Desarrollo de una herramienta de simulación de conducción de automóviles todo terreno para análisis de carreteras y seguridad vial

Abstract

The highway, the vehicle and the driver are the main agents of a traffic system, and traffic safety is determined by their interaction. The main objective of a traffic engineer is to achieve that this relationship be as good as possible, thus, accomplish reduction of road accidents. The elements used in a road design, are the first step to get this objective. The geometric design and traffic signals must promote a confortable and fluid driving, thus avoiding abrupt maneuvers not provided by the driver. It is evident that horizontal alignment in flat territories, must have enough elements to help the driver to be awake, i. e. replace long alignment (more than 2 km), by wide curves, with big radii (2000 to 10000 mts), to oblige the driver to gently modify the trajectory and keep his attention. On the other hand, in territories with hills and mountains, it must be accomplished the maximum alignment length (2 km), and minimum alignment length (4 x V (km/h) expressed in meters) between curves, to mainly avoid a wide oscillation of velocities in the trajectory. In this sense, geometric consistency analysis allows identifying the use pattern of roads through operational speed estimate models and classification criteria. This may be performed in projects or in built roads. The velocities measurement procedure must be done in situ, with expensive specific equipment, great execution work, and actual danger. The use of a driving simulator appears as an essential complementary tool, that allows, at low cost, and in lab safety conditions, go around road segments generated in 3D environment. This process performed by different persons with different vehicles, allows a precise evaluation of the modeling segments. In this thesis, a driving simulator for road safety studies was developed and tested. Velocity and acceleration profiles, travel times, driver behaviors, trajectories and other parameters related to vehicle displacement were obtained.

La vía, el vehículo y el conductor, son los principales componentes de la estructura vial, y la seguridad vial depende de la interacción entre ellos. El objetivo del ingeniero de tránsito, es conseguir que esta relación sea lo más armoniosa posible, logrando así, disminuir considerablemente los siniestros viales. Los elementos utilizados en el proyecto de una carretera, representan el primer paso para lograr este objetivo. El diseño geométrico y la señalización vial, deben colaborar con una conducción confortable y fluida, evitando maniobras bruscas o que el conductor no pueda prever con suficiente anticipación. Es evidente, que la traza horizontal en territorios mayormente llanos, debe contener elementos que favorezcan que el conductor se mantenga alerta, esto es por ejemplo, reemplazar grandes alineamientos (superiores a 2 km), por curvas amplias de grandes radios (2000 a 10000 m) que obliguen al conductor a modificar suavemente su dirección y mantengan despierta su atención. Por otro lado, en territorios ondulados y montañosos, deben respetarse los valores de tangentes máxima (2 km) y mínima (4 x V (kph) expresada en metros) entre curvas, para evitar principalmente una muy amplia variación de velocidades en el trayecto. En este sentido el análisis de la consistencia geométrica es una herramienta que permite identificar el patrón de uso de las carreteras, a través de modelos de estimativa de velocidad operacional y criterios de clasificación. Esto puede realizarse para carreteras en proyecto o ya construidas. El procedimiento de medición de velocidades, debe ser concretado in situ, con equipamiento específico costoso, gran trabajo de elaboración y peligrosidad fáctica. El uso de un simulador de conducción de vehículos, aparece como una herramienta complementaria esencial, que permite, a bajo costo y en condiciones seguras de laboratorio, recorrer virtualmente tramos de carreteras generados en entornos 3D. Este proceso realizado por diferentes personas con diferentes características, y utilizando vehículos con diferentes capacidades, permite evaluar los tramos modelados con gran precisión. En la presente tesis se plantea el desarrollo y validación de una herramienta de simulación de conducción de automóviles para estudios de seguridad vial en carreteras. Se lograron obtener perfiles de velocidades, aceleraciones, tiempos de recorrido, comportamientos conductivos, trayectorias, y todos los parámetros relacionados con el desplazamiento del vehículo.