Analytical method for critical vehicle swept path testing and intersection layout elements calculation

Osnovni motiv za izradu ove disertacije je potreba za većim stepenom automatizacije procesa projektovanja situacionog plana površinskih raskrsnica kroz eliminaciju iterativnog procesa ponavljanja nekoliko serija simulacija kretanja merodavnog vozila prilikom analiza prohodnosti. Disertacija je podeljena na tri dela. U prvom delu određene su realne trajektorije povlačenja vozila pomoću GNSS RTK kinematičke metode diferencijalnog pozicioniranja u realnom vremenu. Razvijena je originalna metodologija za precizno utvrđivanje niza položaja i orijentacija testnih vozila na osnovu GPS koordinata snimljenih tokom praćenja zadatih putanja na test poligonu. Predložena metodologija smanjuje greške pri snimanju trajektorija nastale usled zanemarivanja nivelacionih karakteristika kolovoza i nemogućnosti preciznog postavljanja GPS rovera u odnosu na zaobljene karoserije vozila. U drugom delu, razvijeni su matematički modeli za proračun položaja vozila sa jednim, dva i tri sloga koja prate vodeće kružne putanje, kao i nov analitički postupak za proračun položaja vozila u kome se dostiže maksimalni offtracking, odnosno, maksimalno odstupanje centra poslednje osovine vozila od vodeće putanje. Utvrđeno je da su trajektorije povlačenja vozila sračunate pomoću matematičkih modela na "strani sigurnosti" u odnosu na trajektorije iz opšteprihvaćene Halter-ove simulacije, koje su istovremeno na "strani sigurnosti" u odnosu na realne trajektorije povlačenja dobijene na osnovu eksperimentalnih merenja. U trećem delu, razvijen je softverski alat za pronalaženje optimalnih kombinacija geometrijskih parametara trocentričnih krivina koje najbolje aproksimiraju trajektorije povlačenja iz matematičkih modela. Najvažniji rezultat dobijen primenom razvijenog softverskog alata je nova geometrijska forma trocentrične krivine sa optimalnom kombinacijom geometrijskih parametara za aproksimaciju trajektorija povlačenja vozila.The aim of this dissertation is to achieve a higher level of automation when developing crossroad plans. The immediate goal is to develop and improve methods for vehicle trajectories mathematical modeling, thus eliminating repetitive vehicle movement simulations. In its first part, a new method of recording vehicles' trajectories by using a real-time kinematic differential positioning technique was developed and presented. It was revealed that the existing methods of vehicle tracking based on Global Positioning System (GPS) technology are prone to errors. Not taking into account realistic pavement morphology (grading characteristics) while converting the raw data and inaccurate positioning of GPS receivers on modern streamlined vehicle bodies have been the major sources of errors. New methods of converting recorded trajectories into real-world coordinates overcame these deficiencies. In the second part, mathematical models for calculating the positions of one, two and three unit vehicles following circular steering paths were developed. In relation to existing mathematical models, accuracy has been improved and new methods for calculating maximum offtracking were developed. It was also demonstrated that all mathematically modeled vehicle movement trajectories were on the safe side in relation to the ones obtained from the widely accepted Halter's graphoanalitical method which were, in turn, on the safe side in relation to the experimentally recorded trajectories. In the third part, software for automatic retrieval of optimal 3-centered compound curves, producing minimal offsets on the safe side from the mathematically modeled trajectories, was developed. Unlike sophisticated formulas underpinning the modeling of vehicles' trajectories, optimal 3-centered compound curves are simple shapes, well suited for an average crossroad designer