Transport automation research Transport automation research Автоматика на транспорте 2412-9186 96163 10.20295/2412-9186-2025-11-01-30-54 Электронное моделирование Electronic simulation Электронное моделирование Analytical Model for Calculating the Speed at Starting Hydroplaning in Unmanned Control Algorithms АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА СКОРОСТИ НАЧАЛА АКВАПЛАНИРОВАНИЯ В АЛГОРИТМАХ БЕСПИЛОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ Куверин Игорь Юрьевич Kuverin Igor' Yur'evich igorkuv@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Гусева Инна Андреевна Guseva Inna Andreevna guseva11.ia@yandex.ru Гусев Сергей Александрович Gusev Sergey Aleksandrovich o051nm@yandex.ru

доктор экономических наук;

doctor of economic sciences;

 Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина Саратов Россия Yuri Gagarin State Technical University of Saratov Saratov Russian Federation Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина Саратов Россия Yuri Gagarin State Technical University of Saratov Saratov Russian Federation Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина Саратов Россия Yuri Gagarin State Technical University of Saratov Saratov Russian Federation 13 03 2025 13 03 2025 11 1 30 54 13 03 2025 https://atjournal.ru/en/nauka/article/96163/view

В статье представлена аналитическая модель расчета скорости начала аквапланирования автотранспортного средства с учетом текущих дорожных условий. Актуальность исследования обусловлена высокой долей дорожно-транспортных происшествий, связанных с нарушением скоростного режима движения в неблагоприятных погодных условиях. Авторами разработана математическая модель, основанная на интегральных уравнениях сохранения массы и импульса, учитывающая геометрические параметры шины, характеристики водяной пленки и дорожного покрытия. Предложенная модель позволяет рассчитать критическую скорость начала аквапланирования для конкретного транспортного средства. В статье приведены результаты расчетного моделирования исследования влияния различных факторов на скорость начала аквапланирования по разработанной модели. Результаты исследования могут быть использованы для повышения безопасности дорожного движения, в том числе при эксплуатации беспилотных транспортных средств, проектировании транспортной инфраструктуры, проведении автотехнической экспертизы, а также для обеспечения безопасного взлета и посадки летательных аппаратов самолетного типа.

This paper presents an analytical model for vehicle speed calculations at starting aquaplaning in real-time road conditions. High percentage of accidents associated with speed violations in adverse weather conditions makes the study relevant. A mathematical model based on the integral equations of mass and momentum conservation taking into account the tire geometric parameters, water film characteristics and those of the road surface has been developed. The proposed model makes it possible to calculate the critical speed of aquaplaning initiation for a specific vehicle. The paper presents the results of the simulation researching various factors affecting the aquaplaning initiation speed according to the developed model. The results of the study can be used for improving road safety including the unmanned vehicle operation, transport infrastructure design, as well as carrying out vehicle expertise and ensuring an aircraft take-off and landing safety.

 аквапланирование; безопасность дорожного движения; критическая скорость движения; математическое моделирование; дорожные условия; водяная пленка на дорожном покрытии; беспилотные транспортные средства hydroplaning; road safety; critical speed; mathematical modelling; road conditions; water film on road surface; unmanned vehicles

Баканов К. С. Дорожно-транспортная аварийность в Российской Федерации в 2023 году: Информационно аналитический обзор / К. С. Баканов, П. В. Ляхов, А. С. Айсанов [и др.]. — М.: ФКУ «НЦ БДД МВД России», 2024. — 154 с. — EDN: BYRSGR. Bakanov K. S. Dorozhno-transportnaya avariynost' v Rossiyskoy Federacii v 2023 godu: Informacionno analiticheskiy obzor / K. S. Bakanov, P. V. Lyahov, A. S. Aysanov [i dr.]. — M.: FKU «NC BDD MVD Rossii», 2024. — 154 s. — EDN: BYRSGR. Witcher C. Determination of rates of occurrence for hydroplaning events with naturalistic driving data / С. Witcher, D. Christ, J. Sudweeks, C. Layman, M. Perez // Journal of Safety Research. — 2024. — Vol. 91. — Pp. 303–313. — DOI: 10.1016/j.jsr.2024.09.018. Witcher C. Determination of rates of occurrence for hydroplaning events with naturalistic driving data / S. Witcher, D. Christ, J. Sudweeks, C. Layman, M. Perez // Journal of Safety Research. — 2024. — Vol. 91. — Pp. 303–313. — DOI: 10.1016/j.jsr.2024.09.018. Hermange С. Experimental investigation of the leading parameters influencing the hydroplaning phenomenon / C. Hermange, V. Todoroff, F. Biesse, Y. Le-Chenadec // Vehicle System Dynamics. — 2022. — Vol. 60. — № 7. — Pp. 2375– 2392. — DOI: 10.1080/00423114.2021.1901941. — EDN: KUGNKN. Hermange S. Experimental investigation of the leading parameters influencing the hydroplaning phenomenon / C. Hermange, V. Todoroff, F. Biesse, Y. Le-Chenadec // Vehicle System Dynamics. — 2022. — Vol. 60. — № 7. — Pp. 2375– 2392. — DOI: 10.1080/00423114.2021.1901941. — EDN: KUGNKN. Dehnad M. H. A review of numerical and experimental studies on hydroplaning of vehicles in motion on road surfaces / M. H. Dehnad, A. Yazdi // Results in Engineering. — 2024. — Vol. 23. — Article 102438. — DOI: 10.1016/j. rineng.2024.102438. Dehnad M. H. A review of numerical and experimental studies on hydroplaning of vehicles in motion on road surfaces / M. H. Dehnad, A. Yazdi // Results in Engineering. — 2024. — Vol. 23. — Article 102438. — DOI: 10.1016/j. rineng.2024.102438. Jing C. Numerical study of the tire hydroplaning behavior of aircraft on grooved concrete pavement / C. Jing, Du Nizhi, Z. Nan, Li Yue, D. Xue, Z. Hui // PLoS ONE. — 2023. — Vol. 18. — № 11. — DOI: 10.1371/journal. pone.0292701. Jing C. Numerical study of the tire hydroplaning behavior of aircraft on grooved concrete pavement / C. Jing, Du Nizhi, Z. Nan, Li Yue, D. Xue, Z. Hui // PLoS ONE. — 2023. — Vol. 18. — № 11. — DOI: 10.1371/journal. pone.0292701. Vilsan A. Hydroplaning of Tires: A Review of Numerical Modeling and Novel Sensing Methods / A. Vilsan, C. Sandu // Proceedings of the ASME 2023 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. — 2023. — DOI: 10.1115/DETC2023-116314. Vilsan A. Hydroplaning of Tires: A Review of Numerical Modeling and Novel Sensing Methods / A. Vilsan, C. Sandu // Proceedings of the ASME 2023 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. — 2023. — DOI: 10.1115/DETC2023-116314. Lee H. S. FDOT’s Enhanced Hydroplaning Prediction Tool / Lee H. S., Carvajal M., Holzschuher C., Choubane B. // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. — 2021. — Vol. 2675. — № 10. — DOI: 10.1177/03611981211011479. Lee H. S. FDOT’s Enhanced Hydroplaning Prediction Tool / Lee H. S., Carvajal M., Holzschuher C., Choubane B. // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. — 2021. — Vol. 2675. — № 10. — DOI: 10.1177/03611981211011479. Hermange C. In-depth analysis of hydroplaning phenomenon accounting for tire wear on smooth ground / C. Hermange, G. Oger, Y. Le Chenadec, M. De Leffe // Journal of Fluids and Structures. — 2022 — Vol. 111(11–14). — Article 103555. — DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2022.103555. Hermange C. In-depth analysis of hydroplaning phenomenon accounting for tire wear on smooth ground / C. Hermange, G. Oger, Y. Le Chenadec, M. De Leffe // Journal of Fluids and Structures. — 2022 — Vol. 111(11–14). — Article 103555. — DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2022.103555. Chen X. Permeable friction course design with consideration of hydroplaning risk / X. Chen, H. Wang // Canadian Journal of Civil Engineering. Canadian Science Publishing. — 2024. — DOI: 10.1139/cjce-2024-0267. Chen X. Permeable friction course design with consideration of hydroplaning risk / X. Chen, H. Wang // Canadian Journal of Civil Engineering. Canadian Science Publishing. — 2024. — DOI: 10.1139/cjce-2024-0267. Ковалев В. А. Определение скорости возможного аквапланирования / В. А. Ковалев, А. И. Фадеев, Е. С. Воеводин [и др.] // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2014. — № 5(88). — С. 115– 119. — EDN: SGJFEH. Kovalev V. A. Opredelenie skorosti vozmozhnogo akvaplanirovaniya / V. A. Kovalev, A. I. Fadeev, E. S. Voevodin [i dr.] // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. — 2014. — № 5(88). — S. 115– 119. — EDN: SGJFEH. Schulz H. E. A Water Films and Hydroplaning on Highways: Hydrodynamic Aspects / H. E. Schulz, J. E. Curry, A. L. Simões // Journal of Transportation Engineering. Part B: Pavements. — 2021. — May. — DOI: 10.1061/ JPEODX.0000309. Schulz H. E. A Water Films and Hydroplaning on Highways: Hydrodynamic Aspects / H. E. Schulz, J. E. Curry, A. L. Simões // Journal of Transportation Engineering. Part B: Pavements. — 2021. — May. — DOI: 10.1061/ JPEODX.0000309. Cabut D. Analysis of the water flow inside tire grooves of a rolling car using refraction particle image velocimetry / D. Cabut, M. Michard, S. Simoens, L. Mees, V. Todoroff, C. Hermange, Y. Le Chenadec // Physics of Fluids. —2021. — Vol. 33(3). — Article 032101. — DOI: 10.1063/5.0038834. 13. Акименко А. В. Методика и алгоритм расчета местных потерь напора в трубопроводах / А. В. Акименко, Е. А. Аникеев, Р. Ю. Медведев // Моделирование систем и процессов. — 2023. — Т. 16. — № 4. — С. 7–15. — DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-4-7-15. — EDN: MUAJWN. Cabut D. Analysis of the water flow inside tire grooves of a rolling car using refraction particle image velocimetry / D. Cabut, M. Michard, S. Simoens, L. Mees, V. Todoroff, C. Hermange, Y. Le Chenadec // Physics of Fluids. —2021. — Vol. 33(3). — Article 032101. — DOI: 10.1063/5.0038834. 13. Akimenko A. V. Metodika i algoritm rascheta mestnyh poter' napora v truboprovodah / A. V. Akimenko, E. A. Anikeev, R. Yu. Medvedev // Modelirovanie sistem i processov. — 2023. — T. 16. — № 4. — S. 7–15. — DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-4-7-15. — EDN: MUAJWN. Семин М. А. Совершенствование методов расчета эквивалентного напора эжекторных установок в горных выработках большого сечения / М. А. Семин, С. В. Мальцев, В. А. Родионов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2024. — Т. 335. — № 7. — С. 185–195. — DOI: 10.1 8799/24131830/2024/7/4393. — EDN: QSJVTA. Semin M. A. Sovershenstvovanie metodov rascheta ekvivalentnogo napora ezhektornyh ustanovok v gornyh vyrabotkah bol'shogo secheniya / M. A. Semin, S. V. Mal'cev, V. A. Rodionov // Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. — 2024. — T. 335. — № 7. — S. 185–195. — DOI: 10.1 8799/24131830/2024/7/4393. — EDN: QSJVTA. Соколов М. А. Сравнение способов представления зависимости кинематической вязкости пресной воды от температуры / М. А. Соколов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2020. — № 1(391). — С. 42–49. — DOI 10.24937/2542-2324-2020-1-391-42-49. — EDN: LCQOBP. Sokolov M. A. Sravnenie sposobov predstavleniya zavisimosti kinematicheskoy vyazkosti presnoy vody ot temperatury / M. A. Sokolov // Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo centra. — 2020. — № 1(391). — S. 42–49. — DOI 10.24937/2542-2324-2020-1-391-42-49. — EDN: LCQOBP. Корсун А. С. Интегральная модель описания профиля скорости в шероховатых каналах для инженерных расчетов гидравлического сопротивления / А. С. Корсун, М. И. Писаревский, Ю. Н. Писаревская, В. Н. Федосеев // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. — 2022. — № 2. — С. 132–140. — EDN: CTHLIR. Korsun A. S. Integral'naya model' opisaniya profilya skorosti v sherohovatyh kanalah dlya inzhenernyh raschetov gidravlicheskogo soprotivleniya / A. S. Korsun, M. I. Pisarevskiy, Yu. N. Pisarevskaya, V. N. Fedoseev // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Yaderno-reaktornye konstanty. — 2022. — № 2. — S. 132–140. — EDN: CTHLIR. Калякин А. М. Новая зависимость для определения коэффициента гидравлического сопротивления в переходной зоне сопротивления (от ламинарного режима к турбулентному) / А. М. Калякин, Е. В. Чеснокова // Инженерно-строительный журнал. — 2012. — № 2(28). — С. 51–55. — EDN: OWKIRD. Kalyakin A. M. Novaya zavisimost' dlya opredeleniya koefficienta gidravlicheskogo soprotivleniya v perehodnoy zone soprotivleniya (ot laminarnogo rezhima k turbulentnomu) / A. M. Kalyakin, E. V. Chesnokova // Inzhenerno-stroitel'nyy zhurnal. — 2012. — № 2(28). — S. 51–55. — EDN: OWKIRD. Montini E. Development and Experimental Assessment of a Control Logic for Hydroplaning Prevention / Е. Montini, М. Salierno, S. Frigerio, S. Melzi // 16th International Symposium on Advanced Vehicle Control. — 2024. — Pр. 293–300. — DOI: 10.1007/978-3-031-70392-8_42. Montini E. Development and Experimental Assessment of a Control Logic for Hydroplaning Prevention / E. Montini, M. Salierno, S. Frigerio, S. Melzi // 16th International Symposium on Advanced Vehicle Control. — 2024. — Pr. 293–300. — DOI: 10.1007/978-3-031-70392-8_42. Gurganus C. F., Chang S., Gharaibeh N. G. Evaluation of hydroplaning potential using Mobile Lidar measurements for network-level pavement management applications // Road Materials and Pavement Design. — 2021. — Vol. 23. — № 1. — Pр. 1–10. — DOI: 10.1080/14680629.2021.1899962. Gurganus C. F., Chang S., Gharaibeh N. G. Evaluation of hydroplaning potential using Mobile Lidar measurements for network-level pavement management applications // Road Materials and Pavement Design. — 2021. — Vol. 23. — № 1. — Pr. 1–10. — DOI: 10.1080/14680629.2021.1899962. Rana Md. M. Impact of autonomous truck implementation: rutting and highway safety perspectives / Md. M. Rana, K. Hossain // Road Materials and Pavement Design. — 2022. — Vol. 23. — № 10. — P. 2205–2226. — DOI: 10.108 0/14680629.2021.1963815. — EDN: CNFWXE. Rana Md. M. Impact of autonomous truck implementation: rutting and highway safety perspectives / Md. M. Rana, K. Hossain // Road Materials and Pavement Design. — 2022. — Vol. 23. — № 10. — P. 2205–2226. — DOI: 10.108 0/14680629.2021.1963815. — EDN: CNFWXE.