تحليل به‌كارگيري تغييرات بربلندي غيرخطي در قوس‌هاي كلوتوئيد-كلوتوئيد در راه-هاي برون‌شهري بر اساس مدل تعليق يك چهارم خودرو

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

قوس ­هاي افقي بخش مهمي از زيرساخت­هاي جاده ­اي مي باشند. تأمين ايمني و راحتي رانندگي در اين بخش­ها همواره مورد توجه محققين بوده است. با توجه به ماهيت هندسي، و به ­ويژه تغيير انحنا در پلان مسير و وجود بربلندي، قوس­هاي افقي بيش از ساير قسمت­هاي جاده مستعد بروز حادثه ميباشند. دستيابي به بربلندي بيشينه در قوس­هاي افقي دايره­اي از مسير مستقيم، عمدتاً به شكل يكنواخت خطي انجام مي­شود. كلوتوئيدها يكي از كاربردي­ترين انتخاب­ها جهت قوس اتصال بين قوس دايره­اي و مسير مستقيم ميباشند. اين قوسها در صورت عدم وجود قسمت دايره­اي (ناشي از محدوديت­هاي هندسي و يا انتخاب اوليه طراح) مي­توانند به صورت تركيب كلوتوئيد-كلوتوئيد در نظر گرفته شوند كه در اين صورت تغييرات خطي افزاينده بربلندي تا نقطه اتصال دو كلوتوئيد و سپس تغيير جهت ناگهاني و كاهش مقدار از ابتدا تا انتهاي كلوتئيد دوم مي­تواند مشكل ايمني و راحتي سرنشينان را در پي داشته باشد. در اين تحقيق، به منظور رفع اين مشكل، استفاده از تغييرات بربلندي غيرخطي در محل اتصال دو قوس كلوتوئيد بررسي شده است. به اين منظور، مدل سيستم تعليق يك چهارم خودرو با دو درجه آزادي جهت مطالعه شتاب قائم استفاده شده است. بر اساس نتايج، با به كارگيري تغييرات بربلندي خطي در قوس­هاي كلوتوئيد- كلوتوئيد، در محل شروع كلوتوئيد و يا محل اتصال دو كلوتوئيد، شتاب قائم بيشتر از آستانه شروع ناراحتي انسان (شتاب 0/8 متر بر مجذور ثانيه)- بر اساس سرعت خودرو - بسيار محتمل خواهد بود (حتي سه برابر حد ياد شده) و با بهكارگيري روش­هاي غيرخطي درجه 2 و درجه 3، شتاب قائم به كمتر از 0/8 كاهش خواهد يافت. براي نمونه، براي سرعت طراحي 100 كيلومتر بر ساعت، با استفاده از روش خطي، شتاب قائم بيش از 2/5 متر بر مجذور ثانيه خواهد بود و با تيپ غيرخطي به حدود 0/8 كاهش مي ­يابد.

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.