Nghiên cứu đánh giá hiệu ứng thị giác đồ án thiết kế hình học đường ô tô bằng phần mềm 3d luận văn thạc sỹ chuyên ngành kỹ thuật hạ tầng đô thị

Luận văn đánh giá hiệu ứng thị giác thiết kế hình học đường ô tô bằng phần mềm 3D, ứng dụng trong kỹ thuật hạ tầng đô thị hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Đình Toàn
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá hiệu ứng thị giác đồ án thiết kế hình học đường ô tô bằng phần mềm 3D
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ, KIẾN TRÚC CẢNH QUAN ĐƯỜNG Ô TÔ
• 2.1. Thiết kế hình học đường ô tô. Thiết kế các đoạn tuyến nằm trên đường thẳng
• 2.2. Đặc điểm của sự chuyển động của ô tô trong đường cong tròn
• 2.3. Lực ngang và lựa chọn hệ số lực ngang
• 2.4. Đường clothoid
• 3. CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM CIVIL3D, CÁC PHẦN MỀM PHỐI CẢNH 3D ĐỂ THIẾT KẾ VÀ PHỐI CẢNH ĐƯỜNG Ô TÔ
• 3.1. Một số lưu ý trước khi sử dụng Civil 3D
• 3.2. Mặt bằng tuyến
• 3.3. Định nghĩa mặt bằng tuyến
• 3.4. Xây dựng mặt bằng tuyến thông qua thanh công cụ
• 3.5. Thiết kế trắc dọc tuyến - đường đỏ
• 3.6. Xuất trắc dọc tự nhiên – đường đen
• 3.7. Các bước cơ bản thiết kế đường đỏ
• 3.8. Định nghĩa trắc ngang và áp trắc ngang – Corridor
• 3.9. Khái niệm về Corridor
• 3.10. Định nghĩa trắc ngang điển hình
• 3.11. Xây dựng các loại mẫu mặt cắt ngang phù hợp với các lựa chọn quay siêu cao của tuyến
• 3.12. Áp trắc ngang điển hình cho tuyến
• 3.13. Tạo các loại bề mặt thiết kế từ Corridor
• 3.14. Kiểm tra tầm nhìn giữa hai điểm
• 3.15. Quan sát dọc tuyến qua công cụ drive
• 4. CHƯƠNG 4: PHỐI CẢNH ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG THỊ GIÁC CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ KHI THIẾT KẾ ĐƯỜNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Luận văn 'Đánh giá hiệu ứng thị giác thiết kế hình học đường ô tô bằng phần mềm 3D' tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ hiện đại trong thiết kế đường ô tô. Hiệu ứng thị giác là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và thoải mái cho người lái xe. Việc sử dụng phần mềm 3D như Civil 3D giúp mô phỏng và đánh giá các yếu tố hình học của đường, từ đó cải thiện chất lượng thiết kế. Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển các phương pháp thiết kế tối ưu, đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn cho các tuyến đường ô tô.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và ứng dụng các tính năng của phần mềm 3D để thiết kế và đánh giá hiệu ứng thị giác của các tuyến đường ô tô. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố hình học, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý nhằm tối ưu hóa trải nghiệm lái xe. Việc áp dụng công nghệ 3D không chỉ giúp cải thiện chất lượng thiết kế mà còn nâng cao khả năng dự đoán các vấn đề có thể xảy ra trong thực tế.

II. Thiết kế hình học đường ô tô

Thiết kế hình học đường ô tô là một phần quan trọng trong quy trình xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông. Thiết kế hình học không chỉ bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật mà còn phải xem xét đến kiến trúc cảnh quan xung quanh. Các yếu tố như độ cong, độ dốc và chiều dài đoạn đường đều ảnh hưởng đến hiệu ứng thị giác của người lái xe. Việc sử dụng phần mềm 3D cho phép mô phỏng các yếu tố này một cách chính xác, từ đó giúp các kỹ sư có cái nhìn tổng quan hơn về thiết kế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc thiết kế hợp lý có thể giảm thiểu tai nạn và nâng cao trải nghiệm lái xe.

2.1. Các yếu tố hình học

Các yếu tố hình học như bán kính đường cong, độ dốc và chiều dài đoạn thẳng đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng thị giác. Đặc biệt, bán kính đường cong nhỏ có thể gây ra cảm giác khó chịu cho người lái xe, trong khi đó, độ dốc quá lớn có thể làm giảm khả năng kiểm soát xe. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lựa chọn các thông số này cần phải dựa trên các tiêu chuẩn an toàn và kinh nghiệm thực tế. Việc áp dụng công nghệ 3D giúp các kỹ sư dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa các yếu tố này trong thiết kế.

III. Ứng dụng phần mềm Civil 3D

Phần mềm Civil 3D là một công cụ mạnh mẽ trong thiết kế và mô phỏng đường ô tô. Việc sử dụng phần mềm 3D này cho phép các kỹ sư tạo ra các mô hình chính xác và chi tiết về đường, từ đó đánh giá được hiệu ứng thị giác mà thiết kế mang lại. Các tính năng như mô phỏng địa hình, phân tích tầm nhìn và kiểm tra độ an toàn giúp cải thiện chất lượng thiết kế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng Civil 3D không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong thiết kế.

3.1. Tính năng của Civil 3D

Civil 3D cung cấp nhiều tính năng hữu ích cho việc thiết kế đường ô tô. Các công cụ mô phỏng cho phép người dùng tạo ra các mô hình 3D chi tiết, giúp đánh giá các yếu tố như tầm nhìn và độ an toàn. Việc sử dụng phần mềm 3D này giúp các kỹ sư dễ dàng điều chỉnh thiết kế để đạt được hiệu quả tối ưu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng Civil 3D trong thiết kế đường ô tô có thể giảm thiểu rủi ro và nâng cao trải nghiệm lái xe.

IV. Đánh giá hiệu ứng thị giác

Đánh giá hiệu ứng thị giác là một phần quan trọng trong thiết kế đường ô tô. Nghiên cứu cho thấy rằng các yếu tố hình học như độ cong, độ dốc và chiều dài đoạn đường đều ảnh hưởng đến cảm giác của người lái xe. Việc sử dụng phần mềm 3D giúp mô phỏng và đánh giá các yếu tố này một cách chính xác. Các kết quả từ nghiên cứu cho thấy rằng việc thiết kế hợp lý có thể giảm thiểu tai nạn và nâng cao trải nghiệm lái xe.

4.1. Phân tích hiệu ứng thị giác

Phân tích hiệu ứng thị giác giúp xác định các yếu tố nào trong thiết kế đường ô tô ảnh hưởng đến cảm giác của người lái xe. Các yếu tố như độ cong, độ dốc và chiều dài đoạn đường đều có thể tạo ra cảm giác khác nhau cho người lái. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thiết kế hợp lý có thể giảm thiểu cảm giác khó chịu và nâng cao an toàn cho người lái. Việc áp dụng công nghệ 3D giúp các kỹ sư dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa các yếu tố này trong thiết kế.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận văn đã chỉ ra rằng việc áp dụng phần mềm 3D trong thiết kế đường ô tô có thể nâng cao chất lượng thiết kế và giảm thiểu rủi ro. Các yếu tố hình học cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu ứng thị giác tích cực cho người lái xe. Nghiên cứu khuyến nghị rằng các kỹ sư nên thường xuyên sử dụng công nghệ 3D trong thiết kế để đạt được hiệu quả tối ưu. Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng thiết kế mà còn nâng cao trải nghiệm lái xe.

5.1. Kiến nghị

Nên khuyến khích các kỹ sư áp dụng phần mềm 3D trong thiết kế đường ô tô để nâng cao chất lượng và an toàn. Cần có các khóa đào tạo về công nghệ 3D cho các kỹ sư thiết kế để họ có thể sử dụng hiệu quả các công cụ này. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá sâu hơn về hiệu ứng thị giác trong thiết kế đường ô tô.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông tại Việt Nam, đặc biệt là các công trình đường cao tốc, việc thiết kế hình học đường ô tô đóng vai trò then chốt trong đảm bảo an toàn, tiện nghi và hiệu quả vận tải. Theo ước tính, các tuyến đường ô tô hiện nay phải đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến địa hình phức tạp, khí hậu và yêu cầu thẩm mỹ cảnh quan. Tuy nhiên, thực trạng thiết kế đường ô tô tại Việt Nam còn tồn tại nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc ứng dụng công nghệ phối cảnh 3D để đánh giá hiệu ứng thị giác của người lái xe. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng phần mềm Civil 3D để thiết kế hình học đường ô tô, xây dựng mô hình phối cảnh 3D và đánh giá hiệu ứng thị giác nhằm nâng cao chất lượng đồ án thiết kế hình học đường ô tô. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng phần mềm Civil 3D trong thiết kế và phối cảnh đường ô tô, với các trường hợp cụ thể được khảo sát tại một số địa phương có địa hình đa dạng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện an toàn giao thông, giảm thiểu tai nạn và nâng cao trải nghiệm người lái xe thông qua việc tối ưu hóa hình học tuyến đường và cảnh quan xung quanh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thiết kế hình học đường ô tô, trong đó nổi bật là:

• Lý thuyết thiết kế hình học đường ô tô: Bao gồm các yếu tố như thiết kế đoạn thẳng, đường cong tròn, đường cong chuyển tiếp (đường clothoid), và sự phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc tuyến đường. Đường clothoid được xem là yếu tố tuyến quan trọng nhất để đảm bảo sự chuyển tiếp mượt mà giữa các đoạn cong, giúp giảm lực ly tâm và tăng tính an toàn khi xe chạy với tốc độ cao.

• Mô hình hiệu ứng thị giác người lái xe: Nghiên cứu về cách người lái xe nhận biết và phản ứng với hình ảnh đường, bao gồm các khái niệm như điểm hướng dẫn, điểm nhìn, hướng chính và hướng phụ trong trường nhìn của người lái. Việc thiết kế đường phải đảm bảo sự hài hòa giữa các yếu tố hình học và cảnh quan để tạo ra trường nhìn tốt, giúp người lái xe phán đoán chính xác tình huống giao thông.

• Kiến trúc cảnh quan đường ô tô: Tập trung vào việc bố trí không gian chạy xe và các yếu tố cảnh quan nhằm tạo ra môi trường giao thông an toàn, thẩm mỹ và thân thiện với người sử dụng.

Các khái niệm chính bao gồm: lực ly tâm và lực ngang tác dụng lên xe khi chạy trong đường cong, hệ số lực ngang, điều kiện ổn định chống lật và trượt ngang, các loại đường cong (đường thẳng, đường cong tròn, đường clothoid, đường cong chữ S), và mô hình phối cảnh 3D trong thiết kế đường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết thiết kế đường ô tô và ứng dụng phần mềm Civil 3D để thiết kế hình học và dựng phối cảnh 3D tuyến đường. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thiết kế hình học đường ô tô, các thông số kỹ thuật về bán kính cong, chiều dài đoạn thẳng, độ dốc, và các yếu tố cảnh quan từ các tài liệu chuyên ngành và khảo sát thực tế tại một số địa phương.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Civil 3D để xây dựng mặt bằng tuyến, trắc dọc, trắc ngang và mô hình phối cảnh 3D. Các trường hợp cụ thể được thiết kế và phối cảnh nhằm đánh giá hiệu ứng thị giác người lái xe thông qua các góc nhìn phối cảnh, tầm nhìn dọc tuyến và sự phối hợp giữa các yếu tố hình học.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào một số trường hợp thiết kế đường ô tô điển hình với các đoạn tuyến có đặc điểm địa hình và hình học khác nhau. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, với các bước từ thu thập dữ liệu, thiết kế mô hình, đến đánh giá hiệu quả phối cảnh 3D.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính thực tiễn và khả năng ứng dụng cao trong công tác thiết kế và thẩm định đồ án thiết kế hình học đường ô tô.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của chiều dài đoạn thẳng và bán kính đường cong đến an toàn giao thông: Kết quả cho thấy đoạn thẳng quá dài (trên 4 km) làm tăng nguy cơ tai nạn do người lái xe dễ mệt mỏi và vượt tốc độ. Quy định chiều dài tối đa đoạn thẳng theo tỷ lệ 20 lần tốc độ xe (km/h) được áp dụng hiệu quả để giảm thiểu rủi ro. Ví dụ, đoạn thẳng dài 500 m nên kết hợp với bán kính cong tối thiểu 500 m để đảm bảo an toàn.

2. Hiệu quả của đường clothoid trong thiết kế đường cong chuyển tiếp: Đường clothoid với thông số A và bán kính R được xác định theo các điều kiện động lực học và xây dựng, giúp giảm lực ly tâm đột ngột, tăng sự êm thuận cho hành khách. Thông số tối thiểu của đường clothoid được quy định rõ ràng, ví dụ với tốc độ 60 km/h, bán kính cong tròn tối thiểu là 250 m và thông số A khoảng 90 m.

3. Ứng dụng phần mềm Civil 3D trong thiết kế và phối cảnh 3D: Việc sử dụng Civil 3D giúp tạo ra mô hình phối cảnh 3D chính xác, thể hiện rõ các yếu tố hình học như bình đồ, trắc dọc, trắc ngang và các điểm cong đứng, cong nằm. Qua phối cảnh 3D, các hiệu ứng thị giác như tầm nhìn bị khuất do đỉnh cong đứng lồi hoặc sự phối hợp không tốt giữa các đường cong được phát hiện và điều chỉnh kịp thời.

4. Tầm quan trọng của phối hợp giữa bình đồ và trắc dọc: Các phương án phối hợp hợp lý giúp tránh hiện tượng "đường lặn" hoặc sai lệch trắc dọc, từ đó đảm bảo người lái xe có trường nhìn chính xác và phản ứng kịp thời. Ví dụ, bố trí đỉnh đường cong đứng lệch với đỉnh đường cong nằm theo tỷ lệ 1/2 chiều dài đường cong nằm giúp cải thiện tầm nhìn và an toàn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ đặc điểm địa hình phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao trong thiết kế đường ô tô. So với các nghiên cứu trong ngành giao thông vận tải quốc tế, kết quả nghiên cứu phù hợp với các tiêu chuẩn của CHLB Đức và Nhật Bản về chiều dài đoạn thẳng và bán kính đường cong. Việc ứng dụng phần mềm Civil 3D không chỉ nâng cao chất lượng thiết kế mà còn giúp phát hiện sớm các điểm bất hợp lý trong hình học tuyến, từ đó giảm thiểu rủi ro tai nạn giao thông.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chiều dài đoạn thẳng và bán kính cong, bảng thông số đường clothoid theo tốc độ thiết kế, cũng như hình ảnh phối cảnh 3D minh họa các trường hợp bố trí đỉnh đường cong đứng và nằm. Những biểu đồ và bảng này giúp trực quan hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng thị giác và an toàn giao thông.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng bắt buộc phối cảnh 3D trong thẩm định đồ án thiết kế hình học đường ô tô: Các cơ quan quản lý cần yêu cầu sử dụng phần mềm Civil 3D hoặc tương đương để dựng phối cảnh 3D, nhằm đánh giá hiệu ứng thị giác và phát hiện sớm các điểm bất hợp lý trong thiết kế. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn thẩm định thiết kế; Chủ thể thực hiện: các đơn vị tư vấn thiết kế và cơ quan thẩm định.

2. Tăng cường đào tạo kỹ sư thiết kế về ứng dụng phần mềm phối cảnh 3D: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về Civil 3D và các kỹ thuật phối cảnh 3D cho kỹ sư thiết kế đường ô tô, nâng cao năng lực thiết kế và đánh giá hiệu quả thị giác. Thời gian: trong vòng 12 tháng; Chủ thể: các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp tư vấn.

3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật về phối hợp hình học tuyến và cảnh quan: Ban hành các quy định chi tiết về phối hợp bình đồ và trắc dọc, sử dụng đường clothoid và các loại đường cong chuyển tiếp phù hợp với điều kiện địa hình và tốc độ thiết kế. Thời gian: 18 tháng; Chủ thể: Bộ Giao thông Vận tải và các tổ chức chuyên ngành.

4. Triển khai nghiên cứu mở rộng về hiệu ứng thị giác trong thiết kế đường ô tô: Thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng sâu hơn về ảnh hưởng của hình học tuyến và cảnh quan đến hành vi người lái xe, từ đó hoàn thiện các giải pháp thiết kế. Thời gian: 24 tháng; Chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành giao thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế giao thông: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế hình học đường ô tô và ứng dụng phần mềm Civil 3D, giúp nâng cao chất lượng đồ án thiết kế và phối cảnh 3D.

2. Cơ quan quản lý và thẩm định dự án giao thông: Luận văn giúp hiểu rõ tầm quan trọng của phối cảnh 3D trong thẩm định thiết kế, từ đó xây dựng các tiêu chuẩn và quy trình thẩm định hiệu quả hơn.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật giao thông: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về thiết kế đường ô tô, đặc biệt là các khái niệm về đường clothoid và hiệu ứng thị giác người lái.

4. Doanh nghiệp tư vấn và xây dựng hạ tầng giao thông: Áp dụng các giải pháp thiết kế và phối cảnh 3D để nâng cao hiệu quả thi công, giảm thiểu rủi ro và tăng tính thẩm mỹ cho các công trình đường bộ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng đường clothoid trong thiết kế đường cong chuyển tiếp?
   Đường clothoid giúp tăng dần độ cong một cách đều đặn, giảm lực ly tâm đột ngột khi xe chuyển từ đoạn thẳng sang đường cong, đảm bảo an toàn và êm thuận cho hành khách. Ví dụ, với tốc độ 60 km/h, sử dụng đường clothoid có thông số phù hợp giúp giảm cảm giác khó chịu khi vào cua.

2. Phối cảnh 3D có vai trò gì trong thiết kế đường ô tô?
   Phối cảnh 3D giúp mô phỏng hình ảnh thực tế của tuyến đường, đánh giá hiệu ứng thị giác người lái, phát hiện các điểm khuất tầm nhìn hoặc bố trí không hợp lý giữa các yếu tố hình học, từ đó điều chỉnh thiết kế kịp thời.

3. Làm thế nào để lựa chọn chiều dài đoạn thẳng phù hợp trong thiết kế đường?
   Chiều dài đoạn thẳng không nên quá dài để tránh gây mệt mỏi và vượt tốc độ, cũng không quá ngắn để đảm bảo sự ổn định khi chuyển tiếp giữa các đường cong. Quy định phổ biến là chiều dài tối đa bằng 20 lần tốc độ xe (km/h), ví dụ đoạn thẳng tối đa 1000 m cho tốc độ 50 km/h.

4. Civil 3D hỗ trợ những chức năng nào trong thiết kế đường?
   Civil 3D hỗ trợ thiết kế mặt bằng tuyến, trắc dọc, trắc ngang, xây dựng mô hình Corridor, và dựng phối cảnh 3D, giúp kỹ sư dễ dàng quản lý và chỉnh sửa thiết kế, đồng thời xuất bản vẽ và mô hình cho các giai đoạn thi công và thẩm định.

5. Làm sao để đảm bảo sự phối hợp hài hòa giữa bình đồ và trắc dọc?
   Cần tránh các trường hợp đường “lặn” hoặc sai lệch trắc dọc gây nhầm lẫn cho người lái. Phương án phối hợp lý tưởng là bố trí đỉnh đường cong đứng và đường cong nằm lệch nhau theo tỷ lệ nhất định (ví dụ 1/2 chiều dài đường cong nằm), giúp tạo trường nhìn rõ ràng và an toàn.

Kết luận

• Luận văn đã ứng dụng thành công phần mềm Civil 3D để thiết kế hình học và dựng phối cảnh 3D đường ô tô, đánh giá hiệu ứng thị giác người lái xe.
• Đường clothoid được xác định là yếu tố tuyến quan trọng giúp cải thiện an toàn và êm thuận khi xe chạy trên đường cong.
• Phối cảnh 3D giúp phát hiện và điều chỉnh các điểm bất hợp lý trong thiết kế, nâng cao chất lượng đồ án thiết kế hình học đường ô tô.
• Các giải pháp đề xuất bao gồm áp dụng phối cảnh 3D bắt buộc trong thẩm định, đào tạo kỹ sư, xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và nghiên cứu mở rộng về hiệu ứng thị giác.
• Các bước tiếp theo là triển khai đào tạo, hoàn thiện tiêu chuẩn và mở rộng nghiên cứu thực nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế và an toàn giao thông.

Hành động ngay hôm nay: Các đơn vị thiết kế và quản lý dự án nên tích hợp phần mềm Civil 3D vào quy trình làm việc để nâng cao chất lượng thiết kế và đảm bảo an toàn giao thông trên các tuyến đường ô tô mới và cải tạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu. Chƣơng 2: Thiết kế hình học đƣờng ô tô, kiến trúc cảnh quan đƣờng ô tô Chƣơng 3: Ứng dụng phần mềm Civil3D, …để thiết kế và phối cảnh đƣờng ô tô. Chƣơng 4: Phối cảnh để đánh giá hiệu ứng thị giác cho một số trƣờng hợp cụ thể khi thiết kế đƣờng. Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị.

3 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƢỜNG Ô TÔ, KIẾN TRÚC CẢNH QUAN ĐƢỜNG Ô TÔ Phát triển hệ thống đƣờng ô tô đồng nghĩa với đòi hỏi phải thiết kế và xây dựng một tuyến đƣờng ôtô đạt chất lƣợng cao, thể hiện qua tính tiện nghi, thuận lợi, xe chạy an toàn, tốc độ cao, đồng thời tuyến đƣờng thoả mãn tốt nhất sự hài hoà với địa hình tự nhiên hay nói khác là phải có tính thẩm mỹ cao tƣơng ứng với đồng tiền mà chúng ta phải bỏ ra để xây dựng đƣờng. Bƣớc thiết kế bình đồ có ý nghĩa khai sinh ra tuyến đƣờng, góp phần quan trọng đối với chất lƣợng của đƣờng khi đƣa vào khai thác sử dụng.1 Thiết kế hình học đƣờng ô tô. Thiết kế các đoạn tuyến nằm trên đƣờng thẳng Tuyến thẳng thƣờng đƣợc thiết kế trong các trƣờng hợp qua vùng đồng bằng, vùng thung lũng rộng, đoạn qua cầu lớn, cầu vƣợt và hầm. Đƣờng thẳng có ƣu điểm là hƣớng tuyến rõ ràng, tuyến ngắn, đo đạc đơn giản,.Nhƣng đƣờng thẳng quá dài, cảnh quan đơn điệu, thƣờng làm cho lái xe mệt mỏi, dễ vƣợt tốc độ quy định, dễ chủ quan ƣớc lƣợng cự ly thƣờng sai, đồng thời gây lóa về ban đêm do đèn pha của xe đi ngƣợc chiều.

Đƣờng thẳng dài cũng khó thích hợp với địa hình thay đổi, làm mất sự hài hòa tuyến với môi trƣờng. Tất cả những bất lợi trên làm cho đoạn tuyến thẳng quá dài trở thành đoạn tuyến không an toàn cho xe chạy với tốc độ cao. Theo các nghiên cứu thực nghiệm ở nƣớc ngoài cho thấy đoạn tuyến thẳng càng dài, tai nạn càng nhiều, hơn nữa tốc độ xe chạy đến cuối đoạn càng cao. Do vậy, các quy trình thiết kế đƣờng Việt Nam quy định nên tránh thiết kế đoạn tuyến thẳng dài quá 4 km đối với đƣờng cao tốc, trong các trƣờng hợp này nên thay bằng các đƣờng cong góc chuyển hƣớng nhỏ và bán kính lớn (R từ 5.000m) CHLB Đức và Nhật Bản cũng quy định : chiều dài (tính bằng m) tối đa đoạn thẳng thích hợp lấy bằng 20 lần tốc độ xe chạy (tính bằng km/h).

Quy định này dựa vào thời gian xe chạy theo tốc độ vào khoảng 72s. Tuyến thẳng quá ngắn cũng không cho phép vì làm điều kiện chạy xe thay đổi nhiều và không có đủ chỗ bố trí cấu tạo đoạn chêm nối tiếp giữa các đƣờng cong. Theo kinh nghiệm thì chiều dài tối thiểu các đoạn thẳng giữa hai đƣờng cong cùng chiều là 6V và giữa hai đƣờng cong ngƣợc chiều là 2V. Trong đƣờng cong tròn cùng chiều do phải liên tục lái vòng cùng chiều, ngƣời lái xe khó nắm đƣợc tác dụng của lực quán tính, lực ly tâm tăng lên liên tục nên quy định chiều dài đoạn thẳng phải dài hơn so với đoạn thẳng giữa hai đƣờng cong tròn ngƣợc chiều.

1 Quan hệ phối hợp giữa chiều dài đoạn thẳng và bán kính đường cong Trên quan điểm thị giác và an toàn, CHLB Đức còn quy định quan hệ giữa chiều dài đoạn thẳng L (m) và bán kính đƣờng cong R (m) nối tiếp với đƣờng thẳng đó nhƣ đồ thị hình 2.1 Nói chung, quan hệ tối thiểu là - Nếu L ≤ 500m thì R ≥ L - Nếu L > 500m thì R ≥ 500 2. Đặc điểm của sự chuyển động của ô tô trong đƣờng cong tròn. Khi chạy trong đƣờng cong tròn, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với khi chạy trong đƣờng thẳng. Những điều kiện bất lợi đó là: 1.

Khi chạy trong đƣờng cong xe phải chịu thêm lực li tâm, lực này nằm ngang trên mặt phẳng thẳng góc với trục chuyển động, hƣớng ra phía ngoài đƣờng cong và có giá trị C= (kG) (2.1) Trong đó: C – lực ly tâm m – khối lƣợng của xe (kg) v – tốc độ xe chạy (m/s) 5 R – bán kính đƣờng cong tại vị trí tính toán (m) Lực ly tâm có tác dụng xấu, có thể gây ra những khó khăn sau : + Xe có khả năng bị lật hoặc trƣợt ngang về phía lƣng đƣờng cong. + Gây khó khăn cho việc điều khiển xe, gây khó chịu cho hành khách, gây đổ vỡ hàng hoá vận chuyển. + Gây biến dạng ngang của lốp xe nên làm cho săm lốp chóng hao mòn hơn. + Làm tăng sức cản do đó làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.

Xe chạy trong đƣờng cong yêu cầu có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đƣờng thẳng thì xe mới chạy đƣợc bình thƣờng. 2 Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong 3. Xe chạy trong đƣờng cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đƣờng cong nhỏ, ở đoạn đƣờng đào. Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đƣờng cong cũng bị hạn chế do pha đèn chiếu thẳng một đoạn ngắn hơn.

Lực ngang và lựa chọn hệ số lực ngang. Khi xe chuyển động trong đƣờng cong thì ôtô chịu hai lực tác dụng: 6 - Trọng lƣợng bản thân G của xe có hƣớng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang. - Lực ly tâm C hƣớng ra ngoài đƣờng cong và vuông góc với trục chuyển động, lực ly tâm có giá trị : c (2.2) Chiếu các lực tác dụng lên ô tô theo phƣơng song song với mặt đƣờng đƣợc công thức tính lực ngang Y tác dụng lên ôtô: Y = C.3) Dấu “+” : trong trƣờng hợp bình thƣờng, mặt đƣờng hai mái và xe chạy ở làn ngoài (xe chạy phía lƣng đƣờng cong). Dấu “-” : trong trƣờng hợp cấu tạo siêu cao, dốc đổ về phía bụng đƣờng cong (xe chạy phía bụng đƣờng xong).

α : là góc nghiêng của mặt đƣờng so với phƣơng nằm ngang. h : là chiều cao trọng tâm của xe tới mặt đƣờng. b : chiều rộng của hai bánh xe. Vì góc α rất nhỏ α cos α =1; sin α tg α in : là độ dốc ngang của mặt đƣờng.5) Với : là hệ số lực ngang, đặc trƣng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng lƣợng của xe và dùng trong thiết kế đƣờng.

Trong đó: Y là tổng lực ngang.; G là trọng lƣợng của ô tô. Từ đó tính đƣợc bán kính đƣờng cong nằm R theo hệ số lực đẩy ngang và vận tốc xe chạy: v : ( m/2) (2.7) “+” khi xe chạy phía bụng đƣờng cong “-“ khi xe chạy phía lƣng đƣờng cong 7 LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANG. Lực ngang, tuỳ theo hệ số của nó, có thể gây ra những tác động bất lợi cho xe chạy trong đƣờng cong: - Làm lật xe qua điểm tựa là bánh xe ở phía lƣng đƣờng cong. - Làm cho xe bị trƣợt ngang trên đƣờng.

- Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và ngƣời lái xe. - Làm tiêu hao thêm nhiên liệu và tăng hao mòn săm lốp. Vì vậy cần phân tích từng mặt của vấn đề ta sẽ lựa chọn đƣợc hệ số lực ngang tính toán cần thiết để đảm bảo cho xe chạy an toàn và kinh tế. Điều kiện ổn định chống lật.

Dƣới tác dụng của lực ly tâm thì xe có thể bị lật quanh bánh xe phía ngoài: Điều kiện ổn định giữa mô men lật và mô men giữ : (2.8) b : khoảng cách giữa hai tâm bánh xe. h: chiều cao của trọng tâm xe. Thực nghiệm có đƣợc : độ dịch ngang của thân xe ô tô so với bánh, thƣờng lấy Thông thƣờng : đối với xe du lịch. = đối với xe buýt.

Nếu lấy giá trị (b/h=2) thì ta có µ ≤ 0,6 Nhƣ vậy khi µ ≤ 0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo. Điều kiện ổn định chống trƣợt ngang. Phân tích các lực tác dụng vào các bánh xe Để đảm bảo xe không bị trƣợt ngang trên mặt đƣờng thì : 8 Y≤ G.2 : là lực bám giữa bánh xe và mặt đƣờng theo phƣơng ngang G : trọng lƣợng của ô tô. 2 : hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe và mặt đƣờng.

Y : tổng lực ngang tác dụng lên xe. Nhƣ vậy µ φ2 φ : hệ số bám giữa bánh xe với mặt đƣờng ( gồm hệ số bám dọc và ngang). 3 Các lực tác Với φ1 là hệ số bám dọc của bánh xe và mặt đƣờng. φ Thay vào đó ta có φ2 = (0,6-0,7).

φ Nhƣ vậy ta có các điều kiện của μ nhƣ sau : - Mặt đƣờng khô ráo μ ≤ 0,36 - Mặt đƣờng khô, ẩm sạch μ ≤ 0,24 - Mặt đƣờng ẩm có bùn bẩn μ ≤ 0,12 2. Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách. Khi chịu tác dụng của lực li tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều khi sợ hãi có cảm giác xe bị lật đổ. Điều tra theo thực nghiệm cho ta các kết quả nhƣ sau : ≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đƣờng cong.

=0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đƣờng cong. =0,2 thì hành khách cảm thấy khó chịu. 9 =0,3 thì hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía Để đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách nên chọn  0,15 và trong điều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0. Đƣờng clothoid Đƣờng clothoid là đƣờng phù hợp nhất để làm đƣờng cong chuyển tiếp trong số các đƣờng cong đã đƣợc nghiên cứu từ trƣớc đến nay.

Đối với đƣờng ôtô có tốc độ tính toán từ 60km/h trở lên nó là một yếu tố tuyến quan trọng để cải thiện hình dạng đƣờng ôtô.Trong đoạn sử dụng của đƣờng cong này nó lệch rất ít so với bánh chuyển hƣớng của xe ô tô trong quá trình xe tăng hoặc giảm tốc. Ngƣời ta sử dụng đƣờng clothoid không chỉ để làm đƣờng cong chuyển tiếp mà còn sử dụng làm yếu tố tuyến. Một xe chạy với tốc độ không đổi và bánh chuyển hƣớng của nó quay với tốc độ góc không đổi sẽ vẽ lên quỹ đạo của đƣờng cong clothoid. Đó là một đƣờng cong mà độ cong liên tục tăng lên đều đặn theo cùng một hƣớng từ 1/R=0 đến 1/R= (xem hình 2.

Tích số của chiều dài đƣờng cong và bán kính tại điểm đang xét là một hằng số: L.R = cosntant Hằng số khi định nghĩa đƣờng cong đƣợc thay bằng một thông số viết dƣới dạng bình phƣơng (tƣơng tự nhƣ là vế trái của phƣơng trình). Theo đó lập đƣợc phƣơng trình của đƣờng cong clothoid : L. 4 Đường clothoid trong tọa độ vuông góc Thông số đƣờng cong clothoid : A  R.