thiết kế hình học đường ô tô đại học GTVT

thiÕt kÕ h×nh häc
® êng « t« cÊp caoư
chuyªn ngµnh : th¹c sÜ ® êng « t«ư
nguyÔn quang to¶n -2009
bµi gi¶ng
Néi dung m«n häc
1. Quan ®iÓm hiÖn ®¹i vÒ sù h×nh thµnh t×nh tr¹ng nguy
hiÓm dÉn ®Õn tai n¹n trong giao th«ng ®Ó ¸p dông
trong thiÕt kÕ ® êng « t«
-
C¸c lo¹i ® êng « t« vµ tèc ®é xe ch¹y
- Dßng th«ng tin tõ ® êng ®Õn ng êi l¸i xe vµ c¸c t×nh huèng nguy hiÓm trªn
® êng
- Chu tr×nh nguyªn t¾c kh«ng gian ch¹y xe – con ng êi – xe vµ quan ®iÓm
Nội dung môn học
2. Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe con
ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng theo sự nhìn
nhận của ng ời tham gia giao thông.
-
Không gian chạy xe
-
Con ng ời, xe và đ ờng là một hệ thống điều khiển
-
Mối quan hệ nhân quả
-
Tạo hình ảnh con đ ờng và tr ờng nhìn của ng ời lái xe
Néi dung m«n häc
3. ¸p dông c¸c lý thuyÕt hiÖn ®¹i vµo viÖc thÕt kÕ h×nh
häc ® êng « t« vµ nót giao th«ng
- ThiÕt kÕ h×nh häc ® êng « t«
- ThiÕt kÕ nót giao th«ng ® êng « t«

- ThiÕt kÕ biÓn chØ ® êng
1.Quan điểm hiện đại về sự hình thành
tình trạng nguy hiểm trong gT
c) Thời điểm t+t1+t2: Ng ời lái
xe tăng c ờng chú ý do đó khả
năng tiếp nhận thông tin thích
nghi đ ợc với tình huống
a) Thời điểm t1 : Chạy xe an
toàn khi l ợng thông tin ít
d ) Phức tạp hay
nguy hiểm
a )Tr ờng hợp
lý t ởng
Hình 27. Thông tin từ đuờng đến nguời lái xe
h(
x
)
t
h(
y
)
t +t1
+t
2
h(
x
)
h(
x
)

h(
y
)
t+t1
h(
y
)
b) Thời điểm t + t1: Tình
huống trở nên phức tạp
Hình
27
c
.
Hình
27
a
.
Hình
27
b
.
c ) Khi bị mệt H(y) giảm và
một bộ phận thông tin của
H(x) không tiếp nhận đ ợc
d ) L ợng thông tin trở nên
quá lớn do đ ờng và tình
huống giao thông phức tạp
làm cho ng ời lái xe không
làm chủ đ ợc
b ) Ng ời lái xe thiếu sự chú

ý đến quá trình chạy xe
a ) Ng ời lái xe tiếp nhận mọi
thông tin xuất phát ra từ
đ ờng và xe
đ ờng
c ) Mệt mỏi
h(
x
)
h(
x
)
h(
y
)
h(
y
)
h(
y
)
h(
x
)
h(
y
)
h(
x
)

b ) Thiếu chú ý
r
h(
x
)
h(
y
)
lái xe
R - Bộ phận thông tin đ ợc
ng ời lái xe thu nhận
H(y) - L ợng thông tin mà
ng ời lái xe có thể thu nhận
H(x) - L ợng thông tin từ
nguồn thông tin
c) Thời điểm t+t1+t2: Ng ời lái
xe tăng c ờng chú ý do đó khả
năng tiếp nhận thông tin thích
nghi đ ợc với tình huống
a) Thời điểm t1 : Chạy xe an
toàn khi l ợng thông tin ít
d ) Phức tạp hay
nguy hiểm
a )Tr ờng hợp
lý t ởng
Hình 27. Thông tin từ đuờng đến nguời lái xe
h(
x
)
t

h(
y
)
t +t
1
+t
2
h(
x
)
h(
x
)
h(
y
)
t+t
1
h(
y
)
b) Thời điểm t + t1: Tình
huống trở nên phức tạp
Hình
27
c
.
Hình
27
a

.
Hình
27
b
.
c ) Khi bị mệt H(y) giảm và
một bộ phận thông tin của
H(x) không tiếp nhận đ ợc
d ) L ợng thông tin trở nên
quá lớn do đ ờng và tình
huống giao thông phức tạp
làm cho ng ời lái xe không
làm chủ đ ợc
b ) Ng ời lái xe thiếu sự chú
ý đến quá trình chạy xe
a ) Ng ời lái xe tiếp nhận mọi
thông tin xuất phát ra từ
đ ờng và xe
đ ờng
c ) Mệt mỏi
h(
x
)
h(
x
)
h(
y
)
h(

y
)
h(
y
)
h(
x
)
h(
y
)
h(
x
)
b ) Thiếu chú ý
r
h(
x
)
h(
y
)
lái xe
R - Bộ phận thông tin đ ợc
ng ời lái xe thu nhận
H(y) - L ợng thông tin mà
ng ời lái xe có thể thu nhận
H(x) - L ợng thông tin từ
nguồn thông tin
c) Thời điểm t+t1+t2: Ng ời lái

xe tăng c ờng chú ý do đó khả
năng tiếp nhận thông tin thích
nghi đ ợc với tình huống
a) Thời điểm t1 : Chạy xe an
toàn khi l ợng thông tin ít
d ) Phức tạp hay
nguy hiểm
a )Tr ờng hợp
lý t ởng
Hình 27. Thông tin từ đuờng đến nguời lái xe
h(
x
)
t
h(
y
)
t +t1
+t
2
h(
x
)
h(
x
)
h(
y
)
t+t1

h(
y
)
b) Thời điểm t + t1: Tình
huống trở nên phức tạp
Hình
27
c
.
Hình
27
a
.
Hình
27
b
.
c ) Khi bị mệt H(y) giảm và
một bộ phận thông tin của
H(x) không tiếp nhận đ ợc
d ) L ợng thông tin trở nên
quá lớn do đ ờng và tình
huống giao thông phức tạp
làm cho ng ời lái xe không
làm chủ đ ợc
b ) Ng ời lái xe thiếu sự chú
ý đến quá trình chạy xe
a ) Ng ời lái xe tiếp nhận mọi
thông tin xuất phát ra từ
đ ờng và xe

đ ờng
c ) Mệt mỏi
h(
x
)
h(
x
)
h(
y
)
h(
y
)
h(
y
)
h(
x
)
h(
y
)
h(
x
)
b ) Thiếu chú ý
r
h(
x

)
h(
y
)
lái xe
R - Bộ phận thông tin đ ợc
ng ời lái xe thu nhận
H(y) - L ợng thông tin mà
ng ời lái xe có thể thu nhận
H(x) - L ợng thông tin từ
nguồn thông tin
1.Quan điểm hiện đại về sự hình thành
tình trạng nguy hiểm trong gT
1.1.Dòng thông tin từ đ ờng đến ng ời lái xe và
các tình huống nguy hiểm trên đ ờng
Mức độ phức tạp của các tình huống và sự thích ứng của lái xe là yếu tố
quyết định độ an toàn của giao thông. Nếu chu trình nguyên tắc không
bị phá vỡ thì thời gian thích nghi t2 không khi nào đ ợc phép lớn hơn
thời gian hoàn thành tình huống phức tạp. Ng ời lái xe không rơi vào
tình trạng không kịp phản ứng hoặc phản ứng sai.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
Nh tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác,
ba nhân tố không gian, thời gian, mối quan
hệ nhân quả đ ợc dùng để tính toán, bố trí
cấu tạo các yếu tố hình học khi thiết kế đ
ờng ôtô. Nh ng khác với các nhà khoa học
kỹ thuật khác, các mô hình không gian và

mối quan hệ nhân quả đối với ng ời kỹ s đ
ờng cần phải đ ợc mở rộng ra.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
a. Không gian chạy xe
Ng ời lái xe không gian ba chiều xung quanh
với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật
đa dạng, có đủ hình dáng, vị trí thì mỗi ng
ời quan sát sẽ mô tả một khác. Không
gian chạy xe đến với Ng ời lái xe một cách
tự giác và luôn luôn biến đổi nh vậy ng ời
ta gọi là không gian chủ quan .
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
a. Không gian chạy xe
- Không gian vật lý - không gian khách quan, và
không gian chủ quan tuy có mối quan hệ chặt
chẽ với nhau nh ng không phải là phiên bản
của nhau.
-Sự khác biệt này có ý nghĩa rất quan trọng, cho
ng ời kỹ s thiết kế khả năng làm thích ứng con
đ ờng mình thiết kế với ph ơng thức chạy xe của
ng ời lái xe.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao

thông.
a. Không gian chạy xe
Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là
không gian liên tục, đều đặn và vô h ớng.Trong thiết kế đ ờng không
gian khách quan, toán - lý này đ ợc biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví
dụ không gian Gauss- Krueger và định h ớng theo mặt n ớc biển.
Trong không gian này các tính toán và hình vẽ đ ợc thể hiện trên ba
mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc) và mặt
cắt ngang.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
a. Không gian chạy xe
Lý thuyết không gian tâm sinh lý dùng cho ng ời lái xe là một bán không
gian giới hạn bởi đ ờng chân trời, đ ợc hợp thành do các không gian
thành phần không liên tục (ví dụ không gian của một đại lộ), bị gãy ở
tầm mắt của ng ời lái xe và có xu h ớng là h ớng nhìn của lái xe. Để có đ
ợc những phản ứng chắc chắn an toàn, ng ời lái xe về nguyên tắc phải
có đ ợc tâm lý nhìn thấy rõ ràng chính xác .
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
a. Không gian chạy xe
Cả hai khái niệm không gian đã mô tả trên
luôn luôn tồn tại song song với quy luật
riêng. Đó vừa là nhiệm vụ vừa là các khó
khăn của quy phạm thiết kế đ ờng, phải
bao quát cả hai lĩnh vực vì sự chạy xe an

toàn trên các con đ ờng t ơng lai
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
a. Không gian chạy xe
Động lực học chạy xe chứng minh đ ợc bằng toán học tạo nên những công
trình mang tính lý trí và hợp lôgic trong không gian vật lý, khách quan.
Nó không đủ cho bất kif một quy định nào trong quy phạm, bởi vì muốn
thoả mãn các yêu cầu của không gian tâm lý chủ quan cần có các điều
kiện phụ thêm. Những điều kiện này không thể đ a ra bằng tính toán,
mà chủ yếu đạt đ ợc bằng kinh nghiệm. Kết luận này là sợi chỉ đỏ xuyên
suốt các quy phạm thiết kế.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
B. Con ng ời, xe và đ ờng là một hệ thống điều khiển
Trong các mô hình đ ờng - xe chạy tr ớc đây của các quy
phạm thiết kế ng ời ta không kể đến ng ời lái xe và thiết kế
từng mặt cắt của đ ờng riêng rẽ, xem tia nhìn bất động h ớng
tới cuối đ ờng, khi thấy có dấu hiệu ch ớng ngại vật đầu tiên
trên đ ờng là sử dụng phanh gấp. Những tai nạn xảy ra trên
các con đ ờng xây dựng theo quy phạm ấy đã nhắc nhở
chúng ta phải phát triển mô hình chuyển động theo mọi
khía cạnh để mô phỏng thực chất quá trình xe chạy, từ đó đ
a ra các tiêu chuẩn cho một con đ ờng an toàn
2-Chu tr×nh nguyªn t¾c kh«ng gian ch¹y xe –
con ng êi xe vµ quan ®iÓm thiÕt kÕ ® êng –
theo sù nh×n nhËn cña ng êi tham gia giao

th«ng.
B. Con ng êi, xe vµ ® êng lµ mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn
Bªn c¹nh m« h×nh t¸c dông lùc míi gi÷a xe vµ ®
êng ®Ó truyÒn mét c¸ch an toµn c¸c lùc phanh
vµ lùc tr ît, viÖc ®Ò xuÊt m« h×nh dßng th«ng
tin rÊt cã ý nghÜa ®èi víi c«ng t¸c thiÕt kÕ ®
êng.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
B. Con ng ời, xe và đ ờng là một hệ thống điều khiển

Điều chỉnh dọc
Điều chỉnh
ngang
Thông tin qua
hệ thống lái
Môi trừơng
Độ sáng
Môi tr ờng
Đ ờng
Đuờng
Tính chất
m ặt đ ờng
Thiết bị
dẫn h ớng
Sự đơn
điệu
Giao thông

Tốc độ gió
H ình học tuyến
Dạng mặt
cắt ngang
L ợng l u
thông
N ớc ,bùn
Gió
Tr ờng nhìn
Phong cảnh
xung quanh
Ta luy
t ờng chắn
Trồng cây
xe
Tốc độ gió
Thông tin của xe đến lái xe
Thông tin của xe đến
Hệ thống điều khiển
Xe
Va chạm
Tốc độ gió
Não
bộ
Cơ
thể
Phản ứng vô thức
Cơ quan não bộ
Hình 28a. Dòng thông tin giữa lái xe,xe và đuờng
Hình 28b. Lái xe, xe và đuờng trong chu trình điều khiển

Giao
thông
Thể hiện
Đ ờng
và
môi
tr ờng
11
10
bit/s
Thời
tiết
xe
Nguời
lái
Quên
Vô thức
Tôi-lái xe
Nhận thức chậm
Nhận thức tức thời
Hiện tại
Vận động
Cơ thể
Không
tự
giác
7
3.10
bit/s
16

bit/s
Tự
giác
Lái xe
Đ iều chỉnh dọc
Đ iều c hỉnh
ngang
Thông tin qua
hệ thống lái
Môi trừơng
Đ ộ sáng
Môi tr ờng
Đ ờng
Đuờng
Tính chất
m ặt đ ờng
Thiết bị
dẫn h ớng
Sự đơn
điệu
Giao thông
Tốc độ gió
Hình học tuyến
Dạng mặt
cắt ngang
L ợng l u
thông
N ớc ,bùn
Gió
Tr ờng nhìn

Phong cảnh
xung quanh
Ta luy
t ờng chắn
Trồng cây
xe
Tốc độ gió
Thông tin của xe đến lái xe
Thông tin của xe đến
Hệ thống điều khiển
Xe
Va chạm
Tốc độ gió
Não
bộ
Cơ
thể
Phản ứng vô thức
Cơ quan não bộ
Hình 28a. Dòng thông tin giữa lái xe,xe và đuờng
Hình 28b. Lái xe, xe và đuờng trong chu trình điều khiển
Giao
thông
Thể hiện
Đ ờng
và
môi
tr ờng
11
10

bit/s
Thời
tiết
xe
Nguời
lái
Quên
Vô thức
Tôi-lái xe
Nhận thức chậm
Nhận thức tức thời
Hiện tại
Vận động
Cơ thể
Không
tự
giác
7
3.10
bit/s
16
bit/s
Tự
giác
Lái xe
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
B. Con ng ời, xe và đ ờng là một hệ thống điều khiển

Nếu ng ời tham gia giao thông không nhận đ ợc đầy đủ các thông tin về đ ờng cần thiết cho
ph ơng thức chạy xe của mình thông qua diễn biến quang học của đ ờng thì con đ ờng
đ ợc thiết kế chính xác theo các tính toán động lực học chạy xe trở nên rất nguy
hiểm. Các thông tin về cấu tạo tuyến đ ờng sẽ đến quá chậm vào thời điểm chạy xe,
nếu nh ng ời lái xe đó nhìn mà đánh giá sai lệch tình huống đang xảy ra. Nh vậy
thoả mãn động lực học chạy xe là cần thiết nh ng không đủ cho việc chạy xe an toàn,
bởi vì ph ơng thức chạy xe thực tế đ ợc lựa chọn ban đầu tại mặt cắt ngang t ơng ứng
th ờng khác với ph ơng thức chạy xe tính toán. Điều kiện cần và đủ ở đây là
tuyến đ ờng thiết kế sao cho ng ời lái xe nhìn và đánh giá đ ợc phải chọn
ph ơng thức chạy xe nh thế nào cho đúng với ph ơng thức chạy xe của
con đ ờng đ ợc thiết kế theo động lực học chạy xe
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
c.Mối quan hệ nhân quả
Từ chu trình điều khiển chúng ta thấy rằng mối
quan hệ ràng buộc có tính chất nhân quả giữa
đ ờng, con ng ời và xe hoàn toàn không đơn
giản, do đó phải cân nhắc thận trọng các văn
bản h ớng dẫn thiết kế
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
c.Mối quan hệ nhân quả
Các mối liên quan của kết quả có thể đ ợc giải thích theo hai dạng khác
nhau về cơ bản. Mối quan hệ nhân quả xuất phát từ một chuỗi t ơng
ứng của nguyên nhân và kết quả. Thuyết mục đích, ng ợc lại giải thích
mối quan hệ xuất phát từ khuynh h ớng của mục đích. Có thể tìm thấy

mối quan hệ nhân quả trong các tính toán và các quy định kinh điển
về động lực học chạy xe của quy phạm thiết kế. Những cân nhắc tính
toán vạch tuyến đảm bảo yêu cầu quang học đ ợc sắp xếp theo thuyết
mụch đích. Theo đó một chuyến đi bằng ôtô là một hành vi hai mục
đích: mục đích thứ nhất là đến nơi đã định, mục đích thứ hai là an
toàn nhờ không gian trống tức thời trên đ ờng. ở mục đích thứ hai ,
công tác bài trí con đ ờng giúp cho ng ời lái xe những hỗ trợ cần thiết
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
c.Mối quan hệ nhân quả
Để giải thích mối t ơng quan của hệ thống ng ời lái xe xe- đ ờng
(hành động theo ph ơng thức nào trong rất nhiều ph ơng thức
có thể đạt tới sự cân bằng) cần phải bỏ qua một loạt các mối
quan hệ nhân quả đang sử dụng. Có thể giải thích điều đó
bằng một chu trình điều khiển có nhiều khâu (nhiều thành
phần). Trong hệ thống ấy, diễn biến của phản ứng có thể
nghiên cứu riêng rẽ theo thuyết nhân quả, đồng thời cả hệ
thống hoạt động theo thuyết mục đích. Bằng cách quan niệm
nh vậy chúng ta loại bỏ đ ợc mâu thuẫn d ờng nh tồn tại giữa
thuyết nhân quả và thuyết mục đích khi nghiên cứu về mối
quan hệ ng ời lái xe xe -đ ờng.
2-Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe
con ng ời xe và quan điểm thiết kế đ ờng
theo sự nhìn nhận của ng ời tham gia giao
thông.
D.Tạo hình ảnh con đ ờng
Giải mặt đ ờng và không gian xung quanh
nó cho ng ời lái xe một chuỗi hình ảnh và

ấn t ợng. Sự định h ớng của ng ời lái xe dựa
trên chuỗi thông tin thu nhận từ không
gian đ ờng ấy .
2-Chu tr×nh nguyªn t¾c kh«ng gian ch¹y xe –
con ng êi xe vµ quan ®iÓm thiÕt kÕ ® êng –
theo sù nh×n nhËn cña ng êi tham gia giao
th«ng.
D. T¹o h×nh ¶nh con ® êng
®iÓm dÉn
®iÓm nh×n
h íng phô
H×nh 29. H×nh d¸ng ®uêng theo c¸ch nh×n
nguêi tham gia giao th«ng