تحلیل به‌کارگیری تغییرات بربلندی غیرخطی در قوس‌های کلوتوئید-کلوتوئید در راه-های برون‌شهری بر اساس مدل تعلیق یک چهارم خودرو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری راه و ترابری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین

2 دانشیار گروه راه و ترابری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین

چکیده

قوس­های افقی بخش مهمی از زیرساخت­های جاده­ای می‏باشند. تأمین ایمنی و راحتی رانندگی در این بخش­ها همواره مورد توجه محققین بوده است. با توجه به ماهیت هندسی، و به­ویژه تغییر انحنا در پلان مسیر و وجود بربلندی، قوس­های افقی بیش از سایر قسمت­های جاده مستعد بروز حادثه می‏باشند. دستیابی به بربلندی بیشینه در قوس­های افقی دایره­ای از مسیر مستقیم، عمدتاً به شکل یکنواخت خطی انجام می­شود. کلوتوئیدها یکی از کاربردی­ترین انتخاب­ها جهت قوس اتصال بین قوس دایره­ای و مسیر مستقیم می‏باشند. این قوس‏ها در صورت عدم وجود قسمت دایره­ای (ناشی از محدودیت­های هندسی و یا انتخاب اولیه طراح) می­توانند به‏صورت ترکیب کلوتوئید-کلوتوئید در نظر گرفته شوند که در این صورت تغییرات خطی افزاینده بربلندی تا نقطه اتصال دو کلوتوئید و سپس تغییر جهت ناگهانی و کاهش مقدار از ابتدا تا انتهای کلوتئید دوم می­تواند مشکل ایمنی و راحتی سرنشینان را در پی داشته باشد. در این تحقیق، به منظور رفع این مشکل، استفاده از تغییرات بربلندی غیرخطی در محل اتصال دو قوس کلوتوئید بررسی شده است. به این منظور، مدل سیستم تعلیق یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی جهت مطالعه شتاب قائم استفاده شده است. بر اساس نتایج، با به‏کارگیری تغییرات بربلندی خطی در قوس­های کلوتوئید- کلوتوئید، در محل شروع کلوتوئید و یا محل اتصال دو کلوتوئید، شتاب قائم بیشتر از آستانه شروع ناراحتی انسان (شتاب 8/0 متر بر مجذور ثانیه)- بر اساس سرعت خودرو - بسیار محتمل خواهد بود (حتی سه برابر حد یاد شده) و با به‏کارگیری روش­های غیرخطی درجه 2 و درجه 3، شتاب قائم به کمتر از 8/0 کاهش خواهد یافت. برای نمونه، برای سرعت طراحی 100 کیلومتر بر ساعت، با استفاده از روش خطی، شتاب قائم بیش از 5/2 متر بر مجذور ثانیه خواهد بود  و با تیپ غیرخطی به حدود 8/0 کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of Applying Nonlinear Superelevation Attaining in Spiral-Spiral Alignments in Suburban Highways Based on Quarter Car Suspension Model

نویسندگان [English]

  • hossein pourkhani 1
  • Aَli Abdi Kordani 2
1 PhD Candidate of Transportation, Faculty of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University, Ghazvin, I. R. Iran.
2 Associate Professor, Department of Transportation, Faculty of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University, Ghazvin, I. R. Iran.
چکیده [English]

Horizontal alignments are one of the most important parts of road infrastructure. Safety and driving comfort in these areas has always been the focus of researchers. Due to the geometric nature and especially the change in the curvature of the road and the existence of superelevation, horizontal alignments are more prone to accidents than other parts of the highways. Superelevation attaining based on current methods has linear form. Spiral transition curves as one of the most practical options for connecting between a circular alignment and a straight path, in the absence of a circular part (due to geometric constraints or designer's initial choice) can be considered as a spiral-spiral combination. In this case, linear increase in path edge elevation from start to top (connection point of the two spirals) and then a sudden linear descent to the end of the second spiral can cause problems for safety and comfort of the vehicle passengers. In this study, in order to solve this problem, the use of nonlinear superelevation attaining at the junction of the two spiral alignments has been investigated. For this purpose, the quarter car suspension model was used to study the vertical acceleration. According to the research results, by applying linear superelevation attaining in the spiral-spiral alignments, at the starting point of the spiral or at the junction of the two spirals, vertical acceleration above the ride comfort threshold (0.8 m/s2), based on vehicle speed, will be very probable (even three times the mentioned limit). On the other hand, by using non-linear methods as combined parabolic and cubic equations, the mentioned vertical acceleration will be reduced to less than 0.8 m/s2. As an example, for design speed of 100 km/hr, and using linear method, the vertical acceleration will be 2.5 m/s2, while with nonlinear method it reduces to 0.8 m/s2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Road safety
  • Horizontal alignment
  • Superelevation attaining
  • Spiral-spiral alignment
  • Quarter car suspension model

مراجع

 
قربانیان، ح.، جمشیدی، ا. و آشوری، م. ر. 1390. "تحلیل دینامیکی اثرات سرعت‌گیر و سرعت‌گاه‌ها روی آسایش سرنشینان خودروی پراید با مدل یک چهارم خودرو و بهینه‌سازی شکل سرعت‌گیر و سرعت‌گاه". مهندسی مکانیک و ارتعاشات، 2(2): 65-79.
Abdi Kordani, A., Mehrara Molan, A. and Monajjem, S. 2014. “New formulas of side friction factor based on three-dimensional model in horizontal curves for various vehicles”. T&DI Congress 2014: Planes, Trains, and Automobiles.
Abdulhafedh, A. 2019. “Design of superelevation of highway curves: An overview and distribution methods”. J. City Devel., 1(1): 35-40.
Al-Ashmori, M. and Wang, X. 2020. “A systematic literature review of various control techniques for active seat suspension systems”. Appl. Sci., 10(3): 1148.
Awadallah, F. 2005. “Theoretical analysis for horizontal curves based on actual discomfort speed”. J. Transport. Eng., 131(11): 843-850.
Brown, A. and Brennan, S. 2014. “On the required complexity of vehicle dynamic models for use in simulation-based highway design”. J. Safety Res., 49: 105-112.
Choudhari, T. and Maji, A. 2019. “Socio-demographic and experience factors affecting drivers’ runoff risk along horizontal curves of two-lane rural highway”. J. Safety Res., 71: 1-11.
Durth, W. and Lippold, C. 1995. “Entwurf der neuen richtlinien fuer die anlage von strassen-teil: Linienfuehrung (RAS-L 1994)”. Straße Und Autobahn, 46(2).
Easa, S. M. and Mehmood, A. 2008. “Optimizing design of highway horizontal alignments: New substantive safety approach”. Comput‐Aided Civ. Infrastruct. Eng., 23(7): 560-573.
Gillespie, T. D. 1992. “Fundamentals of vehicle dynamics: Society of automotive engineers”. Warrendale, PA.
Harwood, D. W., Council, F., Hauer, E., Hughes, W. and Vogt, A. 2000. “Prediction of the expected safety performance of rural two-lane highways”. Publication No. FHWA-RD-99-207.
Hong, H. S. 2014. “Review of maximum superelevation utilized in current method provided in highway design”. The University of Texas at San Antonio.
HSM. 2010. “Highway safety manual”. First Edition, AASHTO, 1057 p.
Karyawan, I. D. M. A., Widianty, D. and Sideman, I. A. O. S. 2017. “Analisis Kelandaian Melintang sebagai Elemen Geometrik pada Beberapa Tikungan Ruas Jalan Mataram-Lembar”. Spektrum Sipil, 2(1): 12-21.
Kobryń, A. 2017. “Transition curves for highway geometric design”. Springer.
Lee, J. Y., Lee, J. D., Bärgman, J., Lee, J. and Reimer, B. 2018. “How safe is tuning a radio?: using the radio tuning task as a benchmark for distracted driving”. Accident Anal. Preven., 110: 29-37.
Lin, Y. and Niu, J. 2011. “Effect of highway horizontal alignment on driver decision behavior on trajectory path”. ICTE, 2011: 2683-2688.
Marchionna, A. and Perco, P. 2007. “A proposal to update the clothoid parameter limiting criteria of the Italian standard”. International Societa Italiana Infrastructure Viarie Congress.
Marjanen, Y. 2010. “Validation and improvement of the ISO 2631-1(1997) standard method for evaluating discomfort from whole-body vibration in a multi-axis environment”. PhD Thesis, Loughborough University. https://hdl.handle.net/2134/6250
Monajem, S. 2012. “Highway engineering design and traffic”. 6th ed., Tehran.
Mustakim, A., Yosomulyono, S. and Juniardi, F. 2017. “Evaluasi kelayakan geometrik jalan pada ruas jalan raya singkawang-bengkayang”. Jurnal Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Tanjungpura, 6(3).
AASHTO. 2018. “A policy on geometric design of highways and streets” 7th Edition..
Othman, S., Thomson, R. and Lannér, G. 2012. “Using naturalistic field operational test data to identify horizontal curves”. J. Transport. Eng., 138(9): 1151-1160.
Shao, Y. M. and Xu, J. 2016. “Effects of geometric features of highway horizontal alignment on steering behavior of passenger car”. J. Vibroeng., 18(6): 4086-4104.
Torbic, D. J., O'Laughlin, M. K., Harwood, D. W., Bauer, K. M., Bokenkroger, C. D., Lucas, L. M., . . . , Brown, A. and Varunjikar, T. 2014. “Superelevation criteria for sharp horizontal curves on steep grades”. NCHRP Report 774.
Türkay, S. and Akçay, H. 2005. “A study of random vibration characteristics of the quarter-car model”. J. Sound Vib., 282(1-2): 111-124.
Van Petegem, J. H. and Wegman, F. 2014. “Analyzing road design risk factors for run-off-road crashes in the Netherlands with crash prediction models”. J. Safety Res., 49: 121-127.
Zegeer, C., Stewart, R., Reinfurt, D., Council, F., Neuman, T., Hamilton, E., Miller, T. and Hunter, W. 1991a. “Cost-effective geometric improvements for safety upgrading of horizontal curves”. FHWA/RD-90-021, 237 p.
Zegeer, C. V., Stewart, J. R., Council, F. M. and Reinfurt, D. W. 1991b. “Safety effects of geometric improvements on horizontal curves”. UNC/HSRC-91-8-3, 32 p.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 24 اسفند 1399
  • تاریخ بازنگری: 06 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 17 خرداد 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار