Vliv rychlosti na bezpečnost silničního provozu Úvod Vývojové trendy s sebou přinášejí neustále se zvyšující rychlost ve všech odvětvích lidské činnosti. Co se týče dopravní mobility, tomuto trendu se zcela vyhnout nedá. Dochází k vývoji rychlejších motorových vozidel, neustále se zlepšuje infrastruktura a zvyšování rychlosti pohybu je toho přirozeným důsledkem. Existuje však hranice, do které je rychlost pozitivem a od které začínají převažovat její negativa? Je vždy časová úspora na základě vyšší rychlosti pohybu tím jediným správným kritériem? Zkusme se na tuto problematiku podívat z různých pohledů. 1.1 Nepříznivé působení rychlosti na bezpečnost silničního provozu Na základě průzkumu Road Safety Performance, který udělalo centrum Joint OECD/ECMT Transport Research Center v roce 2005 (OECD, 2006), je ve většině sledovaných států z pohledu bezpečnosti silničního provozu vysoká a nepřiměřená rychlost problémem číslo jedna a zpravidla má na svědomí třetinu dopravních nehod s následkem smrti. Obecně řečeno, počet a závažnost dopravních nehod se zvyšující se rychlostí vzrůstá. 1. Vysoká rychlost výrazně snižuje čas pro vyhodnocování situací a reagování na ně (reakční čas). Ujetá vzdálenost se tedy se stoupající rychlostí zvyšuje. 2. Vzhledem k tomu, že je brzdná dráha úměrná druhé mocnině rychlosti (v²), vzdálenost mezi začátkem brzdění a zastavením se také se vzrůstající rychlostí zásadně zvyšuje. Čas potřebný k zastavení vozidla se tedy skládá z: reakčního času řidiče (minimálně jedna sekunda, záleží na stavu řidiče) a času brzdění (technická prodleva brzdové soustavy, náběh brzdění a plné brzdění). 3. Čím vyšší rychlost, tím menší možnost se vyhnout kolizi. Např. jak ukazuje Obrázek 1, při rychlosti 80 km/h ujede řidič jen během reakčního času 22 metrů a celkem 57 metrů než úplně zastaví. Jestliže 36 metrů před autem běží dítě a řidič jede rychlostí 70 km/h nebo více, dítě zabije; pokud pojede 60km/h, pak ho vážně poraní, ale při rychlosti 50 km/h se nárazu s vysokou pravděpodobností vyhne. Pokud však dítě vběhne do vozovky 15 metrů před řidičem, je vysoká pravděpodobnost, že bude smrtelně zraněno už při rychlosti 50 km/h. Následující Obrázek 1 ukazuje dráhu nutnou k zastavení v závislosti na rychlosti. 1
Obrázek 1 Brzdná dráha při různých rychlostech (včetně reakční doby cca 1 sekunda). Brzdná dráha však také závisí na povrchu vozovky (a jeho koeficientu tření) a na stavu vozovky. Brzdná vzdálenost je mnohem vyšší na mokré než na suché vozovce. Například při 60km/h potřebuje řidič k zastavení na mokré vozovce 46 metrů, což je dalších 10 ujetých metrů než při brzdění na suché vozovce při stejné rychlosti. Jinými slovy, při rychlosti 60 km/h je požadovaná brzdná vzdálenost na mokré vozovce o 25 % větší než na vozovce suché. Při 60 km/h je tedy brzdná vzdálenost na mokré vozovce podobná brzdění ze 70 km/h na vozovce suché. 1.1.1 Vliv rychlosti na četnost dopravních nehod Snížení průměrné rychlosti o 1 km/h vede k redukci zranění při dopravních nehodách o 2-3% (ETSC 1995 na základě Finch et all 1994). Toto je pouze modelový odhad, nevztahuje se ke každému jednotlivému typu pozemní komunikace. Četnost dopravních nehod je také ovlivněna typem pozemní komunikace, závisí na množství a uspořádání křižovatek nebo na přítomnosti chodců, cyklistů a zemědělských vozidel. V intravilánu (zastavěném území) je riziko nehody vyšší a zvyšuje se i vliv rychlosti. Oběti nepřiměřené rychlosti v městských oblastech jsou především zranitelní účastníci silničního provozu (chodci, cyklisti, motocyklisté ). Rozdíl jejich rychlosti a hmotnosti jsou hlavními příčinami těchto nehod a jejich následků. Dálnice jsou naopak relativně nejbezpečnější pozemní komunikace. V jižní Austrálii zkoumali Kloeden et al (1997) závislost relativního rizika dopravní nehody na rychlosti v extravilánu (mimo obec) s maximální rychlostí 60 km/h a porovnali ji s relativním rizikem řízení pod vlivem alkoholu. Graf 1 ukazuje, že relativní riziko nehody se rapidně zvyšuje od rychlosti 70km/h a podobá se riziku při řízení s 0,8 alkoholu v krvi. Graf také ukazuje růst rizika nehodovosti se zvyšující se rychlostí, což se pozoruhodně podobá vzrůstu rizika nehodovosti spojeného s řízením pod vlivem alkoholu. 2
Graf 1 Relativní riziko dopravní nehody s újmou na zdraví se zvyšující se rychlostí a porovnání s relativním rizikem nehodovosti při řízení pod vlivem alkoholu v extravilánu. 1.1.2 Vliv zvyšování rychlosti na homogenitu dopravního proudu Z pohledu bezpečnosti silničního provozu je výhodné udržovat na jednotlivých pozemních komunikacích co možná nejhomogennější dopravní proud. To znamená, že rozdíly v rychlostech jednotlivých vozidel či účastníků silničního provozu by se měly minimalizovat. Např. rychlost v obcích je upravena s ohledem na zvýšený výskyt chodců, cyklistů apod., rychlost na pozemních komunikacích v extravilánu je upravena s ohledem na výskyt cyklistů, zemědělských vozidel apod., ale i na dálnicích a silnicích pro motorová vozidla by neměly být výrazné rozdíly mezi např. nákladními a osobními vozidly. Heterogenní rychlosti mezi vozy logicky vedou k většímu předjíždění a vyššímu riziku dopravních nehod. Různé rychlosti v dopravním proudu mají silný vliv na množství dopravních nehod s následkem smrti. Výzkumy provedené v intravilánu ukazují, že čím je větší procento řidičů, kteří překračují nejvyšší dovolenou rychlost, tím je větší četnost dopravních nehod. Jednotlivci, kteří řídí o 10-15% nad průměrnou rychlost provozu ostatních, jsou mnohem náchylnější k tomu být účastníky nehody (Mayock et al 1998, Quimby et al 1999). Počet nehod vzroste o 10-15%, jestliže se průměrná rychlost těchto motoristů zvýší o 1 km/h (Taylor et al 2000). Kloeden et al (2002) zjistili vyšší riziko nehodovosti u rychlejších řidičů především v extravilánu viz Graf 2. 3
Graf 2: Porovnání relativního rizika dopravní nehody se zraněním v intravilánu a v extravilánu pro vozidla, která jedou rychleji než průměrnou rychlostí. Graf 2 ukazuje, že jízda nižší než průměrnou rychlostí riziko dopravní nehody nezvyšuje. Nicméně některé další studie prokázaly, že při nehodách bez zranění se riziko nehodovosti týká jak pomalejších řidičů, tak rychlejších řidičů (West a Dunn, 1971). Je tedy důležité snížit jak rychlost, tak rychlostní rozdíly mezi vozidly v dopravním proudu. Snížení rychlosti všech řidičů, konkrétně rychlosti nejrychlejších řidičů, pravděpodobně přinese zásadní výhody pro snižování nehodovosti. Tam, kde jsou rychlostní rozdíly mezi nejpomalejšími a nejrychlejšími vozidly velké (jak z kopce, tak do kopce na dálnici), je často doporučen pruh (v obou směrech) pro pomalá vozidla. 1.1.3 Vliv rychlosti na závažnost dopravních nehod Rychlost vozidla při nárazu výrazně ovlivňuje závažnost poranění. Souvisí to s fyzikálním zákonem o zachování kinetické energie, kterou je potřeba při nárazu pohltit. Tato energie je úměrná druhé mocnině rychlosti. Většina kinetické energie je vstřebána lehčím srážkovým oponentem - často zranitelným účastníkem silničního provozu. Pravděpodobnost vážného zranění člověka při kolizi zásadně roste i s malým zvýšením rychlosti. Vztah mezi dopravními nehodami s následkem smrti, s následky těžkých zranění (příp. smrti), s následky všech zranění a rychlostí byl předveden Nilssonem a je ilustrován na následujícím modelu (viz Graf 3) 1. Podle tohoto modelu vede zvýšení průměrné rychlosti o 5 % ke zvýšení počtu všech nehod se zraněním o 10 %, v případě nehod s následkem smrti dokonce o 20 %. Podobně pak při snížení průměrné rychlosti o 5 % klesne počet dopravních nehod s následkem zranění o 10 % a nehod s následkem smrti o 20 % 2. 1 Andersson et al, 1997, Nilsson 2004, Elvik et al, 2004. 2 Tato čísla jsou zaokrouhlená. Nicméně je dobré mít na paměti, že jakýkoliv model je zjednodušením reality. Nilssonův model nemůže brát v potaz všechny charakteristiky silničního provozu, záleží na konkrétním provozu, typu pozemní komunikace apod. 4
Graf 3: Nilssonův model: vztah mezi změnou v průměrné rychlosti a nehodovostí. Situace se mění podle typu pozemní komunikace a srovnávací rychlosti 3 na těchto komunikacích. Podle Nilssonova modelu vytvořili AArts a van Schagen (2006) tabulku, která ukazuje dopad zvýšení rychlosti o 1 km/h na závažnost nehod na silnicích s různými srovnávacími rychlostmi. Větší dopad snížení rychlosti se logicky očekává především u nižších rychlostí. Tabulka 1: Aplikace Nilssonova modelu pro různé srovnávací rychlosti. Chodci, cyklisté a motocyklisté vysoce riskují například těžká zranění, jestliže se srazí např. s automobilem, neboť nejsou vůbec chráněni žádnými prvky pasivní bezpečnosti 3 Srovnávací rychlost je původní rychlost na vozovce před změnou. 5
k pohlcení energie při nárazu (deformačními zónami, zádržnými systémy, ocelovou konstrukcí, airbagy apod.). Pravděpodobnost, že budou chodci usmrceni při dopravní nehodě, se zvyšuje s rychlostí. Výsledky zkoumání střetů s účastí chodců a osobních automobilů, ukazují, že 90 % chodců přežije náraz s osobním automobilem při rychlosti 30 km/h; zatímco pouze 20 % chodců přežije při rychlosti 50 km/h (viz Graf 4). Čísla také ukazují, že rychlost, při které mají chodci šanci na přežití 50 %, je okolo 40-50 km/h. Právě to je důvodem ke stanovené nejvyšší dovolené rychlosti v obcích 50 km/h. Z toho jednoznačně vyplývá, že se nižší rychlost projevuje na menší vážnosti nehod (INRETS, 2005). Je třeba brát také v potaz, že jsou starší chodci mnohem náchylnější k utrpění závažnějších a smrtelných zraněních než mladší osoby za stejných podmínek, díky jejich nižší fyzické odolnosti. Graf 4: Pravděpodobnost smrtelného zranění chodců při kolizi s vozidlem. Do jaké rychlosti jsou účinné zádržné systémy? Podle WHO (2004) poskytuje používání bezpečnostních pásů v dobře vybaveném vozidle ochranu při maximální rychlosti 70 km/h při čelním nárazu a při 50 km/h při bočním nárazu (kromě vlivu překážek jako jsou stromy nebo sloupy, u kterých je ochrana efektivní pouze při nižších rychlostech). Na druhou stranu, jestliže je vozidlo zasaženo zezadu, mohu se poranění krční páteře, která vedou k dlouhotrvajícímu defektu, objevit už při rychlosti 15-20 km/h (Elvik et al 2004). Je však nezbytně nutné zdůraznit, že bezpečnostní pásy samozřejmě zmírňují následky dopravní nehody i u vyšších rychlostí, přežití však již není zaručeno. Co se týče airbagů, jsou účinné pouze nachází-li se cestující v pozici sedadla, což není zaručeno, pokud není použit bezpečnostní pás, případně je-li cestující např. předkloněn k palubní desce apod. Kromě zvýšeného rizika u zranitelných účastníků silničního provozu, zde existuje zvýšené riziko vážného zranění cestujících v lehčím vozidle při střetu s těžším vozidlem (Broughton, 2005). Důvodem je uvolněná energie při kolizi, která je vstřebána především lehčím vozidlem a i malé odchylky v hmotnosti mohou způsobit zásadní rozdíly. Nynější trendy v designu vozidla vedou ke vzniku větších a těžších automobilů, zatímco se stále vyrábějí vozidla lehčí, a tím se rozdíl v hmotnosti dále zvyšuje. Mezi staršími a novějšími automobily není výjimkou i trojnásobný hmotnostní rozdíl. Hmotnostní rozdíl mezi osobním a nákladním automobilem je větší dokonce až dvacetkrát. 6
1.1.4 Vliv rychlosti na zorné poleřidiče Obrázek 2 ukazuje, jak se zužuje zorné pole řidiče při zvyšující se rychlosti. Při rychlosti 40 km/h má řidič zorné pole pokrývající 100, díky němuž lze dobře vidět všechny překážky na okraji vozovky nebo jiná potenciální rizika. Při rychlosti 130 km/h je zorný úhel kolem 30, což značně snižuje schopnost řidiče odhadnout potenciální nebezpečí. Obrázek 2: Vliv rychlosti na zorné pole 1.1.5 Dopad dopravní kongesce (zácpy) na frekvenci dopravních nehod Existuje několik studií o vztahu mezi kongescí a rizikem nehodovosti. Dopravní kongesce vedou ke snížení rychlosti a tím mají pozitivní dopad na závažnost dopravních nehod. Zároveň však některé studie ukazují, že dopravní kongesce vedou k vyšší četnosti dopravních nehod (Brownfield et al., 2003). 1.2 Vliv rychlosti na okolní prostředí 1.2.1 Vliv rychlosti na emise Zplodiny z motorových vozidel obsahují různé výfukové plyny, které se vytvářejí v různém množství při různé rychlosti. Hlavními znečišťujícími látkami jsou: 7
Oxid uhelnatý (CO); Uhlovodíky (HC); Oxidy dusíku (NO x ); Pevné částice (saze apod.). Produkce znečišťujících látek je složitá a liší se u jednotlivých vozidel, technologií motoru apod. Oxidy dusíku vznikají především při vysokých teplotách motoru (např. při stálé vysoké rychlosti) a snížení rychlosti vede k zásadnímu snížení těchto emisí. Vliv snížené rychlosti na oxid uhličitý a uhlovodíky nejsou zřejmé. Uhlovodíkové emise se snižují s rychlostí, zatímco oxid uhelnatý a pevné částice jsou na svém nejnižším emisním stupni při středních rychlostech. Oxid uhličitý (CO 2 ) je skleníkový plyn, který je spojován s globálním oteplováním, ale šíře jeho dopadu je nyní předmětem velkých diskusí. Oxid uhličitý se vytváří přímo úměrně spotřebě paliva. Graf 5: Emise při různých rychlostech Optimální rychlost, tj. rychlost, při které jsou emise minimalizovány, se liší podle emisí. Většinou jsou škodlivé emise maximálně rozvinuty při stálé rychlosti 40-90 km/h (Graf 5). Podle japonského výzkumu je pro nákladní vozidla a autobusy optimální rychlost kolem 50-70 km/h (ITS Handbook, 2005-2006, Highway Industry Development Organisation (2005)). Při stálých rychlostních podmínkách jsou emise CO a CO 2 v rámci vzorce g/km nejvyšší při velmi nízké cestovní rychlosti (15 km/h a méně). Stojí za povšimnutí, že moderní vozidla, využívající nové technologie, mají mnohem nižší stupně znečišťujících látek než starší vozidla a že emise z těchto moderních vozidel jsou mnohem citlivější na akceleraci než na průměrnou rychlost. Styl řízení je proto důležitým faktorem, neboť prudká akcelerace zásadně zvyšuje palivovou spotřebu a tím i emise. Chladný start a akcelerace mohou také nepřirozeně zvýšit výfukové zplodiny v důsledku nedokonalého spalování paliva. De Vlieger (1997) testoval v Belgii emise sedmi aut při normálním a agresivním řízení. Agresivním řízením bylo myšlena náhlá akcelerace a prudké brzdění. Normální řízení mělo umírněnou akceleraci a brzdění. 8
Tabulka 2 ukazuje, že jsou emise při agresivním řízení vyšší než při normálním řízení. Mimo jiné agresivní styl řízení většinou vede ke zvýšení spotřeby paliva až o 30%. Tabulka 2: Průměrně měřené emisní hodnoty v g/km při normálním a agresivním stylu jízdy. 1.2.2 Vliv rychlosti na spotřebu paliva Spotřeba paliva se zvyšuje s rostoucí rychlostí, s výjimkou dopravních kongescí. Např. při jízdě konstantní rychlostí 90 km/h se ušetří 23% paliva v porovnání s jízdou rychlostí 100 km/h. Při rychlosti pod 20 km/h, se naopak spotřeba paliva významně zvýší. 1.2.3 Vliv rychlosti na hluk Rychlost má značný vliv na vnější hluk, který motorová vozidla produkují. Se zvyšující se rychlostí produkce hluku výrazně vzrůstá. Jedná se zde především o hluk pohonné jednotky a hluk z odvalování pneumatik po vozovce (motoru) viz Graf 6. Nesouvisí tedy pouze s rychlostí, ale také s akcelerací. Hluk z odvalování pneumatik po vozovce lineárně vzrůstá s rychlostí a od rychlostí cca 20-40 km/h u nových osobních automobilů a 30-60 km/h u nákladních automobilů začíná nad hlukem motoru dominovat. U starších vozidel je rychlost, při které hluk z odvalování dominuje, o 10 km/h vyšší. Speciálně upravované povrchy vozovky a mokrý povrch také mohou mít vliv na hladinu hluku. 9
Graf 6: Hluk motoru, valení a celkový hluk produkovaný motorovým vozidlem v závislosti na rychlosti. Zdroj: Speed Management - IBSN 92-821-0377-3 - ECMT, 2006. 10