3 Grundvärden för förare och passagerare Förares och passagerares attityder, förmåga och beteende beskrivs i VGU med: hastighet i kurva retardation och acceleration hastighetsprofil vertikalacceleration, ryck och rotation modell för sidoförflyttning ögonhöjd synbarhetsvinkel reaktionstid händelsetäthet synbarhet. 3.1 Hastighetsbeteende i kurva Bilars hastighet i kurva är ett grundvärde i VGU för att bestämma radier i horisontalkurvor och för att beräkna hastighetsprofiler etc. 3.1.1 Hastighet i stora horisontalkurvor Hastighet för typfordon P och Lps, vid olika vägbredder och referenshastigheter under dagsljus och goda väglagsförhållanden ges i FIGUR 3-1 t.o.m. FIGUR 3-4. FIGUR 3-1 Hastighet för typfordon P vid VR70 VGU VV publikation 2004:80 2004-05 29
Typ Lps FIGUR 3-2 Hastighet för typfordon Lps vid VR70 Typ P Typ Lps FIGUR 3-3 Hastighet för typfordon P och Lps vid VR90 Typ P Typ Lps FIGUR 3-4 Hastighet för typfordon P och Lps vid VR110 Modellerna motsvarar medianfordon i VTI:s simuleringsmodells frifordonsdel. 30 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
3.1.2 Hastighet i horisontalkurvor med små radier Hastighet i horisontalkurvor med små radier kan bedömas med FIGUR 3-5. Radie R (m) 200 180 160 140 120 100 80 E = - 5,5 % Mjuk E = 0 % Mjuk E = - 5,5 % Hård E = 5,5 % Mjuk E = 0 % Hård E = 5,5 % Hård 60 40 20 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hastighet (km/h) V_R. XLS FIGUR 3-5 Personbilars val av hastighet i små radier i korsningar och ramper Figuren redovisar två körsätt och 3 skevningsfall. Körsätten är: mjukt, vilket motsvarar ett sidokraftsuttag enligt avsnitt 1.1 hårt, vilket motsvarar ett 50 % större sidokraftsuttag Skevningsfallen är: 0 % +5,5 % -5,5 % Normalt används 0 % skevning för bedömning av hastigheter. Exempel: Hastigheten i en kurva med radie R 50 m varierar från drygt 30 km/h vid mjukt körsätt och 5,5 % bakskevning till cirka 45 km/h vid hård körning och 5,5 % skevning åt rätt håll. 3.2 Retardation Bilars retardation är grundvärde i VGU för att dimensionera stoppsträckor samt bromssträckor på avfarter i trafikplatser och extra körfält för svängande trafik i korsningar. Retardation för personbils- och lastbilsförares kan bedömas med FIGUR 3-6 och FIGUR 3-7 för olika körsätt. VGU VV publikation 2004:80 2004-05 31
6 5 Retardation (m/s^2) 4 3 2 1 Dimensionerande bromsfriktion Hårt=0.625*f b Medel=0.5*f b Mjukt 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Hastighet (km/h) Typret.xls FIGUR 3-6 Retardationsbeteende Fyra körsätt beskrivs. Dessa är: bromsning med dimensionerande bromsfriktion, dimensionerar stoppsikt hårt, vilket innebär bromsning med 62,5 % av dimensionerande bromsfriktion medel, vilket innebär bromsning med 50 % av dimensionerande bromsfriktion mjukt, vilket innebär motorbroms ned till cirka 80 km/h och sedan successivt ökande retardation. Mjukt körsätt motsvarar genomsnittliga inbromsningar i korsningar. 600 550 500 450 400 350 300 250 Mjukt Medel Hård 200 150 100 50 Dimensionerande bromsfriktion 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Hastighet (km/h) Retdist.xls FIGUR 3-7 Samband mellan in- och uthastighet och bromssträcka vid olika bromsbeteenden 32 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
Exempel: En inbromsning från 100 km/h till 60 km/h med mjukt körsätt kräver cirka 280 m 80 m = 200 m Följande retardationsnivåer bedöms ge god, mindre god och låg standard, för biltrafik, se TABELL 3-1. TABELL 3-1 Standardnivåer för retardation STANDARD RETARDATION m/s 2 HASTIGHETSINTERVALL ANMÄRKNING 70-50 50-0 God 0-1,5 0-2,0 Normal bromsning, ej möjlig vid isväglag utan dubbdäck. Mindre god 1,5-3,0 2,0-3,5 Relativt hård bromsning, ej möjlig vid vinterväglag utan halkbekämpning och/eller goda vinterdäck. Låg 3,0-4.0 3,5-4,5 Hård inbromsning, ej möjlig vid vinterväglag. Bromsning med hänsyn till stående busspassagerares säkerhet kräver betydligt lägre retardationsnivåer, se TABELL 3-2. TABELL 3-2 Standardnivåer för retardation med hänsyn till stående busspassagerares säkerhet STANDARD RETARDATION m/s 2 HASTIGHETSINTERVALL ANMÄRKNING 70-50 50-0 God 0-1,5 0-1,5 Normalt ingen olycksrisk för stående passagerare. Mindre god 1,5-2,0 1,5-2,0 Viss olycksrisk för stående passagerare Låg 2,0-3,0 2,0-3,0 Uppenbar olycksrisk för stående passagerare. 3.3 Accelerationsbeteenden i normala trafiksituationer Bilars acceleration är grundvärde i VGU för att dimensionera accelerationssträckor på påfarter i trafikplatser och för att bestämma hastighetsprofiler för vägavsnitt. Normala accelerationsbeteenden ges i TABELL 3-3. För tunga fordon minskar accelerationsförmågan med ca 0,1 m/s 2 för varje procents uppförslutning, se närmare avsnitt 2.2. TABELL 3-3 Normala accelerationsbeteenden HASTIGHETSINTERVALL (km/h) Fordonstyp 0-50 50-70 Personbil Normalbuss Lastbil med släp 2,1 m/s 2 0,9 m/s 2 0,6 m/s 2 1,1 m/s 2 0,3 m/s 2 0,2 m/s 2 VGU VV publikation 2004:80 2004-05 33
3.4 Hastighetsprofil Hastighetsprofiler för fria fordon längs en väg med given linjeföring kan beräknas med avsnitt 2.2 Acceleration och moment 3.1.1 Hastighet i stora horisontalkurvor. Hastighetsprofiler kan användas för att beskriva förväntade hastighets-förlopp för typfordon vid olika linjeföringsalternativ och för att bedöma behovet av åtgärder, som t.ex. stigningsfält. Beräkningsmetoden innebär att medianhastigheterna först bestäms med utgångspunkt från referenshastighet och den horisontella linjeföringen (vägbredd och horisontalradie) enligt FIGUR 3-1 till FIGUR 3-4. Därefter korrigeras hastigheterna med hänsyn till eventuell inverkan av den vertikala linjeföringen (approximerad med lutningar) enligt avsnitt 2.2 Acceleration FIGUR 2-22 t.o.m. FIGUR 2-24. Modellen utgör en manuell variant av medianfordonsbeteende i VTI:s simuleringsmodells frifordonsmodell. Exempel: Beräkna hastighetsprofil för dimensionerande fordon typ P och Lps i vägavsnittet enligt FIGUR 3-8. Referenshastigheten är 90 km/h och vägbredden är 9 m. FIGUR 3-8 Linjeföring och approximering av profil 34 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
Steg 1: Dela in vägavsnittet i homogena delsträckor med avseende på referenshastighet, vägbredd och horisontalkurvor med R< 1200 m. Radier större än 1200 m betraktas som raklinjer. Vid beräkning av hastighet ur FIGUR 3-1 t.o.m. FIGUR 3-4 används Rh = l200 m. I exemplet är hastighet och vägbredd konstanta. Delsträckor i horisontell led fås enligt TABELL 3-4 nedan. TABELL 3-4 Indelning i delsträckor i horisontell led med avseende på referenshastighet, vägbredd och horisontalradie STRÄCKA V R (km/h) B (m) H1 90 9 RL 100 100 H2 90 9 800 300 400 RH (m) L (m) DEL- LÄNGD- MÄTNING H3 90 9 RL 1000 1400 H4 90 9 700 250 1650 H5 90 9 RL 350 2000 Steg 2: Beräkna hastighetsprofil med avseende på referenshastighet, vägbredd och horisontalradie för respektive typfordon genom att för varje delsträcka bestämma hastigheten ur FIGUR 3-1 t.o.m. FIGUR 3-4. Vid lokal hastighetsbegränsning 50 km/h kan hastigheten antas vara lika med hastighetsgränsen. Hastigheterna i exemplet redovisas i TABELL 3-5 nedan. TABELL 3-5 Delsträckornas medianhastigheter för typfordon P och Lps DELSTRÄCKA V P (km/h) V LPS (km/h) H1 89 78 H2 88 77 H3 89 78 H4 87,5 76,5 H5 89 78 Accelerationer och retardationer i övergångar mellan delsträckor försummas i detta exempel. Om till exempel olika delar av vägavsnittet har olika hastighetsgräns eller om hastighetsprofil skall beräknas för fordon som startar från stillastående, är detta en allt för grov förenkling. Accelerationer och retardationer måste då beräknas. För beräkning av acceleration tillämpas FIGUR 2-22 t.o.m. FIGUR 2-24 i analogi med steg 4 i detta exempel. Sådana beräkningar blir ofta komplicerade vid manuell beräkning. För retardation på plan väg kan värdet 1 m/s 2 användas. Detta ger bromssträckan: S b = 2 2 ( V1 V0 ) 25, 92 där Sb = bromssträcka (m) Vl = starthastighet (km/h) V0 = sluthastighet (km/h) 25,92 = 3,62 2r (r = 1 m/s 2 ) VGU VV publikation 2004:80 2004-05 35
Steg 3: För att beräkna inverkan av vägavsnittets profil approximeras denna med lutningar. Ju noggrannare approximationen görs desto bättre blir hastighetsberäkningen. I detta exempel har lutningarna förlängts till sina skärningspunkter. Detta ger en approximativ profil enligt TABELL 3-6 nedan och redovisad med streckad linje i FIGUR 3-8. TABELL 3-6 Approximation av profilen med delsträckor i konstant lutning DELSTRÄCKA LUTNING (%) L (m) LÄNGDMÄTNING P1 0 135 135 P2 6 955 1090 P3 0 280 1370 P4-2 lång Steg 4 Resulterande hastighetsprofil beräknas genom att kontrollera, och vid behov justera, om hastighetsprofilen på grund av referenshastighet, vägbredd eller horisontalkurva påverkas av vägavsnittets approximativa profil. Detta görs i exemplet genom att använda accelerations- och retardationssträckor för typfordon P och Lps enligt FIGUR 2-23 t.o.m. 2-25 För typfordon Lps visas metodiken nedan och i FIGUR 3-9 och FIGUR 3-10. Kombinera delsträckorna i horisontell och vertikalled så, att nya delsträckor erhålls som är konstanta med avseende på alla ingående variabler. I exemplet erhålls nya delsträckor enligt TABELL 3-7. TABELL 3-7 Indelning i delsträckor vid kombinerad horisontell och vertikal linjeföring STRÄCKA VR (km/h) B (m) I (%) RH (m) DL (m) DEL- LÄNGD- MÄTNING S1 90 9 0 RL 100 100 78 S2 90 9 0 800 35 135 77 S3 90 9 6 800 265 400 77 S4 90 9 6 RL 690 1090 78 S5 90 9 0 RL 280 1370 78 S6 90 9-2 RL 30 1400 78 S7 90 9-2 700 250 1650 76,5 S8 90 9-2 RL 78 Över delsträcka Sl behåller typfordon Lps sin hastighet bestämd av referenshastighet, vägbredd och horisontalradie (78 km/h). Över delsträcka S2 sjunker hastigheten till 77 km/h på grund av horisontalradiens ändring. V LPS (km/h) Över delsträcka S3 kan fordonet inte hålla sin hastighet då lutningen här ändras från 0 % till 6 % uppförslutning. Hastighetsprofilen över delsträckan får man genom att gå in vågrätt i figur 3-9 vid ingångshastigheten 77 km/h till retardationskurvan för +6 % lutning, punkt A, och följa denna över delsträckans längd, 265 m, till punkt B. 36 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
Över delsträcka S4 påverkas fordonet inte av den minskade horisontalradien, då lutningen fortfarande är +6 %. Hastighetsprofilen får man alltså genom att fortsätta längs +6 %-kurvan över delsträckans längd, 690 m, till punkt C. På delsträcka S5 minskar lutningen till 0 %, dvs. fordonet börjar accelerera. Hastighetsprofilen får man genom att gå vågrätt från punkt C till accelerationslinjen för 0 % lutning, punkt D, och följa denna över delsträckans längd, 280 m, till punkt E. På delsträcka S6 ändras lutningen till -2 % (nedförslutning). Hastighetsprofilen får man genom att gå vågrätt från punkt E till accelerationskurvan för -2 % lutning, punkt F, och följa kurvan över delsträckans längd, 30 m, till punkt G. På delsträcka S7 når fordonets hastighet ännu inte upp till den hastighet som ges av referenshastighet, vägbredd och horisontalradie utan man får hastighetsprofilen genom att fortsätta längs -2 %-kurvan. Efter delsträckans längd, 250 m, har fordonet nått hastigheten ca 75 km/h vid punkt H. Först på delsträcka S8 nås den hastighet som ges av referenshastighet, vägbredd och horisontalradie, 78 km/h. Detta inträffar efter 80 m vid punkt J. Därefter påverkar profilen inte längre hastigheten. FIGUR 3-9 Beräkning av hastighetsprofil för typfordon Lps med hänsyn till vägens längslutning På motsvarande sätt beräknas den resulterande hastighetsprofilen för typfordon P. Resulterande hastighetsprofiler redovisas i FIGUR 3-10. VGU VV publikation 2004:80 2004-05 37
FIGUR 3-10 Resulterande hastighetsprofil för typfordon P och Lps 3.5 Vertikalacceleration Vertikalaccelerationen är ett fordons acceleration från krökningscentrum vid körning i vertikalkurva, se FIGUR 3-11. Vertikalacceleration är ett grundvärde i VGU för att dimensionera vertikalradier med hänsyn till bilförares och passagerares komfort. FIGUR 3-11 Vertikalacceleration VGU använder följande vertikalaccelerationer, se TABELL3-8. 38 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
TABELL 3-8 Grundvärden för vertikalacceleration STANDARD VERTIKALACCELERATION ANM. God 0-0,5 m/s 2 Inget obehag Mindre god 0,5-1,0 m/s 2 Litet obehag 3.6 Ryck Momentana förändringar av totalkraften på ett fordon samt dess förare och passagerare kallas ryck. Dess storlek varierar med fordonets hastighet, vägens linjeföring och förarens beteende. Kunskapen om förares och passagerares upplevelser av ryck är liten. Ryck i längdled är ett grundvärde i VGU för att dimensionera korsningar, busshållplatser m.m. Ryck i sidled är ett grundvärde i VGU för att dimensionera övergångskurvor, sidoförflyttningar vid körfältsbyte m.m. VGU använder för mjukt körsätt 0,5 m/s 3 som grundvärde för ryck i längdled och 0,45 m/s 3 för sidoryck. Sidkraftförändringar upp till 0,45 m/s 3 upplevs som bekväma. Sidkraftförändringar större än 0,8 m/s 3 upplevs som obekväma. Klotoiden används som övergångskurva. Dess parameter A bestäms enligt: A 2 =v 3 /k A v klotoidparameter hastighet (m/s) k ryck (m/s 3 ) 3.6.1 Sidoförflyttning Vid bekväm sidoförflyttning av fordon på raklinje, t.ex. vid körfältsbyte, kan fordonets bana beskrivas med fyra identiska klotoider, se FIGUR 3-12. FIGUR 3-12 Fordonsbana vid sidoförflyttning Den erforderliga väglängden för sidoförflyttning längs raklinje med hänsyn till referenshastighet och dimensionerande sidoryck ges i FIGUR 3-13. VGU VV publikation 2004:80 2004-05 39
Dessa värden kan användas vid beräkningar av utrymme för omkörning av stillastående fordon, passering av hinder, utformning av inledningssträckor till extra körfält i trafikplatser och korsningar m.m. FIGUR 3-13 Erforderlig längd för sidoförflyttningar på raklinje med hänsyn till referenshastighet och dimensionerande sidoryck Som framgår av FIGUR 3-12 är det längs de två klotoiderna i mitten som större delen av sidoförflyttningen äger rum. Det innebär att den av föraren upplevda sidoförflyttningssträckan är betydligt kortare än den visas i FIGUR 3-13. Den visade kurvan i FIGUR 3-12 avser ett teoretisk körspår som bör ges utrymme vid utformningen. I början och slutet på körspåret sker så små sidoförflyttningar att de normalt ryms inom körfälten. Inlednings- och utspetsningssträckor kan därför avkortas ned till högst hälften av längden enligt FIGUR 3-13, se exempel i FIGUR 3-14. 40 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
FIGUR 3-14 Exempel på utformning med hänsyn till körspår för sidoförflyttning Erforderlig längd i kurva kan beräknas på motsvarande sätt genom att utnyttja de grundläggande sambanden för klotoider och cirkelbågar. 3.7 Rotation I skevningsövergångar utsätts fordon för rotation, se FIGUR 3-15. Rotation är ett grundvärde i VGU för att dimensionera längden på skevningsövergångar. V tan V i Rotationsaxel V tan V i Rotationscentrum ω V ω Br Körbanekant FIGUR 3-15 Rotation vid skevningsövergång Grundvärde för rotation i VGU ges i FIGUR 3-16. VGU VV publikation 2004:80 2004-05 41
TABELL 3-9 Maximalt tillåten förändring av väg eller körbanans lutning i längdriktningen V (km/h) 30 50 >70 i (%) 1,5 1,0 0,5 ω (ändring av rotationsvinkel per tidsenhet (m/m)/s) 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 ROTATIONSBREDD Br (m) FIGUR 3-16 Grundvärde för rotation Grundvärde för rotation är ω = max(0,039; V tan / (Br-0,1)) där Med de maximalt tillåtna förändringar erhålls med formeln V tan = V * i ett högsta värde 0,17 m/s. 0,1 är minsta avståndet mellan hjul och vägbanekant. Br = rotationsbredd (m). Se VGU Linjeföring. 3.8 Ögonhöjd och synbarhetsvinkel 3.8.1 Ögonhöjd Ögonhöjd är det vinkelräta avståndet mellan körbana och förarens öga. Ögonhöjd är grundvärde i VGU för att bestämma siktsträckor. Ögonhöjd Öh för personbil är 1,10 m och för buss 2,05 m. Nya fordonstyper, framförallt bussar kan ha lägre sitthöjd och därmed lägre ögonhöjd, se FIGUR 3-17. Detta ger sämre sikt, särskilt över backkrön och bör beaktas vid val av radie i konvexa kurvor. 42 VGU VV publikation 2004:80 2004-05
FIGUR 3-17 Förare i olika fordonstyper har olika ögonhöjd 3.8.2 Synbarhetsvinkel Synbarhetsvinkeln är den minsta synvinkel som ett hinder måste uppta för att fordonsföraren skall ha möjlighet att vid dagsljus varsebli hindret. För ett normalt öga måste ett föremål uppta en vinkel större än en bågminut för att föremålet skall vara synbart. Synbarhetsvinkeln är grundvärde i VGU för att beräkna siktsträckor i horisontal- och vertikalkurvor. Grundvärde för synbarhetsvinkel är 1 bågminut. FIGUR 3-18 Synbarhetsvinkel 3.9 Reaktionstid Reaktionstid är den tid som åtgår för att fatta beslut och påbörja beslutad handling. Reaktionstiden varierar med trafikantens prestationsförmåga och trafiksituationen. Reaktionstiden är grundvärde i VGU för att bestämma stoppsikt. Reaktionstider för bilförare i VGU ges i TABELL 3-10. TABELL 3-10 Reaktionstid för bilförare TRAFIKANT STANDARD REAKTIONSTID I SEKUNDER Bilist God Mindre god Låg 2,0 eller mer 1,5-2,0 1,0-1,5 Bussförare --- 1,5 VGU VV publikation 2004:80 2004-05 43
3.10 Händelsetäthet Händelsetäthet är ett grundvärde i VGU för att dimensionera avstånd mellan punkter, där bilförarna måste fatta beslut eller handla, t.ex. avstånd mellan rampavgreningar eller anslutningar. Händelsetätheten, tidsavståndet mellan beslutspunkter, är i VGU 4 sekunder för god standard och 3 sekunder för mindre god standard. I psykologin diskuteras om vi som till exempel trafikanter löser uppgifter samtidigt/parallellt eller efter varandra/i serie. Svaret är både och. Enkla uppgifter, som att hålla bilen kvar i körfältet eller att anpassa hastigheten till geometrin, utförs parallellt med svårare uppgifter som grundar sig på medvetna bedömningar och beslut (omkörning, körfältsbyte etc.). Svårare uppgifter kan endast lösas en i taget. De kan till och med kräva en anpassningstid innan nästa uppgift påbörjas. Kunskapen om denna anpassningstid eller händelsetäthet är mycket begränsad. 3.11 Synbarhet Synbarhet till vägmärken kan delas in i två komponenter, upptäckbarhet och läsbarhet. Upptäckbarheten är i huvudsak beroende av anordningarnas placering i vägrummet, anordningarnas storlek och färg samt andelen störningar från omgivningen i form av ljus, andra skyltar, byggnader, etc. 3.11.1 Upptäckbarhet Generellt kan sägas att ett vägmärke ska placeras så nära vägen som möjligt, helst på vägen, och i förarens ögonhöjd för att vara maximalt upptäckbart. Av praktiska skäl måste dock märkena placeras vid sidan av vägen och normalt högre än förarnas ögonhöjd. De regler för placering av vägmärken som finns i Vägmärkesförordningen, 1978:1001, VMF och Regler om Vägmärken och Vägverkets författningssamling, VVFS får ses som en kompromiss mellan synbarhetskraven och drifts- och underhållsaspekterna. Dessutom kan märken inte placeras alltför nära vägen av säkerhetsskäl, i synnerhet inte större vägmärken. 3.11.2 Läsbarhet Vägmärkens läsbarhet är huvudsakligen beroende av storlek på texter och symboler. Beträffande symboler är också komplexiteten av betydelse, ju enklare en symbol är desto bättre läsbarhet har den. När det gäller texters läsbarhet finns det nästan lika många uppfattningar som antalet genomförda forskningsprojekt kring detta ämne. De texttyper och storlekar som tillämpas på våra lokaliseringsmärken är i huvudsak ett resultat av nationell och internationell forskning och utveckling. 44 VGU VV publikation 2004:80 2004-05