Обеспечение дорожной безопасности автомобильного транспорта в зимний период

На правах рукописи

МОЛЕВ ЮРИЙ ИГОРЕВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОРОЖНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного

транспорта

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

____________________________________________________________________

Владимир 2007

Работа выполнена на кафедре «Строительные и дорожные машины «Нижегородского государственного технического университета (НГТУ)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Гудков В.А.

доктор технических наук, профессор

Ким Б.Г.

доктор технических наук, профессор

Коноплянко В.И.

Ведущая организация: НИЦ БД МВД РФ

Защита диссертации состоится _____ ___________ 2007г. в ауд. ______ на заседании диссертационного совета Д. 212.025.02 во Владимирском государственном университете по адресу: 600026, г. Владимир, ул. Горького 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан _____ ____________ 2007 года

Отзыв на автореферат с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес учёного секретаря диссертационного совета.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д. 212.025.02

доктор технических наук, профессор С.Г. Драгомиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

За последние годы в России наблюдается рост автомобильных перевозок. Постоянно увеличиваются скорость движения, грузоподъемность автомобилей, интенсивность дорожного движения. Однако, наряду с этим, более отчетливо проявляются и некоторые отрицательные тенденции автомобилизации, наиболее важной из которых является значительное число дорожно-транспортных происшествий (ДТП). На ДТП влияет множество факторов – состояние дорог, интенсивность движения, освещенность, техническое состояние автомобилей, психологическое состояние водителя, уровень его профессиональной подготовки и множество других. Среди них одно из важнейших мест занимает состояние дорожного покрытия. Уменьшение сцепления колеса с дорогой вследствие наличия на ней уплотнённого снега или льда приводит к увеличению тормозного пути и безопасного радиуса поворота в 3-9 раз. Снежные заносы вдоль дороги снижают видимость и могут уменьшать используемую ширину проезжей части дороги. Кроме того, наличие колей, выбоин, ямочности и других неровностей на дорогах, покрытых снежным или ледяным накатом, может привести к потере водителем контроля над траекторией движения и управляемостью автомобиля.

По данным ГИБДД РФ около 20% аварий происходит по причине неблагоприятных дорожных условий и из них более 70% (15% от общего числа ДТП) приходятся на заснеженные дорожные покрытия, 5% на дорожные покрытия, частично покрытые снегом или льдом и 1% на покрытия, которые по другим причинам были скользкими. Следует отметить, что сам термин неудовлетворительные дорожные условия не имеет юридической формулировки.

Цель зимнего содержания дорог заключается в обеспечении пропускной способности автомобильных дорог, а также в снижении количества ДТП за счет улучшения условия сцепления шин колес автомобиля с дорожным покрытием. Работы по зимнему содержанию дорог чрезвычайно трудоёмки. Однако отсутствие методики оценки влияния дорожных условий на безопасность дорожного движения не позволяет ни оценить эффективность использования данных средств, ни наметить пути снижения аварийности на дорогах.

Основные трудности зимней уборки связаны с метаморфизмом снега, то есть способностью изменять свои свойства за достаточно короткий промежуток времени под действием как климатических условий, так и в результате движения транспортных средств и пешеходов. Под воздействием выше перечисленных факторов снег, находящийся на очищаемой поверхности, быстро уплотняется, а затем превращается в снежно-ледяной накат, прочность которого, в сочетании с прочностью образовавшихся прослоек льда, выше обычного снега в 20-30 раз. Кроме уплотнения снега на дорогах под действием движителей транспортных средств, имеет место и обратный процесс – его эскавационное разрушение. В зависимости от скорости течения обоих процессов, коэффициент сцепления колеса с поверхностью дороги будет либо уменьшаться, либо увеличиваться, в соответствие с чем на разных дорогах управляемость транспортных средств будет различной. Поэтому актуальной является проблема разработки теории влияния уровня содержания дорог с различной интенсивностью движения на степень безопасности дорожного движения.

Цель исследований.

Повышение безопасности дорожного движения в зимний период.

Объект исследований.

Процесс дорожного движения и изменение его параметров (аварийность, интенсивность, скорость) под воздействием атмосферных явлений (снег, метель, изменение температуры воздуха и дорожной поверхности), движителей транспортных средств и рабочих органов коммунальных машин.

Общая методология исследований.

При проведении теоретических исследований использованы методы теории вероятности и математической статистики, спектрального и корреляционного анализа, прикладного анализа случайных данных, аналитической механики, механики сплошных сред, механики сложных пространственных конструкций, механики разрушений, механики контактного взаимодействия пространственных систем с ограниченными телами, теории упругости и вязкопластичности и тензерного исчисления; численные методы решения систем дифференциальных уравнений и нелинейных алгебраических уравнений; разнообразные методы математического моделирования и оптимизации параметров.

Экспериментальные исследования по оценке управляемости в сложных условиях проводились на серийно выпускаемых транспортных средствах.

Научная новизна.

Предложены новые критерии оценки аварийности дорожного движения в виде двух безразмерных коэффициентов – общего коэффициента аварийности и коэффициента аварийности с пострадавшими.

Получены зависимости изменения аварийности от состояния дорожного полотна, отличающаяся учётом не только коэффициента сцепления колеса с дорогой но и наличия микста и неровностей на проезжей части.

Разработана обобщающая модель изменения геометрических и физико-механических параметров снежного покрова, образующегося на поверхностях дорог, отличающаяся учётом не только интенсивности выпадения осадков, но и температуры и влажности окружающего воздуха, интенсивности и скорости движения транспорта по рассматриваемой дороге, его состава, а также основные характеристики дороги.

Создана методика расчёта выбора рациональной структуры парка коммунальных машин и технологии зимнего содержания дорог, обеспечивающие минимальный уровень дорожно-транспортных происшествий. Получена взаимосвязь между изменением объёмом работ по зимнему содержанию дорог и уровнем аварийности на дорогах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Из теоретических разработок:

- методика оценки аварийности, отличающейся учётом интенсивности движения и качественного состава транспортного потока;

модель изменения геометрических и физико-механических параметров снежного покрова, образующегося на поверхностях дорог под действием как внешних факторов, так и под действием рабочих органов коммунальных машин и оценка состояния дороги с точки зрения безопасности дорожного движения.

2. Из научнометодических разработок метод расчета процесса и соответствующих параметров взаимодействия эластичных движителей транспортных средств, движущихся по заснеженной либо обледенелой дороге, позволяющий производить выбор рациональных параметров колёсного движителя на стадии утверждения норм безопасности транспортных средств, эксплуатирующихся в зимний период.

3. Из научнотехнических разработок – экспериментально и теоретически обоснованные пути повышения безопасности дорожного движения в зимний период и созданные по результатам исследований новые технологические решения и практические рекомендации, направленные на решение данной проблемы.

Достоверность результатов.

Проведенный комплекс экспериментальных исследований на серийных машинах, принимающих непосредственное участие в дорожном движении в зимний период, подтвердил основные теоретические положения, методы и средства повышения уровня безопасности дорожного движения.

Практическая ценность.

Состоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов, практических рекомендаций при совершенствовании существующих и создании новых технологических решений как в области допуска транспортных средств к эксплуатации в зимний период, так и путём поддержания требуемого состояния проезжей части в зимний период.

Реализация работы.

Результаты экспериментальнотеоретических исследований по теме диссертации внедрены в Институте сертификации автомототехники, Главном управлении дорожного и транспортного хозяйства Нижегородской области, в ГИБДД по Нижегородской области, ГУ УПРДОР «РОССИЯ», ОАО «Компания Магистраль», ОСАО «РЕСО-Гарантия»,. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедрах "Автомобильный транспорт" и “Строительные и дорожные машины” Нижегородского государственного технического университета, «Техническая механика» Дзержинского политехнического института и кафедры «Автомобильный транспорт» Волжского государственного инженерно-педагогического университета

Результаты работы вошли в научноучебные коллективные монографии «Вездеходные транспортно – технологические машины» и «Лёд. Снег. Методы разработки», изданные в 2002-2004 году в издательствах ННПК и ТАЛАМ (г.Н.Новгород), а так же учебных пособий, получивших гриф УМО «Безопасность дорожного движения», выпущенная в 2005 году в издательстве ВГИПА (г.Н.Новгород), «Современные методы разработки льда» выпущенная в издательстве Спутник+ (г.Москва), «Зимнее содержание дорог», выпущенной в 2007 году в издательстве НГТУ (г.Н.Новгород).

Апробация работы.

Отдельные результаты и основные положения докладывались на международной научнопрактической конференции «Проблемы развития автомобильнодорожного комплекса России» (СПбГАСУ, СанктПетербург, 1997 г.), на международной научнопрактической конференции «Развитие транспортнотехнологических систем в современных условиях» (НГТУ, Нижний Новгород, 1997 г.), на Международной научнотехнической конференции “Состояние и перспективы автомобильного транспорта в России” (Нижний Новгород, 1998 г.); на международных научнотехнических конференциях «ИНТЕРСТРОЙМЕХ» (ВГАСА, Воронеж, 1998 г.), «Прогресс транспортных средств и систем» (ВГТУ, Волгоград, 1999 г.), на всероссийской научнотехнической конференции «Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России» (КубГТУ, Краснодар, 1999 г.), на VII международном симпозиуме «Совершенствование конструкции и методов эксплуатации авто-бронетанковой техники» (Военно-техническая академия, Варшава, 1999 г.); на международной научнотехнической конференции «АВТО-НН-2000» (Н. Новгород, 2000г.), на международной научнотехнической конференции «АВТО-НН-2002» (Н. Новгород, 2002г.), на международной научнотехнической конференции «АВТО-НН-2003» (Н. Новгород, 2003г.), на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта поволжья», г. Н.Новгород : ВГВТ 2003г, на всероссийской научно-технической конференции «ТТМ НН 04», г. Н.Новгород 2004г., международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных систем – 2005» Волгоград: ВолгГТУ 2005г., на международной научно-технической конференции «Проектирование, испытания и эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов» Н.Новгород: НГТУ 2005г, XI международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы управления качеством производства и эксплуатации автотранспортных средств» Владимир, ВГУ 2006г.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 3 научно-учебных пособия, 2 монографии, более 50 научных работ, 2 гранта на проведение научных исследований и 2 патента на полезную модель.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 499 наименований, шести приложений. Общий объем работы 389 страниц, из них основной текст работы изложен на 314 страницах, список литературы на 31 странице, приложения на 44 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована её цель, раскрыты методы исследования, отмечены научная новизна и основные положения выносимые на защиту, представлены объекты исследования, указана практическая ценность получаемых результатов.

В первой главе дан анализ современного состояния исследований в области обеспечения безопасности дорожного движения на основании работ, зимнего содержания дорог, формирования снежного покрова на автомобильных дорогах, его физико-механическим свойствам и способам разработки. Проанализированы показатели аварийности на дорогах. Установлено, что наиболее объективно состояние дорожного движения описывается таким параметром, как средний пробег транспортного средства до ДТП.

Влияние дорожных условий на безопасность дорожного движения анализировалось на основе работ В.Ф. Бабкова, В.Е. Боровского, Гудкова А.В., Ф.Д. Дадашева, О.А. Дивочкина, А.И. Должикова, С.А. Евтюкова, В.А. Иларионова, А.В. Ковальчука, Г.О. Лобанова, В.Н.Луканина, Д. Клебельсберга, Г.И. Клинковштейна, Кравченко П.А., В.И. Коноплянко, Р.В Ротенберга, В.З. Русакова, В.М. Сегеркранца, Ю.А.Ставничий, В.В. Сильянова, Д.А. Соцкова, Ю.Б. Суворова, Н.В. Немчинова, Р. Эльвика, А. Брогера, Т.Ваа, К Жерондо, М.Леру, Р Уотс.. Зимнее содержание дорог подробно рассматривалось в работах В.И. Баловнева, И.А. Белинского, Г.В. Бялобежского, А.П. Васильева, Э.В. Дингеса, В.В. Дорган, Г.Л. Карабана, В.Б. Ратинова, Д.А.Шалмана. Вопросы формирования снежного покрова на поверхностях дорог затрагивались в научных исследованиях В.Р. Алексеева, А.А. Маевского, Е.Б. Волковой, А.В. Михайлова, А.И. Редекопа, В.К. Батурина, О.В. Гладышевой, В.В. Говорова, Н.Н. Паневина, О.В. Рябовой, Т.В. Самодуровой. Учение снега как о полизональном, полислоистом теле развивается в работах учёных нижегородской научной школы: Л.В. Барахтанова, В.В.Белякова, А.П. Куляшова, В.А. Шапкина. Способам разработки снежного покрова посвящены труды В.И. Баловнева, Г.Л. Карабана, Д.И. Федорова, И. Ратье, Г. Кюна, Р. Шилда.

Анализ исследований, проведённый в данной главе, позволил отметить ряд моментов, которые вышеназванные авторы, в силу специфики проводимой ими исследований не учитывали в своих исследований. Во – первых до настоящего времени не существует единой методики оценки влияния того или иного фактора на безопасность дорожного движения. Из всех показателей зимнего содержания дорог вскрыто влияние только одного параметра – сцепления колеса с дорогой. При этом методика замера этого параметра при отрицательных температурах отсутствует. Во вторых, при взаимодействии с движителями транспортных средств и рабочими органами среда рассматривается как однородная. Наличие слоистости и зональности на дорогах и влияние этих факторов на управляемость транспортных средств в большинстве работ не учитывается. Изменения физико-механических свойств снега под действием колёс транспортных средств и погодных условий в вышеприведённых работах также не рассматривается.

Исходя из вышесказанного, целью настоящего исследования является разработка теоретических основ оценки зимнего содержания дорог по уровню безопасности дорожного движения.

В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Разработать статистическую теорию взаимосвязи безопасности дорожного движения и уровня зимнего содержания дорог. Получить зависимости изменения аварийности от состояния дорожного полотна (коэффициента сцепления колеса с дорогой, колейностью и наличия микста).
2. Разработать модель изменения геометрических и физико-механических параметров снежного покрова, образующегося на поверхностях дорог, которая учитывает: интенсивность выпадения осадков, температуру и влажность окружающего воздуха, интенсивность и скорость движения транспорта по рассматриваемой дороге, его состав, а также основные характеристики дороги.
3. Разработать модель взаимодействия движителей транспортных средств и рабочих органов снегоуборочной машины со снегом как с полислоистым полизональным объектом разрушения, позволяющая учитывать как его неоднородность, так и изменение в течение времени.
4. Проанализировать возможности обеспечения безопасности дорожного движения в зимний период путём совершенствования параметров эксплуатации транспортных средств, изменения требований к их техническому состоянию и к состоянию дорог. Показать возможность изменения уровня аварийности на дорогах при реализации тех или иных изменений в организации дорожного движения в зимний период.

Во второй главе разработана методика расчёта параметров активной и пассивной безопасности участников дорожного движения. При этом было проанализировано всё многообразие критериев оценки влияния различных факторов на безопасность дорожного движения.

Показано, что наиболее адекватно уровень безопасности дорожного движения может быть описан при помощи такого параметра как пробег т/с между ДТП. Для его определения предложено внесение изменение в методику, описанную в ВСН 45-68, был внесён ряд изменений. Во первых, был изменён параметр, который подлежал учёту. Вместо числа транспортных средств прошедших через поле зрения наблюдателя был выбран такой параметр как длина пробега транспортных средств, которая определялась из уравнения:

, (1)

где l – контролируемая зона обзора наблюдателя.

Кроме того, в отличии от методики, описанной в ВСН 45-68 контроль за интенсивностью дорожного движения осуществлялся из движущегося транспортного средства. Для чего контролируемый поток машин был разделён на поток встречных и попутно двигающихся транспортных средств:

, (2)

где nB – количество транспортных средств, движущихся во встречном направлении, а nП – количество транспортных средств, движущихся в попутном направлении.

При движении наблюдателя со скоростью Н количество встречных транспортных средств будет увеличиваться на величину , где Н – скорость движения наблюдателя, Т – время наблюдения, а s - дистанция между т/с во встречном направлении, определяемая из уравнения:

, (3)

то есть при увеличении скорости движения количество встречных транспортных средств на дороге будет больше на величину: . То есть в условиях движения наблюдателя уравнение по оценке величины пробега транспортных средств получится равной: