bài 2 những yêu cầu cơ bản giao thông đô thị

GIAO THOÂNG
GIAO THOÂNG
BÀI 2
NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN
GIAO THÔNG ĐÔ THỊ
NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ TỔ CHỨC XE LƯU
THÔNG
TRÊN ĐƯỜNG PHỐ
■
Xe lưu thông trên đường không được vượt qua tốc độ cho phép của tuyến đường quy định.
■
Xe lưu thông theo nguyên tắc tay phải. Nếu xe lưu thông với vận tốc cao thì phải lưu thông trên tuyến một chiều
■
Xe có vận tốc lớn chạy ngoài, xe vận tốc nhỏ chạy sát vỉa hè, xe điện bánh hơi chạy ở làn gần vỉa hè.
■
Nếu trên đường có mật đôï xe thô sơ, xe gắn máy đông thì chỉ được chạy ở làn xe sát vỉa hè.
■
Khi xe vượt thì vượt bên tay trái và có đủ tầm nhìn với vận tốc vượt không được quá vận tốc cho phép của tuyến đường.
■
Bộ hành qua đường phải đúng chỗ quy định.
■
Khi có nhiều làn xe vận chuyển cùng chiều, khi đến trước ngã giao phải theo dõi chỉ dẫn trên mỗi làn xe (cách ngã giao nhau khoảng
100m, ký hiệu chỉ rẽ phải, rẽ trái và đi thẳng).
■
Đến nút giao thông giảm tốc độ chú ý hướng dẫn và đèn tín hiệu, v.v…
TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC YẾU TỐ
CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI
■
Khai thác vận tải ôtô là một khao học nhằm sử dụng một cách hợp lý và tốt nhất ôtô và đường ôtô để phục vụ chuyên chở hàng hoá và

hành khách.
■
Để có một phương pháp khai thác đường sá có hiệu quả nhất, bảo đảm thuận loiự, an toàn trong giao thông với tải trọng và lưu lượng
xe thiết kế với chi phí ít nhất thì phải nghiên cứu một cách tổng hợp quá trình tương tác giữa các yếu tố lập thành hệ thông khai thác
vận tải ôtô.
■
Có thể xem sơ đồ của hệ thống khai thác vận tải ôtô gồm bốn khối: người lái xe – ôtô – môi trường bên ngoài – đường.
■
Bốn hệ thống nhỏ chủ yếu của cơ cấu hệ thống khai thác vậ tải ôtô gồm có:
◆
Môi trường bên ngoài - Người lái xe
◆
Người lái xe – ôtô
◆
ôâtô – đường
◆
Môi trường bên ngoài – đường
◆
Đường – ôtô
◆
Ôtô – người lái xe
◆
Môi trường bên ngoài - ôtô
HỆ THỐNG NHỎ : ÔTÔ – ĐƯỜNG
■
Đây là mô hình cơ học của quá trình vận chuyển. Điều cần chú ý đặc biệt trong hệ thống nhỏ này là sự tác dụng tương hỗ giữa ôtô với
mặt đường thông qua bệ xe và bánh xe. Khi ôtô chạy, bánh xe sẽ tác dụng lên mặt đường làm phát sinh trạng thái ứng suất trong kết
cấu mặt đường và thân nền đường, làm ảnh hưởng đến cường độ và độ bền vững của kết cấu mặt đường.
■
Nghiên cứu hệ thống nhỏ này giúp chúng ta phân tích được các nguyên nhân sinh ra các loại biến dạng khác nhau trong kết cấu mặt

đường, xác đinh được cường độ của mặt đường và tìm được các biện pháp khác nhau như duy tư tưởng, sửa chữa để giữ vững chất
lượng và mỹ quan của đường.
LỰC CẢN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG
■
Điều kiện cần để xe chuyển động trên đường là phải thắng được tất cả các lực cản :
■
Khi ôtô chuyển động trên đường chịu các lực cản như sau:
◆
Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe; ký hiệu là Pf
◆
Lực cản của không khí lên thân xe; ký hiệu là Pw
◆
Lực cản leo dốc (khi đường dốc); ký hiệu là Pi
◆
Lực cản quán tính (lực cản gia tốc); ký hiệu là Pj
LỰC CẢN LĂN : P
f
■
Lực cản lăn sinh ra do trọng lượng của xe khi chạy trên đường làm biến dạng bánh xe. Khi chuyển động bánh xe tác động lên mặt đường và
mặt đường không hoàn phẳng. Nếu mặt đường rắn chắc, không bị lún thì lực cản lăn tỷ lệ với trọng lượng của xe. Thực nghiệm chứng tỏ :
Pf = f x G (kG)
■
Trong đó:
◆
G: trọng lượng của xe (kG)
◆
f: hệ số sức cản lăn, phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và
chủ yếu phụ thuộc vào loại mặt đường
Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f
Bê tông xi măng và BT nhựa

Đá dăm đen, mặt đường tráng
nhựa
Đá dăm và đá cuội
Đường lát đá
0,01 - 0,02
0,02 0,025
0,03 – 0,04
0,04 – 0,05
Đường đất khô và bằng
phẳng
Đường đất ẩm không bằng
phẳng
Đường cát khô rời rạc
0,04 - 0,05
0,07 - 0,15
0,15 - 0,30
LỰC CẢN LĂN : P
f
■
Khi xe chạy với vận tốc V = 50 ~ 150 km/h thì f có thể được tính theo công thức gần đúng sau:
◆
fv = f [1 + 0,01(V – 50)]
■
trong đó:
◆
f: hệ số cản lăn khi V < 50 km/h
◆
V : vận tốc xe chạy
SỨC CẢN KHÔNG KHÍ P
w

■
Là lực cản do những yếu tố sau đây tạo nên:
◆
Aùp lực của không khí với mặt trước của thân xe
◆
Lực ma sát của không khí với mặt ngoài thân xe
◆
Lực hút chân không hình thành sau thân xe
SỨC CẢN KHÔNG KHÍ P
w
■
Theo nguyên lý của động lực học, Pw được tính theo công thức sau:
■
Trong đó:
◆
k : hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào loại xe: ô tô tải k = 0,06 – 0,07; ô
tô buýt k = 0,04 – 0,06; xe con k = 0,025 – 0,035.
◆
F : diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô).

F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô).
◆
V : vận tốc xe chạy, km/h.
W
2
kFV
P
13
=
Loại xe Hệ số K F (m

2
)
Ôtô tải
Ôtô công cộng
Ôtô con
Ôtô đua
0,05 - 0,07
0,025 - 0,05
0,015 – 0,03
0,01 – 0,015
3~6
4 ~ 6,5
1,5 ~ 2,6
1,5 ~2,0
LỰC CẢN XE LÊN DỐC Pi
■
Khi xe chuyển động lên dốc, xe chịu sự tác động của Pi như hình vẽ. Xe chuyển
động được thì phải khắc phục được Pi chủ yếu do trọng lượng thân xe gây ra.
■

■
Công thức tính Pi:
◆
Pi = G. sinα
■
Trường hợp góc α nhỏ thì : sin α ≈ tang α ≈ α thì:
◆
Pi = + G.i
■
Trong đó:

◆
i: độ dốc của đường. i lấy dấu “+” khi xe lên dốc và ngược lại
LỰC CẢN XE LÊN DỐC Pi
LỰC CẢN QUÁN TÍNH Pj
■
Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Khi xe tăng tốc thì lực quán tính này cản trở sự chuyển động của ô tô. Bao gồm sức cản quán tính
do chuyển động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô. Do đó ta có:
■
Trong đó:
◆
m – khối lượng của ô tô;
◆
G – trọng lượng của ô tô,
◆
g – gia tốc trọng trường;
◆
v – tốc độ xe chạy,
◆
t – thời gian;
◆
δ - hệ số kể đến sức cản quán tính của các bộ phận quay.
◆
Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm
tốc .
dt
dv
g
G
dt
dv

mδP
j
δ±=±=
LỰC KÉO XE Pa
■
Được tạo ra do động cơ của xe và phát sinhở mặt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
■
Lực kéo Pa sinh ra nhằm khắc phục các loại lực cản giúp cho xe chuyển động.
■
Khi nhiên liệu trong động cơ bị đốt cháy chuyển hóa thành 1 công năng có công suất hiệu dụng N, công suất này tạo nên một mômen
quay tại trục khuỷu của động cơ. Ta có quan hệ :
75
M.w
N =

Trong đó w : vận tốc góc của trục khuỷu của động cơ có liên hệ với số vòng quay
của động cơ, n vòng/phút như sau :

r

Mk

T
Pa
60
.n2.
w
π
=
n

N
2
75.60
w
N
75 M ⋅=⋅=
π
.
n
N
716,2 M ⋅=
(kGm)
LỰC KÉO XE Pa
■
Mô men quay tại trục khuỷu còn nhỏ, tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng được cần
qua hộp số để tạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sản
sinh ra một ngoại lực (lực kéo ở điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường), bằng về
trị số và trái chiều với phản lực của đường T. Lực kéo đó xác định như sau :
η
r
.iM.i
r
M
P
k
0k
k
k
a
⋅==

LỰC KÉO XE Pa
η
r
.iM.i
r
M
P
k
0k
k
k
a
⋅==
Trong đó :
M : mômen quay của trục khuỷu của động cơ.
ik : tỉ số truyền động của hộp số (thay đổi theo từng số).
i0 : tỉ số truyền động cơ bản không thay đổi, có trong bảng thông số kỹ
thuật của xe.
rk : bán kính bánh xe chủ động có xét tới biến dạng.
h : hiệu suất truyền động, có trong bảng thông số kỹ thuật của xe.
Với xe tải, xe bus : h = 0,8 – 0,85
Với xe con : h= 0,85 – 0,9
rk phụ thuộc áp lực hơi, cấu tạo lốp xe và tải trọng trên bánh xe, thường rk
= (0,93 – 0,96) r
LỰC KÉO XE Pa
Gọi n
k
số vòng quay của bánh xe chủ động,
0k
k

.ii
n
n =
(vòng/phút)
Mk : mômen quay bánh xe chủ động.
Từ công thức này ta thấy nếu muốn số vòng quay nk của bánh xe chủ động lớn trong
khi n và i0 = const buộc phải giảm ik
Sau khi thay các tham số ta được :
η.
n.r
.iN.i
716,2. P
k
0k
a








⋅=
LỰC KÉO XE Pa
PHƯƠNG TRÌNH XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG
■
Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản sinh ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên
đường, do vậy phương trình chuyển động của ô tô là:
◆

Pa ≥ Pf ± Pi + Pω ± Pj
◆
Hay
◆
Đặt
◆
D : gọi là nhân tố động lực của ôtô.
2
a
kFV
13
G dv
P f.G G.i + δ
g dt
±
≥ ±
a
2
kFV
P
δ dv
13
f i
G g dt
D =
−
= ± ±
PHƯƠNG TRÌNH XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG
■
Khi xe chuyển động đều thì dv /dt = o. khi đó: D = f ± i

■
Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện
đường.
■
Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực
của loại ô tô đó
V, km/h
D
0
I
II
III
Ý NGHĨA CỦA BIỂU ĐỒ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC
■
Nếu biết tổng sức cản do điều kiện đường gây ra f ± i thì theo điều kiện (2.2), nhờ biểu đồ nhân tố động lực ta có thể nhanh chóng tìm
được tốc độ đều lớn nhất tương ứng của ô tô. Ngược lại, nếu muốn ô tô chạy được với tốc độ thiết kế đã định thì cũng có thể xác định
được điều kiện đường tương ứng thông qua biểu đồ đó. Biểu đồ này cũng cho thấy khi điều kiện đường thay đổi thì khi chuyển động, ô
tô phải chuyển về các chuyển số tương ứng.
V, km/h
D
0
I
II
III
SỨC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG
■
Xét một bánh xe chủ động như hình vẽ, nếu tại điểm tiếp xúc A không có phản lực T của đường tác dụng vào lốp xe thì bánh xe sẽ
quay tại chỗ, xe không chuyển động được. Phản lực T có được là do sức bám giữa lốp xe với mặt đường.
■
Lực bám T là một lực bị động, nghĩa là khi có lực tác dụng của bánh xe vào mặt đường (chính là lực kéo Pk) thì đường mới tác dụng

trở lại bánh xe một lực là T. Do vậy nếu giữa bánh xe và mặt đường có đủ sức bám thì luôn luôn có T = Pk. Nếu sức kéo Pk càng lớn
thì T càng lớn. Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một nhân tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà
chỉ tăng đến một trị số nhất định là Tmax, tức là sức bám lớn nhất.
Mk
rk
Pk
T
Pk
A
SỨC BÁM CỦA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG
■
Nếu Pk > Tmax thì tại điểm A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính. Do vậy sức bám giữa lốp xe với mặt đường là một điều
kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm bảo an toàn chạy xe.
■
Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất Tmax tỉ lệ thuận với trọng lượng trục xe chủ động Gk.
Tmax = ϕ Gk, kG
■
Trong đó:
◆
ϕ - hệ số bám giữa lốp xe với mặt đường, phụ thuộc chủ yếu vào tình
trạng và độ nhám của mặt đường. Mặt đường càng khô sạch, ít bụi bẩn, ít
ẩm ướt và càng nhám thì ϕ càng lớn (ϕ = 0,7), còn nếu mặt đường ẩm,
bẩn thì ϕ nhỏ (ϕ = 0,3).
◆
Nếu tất cả các bánh xe của ô tô đều là bánh xe chủ động thì Gk = G, G –
trọng lượng toàn bộ xe.
■
Như vậy, điều kiện chuyển động của ô tô về mặt sức bám là:
Pk ≤ Tmax
■

Do đó, trong thiết kế đường, để đảm bảo ổn định và an toàn cho xe chạy thì việc tăng hệ số bám ϕ có ý nghiã rất quan trọng.
■
Điều kiện cần và đủ để ô tô chuyển động được trên đường là:
ΣPcản ≤ Pk ≤ Tmax
CHIỀU DÀI HÃM XE
■
Là tình huống nguơiø lái xe phát hiện chướng ngại vật hay nguy hiểm thì phải giảm tốc độ hay cho xe dừng khẩn cấp để tránh tai nạn.
Chiều dài hãm xe là điều kiện quan trọng trong thiết kế đường nhằm đảm bảo an toàn cho người và phương tiện lưu thông trên đường.
■
Quy trình trên được phân tích : lái xe phát hiện ra chướng ngại vật mất một thời gian (t1 = 1~1,5 giây) và xe đã chạy đi một đoạn
đường l1 = vt (v tính bằng m/s). Người lái xe thắng giảm tốc độ, xe vẫn chạy đi một đoạn:
■

■
k: hệ số an toàn. k = 1.2 đối với xe con; k = 1.3 ~ 1.4 đối với xe tải và xe bus
■
Để đảm bảo an toàn, các bộ phận của xr phải luôn ở trạng thái tốt, mặt đường có độ nhám nhất định, phải được thường xuyên bảo
dưỡng va được giữ sạch, khô…
( : / ) ( : / )V m s V km h
ϕ ϕ
= ⇒ =
± + ± +
2 2
h h
k.V k.V
S S
( i f) 254( i f)
CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI ĐƯỜNG PHỐ
■
Đảm bảo được năng lực vận tải

■
Đường phố và các công trình phải đảm bảo vẻ đẹp mỹ quan, tầm nhìn cho lái xe.
■
Thiết kế hợp lý các đoạn đường cong và ngã giao nhau
■
Đảm bảo chiếu sáng tốt và thoát nước kịp thời khi gặp mưa, có độ bám giữa bánh xe với mặt đường tốt.
◆
Ghi chú: Tầm nhìn cho người lái xe : là khoảng cách tối thiểu để người lái
xe kịp thời xử lý an toàn, nhất là các đoạn đường cong, dốc. Tầm nhìn
giúp người lái xe thấy được trước các chướng ngại vật hay nguy hiểm để
có các xử lý tình huống cho hợp lý để đảm bảo an toàn.
◆
Trở ngại đối với tầm nhìn có thể xảy ra ở chỗ đường vòng trên bình đồ
hoặc cũng có thể xảy ra ở những chỗ đỉnh dốc lồi trên trắc dọc
TẦM NHÌN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG
Vùng cản trở tầm nhìn
Tim đường
Qũy đạo xe chạy
Vùng cản trở tầm nhìn
a)
b)