Modèle de vitesse de HDM-4

Le modèle de la vitesse des véhicules de HDM-4 est alimenté par le modèle caractérisant les effets des forces physiques agissant sur un véhicule.

5.4.1 Vitesse en écoulement libre

Le modèle stochastique de prédiction de la vitesse (Probabilistic speed prediction model) a été développé suite à des études menées au Brésil, au Kenya, dans les Caraïbes et en Inde (Watanada, 1987). La version précédente du modèle a été modifiée en vue de l’intégration au système HDM-4. Ce modèle prend en considération de nombreux facteurs concernant la géométrie et l’état de la route, les caractéristiques des véhicules, la perception du conducteur et la législation. Toutefois, les interactions entre les véhicules ne sont pas prises en compte par le modèle. Ces facteurs sont présents dans les équations des cinq vitesses limitatives qui composent le modèle de la vitesse en écoulement libre (VSS21_{) de HDM-4} présenté par l’équation 5.11 (Kerali, 2000).

(

5.11

où VDRIVE Vitesse limitée par la puissance du moteur (m/s) VBRAKE Vitesse limitée par la puissance de freinage (m/s)

VCURVE Vitesse limitée par l’alignement horizontal de la route (m/s) VROUGH Vitesse limité par l’état de la chaussée (m/s)

VDESIR Vitesse limitée par la perception du conducteur (m/s)

La vitesse VSS se traduit comme la vitesse moyenne pour tous les véhicules en un point donné de la section. La prédiction probabiliste de la vitesse effective moyenne (S) sur une section se fait à partir de la vitesse VSS et d’un facteur de correction du bruit statistique de la vitesse (équation 5.12). Le biais est obtenu à partir d’une plage de valeurs déterminées du coefficient de variation de la vitesse moyenne en un point par rapport à la vitesse moyenne sur la section. La vitesse qui en découle est celle qui est utilisée pour les analyses effectuées par HDM-4. Cette vitesse peut être soit calculée avec la vitesse en écoulement libre ou soit à partir de la vitesse corrigée par le modèle de la capacité selon le niveau de circulation. Elle est l’équivalent de la vitesse AES du système HERS-ST.

S = 3,6 SPEEDBIAS VSS (

5.12

où S vitesse moyenne sur une section (km/h)

SPEEDBIAS facteur de correction du biais de la vitesse (par défaut 0,15) VSS vitesse en écoulement libre en un point sur la section (m/s)

5.4.2 Vitesse limitée par la puissance du moteur (VDRIVE)

La vitesse limitée par la puissance du moteur d’un véhicule, paramètre VDRIVE, est déterminée en fonction de principes dynamiques. Ces principes sont dépendants des forces s’opposant au déplacement du véhicule et de ses caractéristiques physiques et mécaniques (i.e. masse, puissance du moteur, etc.). La vitesse VDRIVE se calcule à partir de l’équation 5.13.

1000 Pd = z0 VDRIVE3 _{+ z1 VDRIVE (}

_5.13

où VDRIVE vitesse limitée par la puissance du moteur (m/s)

Pd puissance du moteur (kW)

z0 fonction de la résistance au roulement et aérodynamique

z1 fonction de la résistance au roulement, aérodynamique et gravitationnelle

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5.4.3 Vitesse limitée par la puissance de freinage (VBRAKE)

Une vitesse maximale due à la puissance de freinage est évaluée par le modèle dans le cas des pentes descendantes. Pour les pentes ascendantes, le modèle ne considère pas le paramètre VBRAKE.

VBRAKE est déterminée en fonction des forces mécaniques agissant sur le véhicule selon une condition relative à une longueur critique de la pente (CGL). Le paramètre CGL, exprimé en kilomètres, est déterminé à partir d’une équation de régression tributaire de l’inclinaison et de la longueur de la pente. Lorsque la longueur réelle d’une pente excède la valeur du paramètre CGL, la vitesse limitée par la puissance de freinage, VBRAKE, est calculée. La quantification du paramètre VBRAKE est obtenue par la résolution de l’équation 5.14.

- 1000 Pb = z0 VBRAKE3 _{+ z1 VBRAKE (}

_5.14

où VBRAKE vitesse limitée par la puissance de freinage (m/s) Pb puissance de freinage du moteur (kW)

z0 fonction de la résistance au roulement et aérodynamique

z1 fonction de la résistance au roulement, aérodynamique et gravitationnelle

5.4.4 Vitesse limitée par l’alignement horizontal de la route (VCURVE)

L’équation (5.15) servant à déterminer la vitesse maximale due aux courbes horizontales a été simplifiée par rapport à la version précédente (HDM-III). Le modèle tient compte du rayon de courbure (R) et de deux facteurs de régression (a0, a1) déterminés suite à la réalisation d’études de vitesse en Nouvelle-Zélande (Bennett, 1987) en Thaïlande (Greenwood, 1998) et en Australie (HTC, 1998).

VCURVE = a0 Ra1 ₍

_5.15

où VCURVE vitesse limitée par la sinuosité (m/s) a0 et a1 coefficients de régression de l’équation

R rayon de courbure moyen sur la section (en mètres)

5.4.5 Vitesse limitée par l’état de la chaussée (VROUGH)

Le paramètre principal entrant dans le calcul de la vitesse maximale limitée par l’état de la surface de la chaussée est l’IRI. Les valeurs proposées, par défaut, pour le facteur de régression a0 ont été actualisées et sont représentatives des véhicules modernes. L’équation 5.16 présente le modèle de prévision de la vitesse en fonction de l’uni.

VROUGH = ARVMAX / (a0 IRI) (

5.16

où VROUGH vitesse limitée par l’uni de surface (m/s)

IRI indice de rugosité internationale

ARVMAX vitesse maximale (en m/s)

a0 facteur de régression

Compte tenu des différents paramètres pouvant affecter la vitesse sur une section, la meilleure alternative pour isoler celui de l’uni de surface consistait en un relevé avant et après une intervention de réfection de la couche de revêtement d’une chaussée. Ces mesures ont été réalisées lors d’une étude réalisée en vue de la calibration de modèles de coûts aux usagers de HDM-4 en Inde en 1997 (NDLI, 1997). Cette étude a permis de valider le modèle existant en fonction de différents types de véhicules.

5.4.6 Vitesse limitée par la perception du conducteur (VDESIR)

La vitesse maximale due à la perception et au comportement du conducteur (VDESIR) tient compte des différents facteurs qui sont difficiles à évaluer distinctement. Ces facteurs sont, entre autres, les considérations en rapport à l’économie de carburant, à la sécurité, à l’usure du véhicule, à la limite de vitesse et à la perception visuelle générale du conducteur. La

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vitesse (VDESIR) est évaluée en deux étapes. Dans une première étape, une vitesse maximale est calculée sans tenir compte de la limite de vitesse légale. Cette première vitesse est obtenue en fonction de la vitesse désirée, les abords de la route, le transport non motorisé (lorsque pertinent) et la classe fonctionnelle de la route. Dans une seconde étape, la vitesse est obtenue en fonction de la limite légale de vitesse ainsi qu’un facteur de répression policière. Ces deux vitesses ainsi obtenues, sont finalement comparées et la valeur inférieure est retenue comme étant celle de la vitesse limitée par la perception du conducteur (VDESIR). Des valeurs par défaut, pour certains paramètres, sont proposées dans la littérature et retenues dans le logiciel.

5.4.7 Vitesse annuelle moyenne d’opération

La vitesse moyenne annuelle est obtenue par la sommation des vitesses moyennes d’opération pour chaque période type de circulation (i.e. congestion, vitesse libre,..) et pondérées en fonction du nombre d’heures par année propres à chacune de ces périodes.

La vitesse de fonctionnement moyenne annuelle est calculée pour chaque véhicule représentatif et sur chaque section à partir de la vitesse en écoulement libre ou de la vitesse de déplacement obtenue du modèle de la capacité en fonction du niveau de circulation caractérisant la section.