Технические науки/4. Транспорт

Казакова М.О.

Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет,

м. Харків, Україна

Оцінка впливу варіантів організації дорожнього руху на витрати палива

Для оцінки схем організації дорожнього руху (ОДР) використовують критерій витрат палива автомобіля при тих або інших умовах руху в транспортному потоці (ТП) [1-5]. Небажане збільшення витрат палива виникає при вимушених зупинках, нерівномірності швидкісного режиму та при русі автомобілів на знижених передачах. Зайві витрати енергії призводять до перевитрат палива. Тому у ряді випадків витрати палива можуть виступати як самостійний критерій для порівняльної оцінки схем ОДР. Це підкріплюється і тим, що витрати палива не лише характеризують економічність руху, але і побічно відображають міру забруднення повітряного басейну відпрацьованими газами автомобілів.

Однією із перспективніших проблем теорії ОДР є питання розробки комплексного оціночного показника якості. Але в цей же час воно є й найбільш проблемним, бо повинно оцінювати безпеку, економічність, екологічну значимість впроваджуваних заходів ОДР. В умовах експлуатації витрата палива автомобілем в значній мірі визначається швидкісним режимом руху. У свою чергу, режим руху автомобілів переважно залежить від параметрів ТП, вулично-дорожньої мережі (ВДМ) і управлінням рухом.

Якість організації руху можна характеризувати безпосередньо величиною витрати палива на одиницю пробігу, але, враховуючи різноманіття умов руху в містах і велику кількість чинників, що впливають на витрату палива, доцільніше використовувати відносний показник – коефіцієнт відносної зміни витрати палива автомобілем в порівнянні з витратою у вільних умовах руху [6]

, (1)

де - сумарні витрати палива автомобілем в досліджуваному режимі руху ТП на мірній ділянці; - сумарні витрати палива автомобілем в режимі вільного руху (без зупинок ТЗ) на мірній ділянці.

Коли витрата палива автомобілем при русі на ділянці ВДМ визначається лише його конструктивними особливостями і параметрами навколишнього середовища, і можна вважати, що організація руху оптимальна по критерію витрати палива. Проте в практичних умовах такого значення досягти неможливо. Чим більше його величина, тим нижче рівень організації руху. Проведені експерименти показали, що одна і та ж швидкість може відповідати ряду умов руху. Так, в міських умовах швидкість руху ТЗ є обмеженою на більшості ділянок, тому навіть одиночні автомобілі не можуть рухатися на оптимальних для себе режимах. Експерименти показали, що одна і та ж середня швидкість руху потоку може визначати абсолютно різні об'єми витраченого палива.

Для визначення витрат палива ТЗ при обраних режимах руху було експериментально визначено швидкість руху і витрати палива базового автомобіля в потоці [7]. Для отримання вихідних даних до датчиків ТЗ Daewoo Lanos, з робочим об'ємом двигуна 1598 см³, що відповідає екологічним стандартам Євро-2, було підключено додаткове устаткування (адаптер RS23 к-line), яке було приєднане до ноутбука з програмним забезпеченням «Sensdiag». Використане програмне забезпечення призначене для діагностики автомобіля.

Дана програма розроблена для автомобілів Daewoo Lanos, тому автомобіль даної марки був використаний в експерименті. Результати дослідження виводяться в діалогове вікно рисунок 1.

Рисунок 1 - Діалогове вікно програмного забезпечення «SensDiag»

Експериментальні дослідження оброблялися та заносились до таблиці, де фіксувалися зміна швидкості руху та витрати палива посекундно для кожного обраного режиму. За отриманими даними побудовані графіки, що показують зміну миттєвої витрати палива і швидкості руху в часі при проходженні мірної ділянки. Для кожного графіку для певного режиму руху побудовано лінії тренда, які є геометричним відображенням середніх значень аналізованих показників, отриманим за допомогою якої - небудь математичної функції. Вибір функції для побудови лінії тренда зазвичай визначається характером зміни даних в часі. В результаті побудови ліній тренда були отримані математичні залежності зміни витрати палива від часу, які дозволяють визначити середні витрати палива у досліджуваному режимі руху ТЗ на мірній ділянці.

Для кожного режиму руху визначаємо середню швидкість ТЗ та коефіцієнт зміни швидкості руху [7]

, (3)

де - середня швидкість ТЗ у вільному режимі руху, км/год; - середня швидкість руху ТЗ в досліджуваному режимі руху, км/год.

Для визначення виду та параметрів моделей була використана сучасна комп'ютерна програма обробки статистики «STATISTICA-6.0», яка дозволяє описати отриману статистику різними видами математичних функцій. По результатам обробки експериментальних даних можна зробити висновок, що більш адекватною моделлю є поліноміальна.

, (4)

Для розробки моделі зміни швидкості ТП на міських вулицях необхідно послідовно розв’язати кілька взаємопов'язаних завдань. Схема структури алгоритму моделювання зміни швидкості ТП у обмежених умовах представлена на рисунку 2.

Залежність швидкості потоку від обмежених умов має наступний вид [8]

, (5)

де - швидкість ТЗ у обмежених умовах, км/год; - коефіцієнт обмеженості руху.

Рисунок 2 - Структурна схема алгоритму моделювання зміни

швидкості ТП в обмежених умовах руху

Для оцінки схем ОДР за витратами палива необхідно в досліджуваних режимах виявити динаміку зміни швидкості ТЗ в обмежених умовах руху. Виходячи з мети дослідження, необхідно визначити вулиці з обмеженими умовами руху. Обмеженість руху визначається шириною проїжджої частини і рівнем її завантаження припаркованими у краю проїжджої частини ТЗ. За обмежених умов руху дорога переповнена, у краю проїжджої частини припарковані автомобілі, водій втрачає можливість вільно маневрувати, вимушений погоджувати свою швидкість з ТП, тобто ТЗ починають рухатися в «шаховому порядку», чекають прийнятного моменту для проїзду вузької ділянки.

Для визначення закономірності зміни швидкості ТЗ в обмежених умовах був проведений натурний експеримент. Натурний експеримент передбачає виконання наступних етапів: аналіз параметрів ВДМ (ширина смуги руху); визначення конструктивних особливостей ТЗ, припаркованих вздовж краю проїжджої частини (довжина і ширина ТЗ, спосіб парковки); досліджень параметрів ТП (швидкість руху).

Методика натурних обстежень швидкості ТП передбачає виконання замірів на ділянці завдовжки 70-100 м. У даному дослідженні необхідно визначити середню швидкість руху ТЗ на відповідних категоріях міських вулиць, враховуючи затримки на регульованих та нерегульованих перехрестях. Для цього доцільним буде вимірювання швидкості шляхом контрольних поїздок на автомобілі.

Виміри швидкостей ТП проводилися в години «пік». Для отримання експериментальних даних досліджувалися вулиці з однією смугою руху в кожному напряму в центральній частині м. Харкова. Під час експерименту фіксувалася швидкість ТЗ в певних обмежених умовах. Під час експерименту, коли на проїжджій частині не були припарковані автомобілі, швидкість ТП приймалася дозволеною правилами дорожнього руху на даній ділянці ВДМ.

Також під час експерименту не фіксувалися дані швидкості ТП, коли на ділянці ВДМ були утворені затори, не пов'язані з обмеженими умовами. Отримані експериментальні дані були оброблені за допомогою комп'ютерної програми «STATISTICA – 6.0».

Графік, що описує залежність швидкості потоку в обмежених умовах від коефіцієнта обмеженості, апроксимується регресійною функцією. Погрішність апроксимації не перевищує 2,5%. Дана залежність відображає вплив рівня обмеженості ділянки ВДМ (припаркованими у краю проїжджої частини автомобілями) на середню швидкість потоку в обмежених умовах.

, (7)

Загальний критерій визначення впливу ОДР на витрати палива потоком визначається за формулою [9]

, (8)

де - кількість транспортних одиниць і-го типу у потоці; - коефіцієнт приведення до базового автомобіля для ТЗ типа і.

Отримані залежності дозволяють порівнювати заходи з ОДР за витратами палива. Досить широкий діапазон зміни витрат палива автомобілями пояснюється різноманітними умовами дорожнього руху в містах, тому для кожного випадку оцінку ефективності кожного заходу необхідно проводити для конкретної магістралі з врахуванням її характеристик та параметрів ТП.

Література

1. Гаврилов А. А. Моделирование дорожного движения / А. А. Гаврилов. - М.: Транспорт, 1980. - 189 с.

2. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими / Д. Дрю. - М.: Транспорт, 1972. - 424 с.

3. Имитационное моделирование транспортных потоков в проектировании дорог / Сильянов В.В., Еремин В.М., Муравьева Л.И. - М. - МАДИ, -1981.-119с.

4. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков. -М.: Мир, 1966.-48 с.

5. Методы оценки качества организации дорожного движения: [учебное пособия для вузов] / Г.И. Клинкоштейн, В.Н. Сытник, С.И. Смирнов, В.В. Зырянов, А.В. Рузский, И.В. Шемякин. – М.: МАДИ, 1987. – 77 с.

6. Казакова М.А. Методика сравнительной оценки вариантов организации движения по загрязнению окружающей среды / Е.М. Гецович, М.А. Казакова // Белорусский национальный технический университет: сб. науч. тр/ М-во образования Республики Беларусь - Минск, 2011. – С. 171-178.

7. Гецович Є.М. Обоснование выбора режимов движения транспортного в городских условиях по ээкологическому критерию / Е.М. Гецович, М.О. Казакова, И.Г. Пустовит // Восточно-Европейский журнал передовых технологий, Харьков, 2012, Выпуск 2/3(56), с.52-54.

8. Казакова М.А. Влияние условий движения на загрязнение окружающей среды транспортними потоками / М.А. Казакова // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - Харьков, 2011, Вып. № 6/4(54). - С. 62-64.

9. Казакова М.А. Обобщенная оценка расчета выбросов вредных веществ с учетом неоднородности транспортного потока / М.А. Казакова // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ" - 2011. - Вип. № 58.- С. 59-63.