автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Совершенствование методов исследования безопасности движения с учетом вариативности коэффициента сцепления макрошероховатых дорожных покрытий

На нравах рукописи

Сухов Алексей Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ВАРИАТИВНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ МАКРОШЕРОХОВАТЫХ ДОРОЖНЫХ

ПОКРЫТИЙ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2014

005551492

005551492

Работа выполнена на кафедре «Транспортное строительство» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. и кафедре «Автомобили и технологические машины» Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Научный руководитель Кочетков Андрей Викторович

доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты: Алексиков Сергей Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», кафедра «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений», заведующий.

Клепик Николай Константинович, кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, кафедра «Автомобильный транспорт», доцент.

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный

университет архитектуры и строительства».

Защита состоится б июня 2014 г. в 10 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.028.03, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пл. В.И. Ленина, 28, к. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202803.html.

Автореферат разослан « 21 » пире-дй 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ляшенко Михаил ___ Вольфредович

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время в России продолжает оставаться актуальной проблемой высокая аварийность на автомобильных дорогах общего пользования. Уровень смертности в результате автомобильных аварий составляет более 20 человек на 100 тысяч жителей, что выше, чем в европейских странах. Эта проблема безопасности дорожного движения имеет статус государственной важности. Повышение безопасности дорожного движения предусматривает реализацию программного подхода к осуществлению мероприятий по снижению дорожной аварийности на основе ликвидации и профилактики возникновения опасных участков на существующей дорожной сети в сочетании с обеспечением маршрутной безопасности движения, приоритетного учета требований обеспечения безопасности движения при строительстве новых'дорог, стадийного улучшения транспортно-эксплуатационных качеств дорог с учетом наблюдаемого уровня аварийности.

При движении транспортных средств касательные и вертикальные воздействия от колес автомобилей на дорожное покрытие имеют динамический характер и переменны по величине, направлению и статистическим показателям (дисперсии и коэффициенту вариации); это определяет вариативность коэффициента сцепления и требует совершенствования методов исследования.

Степень разработанности темы исследования. Вопросами обеспечения безопасности дорожного движения занимались в НИЦ БДЦ МВД России, ФГУП «Научно-исследовательский центр по испытаниям и доводке автотранспорта», Федеральном дорожном агентстве, МАДИ (ГТУ), ОАО «ГИПРОДОРНИИ» ФГУП «РОСДОРНИИ», СПбГАСУ, ОАО «СОЮЗДОРНИИ », СГТУ и других организациях. Этим вопросам большое внимание уделяли М.Б. Афанасьев, В.Ф. Бабков, Е.М.Лобанов, В.В. Сильянов, Н.В. Быстрое, В.В.Столяров, М.М. Девятое! В.В. Улевский, В.А.Гудков, Ю.Я.Комаров, Н.К. Клепик, А.П.Васильев! В.В. Чванов, И.Ф. Живописцев, Б.Б.Анохин, В.В. Сапмин, James Migletz, Thomas Hedblom, Ludwig Eigenmann и другие учёные. Такие работы проводятся в Центральной лаборатории дорог и мостов Франции, специалистами Финляндии, Швеции, Канады и других стран.

Важность темы возросла после принятия Федеральных законов «О техническом регулировании», «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и технического регламента Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог», согласно которым оценка соответствия проводится с учетом возможности устранения или снижения рисков возникновения опасности для субъектов дорожного движения.

Поэтому тема повышения безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе анализа информации автоматизированной базы дорожных данных «Дорога» (АБДД «ДОРОГА») является актуальной.

Настоящая работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 годы» и государственных контрактов с Федеральным дорожным агентством по научному сопровождению обеспечения безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог.

Цель исследований: повышение безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе совершенствования методов исследования влияния вариативности коэффициента сцепления на изменение числа ДТП по причине дорожных условий с учетом геометрии макрошероховатых дорожных покрытий.

Задачи исследований:

1. Провести аналитический обзор существующей технической литературы и нормативного обеспечения с целью выявления основных влияющих факторов, снижающих показатели дорожного движения по причине дорожных условий (на примере изменения коэффициента сцепления).

2. Установить тенденции изменения показателей безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации АБДД «ДОРОГА».

3. Установить эффект изменения количества ДТП (ДУ) на участках автомобильных дорог с повышенным коэффициентом сцепления на основе применения эконометрического подхода с учетом данных АБДД «ДОРОГА».

4. Разработать множественную регрессионную модель влияния доминирующих влияющих факторов различной природы на изменение коэффициента сцепления.

5. Усовершенствовать методы нормирования дорожных покрытий с шероховатой поверхностью на основе применения новых показателей, методов и средств измерения.

6. Оценить эффективность мониторинга изменения коэффициента сцепления на федеральных автомобильных дорогах.

7. Разработать способ прямого измерения коэффициента сцепления.

Научная новизна:

1. Разработаны научное сопровождение и методология анализа информации о состоянии безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог в структуре автоматизированного банка дорожных данных АБДД «ДОРОГА».

2. Установлены тенденции изменения показателей безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации АБДД «ДОРОГА».

3. Предложена линейная регрессионная модель влияния доминирующих влияющих факторов различной природы на изменение коэффициента сцепления, которая позволяет определить коэффициенты относительного влияния с целью формирования эффективных мероприятий по повышению безопасности дорожного движения.

4. Установлен эффект снижения количества ДТП (ДУ) на участках автомобильных дорог с устроенным и шероховатыми поверхностными обработками на 2-6 % на основе применения эконометрической модели с факторами качественной природы.

5. Предложено использование расчетного метода И.П. Рабиновича для оценки изменения коэффициента сцепления при переезде колеса автомобиля с участ-

ка сегрегации на участок с повышенной разновысотностью выступов макрошероховатости.

6. Разработан способ прямого измерения коэффициента сцепления, основанный на применение портативного средства измерения с эксцентрично расположенной относительно вертикальной оси парой свободно вращающихся колес.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы определяется совершенствованием методов исследования безопасности дорожного движения с учетом вариативности коэффициента сцепления макрошероховатых дорожных покрытий.

Впервые предложена методика оценки коэффициентов относительного влияния геометрических факторов и параметров геометрии макрошероховатого дорожного покрытия на измерение коэффициента сцепления. Оценено изменение вертикального усилия взаимодействия колеса автомобиля при проезде по дорожному покрытию с участками сегрегации активных выступов макрошероховатости. Оценено влияние применения макрошероховатых поверхностных обработок на уменьшение числа дорожно-транспортных происшествий по данным о сети федеральных автомобильных дорог.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Проведены накопление и анализ информации по безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе АБДД «ДОРОГА». Проведена статистическая обработка результатов мониторинга изменения коэффициента сцепления на участках сети федеральных автомобильных дорог.

Методы н средства исследовании: методы обеспечения безопасности дорожного движения, контроля качества дорожных покрытий с шероховатой поверхностью, метрологического обеспечения, методы экспериментальных исследований и обработки статистических данных, методы испытаний транспортных средств и др.

Объект исследовании. Возможности повышения безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе анализа информации АБДД «ДОРОГА» на примере покрытий с повышенным коэффициентом сцепления.

Степень достоверности научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается хорошим согласованием результатов теоретического и вычислительного моделирования с результатами практических и экспериментальных работ, проверкой полученных моделей с реальным изменением входных и выходных параметров.

Исследование выполнено с учетом современных представлений о триботехнике автомобилей, с применением методов научных исследований и информационного обеспечения.

На защиту выносятся:

1. Научное сопровождение и методология анализа информации о состоянии безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог в структуре АБДД «ДОРОГА».

2. Перечень основных причин дорожных условий, сопутствующих росту количества дорожно-транспортных происшествий по причине дорожных условий на сети федеральных автомобильных дорог. Тенденции изменения показателей

безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации АБДД «ДОРОГА».

3. Структура эконометрической модели с факторами качественной природы (бинарными) для определения эффекта снижения количества ДТП (ДУ) на участках автомобильных дорог с дорожным покрытием с шероховатой поверхностью. Эффект снижения количества ДТП (ДУ) на участках автомобильных дорог с устроенными шероховатыми поверхностными обработками на 2-6 %.

4. Структура линейной регрессионной модели влияния доминирующих влияющих факторов различной природы на изменение коэффициента сцепления, которая позволяет определить коэффициенты относительного влияния.

5. Использование расчетного метода И.П. Рабиновича для оценки изменения коэффициента сцепления при переезде колеса автомобиля с участка сегрегации на участок с повышенной разновысотностью активных выступов макрошероховатости.

6. Способ прямого измерения коэффициента сцепления, основанный на применении портативного средства измерения с эксцентрично расположенной относительно вертикальной оси парой свободно вращающихся колес.

Апробация. Основные научные положения и результаты работ докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Разметка автомобильных дорог: инновации, техника, оборудование и материалы» (Саратов, 2007), на круглом столе «Применение инноваций в строительстве, ремонте и содержании конструкционных элементов мостовых сооружений (Санкт-Петербург, 2009), отраслевых совещаниях дорожников (Астрахань, Санкт-Петербург, Челябинск, 2008-2010), Всероссийском научно-техническом семинаре «Применение прогрессивных технических решений при строительстве автомобильных дорог» (Саратов, 2010), Всероссийской научно-технической конференции журнала «Строительные материалы» «ДОР-СМ-: Материалы для дорожного строительства» (Москва, 2009), Первой Международной научно-практической конференции «Инновации и исследования в транспортном комплексе» (Курган, 2013), Международной научной конференции «Строительство, дизайн, архитектура: разработка научных основ создания здоровой среды обитания» (Киров, 2013), научно-технических конференциях СГТУ, заседаниях кафедр «Транспортное строительство» СГТУ, «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ и «Автомобильный транспорт» ВГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 10 -в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых российских научных журналов, рекомендованных Минобрнауки России.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 158 наименований и приложений. Работа изложена на 180 страницах основного машинописного текста.

2 ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, дан краткий обзор содержания диссертации по главам.

В первой главе рассматриваются научные проблемы обеспечения безопасности дорожного движения на основе применения автоматизированных баз дорожных данных. Проведен анализ технической литературы и нормативно-методического обеспечения в этой области. Задачи АБДД «ДОРОГА» как основы комплексной системы управления состоянием федеральных автомобильных дорог и обеспечения безопасности дорожного движения по всей сети представлены на рис. 1.

й дороге | Общие ь а дачи Ремонт Прогноз Ддминистр Таблицы по общим показателям {¡И» Пойск «о комбинации параметров

Остаточный срок службы нежестких д/о Участки с удовлете. состоянием покрытия Тнпыпокрытиа Потребность в обустройстве Обустройство дорог в населенных пунктах Интенсивность, не соота. категории а/д ^Ь Потребность в противосрледных материалах Приведение протяжения дорог к 2 полосам Приведение протяжения дорог к 7 метрам

Количество и виды ДТП Наличие бартерных ограждений Наличие дорожных ¿нэков Обеспеченность дорог объектами сервиса Площадь дорог Пропускная способность Аварийность. КРС

Вывод участков ремонта

Уровни обеспечения безопасности движения

Рис. 1 - Основные задачи модернизированного АБДД «ДОРОГА»

Возникновение значительной части ДТП является следствием влияния отдельных неблагоприятных факторов дорожных условий или их сочетаний. В исследованиях условий движения выявлено косвенное влияние неблагоприятных дорожных факторов соответственно в 60-75 % и 47,3 % ДТП, причем было установлено, что влияние дорожных условий на процесс возникновения ДТП следует рассматривать в качестве фактора, стимулирующего ошибки водителей в выборе режима движения автомобиля, снижение надежности его работы ввиду неверного восприятия дорожных условий.

Официально регистрируемая ГИБДД доля ДТП, в которых неблагоприятные дорожные условия способствовали их возникновению, являлась стабильной в течение целого ряда лет, и, как правило, не превышала 12 % от всех ДТП, начиная с 2000 г., получила тенденцию к росту благодаря мерам по расширению учета несоответствия параметров автомобильных дорог нормам на проектирование (с 5,8 % в 1998 г. до 17,0 % в 2002 г.). В результате общая доля ДТП, связанных с дорожными условиями, например, на федеральных дорогах, превысила 20 %.

Из дорожных самыми частыми причинами ДТП являются скользкость, недостаточная ровность покрытия и факторы, зависящие от уровня содержания (табл. 1).

Таблица 1 - Причины ДТП по дорожным условиям

Элементы и характеристики дорог как причины дорожно-транспортных происшествий Дороги федеральные Другие дороги

Скользкое покрытие 60,3 45,1

Покрытие с неровностями 9,6 20,5

Плохое содержание дорог в зимнее время 7,6 4,7

Плохое содержание, недостаточная ширина или отсутствие обочин 6,0 6,1

Отсутствие знаков, разметки в необходимых местах, плохая видимость знаков днем и ночью 4,8 5,2

Сужение проезжей части дорожно-строительными'машинами или материалами, отсутствие ограждений в местах производства работ 2,7 4,4

Отсутствие карманов для остановки автобусов, тротуаров и пешеходных дорожек 1,4 1,5

Отсутствие удерживающих ограждений, большой уклон, малый радиус кривой в плане, несоответствие габаритов моста и др. 6,7 10,9

По итогам 2010 г. выявлено увеличение числа ДТП с сопутствующими дорожными условиями (далее ДТП (ДУ). Всего на автомобильных дорогах федерального значения произошло 2697 ДТП (ДУ), в сравнении с 2009 г. количество таких ДТП увеличилось на 21,8 %. Доля ДТП (ДУ) в общем объеме аварийности по сравнению с 2009 г. увеличилась и составила 11,9 % от общего числа ДТП совершенных на федеральной сети дорог. Величина показателя тяжести последствии ДТП (ДУ) по сравнению с 2009 г. практически не изменилась и составила 18,2 погибших на 100 пострадавших. Среднее значение плотности ДТП на автомобильных дорогах федерального значения в 2010 г. существенно не изменилось и составило 0,54 ДТП на 1 км в год. В 2010 г. на автомобильных дорогах федерального значения в соответствии с Правилами учета и анализа дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах Российской Федерации (взамен ВСН 15-87) было выявлено 2904 участка концентрации ДТП. По сравнению с 2009 г. число участков концентрации ДТП уменьшилось на 2,9 %. На участках концентрации ДТП произошло 6031 происшествие с пострадавшими, что на 9,8 % меньше по сравнению с 2009 г. К преобладающим видам ДТП на автомобильных дорогах федерального значения относятся: столкновения -36,6 % и опрокидывания - 32,0 %. В ДТП этих видов погибло 67,4 % человек и получили ранения 79,3 % человек (от общего числа соответственно погибших и раненых на федеральной сети дорог).

На участках автомобильных дорог федерального значения в пределах населенных пунктов в 2010 г. было совершено 6797 ДТП (29,9 % от общего числа ДТП), в том числе 949 ДТП (ДУ) (35,2 % от общего числа ДТП (ДУ)). В 2010 г. на автомобильных дорогах федерального значения сотрудниками ГИБДД было зарегистрировано 2697 ДТП (ДУ). На участках дорог вне населенных пунктов произошло76,5 % ДТП (ДУ), соответственно в их пределах 23,5 % ДТП (ДУ).

В качестве условий, сопутствующих совершению ДТП (ДУ) на автомобильных дорогах федерального значения, сотрудниками ГИБДД наиболее часто

регистрировались следующие транспортно-эксплуатационные показатели и характеристики автомобильных дорог: низкие сцепные качества покрытия - 29,5 %; несоответствие параметров дороги её категории - 14,5 %; недостаточное освещение - 13,3 %; плохая различимость горизонтальной разметки - 7,6 %; неровное покрытие - 7,2 %; отсутствие горизонтальной разметки - 5,7 %; обочина занижена по отношению к проезжей части - 5,3 %\ дефекты покрытия - 4,3 %; неудовлетворительное состояние обочин - 4,1 %; неисправное освещение - 2,8 %; отсутствие ограждений в необходимых местах - 2,5 %. Сведения о состоянии проезжей части в местах совершения ДТП (ДУ) представлены на рис. 2.

Мокрая ?дгря эненидя Свеж. улож. поь

обработка - ¿01«г

-^меженная ИЯВВиМ ' II В, 2009 I

Гололедица Обработанная ПГМ

со ДТП-ДУ, шт

Рис. 2 - Сведения о состоянии проезжей части в местах совершения ДТП (ДУ)

На основе математического моделирования (применения эконометрического подхода) установлен эффект снижения количества ДТП на участках с шероховатой поверхностной обработкой, устроенной на ряде участков федеральной и территориальной сети автомобильных дорог (2-6 %) с учетом информации отраслевого автоматизированного банка дорожных данных АБДД «ДОРОГА».

В этих условиях наиболее целесообразен метод определения соотношений между причинами - действующими факторами и их следствием, отвлекаясь от механизма возникновения каждой отдельной составляющей суммарной погрешности: х * = А (У } , и = 1,2,..., где Уя - вектор значений входных факторов системы их;,- выходное значение. Критерий оптимальности выбора модели: IV =А/|(Х -X )2| = ш1п. где Х„ - реальное отклонение выходного параметра,

М - математическое ожидание, {(х„)} - среднее.

При реализации эконометрического подхода используется следующая структура общей модели:

(О

Уп = ^ • (/-0 + А, ■ + - + \„ • %„, 2 {"о, °Ьг + - + "о;- I +

где- 5", & Р - преобразование абсолютного или относительного вида (обычного или логарифмического вида); А»..., К - весовые коэффициенты для количествен-

ных входных факторов; hD2......hD2, - весовые коэффициенты для манекенов бинарного вида; hD l,...,hD-, - весовые коэффициенты для манекенов светофорного вида.

Анализируя полученные коэффициенты уравнения регрессии, математическое ожидание, дисперсию и корреляционные соотношения, судят о степени влияния возмущающих факторов на значение выходного параметра. Согласно процедуре применения эконометрического подхода определяются весовые коэффициенты линейной регрессионной модели с включением бинарных переменных. Общая модель имеет следующий структурный вид:

У - h „ + h, ■ х. + h n , ■ D } . (2)

n 0 lin mn Dд i „ v>

где h(h..., h,.„ - весовые коэффициенты для количественных факторов, получаемые

методом наименьших квадратов; hD2,- коэффициенты для бинарных переменных.

Для эконометрики важно использование только линейных регрессионных уравнений, инструментальных и дополнительных качественных переменных. Используются специальные математические приемы разбиения области определения на участки аппроксимации, переход через логарифмы от абсолютных к относительным переменным, а также специфический прием структурирования модели по Дамми-переменным). Для результатов однофакторного эксперимента «интенсивность движения-количество ДТП» можно записать новый вид эконо-метрической модели классифицирования (таксонометрирования) однофакторного эксперимента:

У - (ai+bii)DMa2+b1i)D2+(ai+bii)DMa4+b4i)D4 +(a5+b5i)D5+...+(ak+ bki)Dk, (3) где: ak- значения центров группирования, bk- значения весовых коэффициентов (относительного влияния), i - номер экспериментального значения в текущей выборке, Dk - Дамми-переменная (бинарная переменная, равная 1, если этот уровень, и 0, если все остальное).

Такая эконометрическая модель отличается высоким уровнем содержательности - знак состояния входа и выхода установленные в модели соответствуют знакам состояния входа и выхода в реальности. Можно записать эконометриче-скую модель в виде

y=(l,33+bli)Dl+(0,87+b2i)D2+(0,48+b,i)Di+(0,33+b,i)D,+(0,27+lbi)Ds+ +(0,2+b6i)D5+(0,3+b7i)Dk . (4)

Подтверждена гипотеза В.В. Иванова, дано ее эконом'етрическое обоснование с определением Дамми-переменных - коэффициентов единого регрессионного уравнения для четырехуровневой аппроксимации.

По результатам анализа статистики ДТП на проанализированных участках федеральных и территориальных автомобильных дорог установлен качественный факт увеличения числа ДТП при использовании шероховатых поверхностных обработок. Суммарное число ДТП на модернизированных участках (около 100) сократилось с 645 до 627 случаев (на 2010 г.):

X = Ьа + b,Y u+...+ bpY ря - (0,02...0,06)DI1+|. (5)

В третьей главе проведена оценка влияния изменения коэффициента сцепления от изменения геометрических параметров макрошероховатости.

Безопасность движения автомобиля зависит от его тормозных свойств и от коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием. Коэффициент сцепления определяется при скольжении сблокированного колеса на скорости 60 км/ч при одновременном увлажнении покрытия.

Коэффициент сцепления шины автомобиля с поверхностью покрытия - это сложный физико-механический процесс взаимодействия катящейся по покрытию шины с поверхностью покрытия, выраженный контактными усилиями, предотвращающими проскальзывание шипы (буксование, переход на юз) в процессе движения относительно покрытия в плоскости контакта. Он зависит от большого количества влияющих факторов и параметров различной природы.

Моделирование взаимодействия колеса с дорожным покрытием при измерении коэффициента сцепления по ГОСТ 30413-96 подразумевает учет влияния доминирующих влияющих факторов системы ВАДС (водитель - автомобиль -дорога - среда). Определяемый по ГОСТ коэффициент сцепления является интегральной величиной, характеризующей взаимодействие элементов системы ВАДС. Классификация этих факторов приведена на рис. 3.

__Недорожные факторы

В - Водитель 1. Состояние водителя 2. Опыт 3. Качество и скорость принятия решения Автомобиль 1. Тип, размеры и вес 2. Динамические характеристики 3. Характеристики шины Среда 1 .Температура 2.0свещенность З.Влажность 4.3агрязненпость 5.3имняя скользкость

Характеристики участка дороги 1. Ровность, продольная и поперечная 2. Уклоны, подъемы, виражи, спуски 4- О" Дорожные факторы Метрологические фак-торы Дорожное покрытие 1. Материал покрытия 2. Текстура 3. Макрошероховатость 4. Микрошероховатость 5. Однородность

Измеряемые параметры 1. Коэффициент сцепления 2. Коэффициент скольжения 3. Макрошероховатость + Методы измерения 1. Прямой 2. Косвенный Средства измерения 1. ПКРС-2 2. ППК-МАДИ 3. Другие

Рис. 3 - Доминирующие факторы при определении коэффициента сцепления

Достоверность определения коэффициента сцепления согласно ГОСТ 30413-96 за счет оценки коэффициента скольжения обуславливается тем, что коэффициент скольжения в 1,5-2 раза меньше коэффициента сцепления.

Типовые графики полученных при диагностике федеральной сети автомобильных дорог данных с ПКРС-2У показаны на рис. 4.

сегрегация

Разновысотность

Рис. 4 - Определение коэффициента сцепления на установке ПКРС-2

Рис. 5 - Типовой случай влияния сегрегации на изменение коэффициента сцепления

Установлены увеличение погрешности измерения выходного сигнала, а также методическая неопределенность и условия возникновения недопустимой погрешности обработки измерительного сигнала. При разработке прямого метода оценки взаимодействия колеса транспортного средства и активного выступа мак-рошероховатого дорожного покрытия используются научные результаты И П Рабиновича. В отличие от исследований Д.С.Беляева этот метод применяется для оценки влияния участков шероховатой поверхностной обработки, которые испытали сегрегацию при ее устройстве или подверглись неравномерному износу Это возможно, когда на одном локальном участке, равном не менее половины отпечатка контакта шины и покрытия, активные высоты выступов находятся на одном уровне, а уже на следующем участке они расположены разновысотно. Типовой случай влияния сегрегации на изменение коэффициента сцепления (вертикального ускорения) представлен на рис. 5.

Когда переход от горизонтального участка к криволинейному совершается резко в этой точке траектория имеет две различные касательные. Плавный переход имел бы место, если между неровностью и наезжающим на нее колесом автомобиля была плавная переходная кривая с радиусом кривизны большим радиуса Я колеса. Это условие может быть использовано в качестве критерия нормирования полируемости щебня или качества его втапливания. Ускорение любой точки N неизменяемой плоской системы, движущейся в своей плоскости может быть представлено в виде геометрической суммы ускорения точки Р и ускорения вращения точки N относительно Р. На рис.6 показаны три слагающие ускорения точки N . Проекция суммарного ускорения точки N на вертикаль равна

сма-н- У^та 51па=_, (сов- «+*т2 а)=-.-(6)

1 ~ (Я + г)соз2 а (Л + г)С083 а (/? + г)со83аУ ' (Я + г)«*5«

Данная формула, полученная И.П. Рабиновичем, представляет собой решение вопроса о вертикальных ускорениях центра колеса во время качения колеса по поверхности макрошероховатого дорожного покрытия. Радиус кривизны колеса К и препятствия Г не играют роли каждый в отдельности; величина ускорения зависит лишь от их суммы. Для колес большего диаметра движение происходит с меньшими силами инерции и с меньшим динамическим эффектом. При радиусе колес /? силы инерции уменьшаются с увеличением радиуса г. Высота препятствия (высота активного выступа макрошероховатости) сама по себе не играет роли; важна кривизна поверхности.

Рис. 6 - Расчетная схема Рис. 7 - Огибание колесом острия неровности

При г=оо, при очертании профиля по прямой, получается у = о, так как V = const. При г = 0 ускорение достигает наибольшего значения. Это получается, когда профиль имеет острие К (рис. 7). Во время огибания колесом острия:

(7)

R cos а

где а изменяется от а, через нуль до а2. Формула справедлива и для переходной кривой. Для -г- / получено: j =

___/-34

{r' + R)co$*a '

Формула показывает влияние скорости на вертикальное ускорение точки колеса, взаимодействующей с активным выступом макрошероховатости пропорционально квадрату этой скорости. Для кругового сечения зерна щебня выражают угол «„ в функции от основных размеров. Формула принимает вид:

А' = а(2Я + 2г-а) (д)

2ц (И + г - а )2

Величина удара пропорциональна квадрату скорости и зависит от отношения

между суммой радиусов кривизны и высотой а препятствия. Если

R + r

h' =

(2/Z - I)

= //, то (Ю)

2« (м - 1):

Зависимость /?' от ц имеет гиперболический вид. При увеличении ц от I до °° величина //, а вместе с ней и сила удара уменьшаются от <*> до 0.

В процессе исследований разработан программный модуль имитационного моделирования процесса динамического взаимодействия колеса транспортного средства и активного выступа макрошероховатости дорожного покрытия с единичными и накопленными неровностями макрошероховатости в среде МАТЛАБ.

Результаты работы программного комплекса приведены на рис. 7 (скриншоты изображений). Достоинством предложенной методики является возможность получать виброускорения колеса автомобиля для любых сочетаний неровностей активных выступов макрошероховатостей.

Рис.7 - Результаты работы программного комплекса

Пример использования эконометрического подхода. По данным профессора М.В. Немчинова [7] об изменении виброскорости V для автомобиля ВАЗ-2107 по изменению глубины а поврежденностей шероховатой поверхностной обработки коэффициент относительного влияния определен как /?/=/,6. Начальный параметр И0=-2,5. Тогда

V- -2,5+1,6ха. (11)

Максимальное вертикальное ускорение согласно данным профессора М.В. Немчинова равно 24 м/с2. Нагрузка на ось: Р-1460 кг/2=730 кг. Динамическая нагрузка (2=Рх%= 730x24= 17520 кгм/с2. Максимальный коэффициент динамичности К,>тж,х=(730x9,8+17520)7730x9,8=(7154+17520)77154=24674/7154=3,45. (12)

Результаты М.В. Немчинова дают вывод о линейной зависимости между высотой (глубиной) неровностей и вертикальным ускорением (определяющим изменение коэффициента сцепления) на участке диаграммы начиная с 5 мм. Это важно для анализа коэффициента сцепления, потому что начиная с этого значения изменение радиуса кривизны неровностей коррелированно с высотой выступов.

С использованием трех характеристик макрошероховатых поверхностей строится трехкомпонентная диаграмма для оценки коэффициента сцепления (рис. 8).

Определение показателя коэффициента сцепления осуществляется следующим образом. Например: плотность элементов шероховатости составляет 50 шт/дм"; высота элементов шероховатости - 9 мм; степень активной шероховатой поверхности составляет 0,4. Соединяются линией точки по отсчетам плотности элементов шероховатости и высоты элементов шероховатости.

Пересечение полученной линии с лучом, проведенным от угла плотности элементов шероховатости до значения степени активности поверхности, дает точку 0, определяющую сектор на диаграмме с обеспечиваемым коэффициентом сцепления. В данном случае ср > 0,5 при неблагоприятном состоянии дорожного покрытия.

Рис. 8 - Трехкомпонентная диаграмма для определения обеспечиваемого коэффициента сцепления в зависимости от характеристик макрошсроховатости

Задача определения вида уравнения регрессии при идентификации степени влияния каждого из возмущающих факторов на выходной параметр разделяется на два этапа.

На первом определяют число подлежащих учету независимых факторов и оценивают степень нелинейности модели. На втором этапе по заданным независимым переменным и с учетом степени нелинейности определяют коэффициенты уравнения регрессии, которое и является искомой моделью по отношению к учитываемым факторам.

В результате производственного эксперимента, проведенного в нормальных условиях, получают значения выходного у„ и входных независимых переменных хы,х2п,____ Проводят проверку гипотезы о стационарности и эргодичности зависимой уп и независимых х,п,] = \,...,р переменных.

В реальности на вход сложной технической системы (в данном случае изменение коэффициента сцепления - комплекс влияющих факторов) действует несколько возмущающих и технологических факторов, например колебания размерно-механических параметров дорожного покрытия и шины колеса автомобиля, колебания температуры и другие. Неизвестна степень статистической и физической зависимость факторов между собой. Пример подобной схемы соотношения влияющих и выходных факторов представлен на рис. 9.

Х/ц

Х2п

Рис. 9 - Пример схемы соотношения влияющий и выходных факторов

Обычно рекомендуется исключать систематическую составляющую, со держащуюся в уп. Выделение реализуется на основе кусочно-линейной модели. Вычисляются оценки: математических ожиданий у, и х2 и дисперсий у, и х,: 1 ' 1 4

Л" 7 =

/V ^

(13)

17"

А V,

17"

коэффициента корреляции между у, и :

И (Х'2>, - - У> К (Х2 У, )

Г = - •

I ''

регрессии между у, и х,: уи = —-—^У у' у,, (л2 у. ) .

уДх,)^, 1

Уравнение регрессии с неизвестными коэффициентами в общем виде:

у, .

(14)

(15)

(16)

В результате указанных преобразований можно получить однородное линейное относительно коэффициентов регрессии уравнение. Оценивают коэффициенты /),,./),(/ по N результатам наблюдений (рис. 10). Из уравнения множественной регрессии можно получить уравнения регрессии по любому независимому фактору хк.

Результаты работы программного комплекса БТАТКТЮА 6 по оценке параметров эконометрической линей ной модели «коэффициент сцепления - комплекс влияющих доминирующих факторов» приведены на рис. 11.

Выходной параметр эконометрического уравнения - коэффициент сцепления Р (безразмерный, отО до 1,0). Влияющие доминирующие факторы: X,: мм - высота выступов; Х2 : г, мм - радиус при вершине выступов; Х3 : мм -расстояние между выступами; Х4 : у, град - угол при вершине выступов; Х5 : У.щ, км/ч - скорость при измерении; Х6 : (2опш - обобщенный показатель шероховатости - показатель, учитывающий совместное влияние геометрических параметров макрошероховатости.

ÉflÉiílií ' '.''1

;" 'и-...... а м ■ - _ -"'"i ! -•-Pial -»-Рщ2 Рядз

■ЙГ, Щ .; • * ' | Ряд4

- . --------- tt" / • - ' -*-Рцд5 -^-Рядб -Ч-РЯД7

■

, ... .

5 6 7

ииаяа

шяшя

1м ¡м äiKi -т*-' [впгма Arj^wu :.<* Плл

DáB Iß US«1 "" »'i МШ«ГМШ»'||«|

Рис. 10- Графическое представление

MMf/f"., №

¡1 [

1 t 5 TT 1

'М Vi! Vis « wi w hpndiy fu' fci-i,l.J. Ktim |.!СЩ

as iijs Iii ES 0.' 0.Í 3 В» .5?Ж1!5 U» $,H

? II,* 1351 Щ UM 3.71 05 ?J6 Ii el nur. J ntjwM !)• .ЮШ } ■ .ММ

) Ü> 279 1{3 «31 № « VA ftaä&ts «IM К ,г.ш: ЛШШ1

Í S7.1l S1 я E9.il 0.« 0.57' 295 iKcctp: ¡,í!i.:Wi Mlim: U Hl • ,*S5 ps ,vfii

5 та ca Iii ras » 0« in Чл1 i«M* Ii1 íc¡ „и;- и Чсi ¡**>.fíl

Í Щ ÍSS 153 W 02 0.S w

1 Iii» № а ая № 02: 25i

а >yi 1533 а 332 0.5 '21

t Uli uj 151 Bit' № 0.62 3«

< 1533 U:1 в wi 1.6 Oí? 2.91 .¡íjHiiítK ¡XII »-•• tijhll^uli

Рис. 11 - Результаты работы программного комплекса

В результате применения программы программного комплекса STATISTICA 6 по оценке параметров эконометрической линейной модели «коэффициент сцепления - комплекс влияющих доминирующих факторов» получены следующие результаты.

Уточненный диапазон коэффициента множественной корреляции:

R =0,898...0,964 р =0,000001 . Стандартная ошибка оценки: 0,44.

Varl =0,261 Var2 =-0,16 Var3 =0,481 Var4 =-0,32 Var5 =-1,0 Varó =0,316.

Множественное линейное регрессионное уравнение «коэффициент сцепления - комплекс влияющих факторов»:

Р = Varl Х,+ Var2 Х2 +Var3 X, +Var4 X4+Var5 Х5 +Varfi Xft. (17)

P = 0,261 X, -0,16X, +0,481 X, -0,32 X, -1,0 X, + 0,316 X,

Данное уравнение является содержательным наряду с адекватным знаком влияния доминирующего влияющего фактора, весовой коэффициент является коэффициентом относительного влияния конкретного фактора на изменение коэффициента сцепления. Он показывает, насколько изменяется коэффициент сцепления при изменении возмущающего фактора.

В четвертой главе приводятся результаты разработки и исследования новых параметров макрошероховатых дорожных покрытий.

Шероховатость поверхности определяется как совокупность неровностей, характеризуемая высотой неровностей относительно некоторой базовой поверхности (линии) и малыми шагами (расстояния между неровностями), выделенных с помощью базовой длины (отрезка в 20-150 раз большего максимальной высоты неровностей). Реализована методика и приведен пример измерения участка шероховатой поверхностной обработки. Результаты занесены в журнал оценки внешнего состояния поверхностной обработки методом рамки и «песчаного пятна». Получены результаты измерения коэффициента сцепления на основе применения передвижной дорожной диагностической лаборатории КП-514П и на кольцевом стенде Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета. Примеры средневзвешенных значений коэффициента сцепления на участках шероховатых поверхностных обработок и данные о безопасности дорожного движения с учетом дорожных условий представлены в приложении.

3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа содержит новые научно обоснованные результаты, позволившие решить важную прикладную задачу повышения безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе совершенствования методов исследования влияния вариативности коэффициента сцепления на изменение числа ДТП по причине дорожных условий с учетом геометрии макрошеро-ховатых дорожных покрытий.

Краткие выводы заключаются в следующем:

1. Разработаны научное сопровождение и методология анализа информации о состоянии безопасности дорожного движения с учетом дорожных условий на сети федеральных автомобильных дорог в структуре АБДД «ДОРОГА».

2. Установлен перечень основных причин дорожных условий, сопутствующих росту количества дорожно-транспортных происшествий по причине дорожных условий на сети федеральных автомобильных дорог. Определены тенденции изменения показателей безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации АБДД «ДОРОГА».

3. Разработана оригинальная структура эконометрической модели с факторами качественной природы (бинарными величинами) для определения эффекта снижения количества ДТП (ДУ) на участках дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. Установлен эффект снижения количества ДТП на участках автомобильных дорог с устроенной шероховатой поверхностной обработкой на 2...6 %, оцененный на основе применения эконометрической модели с факторами качественной природы с учетом информации АБДД «ДОРОГА».

4. Предложена линейная регрессионная модель влияния доминирующих влияющих факторов различной природы на изменение коэффициента сцепления, которая позволяет определить коэффициенты относительного влияния с целью формирования эффективных мероприятий по повышению безопасности дорожного движения.

5. Предложено использование расчетного метода И.П. Рабиновича для оценки изменения коэффициента сцепления при переезде колеса с участка сегрегации на участок с повышенной разновысотностью активных выступов макрошероховатости.

6. Разработан способ прямого измерения коэффициента сцепления, основанный на применении портативного средства измерения с эксцентрично расположенной относительно вертикальной оси парой свободно вращающихся колес.

Рекомендуется применение результатов диссертационного исследования в структуре отраслевой системы обеспечения безопасности дорожного движения в Федеральном дорожном агентстве и при совершенствовании разделов безопасности дорожного движения АБДД «Дорога».

Рекомендации. Рекомендуется применение результатов диссертационного исследования в структуре отраслевой системы обеспечения безопасности дорожного движения в Федеральном дорожном агентстве Министерства транспорта Российской Федерации и при совершенствовании разделов безопасности дорожного движения отраслевого банка дорожных данных «Дорога».

Перспективы дальнейшей разработки темы.

Направление дальнейших исследований рекомендуется выбирать с учетом существующей информации в автоматизированном банке дорожных данных АБДД «ДОРОГА», на основе которой имеется возможность накапливать статистику и проводить анализ влияния изменения геометрических параметров мак-рошероховатых дорожных покрытий на изменение коэффициента сцепления.

Вышеприведенные выводы показывают, что решены задачи диссертационного исследования в результате реализации комплексных теоретических и экспериментальных решений.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях: В изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых российских научных журналов»:

1. Дорожно-транспортные происшествия с сопутствующими дорожными условиями на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения / Д. А. Стрижевский, А. А. Сухов, А. В. Кочетков // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 7. № 21 (124). - С. 91 - 99.

2. Сухов, А. А. Повышение безопасности дорожного движения на основе совершенствования структуры отраслевой диагностики федеральных автомобильных дорог / А. В. Кочетков, А. А. Сухов, М. JT. Ермаков и др. // Вестник СамГУПС. 2013. № 1. - С. 54-61.

3. Сухов, А. А. Нормирование макрошероховатости поверхностей / А. В. Кочетков, Л. В. Янковский, А. А. Сухов // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 1 (36). -С. 137 - 144.

4. Сухов, А. А. Безопасность автомобильных дорог: методический анализ применения показателя ровности IRI в системе диагностики автомобильных дорог / А. В. Кочетков, JI. В. Янковский, А. А. Сухов, Д. А. Стрижевский //Грузовик. 2013. № 12.-С. 32 -35.

5. Сухов, А. А. Безопасность дорожного движения на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения / Д. С. Стрижевский, А. А. Сухов, А. В. Кочетков // Грузовик. 2014. № 2. - С. 36 - 41.

6. Сухов, А. А. Проведение уголовной и судебной экспертизы с использованием объемных Зё-моделей сканируемых объектов на примере дорожно-транспортных происшествий / А. В. Кочетков, И. Б. Прямицын, И. Б. Челпанов, А. А.Сухов // Russian journal of Earth Sciences RJES. Выпуск№ 11 / 2012. ISSN 1681-1178 (printable) || e-ISSN 1681-1208 (Online) || e-ISSN 1681-1194 (Online) http://www.ores.su/index.php/-1111-2012/215--3d-.

7. Сухов, А. А. Обоснование новых параметров геометрических характеристик макрошероховатого дорожного покрытия / А. В. Чванов, А. А. Сухов, С. М. Евтеева //Дороги и мосты. 2010. № 1. - С. 105 - 116.

8. Сухов, А. А. О закономерностях изменения показателя риска возникновения дорожно-транспортных происшествий / A.B. Кочетков, Д.А.Стрижевский, A.A. Сухов //Дороги и мосты. 2013. № 2(30). - С. 250 - 256.

9. Сухов, А. А. Состояние нормативного обеспечения инновационной деятельности дорожного хозяйства / С. П. Аржанухина, А. А. Сухов, А. В. Кочетков, С. В. Карпе-ев // Качество. Инновации. Образование. 2010. № 9. - С. 40 - 44.

10. Сухов, А. А. Методика оценки экономической эффективности деятельности органов управлений дорожным хозяйством по освоению новых технологий, техники и материалов / С. В. Карпеев, А. А. Сухов, С. П. Лржанухина, Н. Е. Кокодссва // Строитель!иле материалы. 2010. № 5. - С. 4 - 7.

В других изданиях:

11. Сухов, А. А. Повышение безопасности дорожного движения на основе развитая системы мониторинга автомобильных дорог / А. В. Кочетков, М. JI. Ермаков, А. А. Сухов и др. // Инновации и исследования в транспортном комплексе. Первая Меж-дун. науч.-практ. конф. 23-24 мая 2013 г. - Курган : Уральский гос. ун-т. путей сообщения. - С. 255 - 261.

12.Сухов, А. А. Учет уровня ответственности и безопасности движения в классификации автомобильных дорог / Н. Е. Кокодссва, А. А. Сухов, А. В. Кочетков и др. // Строительство, дизайн, архитектура: разработка научных основ создания здоровой среды обитания. Сборник материалов международной научной конференции, Россия, г. Киров, 24-25 июня 2013 г. - С. 24 - 33.

1 З.Сухов, А. А. Формирование, наполнение и анализ базы данных по безопасности дорожного движения на автомобильных дорогах общего пользования / А. В. Кочетков, Д. А. Стрижевский, А. М. Стрижевский, A.A. Сухов И Техническое регулирование в транспортном строительстве. 2013. № 3; URL: trts.csrae.ru/4-18 (дата обращения: 16.08.2013).

14. Сухов, А. А. Федеральные дороги России. Транспортно-эксплуатационные качества н безопасность дорожного движения / М. Л. Ермаков, А. М. Стрижевский, И. Ф. Живописцев и др. // Статистический аналитический сборник. — М. : Федеральное дорожное агентство. 2008.- 125 с.

15. Сухов А. А. Методы технического нормирования геометрии поверхности с сохранившимися свойствами после воздействия агрессивных сред и климатических воздействий / Р. Б. Гарибов, А. В. Кочетков, Л. В. Янковский, А. А. Сухов // Паука: 21 век. 2012. № 3 (строительство). - С. 5 - 19.

Степепь личного участия автора в опубликованных работах. В работах [1-15] автор принимал непосредственное участие в постановке теоретической проблемы, проведении анализа состояния нормативно-методического обеспечения безопасности дорожного движения, установлении тенденций изменения количества ДТП, предложении и нормировании новых показателей макрошеро-ховатых дорожных покрытий с учетом безопасности движения, вычислительного моделирования, обобщения результатов.

Сухов Алексей Алексеевич Автореферат

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ВАРИАТИВНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ МАКРОН1ЕРОХОВАТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

Подписано в печать 01.04.2014 Формат60х84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический

университет имени Гагарина Ю.А.»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

На правах рукописи

04201459770

Сухов Алексей Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ВАРИАТИВНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ МАКРОШЕРОХОВАТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Научный руководитель Кочетков Андрей Викторович, доктор технических наук, профессор

Саратов-2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................................................................................5

1 НАУЧНЫЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ДОРОЖНЫХ

УСЛОВИЙ.......................................................................................12

1.1 Анализ влияния применения дорожных инноваций на повышение безопасности дорожного движения.......................................................12

1.2 Влияние дорожных условий на безопасность дорожного движения...........23

1.3 Методы организации и обеспечения безопасности движения на автомобильных дорогах......................................................................28

1.4 Дорожные условия, как фактор, определяющий надежность работы водителя...........................................................................................31

1.5 Выводы по разделу 1.....................................................................34

1.6 Поставленные задачи исследований...................................................34

2 ФОРМИРОВАНИЕ, НАПОЛНЕНИЕ И АНАЛИЗ БАЗЫ ДАННЫХ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ.........36

2.1 Основные показатели аварийности на автомобильных дорогах................36

2.2 Дорожно-транспортные происшествия с сопутствующими дорожными условиями.......................................................................................55

2.4 Построение модели оценки влияния наличия участков автомобильных дорог с повышенным коэффициентом сцепления на изменение количества ДТП на основе эконометрического подхода.............................................70

2.5 Исследование закономерностей изменения величины риска возникновения дорожно-транспортных происшествий................................77

2.6 Выводы по разделу 2.....................................................................85

3 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ

ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАКРОШЕРОХОВАТОСТИ.........86

3.1 Анализ физической природы коэффициента сцепления...........................86

3.2 Прямой метод оценки взаимодействия колеса автомобиля и

активного выступа макрошероховатого дорожного покрытия.......................95

3.3 Обоснование требуемых величин коэффициентов сцепления

дорожных покрытий.........................................................................116

3.4 Применение эконометрического подхода при оценке влияющих факторов на изменение коэффициента сцепления....................................133

3.5 Математический аппарат теории риска при определении риска (вероятности) снижения коэффициента сцепления по причине уменьшения глубины неровностей макрошероховатости на дорожном покрытии.......................................................................................147

3.6 Выводы.....................................................................................151

4 ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЦЕПНЫХ И ШЕРОХОВАТЫХ СВОЙСТВ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ..................................................154

4.1 Нормирование геометрических показателей дорожных покрытий с повышенным коэффициентом сцепления с учетом безопасности дорожного движения по причине дорожных условий...............................................154

4.2 Пример измерения участка шероховатой поверхностной обработки. Журнал оценки внешнего состояния поверхностной обработки рамкой.........157

4.3 Выводы по разделу 4....................................................................169

Заключение.....................................................................................170

Приложение...................................................................................182

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В 2012 году в России в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) погибли 28 тысяч человек. За 12 месяцев произошло 203 597 ДТП с пострадавшими (увеличение на 1,9%), в которых 27 953 человека погибли (увеличение на 0,1%) и 258 618 получили ранения (увеличение на 2,7%). Каждая четвертая авария сопровождалась неудовлетворительным состояния дорог и улиц. На дорогах в ненормативном состоянии произошло 42 772 ДТП (увеличение на 1,1%), в которых 6950 человек погибли (увеличение на 1,8%) и 54 468 получили ранения (увеличение на 2,3%). С участием водителей в состоянии опьянения в 2012 году произошло 12843 ДТП, в которых погибло столько же людей, сколько и годом ранее - 2103 человека. Ранения получили 18 679 человек (увеличение на 4,4%).

28 518 ДТП произошло по вине пешеходов (снижение на 8,6%). В этих ДТП 4998 человек погибли (снижение на 8,8%) и 24896 получили ранения (снижение на 8,1%). В каждом десятом ДТП пострадал несовершеннолетний —произошло 20 879 аварии (увеличение на 3,1%). 940 детей и подростков погибли (снижение на 0,4%), 22 016 получили ранения (увеличение на 3,6%) [37].

Повышение безопасности дорожного движения предусматривает реализацию программного подхода к осуществлению мероприятий по снижению дорожной аварийности на основе ликвидации и профилактики возникновения опасных участков на существующей дорожной сети в сочетании с обеспечением маршрутной безопасности движения, приоритетного учета требований обеспечения безопасности движения при строительстве новых дорог, стадийного улучшения транспортно-эксплуатационных качеств дорог с учетом наблюдаемого уровня аварийности [5-11, 14-16, 25-29].

Применение прогрессивных технологий проектирования, строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог, новых дорожно-строительных материалов, средств инженерного оборудования и обустройства дорог и

дорожных сооружений, а также систем информатизации и связи способствует улучшению транспортно-эксплуатационных показателей дорожной сети, повышает безопасность дорожного движения и, кроме того, снижает отрицательное воздействие транспорта на окружающую среду [2, 3, 17, 18].

Степень разработанности темы исследования. Одним из видов работ при обследовании автомобильных дорог является оценка состояния дорожных покрытий (шероховатости, сцепления) в целях поддержки их эксплуатационного состояния, допустимого по условиям обеспечения безопасности движения. Дорожные покрытия с шероховатой поверхностью в настоящей работе исследуются в качестве примера мероприятий, обеспечивающих повышение безопасности дорожного движения на основе улучшения дорожных условий.

Состояние покрытие, согласно ВСН 6-90, оценивается по наличию на его поверхности определенных дефектов, значениями ровности и сцепления, оказывающими влияние на уровень дорожной аварийности и на формирование режимов движения автомобилей. Анализ статистики дорожно-транспортных происшествий по причине дорожных условий (ДТП (ДУ)) показывают, что в качестве сопутствующих причин возникновения дорожно-транспортных происшествий являются: некачественное сцепление - до 40 %, наличие дефектов покрытия (выбоин, трещин, сколов и др.) - до 25 %, неудовлетворительная ровность - до 20 %, высокий уровень колейности - до 12 % случаев.

Вместе с тем статистика аварийности говорит о том, что количество ДТП уменьшается в случае улучшения сцепных качеств покрытия, а также повышения его шероховатости. В качестве основной причины дорожных условий снижающих безопасность дорожного движения общепризнано принимается снижение коэффициента сцепления [77]. Кроме того установлено существование взаимосвязи между коэффициентом сцепления и параметрами шероховатости, проявляющейся как результат контактирования поверхности скользящей шины с неровностями, имеющими определенные сочетания геометрических параметров. Эти неровности характеризуют микро и макрошероховатость, формирующие различные текстуры покрытия, которые

имеют в каждом случае свои отличительные особенности. Они заключается в том, что макрошероховатость формируется в процессе изготовления покрытия как результат распределения частиц каменного материала по его поверхности, а микрошероховатость является результатом естественного скола минеральных частиц в процессе добычи и переработки, и проявляется на поверхности каменного материала. Роль каждой из этих видов шероховатостей определена физическими законами трущихся тел, характеризующими контактное взаимодействие двух поверхностей при постоянном изменении их формы под воздействием деформационных процессов, протекающих в зоне контакта шины с дорожным покрытием. Это предопределяет необходимость не только оценки коэффициента сцепления покрытия, но также и его шероховатости. Особое значение приобретает контроль параметров микрошероховатости (углы и радиусы при вершине выступов, расстояние между отдельными выступами, высота выступов и т.д.)

Вопросами обеспечения безопасности дорожного движения занимались в НИЦ БДД МВД России, ФГУП «Научно-исследовательский центр по испытаниям и доводке автотранспорта», Федеральном дорожном агентстве, МАДИ (ГТУ), ОАО «ГИПРОДОРНИИ», ФГУП «РОСДОРНИИ», СПбГАСУ, ОАО «СОЮЗДОРНИИ», СГТУ и других организациях. Этим вопросам большое внимание уделяли М.Б. Афанасьев, В.Ф. Бабков, Е.М. Лобанов, В.В. Сильянов, Н.В. Быстров, В.В. Столяров, М.М. Девятов, В.В. Улевский, В.А.Гудков, Ю.Я. Комаров, Н.К. Клепик, А.П. Васильев, В.В. Чванов, И.Ф. Живописцев, Б.Б. Анохин, В.В. Салмин, James Migletz, Thomas Hedblom, Ludwig Eigenmann и другие учёные. Такие работы проводятся в Центральной лаборатории дорог и мостов Франции, специалистами Финляндии, Швеции, Канады и других стран.

За рубежом в последние несколько лет широко развит дистанционный метод оценки шероховатости покрытий с помощью лазерных датчиков, проводящих дистанционное сканирование покрытия в заданном интервале частот. В результате сканирования строится цифровая модель поверхности, которая в последствии обрабатывается с помощью специальных алгоритмов,

позволяющих рассчитать необходимые геометрические параметры шероховатости и их статистику. Использование подобных методов позволяет производить сбор исходной информации в динамическом режиме. Кроме того они позволяют с высокой точностью не только определять геометрические параметры шероховатости, но и наличие дефектов покрытия различных видов.

Важность темы возросла после принятия Федеральных законов «О техническом регулировании», «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и технического регламента Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог», согласно которым оценка соответствия проводится с учетом возможности устранения или снижения рисков возникновения опасности для субъектов дорожного движения.

Поэтому тема повышения безопасности движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе совершенствования автоматизированной базы дорожных данных «Дорога» (АБДД «ДОРОГА») в части структуры, наполнения и анализа информации является актуальной [77].

Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 годы» и государственных контрактов с Федеральным дорожным агентством по научному сопровождению применения инновации и обеспечению безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог.

Цель исследований: повышение безопасности дорожного движения с учетом дорожных условий на сети федеральных автомобильных дорог на основе совершенствования структуры, наполнения и анализа информации автоматизированной базы дорожных данных «ДОРОГА» на примере покрытий с шероховатой поверхностью с учетом требований технического регулирования.

Задачи исследований: 1. Провести аналитический обзор существующей технической литературы и нормативного обеспечения с целью выявления основных влияющих факторов, снижающих показатели дорожного движения по причине дорожных условий.

2. Установить тенденции изменения показателей безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации автоматизированной базы дорожных данных АБДД «ДОРОГА».

3. Определить статистические показатели нормирования геометрии дорожных покрытий с шероховатой поверхностью, влияющих на увеличение риска возникновения дорожно-транспортных происшествий.

4. Установить эффект изменения количества ДТП-ДУ на участках автомобильных дорог с устроенными поверхностными обработками на основе применения эконометрического подхода с учетом данных АБДД «ДОРОГА».

5. Оценить изменение коэффициента сцепления при переезде колеса с участка сегрегации на участок с повышенной разновысотностью активных выступов макрошероховатости.

6. Разработать способ прямого измерения коэффициента сцепления, основанный на применение портативного средства измерения с эксцентрично расположенной относительно вертикальной оси парой свободно вращающихся колес.

Научная новизна:

1. Разработано научное сопровождение и методология анализа информации о состоянии безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог в структуре автоматизированного банка дорожных данных АБДД «ДОРОГА».

2. Установлены тенденции изменения показателей безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе информации автоматизированной базы дорожных данных АБДД «ДОРОГА» для комплекса основных инновационных технологий, применяемых в 2006-2012 годах.

3. Установлен эффект снижения количества ДТП-ДУ на участках автомобильных дорог с устроенными шероховатыми поверхностными обработками на 2-6 % на основе применения эконометрической модели с факторами качественной природы.

4. Предложена линейная регрессионная модель влияния доминирующих влияющих факторов различной природы на изменение коэффициента

сцепления, которая позволяет определить коэффициенты относительного влияния с целью формирования эффективных мероприятий по повышению безопасности дорожного движения.

5. Предложено использование расчетного метода И.П.Рабиновича для оценки изменения коэффициента сцепления при переезде колеса с участка сегрегации на участок с повышенной разновысотностью активных выступов макрошероховатости.

6. Разработан способ прямого измерения коэффициента сцепления, основанный на применение портативного средства измерения с эксцентрично расположенной относительно вертикальной оси парой свободно вращающихся колес.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы определяется совершенствованием методов исследования безопасности дорожного движения с учетом вариативности коэффициента сцепления макрошероховатых дорожных покрытий. Впервые предложена методика оценки коэффициентов относительного влияния геометрических факторов и параметров геометрии макрошерохо-ватого дорожного покрытия на измерение коэффициента сцепления. Оценено изменение вертикального усилия взаимодействия колеса автомобиля при проезде по дорожному покрытию с участками сегрегации активных выступов макрошероховатости. Оценено влияние применения макрошероховатых поверхностных обработок на уменьшение числа дорожно-транспортных происшествий по данным о сети федеральных автомобильных дорог.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Проведено накопление и анализ информации по безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе АБДД «ДОРОГА». Проведен мониторинг состояния дорожных покрытий с шероховатой поверхностью на федеральных автомобильных дорогах. Проведен мониторинг применения шероховатых поверхностных обработок на участках автомобильных дорог федеральной и территориальной сети.

Объект исследований. Возможности повышения безопасности дорожного движения на сети федеральных автомобильных дорог на основе анализа

информации автоматизированной базы дорожных данных «ДОРОГА» на примере дорожных покрытий с повышенным коэффициентом сцепления.

Методология и методы исследований: методы обеспечения безопасности дорожного движения, методы дорожно-транспортных экспертиз, методы и методики определения коэффициента сцепления, методы и методики метрологического обеспечения, методы экспериментальных исследований и обработки статистических данных, методы полигонных испытаний автомобилей и др. На защиту выносятся:

1. Научное сопровождение и методология анализа информации о состоянии безопасности дорожного движения с учетом дорожных условий на сети федеральных автомобильных дорог в структуре автоматизированного банка дорожных данных АБДД «ДОРОГА».

2. Структура эконометрической модели с факторами качественной природы (бинарными величинами) для определения эффекта снижения