφάνειας της οδού
Μοντέλα Προσδιορισµού της Ταχύτητας Διαξονικών Οχηµάτων l κίνηση οχήµατος ως συνισταµένη τριών τροχιών ► διαµήκους ► εγκάρσιας ► κάθετης
l καθώς και τριών περιστροφικών τροχιών ► γύρω από τον κάθετο (yaw) ► το διαµήκη (roll) ► εγκάρσιο (pitch) στο όχηµα άξονα
Αντικείµενο Εργασίας
l ανάπτυξη δυναµικού µοντέλου προσδιορισµού της ταχύτητας διαξονικών οχηµάτων ► τρισδιάστατη επιφάνεια κύλισης
■ κίνηση σε ανωφέρειες ► κατάσταση οδοστρώµατος
■ διατιθέµενη πρόσφυση ► ανθρώπινος παράγοντας
■ δυνατότητα εκµετάλλευσης της διαθέσιµης ιπποδύναµης από τον οδηγό
όχηµα
οδός
ελαστικό
δυναµικό µοντέλο • ανάλυση δυνάµεων σε τρισδιάστατη επιφάνεια κύλισης • προσδιορισµός απαίτησης σε πρόσφυση και στις δύο διευθύνσεις • προσδιορισµός οριακών συνθηκών ολίσθησης οχήµατος • προσδιορισµός µεταβολής ταχύτητας
ανάλυση συµπεράσµατα
• ταχύτητα • ιπποδύναµη • άξονας κίνησης • µάζα οχήµατος, µάζα άξονα • θέση ΚΒ • µετωπική αντίσταση, άνωση • µεταξόνιο, πλάτος άξονα • ύψος κέντρου περιστροφής • ακαµψία αναρτήσεων • ακαµψία ελαστικών • συνθήκες φόρτωσης
R, s, e
διατιθέµενη πρόσφυση διαµήκης - εγκάρσια
Σύστηµα Αξόνων
l τρισδιάστατο κινούµενο σύστηµα αξόνων
Εφαρµογή Νόµων Μηχανικής
επίπεδο x-z
lflrL /R
L
fα θβ
β
α
Ur
Uf
S fS r
mVR
2
XY
fV
Vr
Vf
R
r
et
P
P
Ii
Oi
RC
CGhBR
SOi
SIi rih
Z
Y
επίπεδο y-z
επίπεδο x-y
Διαθέσιµη Προωθητική Ροπή του Οχήµατος
nvP6.745Fx =
όπου:
Fx : δύναµη προωθητικής ροπής στον κινητήριο άξονα (Ν)
P : διαθέσιµη ιπποδύναµη στον κινητήριο άξονα (hp)
n : συντελεστής εκµετάλλευσης της ιπποδύναµης (%/100)
Διαφορική Έκφραση Μεταβολής της Ταχύτητας Συναρτήσει του Διαστήµατος
όπου:
a(v) : επιτάχυνση v : ταχύτητα (m/sec) t : χρόνος (sec) ss : διάστηµα (m)
vva
dsdvs
)(=dt
dv)v(a =
dtds
=v s
όχηµα οδός ελαστικό
αρχική ταχύτητα (Vo) ικανότητα οδηγού (effic)
βήµα υπολογισµού διαστήµατος
έλεγχος ολίσθησης ανά τροχό
Vi , di
n=n+i
n=n-i
Οχήµατα Εφαρµογής
W/hp = 122kgr/kW (200lb/hp)
P = 100hp
Παράµετροι Οχηµάτων Εφαρµογής
L (m) tf (m) tr (m) m (kgr) lf (m) h (m) Kφf (Nm/rad) Kφr (Nm/rad) Caf (kp/rad) Car (kp/rad) muf (kgr) mur (kgr) hRf (m) hRr (m) rdyn (m) Af (m ) cN cd P (hp)
19t αφόρτωτο
3.800 2.012 1.804 5855 1.226 1.200
453711 453711
13634.1 3247.0
425 341
0,530 0,530 0,500 6.188 0,360 0,900 216.2
19t φορτωµένο
3.800 2.012 1.804
19700 2.508 2.013
453711 453711
23026.0 22348.8
425 341
0,530 0,530 0,500 6.188 0,360 0,900 216.2
µεσαίο επιβατηγό
2,770 1,480 1,440 1435 1,302 0,635
26241 19423 3573.0 3284.9
105 110
0.040 0.080 0.295 2.030 0.120 0.290
100
µεταξόνιο οχήµατος πλάτος εµπρόσθιου άξονα πλάτος οπίσθιου άξονα µάζα οχήµατος µήκος εµπρόσθιου άξονα από το ΚΒ ύψος του ΚΒ της ολικής µάζας οχήµατος ακαµψία ανατροπής άξονα (έµπρ.) ακαµψία ανατροπής άξονα (οπίσθ) συντελεστής ακαµψίας ελαστικού (έµπρ.) συντελεστής ακαµψίας ελαστικού (οπίσθ) µάζα άξονα (έµπρ.) µάζα άξονα (οπίσθ.) ύψος κέντρου ανατροπής (έµπρ.) ύψος κέντρου ανατροπής (οπίσθ.) δυναµική ακτίνα τροχού εµπρόσθια µετωπική επιφάνεια αεροδυναµικός συντελεστής άνωσης αεροδυναµικός συντελεστής µετ. επιφ. διαθέσιµη ιπποδύναµη στους τροχούς
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
0 300 600 900 1200 1500
V (k
m/h
)
Απόσταση (m)
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ - ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ
ΔΙΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΗΓΟ
(ΦΟΡΤΩΜΕΝΟ) Vo=88km/h, R=1000m, e=2.5%, s=8%
AASHTO-04
Gillespie -86
FHWA -89
AASHTO (model)
Gillespie (model)
FHWA (model)
-94
Εφαρµογή Μοντέλου
l γεωµετρία ► οριζόντια (3 τιµές ακτίνων)
■ τεταµένη καµπυλότητα (R=800m) ■ έντονη καµπυλότητα (R=233m)
► κατακόρυφη γεωµετρία (4 τιµές κλίσης) ■ ήπια κλίση (s=0%) ■ έντονη κλίση (s=8%)
l διατιθέµενη πρόσφυση οδοστρώµατος ► δυσµενής πρόσφυση (fTmax=1.10fTg) ► ευµενής πρόσφυση (fTmax=1.45fTg)
l εκµετάλλευση διαθέσιµης ιπποδύναµης από τον οδηγό ► πλήρης (effic=100%) ► µερική (effic=80%)
80
85
90
95
100
105
110
0 250 500 750 1000 1250 1500
V (k
m/h
)
Απόσταση (m )
s=0% (effic.=100%)
s=4% (effic.=100%)
s=8% (effic.=100%)
s=0% (effic.=80%)
s=4% (effic.=80%)
s=8% (effic.=80%)
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ - ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ Μεσαίο Επιβατηγό Όχηµα (FWD) R=233m, e=8%, P=100hp (ΟΔΟΣΤΡΩΜΑ ΔΥΣΜΕΝΟΥΣ ΠΡΟΣΦΥΣΗΣ)
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 250 500 750 1000 1250 1500 Απόσταση (m)
V (k
m/h
)
s=0% (effic.=100%) s=4% (effic.=100%) s=8% (effic.=100%) s=0% (effic.=80%) s=4% (effic.=80%) s=8% (effic.=80%)
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ - ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ Διαξονικό Φορτηγό 19t (φορτωµένο) R=800m, e=2%, P=216hp (ΟΔΟΣΤΡΩΜΑ ΔΥΣΜΕΝΟΥΣ ΠΡΟΣΦΥΣΗΣ)
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0 250 500 750 1000 1250 1500
V (k
m/h
)
Απόσταση (m)
s=0% (effic.=100%)
s=4% (effic.=100%)
s=8% (effic.=100%)
s=0% (effic.=80%)
s=4% (effic.=80%)
s=8% (effic.=80%)
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ - ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ Διαξονικό Φορτηγό 19t (αφόρτωτο) R=800m, e=2%, P=216hp (ΕΥΜΕΝΗΣ ΠΡΟΣΦΥΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ)
30
40
50
60
70
80
90
100
0 250 500 750 1000 1250 1500
V (k
m/h
)
Απόσταση (m)
s=0% (effic.=100%)
s=4% (effic.=100%)
s=8% (effic.=100%)
s=0% (effic.=80%)
s=4% (effic.=80%)
s=8% (effic.=80%)
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ - ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ Διαξονικό Φορτηγό 19t (αφόρτωτο) R=800m, e=2%, P=216hp (ΔΥΣΜΕΝΗΣ ΠΡΟΣΦΥΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ)
l επιβατηγό όχηµα ► διατηρείται η αρχική ταχύτητα (88 km/h) µετά την είσοδο σε τµήµα µε υψηλή τιµή κατά µήκος κλίσης
l διαξονικό φορτηγό ► συνθήκες “φόρτωσης”
■ n=100% ■ P κρίσιµο µέγεθος
► συνθήκες “µη φόρτωσης” ■ n<100% ■ εξέταση κίνησης οχήµατος σε συνθήκες οριακής ολίσθησης
Αποτελέσµατα Εφαρµογής Μοντέλου (1/3)
Αποτελέσµατα Εφαρµογής Μοντέλου (2/3) Διαξονικό Φορτηγό
l περίπτωση “φόρτωσης” ► συνθήκες πρόσφυσης του οδοστρώµατος
■ δεν επηρεάζουν την ταχύτητα του οχήµατος ► επιρροή της ικανότητας του οδηγού
■ για ίδιες τιµές κατά µήκος κλίσης οι τελικές ταχύτητες ανάβασης διαφέρουν 7 έως 10 km/h
► επιρροή της οριζόντιας χάραξης ■ κρίσιµη µόνο σε χαράξεις έντονης καµπυλότητας σε σχεδόν µηδενικές κλίσεις (µείωση της ταχύτητας περίπου 15km/h)
Αποτελέσµατα Εφαρµογής Μοντέλου (3/3) Διαξονικό Φορτηγό
l περίπτωση “µη φόρτωσης” ► συνθήκες πρόσφυσης του οδοστρώµατος
■ τελικές ταχύτητες ανάβασης, στην ίδια οριζόντια γεωµετρία, διαφέρουν
– 7 km/h (s= 0%) – 12km/h (s=4%) – 16km/h (s=8%)
► επιρροή της οριζόντιας χάραξης ■ τελικές ταχύτητες ανάβασης, σε ήπιες τιµές κλίσης διαφέρουν
– 20km/h (s=0%) – 12km/h (s=4%)
l δυνατότητα προσδιορισµού της µεταβολής στην ταχύτητα οποιουδήποτε οχήµατος (διαξονικού) σε συνδυασµούς παραµέτρων ► γεωµετρίας οδού ► πρόσφυσης οδοστρώµατος
Συµπεράσµατα (1/2)
Συµπεράσµατα (2/2)
ανάπτυξη ευρέως αποδεκτού πλαισίου ανάκτησης – απώλειας τιµών ταχύτητας l διατήρηση του επιπέδου της οδικής ασφάλειας σε επιθυµητή στάθµη ► ζητήµατα προς διερεύνηση
■ προσδιορισµό αντιπροσωπευτικών τιµών ιπποδύναµης – ηλικία – χρήση – συντήρηση
■ λήψη περιοριστικών µέτρων φόρτωσης των οχηµάτων σε ορισµένα οδικά τµήµατα
■ ανθρώπινος παράγοντας
