Design Vehicle

(1)

Design Vehicle

CHUNG ANG UNIVERSITY - HEART LAB KOREA

Highway Engineering & Airport Research Taskforce 1

(2)

설계 기준이란(?)

Design criteria;

설계에 반영되어야 할 차량,

운전자(보행자) 및 교통 흐름 특성(이용재 교수님) 차량: 3학년 교통 공학

– 크기와 무게, 추진력, 회전반경, 감가속 특성, 소음 및 배출가스

운전자: 3장

– 인지반응시간, 시청각 능력, 판단능력, 고령자 특성

교통흐름특성: 3학년 교통공학

– 교통수요, 용량, 속도, 트럭특성(PCE&ESAL)

2

(3)

도로의 설계기준 설정(협의의 개념)

설 계 속 도 (km/hr) 70

최 소 평 면 곡 선 반 경 (m) 200

최대종단경사 (%)

평 지 산 지

5 7

최소 종단 곡선 변 화 비 율

(m/%)

凸 부 凹 부

25 20

최 소 종 단 곡 선 연 장 (m) 60

표 준 횡 단 경 사 (%) 2

최 대 편 경 사 (%) 6

구 분 ^{본 선} ^{비 고}

70 240 4.97

- 45 31 150

2 6 기 준 적 용

3

(4)

구 분 도로의종류 (도시지역) 도로폭원 설계속도 주 간 선 도 로 광로,대로 35M 이상 80 km/hr이상

보 조 간 선 도 로 대로,중로 25M 이상 60 km/hr이상

집 산 도 로 중 로 12M 이상 60 ~ 40 km/hr이상

국 지 도 로 소 로 8M 이상 40 ~ 30 km/hr이상

구 분 기 준 본 과업적용 비 고 설 계 속 도 ( k m / h r ) 40 40

최 소 평 면 곡 선 반 경 ( m ) 60 75 이상

최 소 평 면 곡 선 길 이 ( m )

θ < 5 。 250/θ 250/θ 이상

θ ≥ 5 。 50 50 이상

종 단 경 사 ( % ) 평 지 7 2.00 이하

산 지 15 -

종 단 곡 선 최 소 변화비율(m/%)

볼 록 형 ( 凸 ) 4 10 이상

오 목 형 ( 凹 ) 6 31 이상

종 단 곡 선 의 최 소 길 이 ( m ) 35 40 이상

정 지 시 거 ( m ) 40 55 이상 완 화 곡 선 최 소 길 이 ( m ) 25(완화구간)

최 대 편 경 사 ( % ) 6 3 이상

편 경 사 접 속 설 치 율 1/105 1 / 105

과업의 구분

설 계 기 준

설계 기준

※ 본 과업노선은 주간선도로(국도43호선)와 도시구획도로를 연결하는 집산하는 기능 담당 : 집산도로, 40km/hr로 적용

4

(5)

구 분 단위 기 존 확 장 ^{비 고}

차 로 수 차로 2 3

폭 원 구 성

총 폭 원 m 12.0m 15.0m

차 로 m 2 @ 3.25 = 6.50 2 @ 3.25 + 3.0 = 9.50 측 구 m 2 @ 0.50 = 1.0m 2 @ 0.50 = 1.0m 보 도 m 2.50(좌측)+2.0(우측)=4.50 2.50(좌측)+2.0(우측)=4.50

표준횡단면도 횡 단 구 성

우수관

우수받이 우수맨홀

(D=250M/M) 우수받이연결관

2,000 3,250

3,000 3,250

2,500 500 500

우수관

우수받이 우수맨홀

(D=250M/M) 우수받이연결관

가로등 가로등

(기존보도폭유지)

통 신 전 기

상수도

통 신 전 기 상수도

오수맨홀

투수콘포장 투수콘포장

광 주

[신 설]

2% 2%

서 울 서 울

[기 존]

15,000

기존도로폭(12,000) 확장폭(3,000)

표준횡단면도

5

(6)

Static Characteristic

차량의 높이, 길이, 폭, 무게 관련 정보 설계 차량의 규격 및 중량은

– 차로 및 갓길(Shoulder) 폭의 결정 – 주차장 길이와 폭을 결정

– 종•횡단 구배의 결정 – 시거

– 곡선부의 확폭 – 포장두께

– 교차로 형식 결정 및 설계

6

(7)

Static Characteristic - 계속

도로운송 차량 규칙

– 길이 : 12 m – 폭 : 2.5 m – 높이 : 3.8 m

– 총 중량 : 40 ton – 축 중량 : 10 ton

– 연결차 : 3대까지 허용, 전장 25 m 이하

7

(8)

설계 기준 차량

제원 길이 폭 높

이 축간거리 앞내민

길이 뒷내 길이 민

최소회전반경

소형자동차 4.7 1.7 2.0 2.7 0.8 1.2 6.0 대형자동차 13.0 2.5 4.0 6.5 2.5 4.0 12.0 세미트레일러 16.7 2.5 4.0 앞축거 4.2

뒤축거 9.0

1.3 2.2 12.0 자동차의 종별 제원

대한토목학회, 도로의 구조 시설 기준에 관한 규칙, 2000.3,p.12

8

(9)

설계 차량 제원

소형 자동차

4.7

1.2 2.7 0.8

0.21.30.21.7

9

(10)

대형 자동차

13.0

0.3

0.3 0.3

1.9

2.5 0.3

4.0 6.5 2.5

설계 차량 제원

10

(11)

세미트레일러

16.7

2.2 9.0 4.2 1.3

0.3 0.3

0.3

0.31.92.5 0.3 0.3

설계 차량 제원

11

(12)

12

(13)

Design Vehicle

Truck

Interstate Semitrailer

(WB-20 [WB -65 and WB-67])

13

(14)

표준 차량 규격- 미국 AASHTO

14

(15)

Dimensions of Design Vehicles

15

(16)

국내 차종 분류

16

(17)

중국의 표준 트럭

17

(18)

이상한 도로 운영;과적차량

18

(19)

19

(20)

Turn Paths

• See Autoturn Software Page

• http://www.transoftsolutions.com/Product VideoMain.aspx?product=AT

20

(21)

Minimum Turning Radii

21

(22)

22

Minimum Turning Path and Design Vehicle

(23)

23

Rear Steering

IMAGE SOURCE: SOLARTODAY.ORG

(24)

Track Width on Curve

24

(25)

25

(26)

Width of the Front Overhang (F_A) on Curve

26

(27)

27

(28)

Widening of Traveled Way on Curve

28

(29)

Widening Components on Open Highway Curves (Two-Lane Highways One- Way or Two-Way)

29

(30)

Traveled Way Width needed on a Curve (W_c)

30

(31)

Motion with constant acceleration

가속도가 차량의 속도와 이동거리에 영향을 주는지?

If acceleration is constant

• aav = Dv/Dt = a

• a = Dv/Dt = (v-v₀)/(t-0) = (v- v₀)/t

• V= v₀+ at

• The average velocity

• Vav=1/2(v₀+V)

• The displacement is then

• DX=x-x₀=Vav t= 1/2(v₀+V) t

• DX= 1/2(v₀+ v₀+ at) t = v₀t + ½ at²

• Find a relation b/w v, x, a

31

(32)

• Since t=(v-v₀)/a

• DX = V_avDt=V_avt, if time interval Dt=t-0

• DX = V_avt = ½(v₀+V)t = ½(v₀+V)(v-v₀)/a

= v²-v₀²/2a

a v x v

x 2

2 0 2

0

 



따라서 최초속도 V₀에서 최종속도 V에 도달할 때까지의 거리를 계산

32

(33)

만일 a가 일정하지 않는다면

• 가속도가 일정하지 않다는 것은?

• a = dv/dt = a - bv 형태라면 과연 어떻게 운동할 것인가?



^v _ ^ ^t

v

Bv dt A

dv

0

t Bv

B A

v

v 

 

) 0

1ln(

e Bt

Bv A

Bv

A  _



0

Bt

Bt v e

B e

v  A (1 ^ )  ₀ ^

33

(34)

34

(35)

35

(36)

Papacostas & Prevedouros

36

(37)

37

(38)

38

(39)

Vehicle Operating Characteristics on Grades

• Passenger Cars: On steeper upgrades, speeds decrease progressively with increases in the

grade. On downgrades, passenger car speeds generally are slightly higher than on level

sections, but local conditions govern.

• Trucks: The effect of grades on truck speeds is much more pronounced than on speeds of

passenger cars.

39

(40)

Effect of grade on truck performance

40

(41)

Effect of grade on truck performance

41

(42)

차례

Sight Distance

Input

CHUNG ANG UNIVERSITY - HEART LAB, KOREA

• Distance a driver can see ahead at any specific time

• Must allow sufficient distance for a driver to

perceive/react and stop, swerve etc when necessary

42

(43)

Important Sight Distances

1. Stopping 2. Decision 3. Passing

4. Intersection

5. Crossing Railroad

43

(44)

GB(Green Book) Question

• Sight distance assumes drivers are traveling at:

– A. The posted speed limit

– B. 10 mph above the speed limit

– C. The 85% percentile spot speed of the facility – D. The design speed of the facility

44

(45)

GB Question

• Stopping sight distance is composed of two distances, what are they?

– Distance traveled during perception/reaction time – Distance required to brake (stop) vehicle

45

(46)

GB Question

• AASHTO GB recommends 2.5 seconds for brake reaction time for stopping, this is

adequate for conditions that are more complex than the simple conditions used in laboratory and road tests, but is not adequate for what?

• Is not adequate for the most complex

conditions encountered in actual driving.

46

(47)

Stopping Sight Distance (SSD)

 Required for every point along alignment (horizontal and

vertical) – Design for it, or sign for lower, safe speed

 Available SSD = f(roadway alignment, objects off the

alignment, object on road height

 SSD = PRD + BD (with final velocity V₂ = 0)

PRD = Perception and Reaction Distance BD = Braking Distance

47

(48)

Criteria for Sight Distance

• Driver eye height: for passenger vehicle’s = 3.5 ft above surface

• Height of object in roadway = 2 feet (SSD) – why?

• Height of opposing vehicle = 3.5 feet (PSD)

PSD = Passing Sight Distance

48

(49)

Braking Distance

49

(50)

Design Value for Stopping Sight Distance

50

(51)

Stopping (emergency) – SSD (Table 3-1)

Source: A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (The Green Book). Washington, DC. American Association of State Highway and Transportation Officials, 2001 4^th Ed.

51

(52)

Effect of Grade on Stopping

52

(53)

Variation for Trucks

53

(54)

• 차량의 제동거리는

– 차량의 제동 장치

– 제동시의 상황과 시간

– 도로 표면의 종류와 상태 – 도로 구배의 함수임

제동 거리

54

(55)

• 운전자의 위치

– 차로의 중심선상의 거리

– 눈높이: 도로 표면으로부터 1m

– 장애물 이나 물체의 크기를 0.15m 높이

정지 시거

55

(56)

v (ft/sec)

= work = F*d

_b

v=0

frictional force

d

_b

Kinematics Energy = mv

²

/2

56

(57)

• db=(V²-U²)/(30(f+g)

• ex) f=0.4, g=0.0, 60mph의 차량이

0mph,30mph로 줄때 제동 거리는?

sol) 30mph 225ft 0 mph 300ft

예 제

57

(58)

• 마찰력friction(f)

– F=µN

– µ=f(포장 형식, 운행 속도, 타이어 종류 및 형식, 기상 상태)

차량과 도로의 마찰력

58

(59)

• 정지 마찰계수의 이해

– 마찰 계수 실험 방법의 아이디어는?

– 마찰 계수 측정 시와 설계 시 차이는 어떻게 조 정할 것인가?

문제 제기?

59

(60)

W F

Coefficient of friction = F/W W

rubber tire

different

60

(61)

w f  F

W F

61

(62)

Standard Test : ASTM

(American Society for Testing and Material)

friction test - water test

- non water test

water tank

v

62

(63)

미끄럼 저항 측정기(건기원)

63

(64)

마찰 계수의 변화

64

(65)

정지마찰계수 예

65

(66)

• 계산 예

– 70mph, f=0.29, 2.5sec(PIEV time) – ds=1.47*70*2.5+70²/(30*0.29)

• driver^,s choice of speed

– Swet<Sdry :70년대 – Swet=Sdry :now

• 즉 70년대에는 70mph의 설계속도라면 58mph를 가정 하고 이에 따른 SSD를 계산하였음 그러나 현재는 습윤상 태 든 건조상태 든 속도변화가 없음이 관찰되어 설계에 반영하였음

안전 제동 거리 연습

66

(67)

예)최소 300ft앞에서 안내판을 볼 수 있다고 가정 시 TOLL PLAZA로 들어가는 대기차량 길이가 150ft이 상이고, PIEV=2.5, f=0.35, 접근속도가 60mph일 때 안내판의 위치는?

Sol) Ds=1.4658*60*2.5+60²/(30*0.35) =563.1ft

대기차량 길이가 150ft이므로 563.1+150=713.1ft가 됨 그 러나 sign판을 300ft 앞에서 볼 수 있으므로

최소한 필요한 거리는 713.1-300=413ft

안전 제동 거리 응용(Sign placement)

67

(68)

• 교통 사고 분석가는 다음의 최소 정보가 필요함

– 마찰계수 f – 충돌 속도

– 제동 거리 속도 공식

– 사고 전 차량의 운행 속도

– 문제) 충돌 속도(15mph), 포장의 미끄럼 자국 (L=100ft, f=0.35), 길어깨의 미끄럼 자국 (L=200ft, f=0.5)

안전 제동 거리 응용(Accident investigations)

68

(69)

* 해)

길어깨 진입 속도 계산

db=(V12-V22)/(30(f+g)) =(V12-15²)/(30(0.5)=200 따라서 V1=56.8mph1

운행 속도의 계산

db=100=(V12-56.82)/(30*0.35)

V1=65.4mph , =>사고 원인 정보 제공

* Truck의 경우좀 더 거리가 필요하나 높은 위 치에 있으므로 O.K

안전 제동 거리 응용(Accident investigations)

69

(70)

Decision Sight Distance (DSD)

• When situation is unexpected or driver makes unusual maneuvers or under difficult to perceive situations

• Requires higher P/R time

• Depends on type of maneuver made and roadway setting (urban vs. rural)

70

(71)

Decision

(controlled stop, speed/path/route change) – DSD (Table 3-3)

Source: A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (The Green Book).

Washingto n, DC.

American Association of State Highway and Transportat ion Officials, 2001 4^th Ed.

71

(72)

DSD for A and B

72

(73)

DSD for C, D, and E

73

(74)

Passing Sight Distance (PSD) for Two-Lane Highways

1. The overtaken vehicle travels at uniform speed.

2. The passing vehicle has reduced speed and trails the overtaken vehicle as it enters a passing section.

3. When the passing section is reached, the passing driver needs a short period of time to perceive the clear passing section and to react to start his or her maneuver.

4. Passing is accomplished under what may be termed a delayed start and a hurried return in the face of opposing traffic. The passing

vehicle accelerates during the maneuver, and its average speed during the occupancy of the left lane is 15 km/h [10 mph] higher than that of the overtaken vehicle.

5. When the passing vehicle returns to its lane, there is a suitable clearance length between it and an oncoming vehicle in the other lane.

74

(75)

d1 d2 d3 d4

75

(76)

• d1—Distance traversed during perception and

reaction time and during the initial acceleration to the point of encroachment on the left lane.

• d2—Distance traveled while the passing vehicle occupies the left lane.

• d3—Distance between the passing vehicle at the end of its maneuver and the opposing vehicle.

• d4—Distance traversed by an opposing vehicle for two-thirds of the time the passing vehicle occupies the left lane, or 2/3 of d2 above.

76

(77)

Safe Passing Sight Distance

77

(78)

Distance d1

78

(79)

Distance d2, d3, d4

d3 = 30 m to 75 m (100 to 250 ft) d4 = 2*d2/3

79

(80)

Total Passing Sight Distance

80

(81)

Passing Sight Distance for Design of Two-Lane Highways

81

(82)

Important Sight Distances (cont.)

Intersection (turning/crossing) - see Ch 9 of GB

82

(83)

차례

Design Speed and Design Traffic Concepts CHUNG ANG UNIVERSITY - HEART LAB, KOREA Input

Design Speed and Design Traffic Concepts

83

(84)

Rural Local Roads

Source: A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (The Green Book). Washington, DC.

American Association of State Highway and Transportation Officials, 2001 4^th Ed.

Design Speed in Green Book

(suggested minimum design speed)

84

(85)

Design Speed in Green Book

(suggested minimum design speed)

Rural Collectors

Source: A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (The Green Book). Washington, DC.

American Association of State Highway and Transportation Officials, 2001 4^th Ed.

85

(86)

Traffic Typically Peaks twice per day

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

12:30 AM 1:30 AM

2:30 AM 3:30 AM

4:30 AM 5:30 AM

6:30 AM 7:30 AM

8:30 AM 9:30 AM

10:30 AM 11:30 AM

12:30 PM 1:30 PM

2:30 PM 3:30 PM

4:30 PM 5:30 PM

6:30 PM 7:30 PM

8:30 PM 9:30 PM

10:30 PM 11:30 PM

12:30 AM

Time of Day Flow in vehicles per hour Highw ay Capacity

Highly Congested

Source: www.ecn.purdue.edu/~darcy ⁸⁶

(87)

Traffic Counts Maps

87 http://www.iowadotmaps.com/msp/traffic/index.html

(88)

Traffic Counts Maps

88

(89)

차례

Design Speed and Design Traffic Concepts CHUNG ANG UNIVERSITY - HEART LAB, KOREA Input

Noise Analysis

See: http://www.nonoise.org/library/highway/probresp.htm and http://www.fhwa.dot.gov/environment/noise/index.htm

and http://www.fhwa.dot.gov/environment/audible/contents.htm

89

(90)

Common Sounds

Source Noise

Level (dB) Effect

Carrier deck jet operation, air raid siren 140 Painfully Loud

Jet takeoff at 200 feet 130

Disco, thunderclap 120 Maximum Vocal Effort

Auto Horn at 3 feet 110

Garbage Truck 100

Heavy Truck at 50 feet, city traffic 90 Very Annoying, hearing damage (8-hr) Alarm Clock at 2 feet, hair dryer 80 Annoying

Noise restaurant, freeway traffic, persons voice at 3 feet70 telephone use difficult Air conditioning unit at 20 feet 60 Intrusive

Light auto traffic at 100 feet 50 quiet Living room, bedroom, quiet office 40

Library, soft whisper at 15 feet 30 very quiet

10 Sound just audible 0 Hearing begins

90

(91)

http://www.nonoise.org/library/highway/traffic/traffic.htm 91

Noise Source

(92)

http://www.nonoise.org/library/highway/traffic/traffic.htm 92

(93)

93

(94)

http://www.nonoise.org/library/highway/policy.htm

94

(95)

95

(96)

What are L

₁₀

and L

_eq

?

http://www.nonoise.org/library/highway/traffic/traffic.htm

L₁₀ (10% of time) is usually about 3dB greater than L_eq

Leq is the average acoustic intensity over time and constant over a specified time peried.

L₁₀ is the sound level that is exceeded 10 percent of the time.

96

(97)

97

Source: FHWA, “Keeping the Noise Down, Highway Traffic Noise Barriers”

(98)

98

(99)

99

(100)

100

(101)

101

(102)

102