Tài liệu Giáo trình thiết kế hình học đường

hINH HOC ĐƯỜNG CHƯƠNG 2. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý TRONG NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ ĐỂ GÓP PHẦN ĐẢM BẢO AN TOÀN GIAO THÔNG 2.1. Quan điểm hiện đại về sự hình thành tình trạng nguy hiểm dẫn đến tai nạn trong giao thông để áp dụng trong thiết kế đường ô tô 2.1.1. Các loại đường ô tô và tốc độ xe chạy a) Giới hạn các loại đường nghiên cứu Đường ô tô về tổng quát có hai loại : Đường đi qua các vùng trống nông thôn mà ta hay gọi là đường quốc lộ và loại thứ hai bao gồm các con đường đi qua vùng dân cư, các công trình được xây dựng dày đặc hai bên đường ta hay gọi là đường đô thị hay đường thành phố. Có sự chuyển tiếp giữa hai loại đường này khi chúng đi qua vùng ngoại vi khu dân cư, không gian chung quanh đường đã xuất hiện những công trình cản trở trường nhìn nhưng thưa thớt. Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là đường quốc lộ, loại đường nguy hiểm và như chúng ta thấy ở chương 1, hơn 80% tai nạn giao thông xảy ra ở loại đường này và nếu chỉ xét riêng về tai nạn chết người thì chiếm đến 90%. Loại đường quốc lộ được chia thành đường giành riêng cho xe chạy với vận tốc cao (hay gọi là đường cao tốc) và đường dùng chung cho mọi loại giao thông (gọi là đường giao thông công cộng) từ người đi bộ, xe thô sơ, xe máy, xe đạp và xe ô tô chạy với mọi loại tốc độ khác nhau nếu được pháp luật cho phép. Đường cao tốc ở nước ta mới có vài đoạn ngắn mới xuất hiện nên đường ô tô nói trong đề tài này là đường quốc lộ dùng chung cho mọi loại xe, chủ yếu là đường hai làn xe chạy chung cho hai hướng. Loại đường này chia thành nhiều cấp kỹ thuật ví dụ cáp 20, 40, 60 và 80 hay cấp V, IV, III… b) Tốc độ xe chạy Có những khái niệm sau đây về tốc độ dùng trong môn hoc thiết kế đường và các nghiên cứu về giao thông, an toàn giao thông đường ô tô.  Tốc độ hành trình : Tốc độ hành trình là trị số tốc độ dự tính cho xe du lịch đạt được trên một đoạn đường với điều kiện lượng xe chạy trên đường bằng cường độ giao thông (lưu lượng xe) thiết kế. Nó là một tiêu chuẩn của chất lượng giao thông và là đại lượng mục tiêu của mọi hoạt động xây dựng đường ôtô . Tốc độ này được cho ở các bảng năng lực phục vụ của đường. Khi cường độ giao thông tăng lên thì tốc độ hành trình sẽ giảm đi và ngược lại. Tại những thời điểm cường độ giao thông không đáng kể thì tốc độ hành trình là cao nhất. Tốc độ này thay đổi theo thời gian trong ngày, theo tuần, theo tháng trên cùng một cấp kỹ thuật của đường.  Tốc độ tính toán (VTT) Tốc độ tính toán là đại lượng quan trọng trong công tác thiết kế đường, được sử dụng để tính toán các yếu tố đưtoanskhi gặp các khó khăn về địa hình. Nó được quy định tuỳ theo tầm quan trọng về mặt giao thông của con đường và điều -1- hINH HOC ĐƯỜNG kiện kinh tế. Tốc độ tính toán quyết định các trị số giới hạn của các yếu tố hình học thiết kế và tương quan cho phép khi phối hợp các yếu tố riêng rẽ thành tuyến đường. Do đấy tốc độ thiết kế có ảnh hưởng quyết định đến : - chất lượng của con đường; - tính an toàn và chất lượng của giao thông thông qua đặc điểm đường; - tính kinh tế. Nhưng nhiều nước cũng còn có quan niệm tốc độ xe chạy tính toán là tốc độ của một chiếc xe ô tô con chạy không có sự cản trở của các xe khác trong điều kiện bất lợi nhất. Tức là trong các điều kiện bình thường, người ta khuyến khích dùng các tốc độ cao hơn để nâng cao tiện nghi xe chạy.  Tốc độ 85% (V85) Là tốc độ đặc trưng của một đoạn đường có những đặc điểm đường xác định mà 85% xe con chạy không vượt quá tốc độ ấy khi có những điều kiện chạy xe sau đây : - Không bị xe khác cản trở; - Mặt đường không bị ẩm ướt và sạccu.  Tốc độ cho phép (Vcf ) Tốc độ cho phép là tốc độ một hay nhiều loại xe phải tuân theo trên một con đường hay một loại đường nhất định. Trên đường cao tốc không hạn chế tốc độ (có những đường cao tốc vẫn bị hạn chế tốc độ tối đa) tốc độ cho phép là tốc độ nhỏ nhất được chạy trên đường. Tuyệt đại đa số đường ô tô đều bị hạn chế tốc độ xe vì vậy nói tốc độ cho phép thông thường hiểu là tốc độ tối đa cho phép. Trong đề tài này cũng như vậy. Tốc độ cho phép được quy định trong văn bản pháp luật hoặc được thông báo cho người tham gia giao thông bằng các dấu hiệu trên đường (biển báo và vạch kẻ đường). Tốc độ cho phép thay đổi theo loại đường, cấp đường và thời gian. Việc định ra tốc độ cho phép nhằm phục vụ nhiều mục tiêu ví dụ để tiết kiệm nhiên liệu, để bảo vệ môi trường, để tăng khả năng thông xe của con đường. Nhưng mục tiêu hàng đầu vẫn là để đảm bảo an toàn giao thông, phòng ngừa tai nạn. Tốc độ cho phép làm thời gian đạt được đích đến của người tham gia giao thông và khi điều kiện đường, thời tiết tốt và đường ít xe chtoostnos làm giảm sự thoải mái hưng phấn của người lái xe. Vì vậy tốc độ cho phép thường bị vượt qua, một hiện tượng xảy ra ở mọi nơi, mọi lúc và ở tất cả các nước trên thế giới. Đảm bảo cho xe chạy đúng tốc độ cho phép cần phải áp dụng nhiều biện pháp, từ giáo dục, răn đe đến cưỡng bức. Những người quản lý giao thông và làm đường phải bảo đảm cung cấp thông tin kịp thời và chính xác tốc độ cho phép đến người lái xe để họ kịp điều chỉnh phương thức chạy xe hợp lý của mình. Càng tránh cho người lái xe phải thay đổi tốc độ đột ngột thì sự an toàn cho một chuyến đi càng cao.  Tốc độ có thể (Vct) -2- hINH HOC ĐƯỜNG Tốc độ có thể là tốc độ của một xe ô tô con chạy một mình, không có sự cản trở của các xe khác trên một đoạn đường có những điều kiện về tuyến đường và nền mặt đường nhất định khi thời tiết thuận lợi. Vì xe ô tô con là xe chạy nhanh nhất, có tốc độ cao nhất trên đường nên tốc độ có thể được xem như tốc độ tối đa xe có thể chạy trên một đoạn đường. -3- hINH HOC ĐƯỜNG TRUNG T¢M thµnh phè C ® êng bao thµnh phè nhãm ® êng C ® êng trong trung t©m thµnh phè,nhµ cöa x©y dùng san s¸t hai bªn. VïNG PHô CËN B nhãm ® êng B ® êng trong khu vùc thµnh phè hai bªn ® êng kh«ng cã nhµ NGOµI THµNH PHè A nhãm ® êng A ® êng ngoµi thµnh phè hai bªn ® êng kh«ng cã nhµ. H×nh 23. Sô biÕn ®æi vËn tèc xe ch¹y phô thuéc vÞ trÝ ®uêng (Sù thay ®æi truêng nh×n) §é lín tèc ®é xe Vì tốc độ cho phép thay đổi từng thời kỳ nhất định tùy theo chất lượng mạng đường và yêu cầu xã hội, nó lại thường xuyên bị vượt quá nên người thiết kế đường luôn luôn phải tính đến tốc độ này khi cấu tạo các bộ phận của đường. Ví -4- hINH HOC ĐƯỜNG dụ khi tốc độ tính toán của con đường là 40 km/h thì người thiết kế đường luôn phải tính đến người lái xe chạy vào đường cong bằng, đường cong đứng hay nút giao thông với tốc độ cao hơn, đạt đến 50, 60 hay 70 km/h… 42,20 VE :Tèc ®é tÝnh to¸n 23,84 1,15 1,87 48,38 2,66 c) Quy luật lựa chọn tốc độ chạy xe trên đường Những khái niệm tốc độ nêu ra ở trên rất có ý nghĩa trong nghiên cứu về đường. Nhưng trong thiết kế đường và tổ chức giao thông còn cần phải chú ý đến quy luật chung về lựa chọn tốc độ xe của người tham gia giao thông. Cự ly của một chuyến đi càng dài thì tốc độ được lựa chọn càng cao vì lý do kinh tế và lý do tâm lý. Trên hình 23. cho ta thấy ảnh hưởng của môi trường chung quanh đường và các yếu tố giao thông đến tốc độ xe được lựa chọn. Đường ngoài đô thị, xe chạy ở địa hình trống trải, trường nhìn lớn, lưu lượng xe ít, cự ly chuyến đi dài, tốc độ xe lớn nhất. Khi xe đi vào vùng phụ cận trường nhìn hạn chế, lưu lượng xe lớn hơn, cảm giác đã đến gần đích… làm cho tốc độ xe được lựa chọn giảm đi. Cuối cùng xe chạy vào đường phố, cảm giác bán hầm đè nặng lên người lái xe cùng với sự cản trở do lưu lượng xe tăng, tốc độ được lựa chọn là thấp nhất. Trong thiết kế đường quy luật này chi phối rất nhiều, ví dụ cùng một tốc độ tính toán nhưng ở khu vực nông thôn tiêu chuẩn hình học và nền mặt đường nên chọn cao hơn trong đô thị. d) Tầm quan trọng của tốc độ chạy xe trên đường đối với an toàn giao thông Để kết luận cho vấn đề tốc độ xe chạy theo quan điểm an toàn giao thông chúng ta có thể đưa ra đây một tổng kết của nước ngoài trên hình 24. đối với đường hai làn xe, loại đường chủ yếu trong mạng đường ô tô của chúng ta. Ur Gr VE= 60 VE= 80 VE= 100 ( km / h) H×nh 24. ChØ sè tai n¹n (U r vµ møc ®é nguy hiÓm (G r ) ) ë tèc ®é tÝnh to¸n kh¸c nhau trªn ® êng hai lµn xe Theo đó có thể thấy rằng khi tốc độ tính toán tăng mà vẫn sử dụng đường hai làn xe thì chỉ số tai nạn và mức độ nguy hiểm đều tăng rất nhiều (hơn hai lần ) khi tốc độ tính toán từ 60 tăng lên 80. Sở dĩ như vậy vì có sự cản trở điều kiện nhìn giữa xe tải chạy trước và xe con chạy sau, hoặc xe ô tô chạy trước và xe máy -5- hINH HOC ĐƯỜNG chạy sau (hình ….). Cũng còn do các xe dừng đỗ trong phần xe chạy làm cho xe đang đi phải xử lý đột ngột. Ở tốc độ thấp hơn 50 km/h đường hai làn xe là những con đường an toàn, chỉ số tai nạn thấp. Ở tốc độ tính toán 100 km/h, do đã được tách riêng hoàn toàn xe thô sơ, và nút giao được bố trí khác mức, có riêng làn đỗ xe khẩn cấp… nên chỉ số tai nạn giảm xuống so với tốc độ tính toán 80 km/h. % Tai n¹n giao th«ng 100 50 0 0,2 0,3 0,4 0,5 K = L1 >600 Lges Tai n¹n do v ît qu¸ tèc ®é Tai n¹n do v ît sai H×nh 25. Mèi quan hÖ gi÷a sù h¹n chÕ tÇm nh×n vµ tai n¹n 0,1 Trên hình 25. cho chúng ta thấy một tỷ lệ phần trăm tai nạn giao thông đường hai làn do những nguyên nhân liên quan đến tốc độ xe chạy. Muốn hạn chế tai nạn trong trường hợp này là rất khó, phải đồng thời sử dụng các tiêu chuẩn hình học đường rất cao và đồng nhất phương tiện tham gia giao thông (xem hình 26.). Những tiêu chuẩn này khác rất xa với các tiêu chuẩn hình học đường hiện nay ở nước ta và trên thế giới. Có thể đi đến một nhận xét chung là, tốc độ càng cao thì nguy cơ phát sinh tai nạn giao thông càng lớn, tốc độ càng thấp giao thông càng an toàn, nhưng cần chi phí thời gian lớn để đạt mục đích chuyến đi. Vì vậy giao thông tốc độ cao là yêu cầu khách quan của xã hội hiện đại. Thỏa mãn nhu cầu này thời kỳ đầu phải chấp nhận số lượng tai nạn giao thông cao, đặc biệt là các tai nạn có tổn thất về người. Do chỗ hệ thống đường có nhiều thiếu sót và còn do chỗ người tham gia giao thông chưa thích ứng được với giao thông tốc độ cao. Nguyên nhân sau là nguyên nhân cơ bản. Nếu áp dụng những biện pháp phòng ngừa tai nạn giao thông một cách khoa học và hiệu quả thì thời kỳ này qua nhanh hơn và tổn thất ít hơn. Đưới đây cho chúng ta thấy một cách giải thích đúng đắn và khách quan về sự hình thành tình trạng nguy hiểm có thể dẫn đến tai nạn giao thông trên đường. -6- hINH HOC ĐƯỜNG H×nh 26. H×nh 26a. Tr êng nh×n cña xe con ch¹y sau xe t¶i W1 [m] 750 700 650 400 R0 = 1000m 600 D4 = 1,25m L 1 = 9,0m 550 450 D4 = 1,0m 500 D4 = 0,75m 450 D4 = 0,25m D4= 0,75m 250 D4= 0,5m D4= 0,25m 200 D4= 1,25m D4= 1,0m D4= 0,75m D4= 0,5m D4= 0,25m 150 350 100 D4 = 1,25m 250 D4 = 1,0m 200 D4 = 0,75m 150 D4 = 0,5m 100 D4 = 0,25m 50 D7 = 0,0m 300 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 0 A 1 [m] H×nh 26d. TÇm nh×n W cña xe con ch¹y sau xe t¶i 1 (chiÒu dµi xe t¶i L1 =18m; R0=1000m) R0 [m] 50 0 D4= 1,25m D4= 1,0m 300 D4 = 0,5m 400 350 D7= 1,5m 650 D4= 1,25m D4= 1,0m D4= 0,75m D4= 0,5m D4= 0,25m 500 2200 A 1 [m] 2000 H×nh 26b. TÇm nh×n W cña xe con ch¹y sau xe t¶i 1 0 (chiÒu dµi xe t¶i L1 =9 m; R0=1000m) Xe t¶i dµi (L1=18,0m) D4=1.0m D4=1.0m 1800 1600 W1 [m] 1400 1000 1200 800 1000 600 D4=0.5m Xe t¶i dµi (L1= 18,0m) 800 400 Xe t¶i (L1= 9,0m) +14 +10 +6 -9 +2 0 Xe « t« D4=1.0m 800 200 +18 -18 -25 D7 = 1,5m 700 L 1 = 18,0m 550 D7 = 0,0m D4 = 1,25m D4 =0,75m D4 = 0,25m D7= 3,5m W [m] 1 750 D7 = 3,5m R0 = 1000m 600 -34 A1[m] Xe t¶i (L1 =9,0m) 400 12 10 8 6 4 2 0 A1 [m] Xe t¶i dµi H×nh 26c. ChiÒu dµi tÇm nh×n cÇn thiÕt H×nh 26e. B¸n kÝnh tèi thiÓu -7- H×nh 27a. hINH HOC ĐƯỜNG ® êng H(x) - L îng th«ng tin tõ nguån th«ng tin H(y) - L îng th«ng tin mµ ng êi l¸i xe cã thÓ thu nhËn xe -và các tình huốngîc R Bé phËn th«ng tin ® nguy ng êi l¸i xe thu nhËn l¸i xe h(x) r h(y) 2.1.2. .Dòng thông tin từ đường đến người lái hiểm trên đường Hình 27. sau đây trình bày đơn giản hoá thứ bậc các thông tin tác động đến người lái xe, họ có thể tiếp nhận các thông tin ấy tự giác hay thụ động. H×nh 27b. a ) Ng êi l¸i xe tiÕp nhËn mäi th«ng tin xuÊt ph¸t ra tõ ® êng vµ xe b ) Ng êi l¸i xe thiÕu sù chó ý ®Õn qu¸ tr×nh ch¹y xe h(x) h(y) h(x) h(y) c ) Khi bÞ mÖt H(y) gi¶m vµ mét bé phËn th«ng tin cña H(x) kh«ng tiÕp nhËn ® îc a )Tr êng hîp lý t ëng b ) ThiÕu chó ý h(x) h(y) c ) MÖt mái d ) L îng th«ng tin trë nªn qu¸ lín do ® êng vµ t×nh huèng giao th«ng phøc t¹p lµm cho ng êi l¸i xe kh«ng lµm chñ ® îc h(x) h(y) d ) Phøc t¹p hay nguy hiÓm a) Thêi ®iÓm t1 : Ch¹y xe an toµn khi l îng th«ng tin Ýt H×nh 27c. b) Thêi ®iÓm t + t1: T×nh huèng trë nªn phøc t¹p h(x) h(y) h(y) h(x) h(y) h(x) t t +t1 +t2 t+t1 c) Thêi ®iÓm t+t1+t2: Ng êi l¸i xe t¨ng c êng chó ý do ®ã kh¶ n¨ng tiÕp nhËn th«ng tin thÝch nghi ® îc víi t×nh huèng H×nh 27. Th«ng tin tõ ®uêng ®Õn nguêi l¸i xe . Từ hình 27. có thể thấy rằng 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. Theo đó nếu chu trình nguyên tắc không bị phá vỡ thì thời gian thích nghi t2 không khi nào được phép lớn hơn thời gian hoàn thành tình huống phức tạp. Người lái xe không rơi vào tình trạng không kịp phản ứng hoặc phản ứng sai. -8- hINH HOC ĐƯỜNG 2.2. Chu trình nguyên tắc không gian chạy xe – con người – xe và quan điểm thiết kế đường theo sự nhìn nhận của người tham gia giao thông. Như tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác, ba nhân tố không gian, thời gian, mối quan hệ nhân quả được dùng để tính toán, bố trí cấu tạo các yếu tố hình học khi thiết kế đường ôtô. Nhưng khác với các nhà khoa học kỹ thuật khác, các mô hình không gian và mối quan hệ nhân quả đối với người kỹ sư đường cần phải được mở rộng ra. 2.2.1. Không gian chạy xe Với tư cách người kỹ thuật khi nói đến không gian chạy xe ta nghĩ ngay đến không gian vật lý có thể đo được bằng ba toạ độ. Nếu thêm vào nhân tố thời gian chúng ta xác định được trong không gian ấy những điểm chuyển động một cách rõ ràng. Tất cả các nhà nghiên cứu đều đạt được cùng một trị số đo khi nghiên cứu một không gian chạy xe ngắn và cùng rút ra một số kết quả tính toán. Không gian vật lý vì vậy không phụ thuộc vào người nghiên cứu, còn được gọi là không gian toán học hay không gian khách quan. Nếu ngược lại chúng ta với tư cách người lái xe mở mắt nhìn không gian ba chiều xung quanh ta với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật đa dạng có đủ hình dáng, vị trí thì mỗi người quan sát sẽ mô tả một khác. Không gian chạy xe đến với chúng ta một cách tự giác và luôn luôn biến đổi như vậy người ta gọi là không gian chủ quan . Chúng ta thấy ngay lập tức rằng hai loại không gian này tuy có mối quan hệ chặt chẽ với nhau nhưng không phải là phiên bản của nhau. Ví dụ, trong không gian khách quan hai mép đường chạy song song với nhau nhưng trong không gian chủ quan nó lại cắt nhau. Sự khác biệt này có ý nghĩa rất quan trọng, cho người kỹ sư thiết kế khả năng làm thích ứng con đường mình thiết kế với phương thức chạy xe của người lái xe. Những sự biến đổi về quang học đã dạy chúng ta rằng không gian khách quan không phải là hình ảnh của không gian chủ quan nhìn từ xa mà khác biệt nhau ở chỗ nhận thức sự vật. Nó có thể được mô tả ngắn gọn dưới đây. Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là không gian liên tục, đều đặn và vô hướng.Trong thiết kế đường không gian khách quan, toán - lý này được biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví dụ không gian Gauss- Krỹger và định hướng theo mặt nước biển. Trong không gian này các tính toán và hình vẽ được thể hiện trên ba mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc) và mặt cắt ngang. Lý thuyết không gian tâm sinh lý dùng cho người lái xe là một bán không gian giới hạn bởi đường chân trời, được 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 người lái xe và có xu hướng là hướng nhìn của lái xe. Để có được những phản ứng chắc chắn an toàn, người lái xe về nguyên tắc phải có được tâm lý nhìn thấy rõ ràng chính xác . 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 -9- hINH HOC ĐƯỜNG đường, phải bao quát cả hai lĩnh vực vì sự chạy xe an toàn trên các con đường tương lai. Động lực học chạy xe chứng minh được 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 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 đưa ra bằng tính toán, mà chủ yếu đạt được bằng kinh nghiệm. Kết luận này là sợi chỉ đỏ xuyên suốt các quy phạm thiết kế. Ngoài ra nó cũng yêu cầu đối với người thiết kế có trách nhiệm, phải luôn suy nghĩ cân nhắc con đường đang thiết kế theo quan điểm của người lái xe . 2.2.2. Con người, xe và đường là một hệ thống điều khiển Trong các mô hình “đường - xe chạy” trước đây của các quy phạm thiết kế người ta không kể đến người lái xe và thiết từng mặt cắt của đường riêng rẽ, xem tia nhìn bất động hướng tới cuối đường, khi thấy có dấu hiệu chướng ngại vật đầu tiên trên đường là sử dụng phanh gấp. Những tai nạn xảy ra trên các con đường 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 đưa ra các tiêu chuẩn cho một con đường an toàn . Bên cạnh mô hình tác dụng lực mới giữa xe và đường để truyền một cách an toàn các lực phanh và lực trượt, việc đề xuất mô hình dòng thông tin rất có ý nghĩa đối với công tác thiết kế đường. Hình 28. trình bày quá trình chạy xe dưới hình thức một hệ thống điều khiển. Nội dung của hình 28. mô tả như sau : Thông qua các cơ quan thần kinh, người lái xe (Lái xe), với tư cách nhà đạo diễn tiếp nhận các thông tin từ môi trường xung quanh anh ta. ở đây mắt (quang học) có ý nghĩa quan trọng nhất, sau đó đến cảm giác do ma sát của bàn tay trên vô lăng và áp lực lên cơ thể (sự gò bó bức bối) tai nghe (âm thanh) và các vận động tự thân của con người thông qua các cơ và các cơ quan thư giãn (tự cân bằng). Sự nhận biết thực tế không chỉ là riêng nhìn thâý như khi nhìn một biển baó, hay chỉ chờ cảm giác như khi một vật xô mạnh vào bánh xe mà là cả một sự nhận biết tổng hợp có sự tham gia của cả bốn nhân tố nói trên như khi ta chạy xe qua một đường cong tròn chẳng hạn . Phần lớn sự nhận biết là không tự giác. Bộ phận này chịu tác động của các phản xạ tự phát trong hoạt động của mắt và hoạt động điều chỉnh đặc trưng. Chỉ một ít thông tin về môi trường bên ngoài vượt quá ngưỡng tự giác và người lái xe từ chối. Sự tự giác của người lái xe không có khả năng nhận biết vô hạn, giống như con nhện trong mạng, chỉ hoạt động ở chỗ nào xuất hiện những tin tỏ ra quan trọng nhất. Sự tự giác đó chỉ bằng 10x17=170 bit (đơn vị bằng tiếng Anh thể hiện một thông tin đơn vị : có –không , hoặc vào – ra). - 10 - xe L¸i xe C¬ thÓ hINH HOC ĐƯỜNG Thêi tiÕt Giao th«ng Kh«ng tù gi¸c § êng vµ m«i tr êng Tù gi¸c N·o bé 7 3.10 bit/s 1011bit/s 16 bit/s H×nh 28b. L¸i xe, xe vµ ®uêng trong chu tr×nh ®iÒu khiÓn Nguêi l¸i T«i-l¸i xe HiÖn t¹i NhËn thøc tøc thêi NhËn thøc chËm V« thøc Ph¶n øng v« thøc - 11 - §é s¸ng N íc ,bïn Tèc ®é giã xe Xe Va ch¹m M«i tr êng Giã L îng l u th«ng Tèc ®é giã Sù ®¬n ®iÖu Giao th«ng Tèc ®é giã Th«ng tin qua hÖ thèng l¸i M«i trõ¬ng Th«ng tin cña xe ®Õn HÖ thèng ®iÒu khiÓn §uêng Th«ng tin cña xe ®Õn l¸i xe Phong c¶nh xung quanh Ta luy t êng ch¾n ThiÕt bÞ dÉn h íng Trång c©y H×nh häc tuyÕn D¹ng mÆt c¾t ngang TÝnh chÊt mÆt ® êng Tr êng nh×n §iÒu chØnh däc C¬ thÓ C¬ quan n·o bé § êng Quªn VËn ®éng §iÒu chØnh ngang ThÓ hiÖn hINH HOC ĐƯỜNG Xe trên hình vẽ được thể hiện đơn giản hoá bằng khối (Xe). Để dễ hiểu hơn mối liên hệ này đã tách hệ thống điều khiển ra khỏi xe. Như vậy hoạt động lái xe được tách thành góc xoay vô lăng và lực lái xe, giống như tách lực ly tâm tác động lên người và sự giao động của họ. Sự điều khiển theo chiều dọc cũng được tách tương tự như vậy . Nếu người tham gia giao thông không nhận được đầy đủ các thông tin về đường cần thiết cho phương thức chạy xe của mình thông qua diễn biến quang học của đường thì con đường được 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 đường sẽ đến quá chậm vào thời điểm chạy xe, nếu như người lái xe đó nhìn mà đánh giá sai lệch tình huống đang xảy ra. Như vậy thoả mãn động lực học chạy xe là cần thiết nhưng không đủ cho việc chạy xe an toàn, bởi vì phương thức chạy xe thực tế được lựa chọn ban đầu tại mặt cắt ngang tương ứng thường khác với phương thức chạy xe tính toán. Điều kiện cần và đủ ở đây là tuyến đường thiết kế sao cho người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe như thế nào cho đúng với phương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe. Hoàn toàn không đủ, ví dụ như trường hợp tính toán đường cong chuyển tiếp theo động lực học chạy xe, người lái xe cần cho mình những thông tin kịp thời về đường cong ấy. 2.2.3. 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 đường, con người và xe hoàn toàn không đơn giản, do đó phải cân nhắc thận trọng các văn bản hướng dẫn thiết kế . Các mối liên quan của kết quả có thể được giải thích theo hai dạng khác nhau về cơ bản. Mối quan hệ nhân quả xuất phát từ một chuỗi tương ứng của nguyên nhân và kết quả. Thuyết mục đích, ngược lại giải thích mối quan hệ xuất phát từ khuynh hướng 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 được 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 đường. Ở mục đích thứ hai , công tác bài trí con đường giúp cho người lái xe những hỗ trợ cần thiết. Trong lĩnh vực này, chỉ hạn chế ở các mối quan hệ giữa sự tác động của người lái xe lên phương tiện và thông tin ngược lại của xe và đường đến anh ta, như khái niệm nguyên nhân của thời gian trước đây không còn đủ nữa. Để giải thích mối tương quan của hệ thống người lái xe –xe- đường (hành động theo phương thức nào trong rất nhiều phương 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 như vậy chúng ta loại bỏ được mâu thuẫn dường như tồn tại giữa thuyết nhân quả và thuyết mục đích khi - 12 - hINH HOC ĐƯỜNG nghiên cứu về mối quan hệ người lái xe –xe -đường. Những suy nghĩ trước đây về tác dụng lực giữa xe và đường có thể đơn giản hoá theo thuyết nhân quả. Vấn đề có ý nghĩa quan trọng hơn là vấn đề nghiên cứu dòng thông tin giữa người lái xe, xe, đường, nó đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải mở rộng tầm suy nghĩ . 2.2.4.Tạo hình ảnh con đường và trường nhìn của người lái xe a) cách nhìn của người lái xe : (hình29) Giải mặt đường và không gian xung quanh nó cho người lái xe một chuỗi hình ảnh và ấn tượng. Sự định hướng của người lái xe dựa trên chuỗi thông tin thu nhận từ không gian đường ấy . Điểm hướng dẫn : điểm cuối cùng hay điểm xa nhất của tầm nhìn người lái xe. Sự thay đổi vị trí điểm hướng dẫn cho người lái xe biết sự chuyển động của xe và mặt đường (trọng điểm khách quan tự nhiên). Điểm nhìn : Vị trí của nó phụ thuộc vào tốc độ. Khoảng cách của điểm nhìn tăng lên khi tốc độ tăng (trung tâm điểm của sự chú ý) . Hướng phụ : tương ứng với đường chân trời tự nhiên . Hướng chính : hướng diễn biến chính của đường . Sự bố trí không gian chạy xe (đường cùng với không gian chung quanh cho đến phạm vi ảnh hưởng tới trường nhìn của lái xe) quyết định phương thức chạy xe. Hình ảnh của không gian đường cần được thay đổi có mục tiêu. Trong trường hợp này nên chú ý : - Đảm bảo mức độ chú ý không đơn điệu; - Tránh tăng lượng thông tin đột ngột; - Điểm hướng dẫn nên nằm ở trung tâm của trường nhìn; - Các bộ phận phụ của con đường nên bố trí sao cho có ảnh hưởng tích cực đến phương thức chạy xe . b) Trường nhìn trên đường Đường phải đảm bảo hướng nhìn tốt nhằm tạo cho người lái xe phán đoán đúng tình huống và nhờ đó có phương thức chạy xe an toàn. Diễn biến của con đường cần phải được nhìn thấy rõ ràng, chính xác để những người lái xe lạ không bị nhầm lẫn. Để tạo được một con đường nhìn có thể hiểu đúng cần phải bố trí giải chạy xe (thiết kế mặt bằng) và bố trí không gian chạy xe (thiết kế không gian) phù hợp với nhiệm vụ của nó . - 13 - hINH HOC ĐƯỜNG H×nh 29. H×nh d¸ng ®uêng theo c¸ch nh×n nguêi tham gia giao th«ng h íng phô ®iÓm dÉn ®iÓm nh×n 2.3. áp dụng các lý thuyết hiện đại vào việc thết kế hình học đường ô tô và nút giao thông 2.3.1. Thiết kế hình học đường ô tô Theo những quan điểm hiện đại trình bày ở trên đây, để thiết kế hình học đường cần phải phân biệt rõ hai loại đường. Loại thứ nhất đường cho mọi loại xe chạy với tốc độ thấp (Vtt < 50 km/h), ở tốc độ này các loại xe cơ giới hiện đại khi cần thiết có thể dừng xe đột ngột tức thời trong khoảng 1 giây (10m đến 15m quãng đường chạy xe). Gần như trong mọi trường hợp khoảng cách này có thể đảm bảo dễ dàng trên đường vì vậy vấn đề an toàn giao thông trên các con đường loại này là đơn giản. Có thể coi rằng mô hình “ Đường – Xe “ phù hợp với loại đường này. Loại đường thứ hai đường cho xe chạy với tốc độ cao (Vtt ≥ 50 km/h). Đường tốc độ càng cao thì ngừi lái xe đánh giá con đường và đưa ra các quyết định điều khiển xe chạy càng khác nhiều với mô hình Động lực học chạy xe nói trên. Quá trình thiết kế đường trở nên phức tạp hơn nhiều để có được một con đường chạy xe an toàn. Người lái xe không bị rơi vào tình trạng nguy hiểm do đường và giao thông gây nên. Đối với đường ô tô tốc độ cao, hình dạng chung của con đường trước mắt người lái xe, giupd họ đánh giá đúng đắn diễn biến của con đường để chọn được phương thức chạy xe đúng đắn, kịp thời, quan trọng hơn nhiều so với từng yếu tố hình học trên từng mặt cắt riêng rẽ. Một con đường an toàn được tạo nên bởi sự phối hợp có chủ ý của các yếu tố mặt cắt của đường và không gian chung quanh - 14 - hINH HOC ĐƯỜNG đường. Sự phối hợp hợp lý này được tích lũy từ kinh nghiệm khai thác đường chứ ít khi được rút ra từ tính toán. a) Độ cong trên bình đồ. Ảnh hưởng của độ cong trên bình đồ đường đến tốc độ xe chạy được trình bày trên hình 30. Góc chuyển hướng bình quân càng nhỏ tốc độ xe chạy càng cao. Điều này có cả hai mặt xấu và tốt trong thiết kế và khai thác đường nhằm đảm bảo an toàn giao thông. Đường càng thẳng thì việc đạt được tốc độ tính toán càng dễ dàng. Đường thẳng làm xuất hiện nguy cơ xe chạy vượt quá tốc độ cho phép càng nhiều, đấy là mặt xấu. Đường thẳng trên bình đồ cũng hay dẫn đến những đánh giá sai lầm đối với trắc dọc đường (độ dốc bị khuyếch đại) làm cho người lái xe giảm tốc xuống dưới mức cần thiết gây nên xung đột nguy hiểm từ phía sau xe. Sự phối hợp các đường cong trên bình đồ đường hình 31. phải tạo nên một con đường hài hòa để các đường cong được người lái xe đánh giá đúng. 140 v Vm :Tèc ®é trung b×nh V85 :Tèc ®é 85% 130 Km h 120 110 100 v 85 90 80 70 v m 0 5 10 15 25 20 Ku §é 100m H×nh 30. ¶nh huëng cña ®é cong trªn b×nh ®å ®uêng ®Õn tèc ®é ch¹y xe - 15 - hINH HOC ĐƯỜNG B×nh ®å cong hµi hoµ B×nh ®å cong kh«ng hµi hoµ H×nh 31. Sù phèi hîp c¸c ® êng cong trªn b×nh ®å ® êng b) Những phối hợp kinh điển giữa bình đồ và trắc dọc đường Cần lưu ý rằng mỗi một cách tổ hợp bình đồ và trắc dọc đường sẽ cho một hình dạng con đường nhất định như trình bày trên hình 32. - 16 - hINH HOC ĐƯỜNG B×nh ®å Tr¾c däc H×nh ¶nh ® êng § êng cong Dèc ®Òu § êng cong § êng cong ®øng lâm § êng cong lâm § êng cong § êng cong ®øng låi § êng cong trªn b×nh ®å vµ tr¾c däc § êng th¼ng § êng th¼ng § êng th¼ng Dèc ®Òu § êng cong dèc ®Òu § êng th¼ng dèc ®Òu § êng cong ®øng lâm Cong lâm § êng cong ®øng låi Cong låi H×nh 32.C¸c d¹ng ® êng Sự phối hợp lý tưởng giữa bình đồ và trắc dọc được trình bày trên hình 33. - 17 - hINH HOC ĐƯỜNG P=0 § êng cong ®øng låi § êng cong ®øng lâm q WP qu P=0 Tr¾c doc q =0 § êng cong ®øng låi WP B×nh ®å q =0 qu H×nh 33. Sù phèi hîp lý t ëng gi÷a b×nh ®å vµ tr¾c däc Trong những phối hợp ấy cần phải tránh sao cho con đường không bị “lặn” mất như trên hình 34. H×nh 34.§ êng ''lÆn'' Hoặc là không làm cho trắc dọc đường bị đánh giá sai như trên hình 35.và hình 36. B×nh ®å Tr¾c däc §é dèc bÞ phãng ®¹i H×nh 35.Tr¾c däc låi lâm phèi hîp víi b×nh ®å cã ®é cong nhá - 18 - hINH HOC ĐƯỜNG a.) C¶m gi¸c låi CÇu b.) CÇu C¶m gi¸c lâm H×nh 36. Mét ®o¹n th¼ng ng¾n trªn tr¾c däc(cÇu) g©y c¶m gi¸c sai lÇm Trong những trường hợp phức tạp cần phải cân nhắc nhiều phườn án phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc khác nhau để sao cho các thông tin về đường đến với người lái xe kịp thời và chính xác. Hình 37. Trình bày các phương án phối hợp và hình ảnh đường được tạo ra. Để làm rõ hơn hình ảnh đường đôi khi phải dùng đến các công trình nhân tạo có chủ đích. - 19 - hINH HOC ĐƯỜNG HW HW Ph ¬ng ¸n B B A Ph ¬ng ¸n A B A Tr¾c däc c¸c phu¬ng ¸n Ph ¬ng ¸n A Ph ¬ng ¸n B Ph ¬ng ¸n B t¹i c ¶ rïng Tuêng hé lan cung cÊp th«ng tin cho nguêi l¸i xe H×nh 37.C¸c ph ¬ng ¸n phèi hîp vµ c¸c h×nh ¶nh ® êng t¹o ra - 20 - § êng ®é cong