CC BY
76
УДК 621.863.2
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ЗАВИСИМОСТИ ТРАНСПОРТНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ОТ РЕЖИМОВ
ДВИЖЕНИЯ
Е.М. Гецович, профессор, д.т.н., М.А. Казакова, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Предложена методика оценки зависимости транспортной экологической нагрузки от режимов движения транспортного потока в городских условиях. Определены показатели работы транспортного средства, которые влияют на величину выбросов загрязняющих веществ.
Ключевые слова: методика, загрязняющие вещества, транспортные средства, транспортный поток, режим движения, выбросы вредных веществ, скорость, расход топлива.
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО1 ОЦ1НКИ ЗАЛЕЖНОСТ1 ТРАНСПОРТНОГО ЕКОЛОГ1ЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ В1Д РЕЖИМ1В
РУХУ
С.М. Гецович, професор, д.т.н., М.О. Казакова, асшрант, ХНАДУ
Анотаця. Запропоновано методику оценки залежност1 транспортного еколог1чного наван-таження в1д режим1в руху транспортного потоку в м1ських умовах. Визначено показники ро-боти транспортного засобу, якг впливають на величину викид1в забруднюючихречовин.
Ключов1 слова: методика, забруднююч1 речовини, транспортм засоби, транспортний пот1к, режим руху, викиди шюдливих речовин, швидюсть, витрати палива.
THE METHOD OF EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF DEPENDENCE OF TRANSPORT ECOLOGICAL LOADING ON TRAFFIC CONDITIONS
Е. Getsovich, Professor, Doctor of Technical Science, M. Kazakova, graduate, KhNAHU
Abstract. The article deals with technique of assessment of dependence of ecological loading on transport modes of traffic flows in the urban conditions. Indices of vehicle work influencing on the amount of polluting emissions are determined.
Key words: methodology, pollutants, vehicles, traffic flow, mode of motion, emission, speed, fuel consumption.
Введение
Экологические проблемы городов в значительной мере связаны с автомобильным транспортом, на долю которого приходится около 80 % выбросов загрязняющих веществ (ЗВ).
В этой ситуации все более острой становится проблема поиска новых методов расчета экологической нагрузки (ЭН) транспортного по-
тока (ТП), на основе которых можно будет определять уровень загазованности, связанный с негативным воздействием транспортних средств (ТС) на окружающую среду (ОС).
Анализ публикаций
Известны несколько методов расчета транспортной ЭН на ОС.
Наибольшее распространение получил метод использования интенсивности движения в качестве параметра оценки величины ЭН от ТП [1-4]. Очевидно, уровень ЭН имеет прямую зависимость от интенсивности движения, так как чем больше ТС пройдет мерный участок улично-дорожной сети в единицу времени, тем выше суммарный выброс ЗВ.
Другой метод расчета основан на предположении, что величина ЭН имеет определенную зависимость от времени нахождения ТП в районе исследования [5-7]. Очевидно, чем дольше ТС находится в границах района обследования, тем больше удельный вес негативного воздействия на ОС. Критерием оценки ЭН в этом случае выступает темп движения.
Следующим методом расчета ЭН в качестве критериев оценки выступает плотность потока [3], т.е. плотность потока выступает самостоятельным критерием оценки уровня ЭН. С увеличением плотности ТП возрастает время задержки, уменьшается скорость движения потока и т. д, что приводит к увеличению выбросов ЗВ.
В последние годы все большее распространение получает метод, в котором возможный уровень ЭН связывают не с параметрами ТП, а с критериями качества условий его движения. Наиболее перспективным представляется энергетический подход к ТП [2-4, 7-9], в соответствии с которым в качестве критерия оценки ЭН используется кинетическая энергия.
Авторами предлагается метод сравнительной оценки изменения ЭН в зависимости от режимов движения ТП на основе экспериментального определения суммарного расхода топлива.
Цель и постановка задачи
Целью исследования является разработка и апробация методики экспериментальной оценки зависимости транспортной ЭН в зависимости от режимов движения, критерием которой является расход топлива ТС при движении в ТП.
Для достижения цели необходимо: - определить перечень режимов движения ТП;
- определить перечень параметров, подлежащих экспериментальному определению;
- экспериментально определить изменение параметров при движении ТС на режимах свободного движения, стесненного движения и режима «старт-стоп».
Определение экологической нагрузки от режимов движения
Для оценки ЭН от ТП необходимо выявить динамику изменения параметров ТС при определенных режимах движения. Поэтому эксперимент был направлен на исследование поведения конкретного автомобиля в различных фазах движения потока.
Согласно [10] уровню обслуживания А соответствует движение свободного потока со скоростью движения 70-80 км/ч (без остановок ТС), где отсутствуют взаимные помехи и обгоны, нет группового движения автомобилей, ТС движется с повышенной скоростью движения. Уровень обслуживания В характеризует движение свободного потока со скоростью 50-60 км/ч (без остановок ТС), при движении ТС в потоке отсутствуют взаимные помехи, нет группового движения. Уровню обслуживания С соответствует свободный режим с остановками ТС, на дороге отсутствуют взаимные помехи движения, нет группового движения, но при расчете средней скорости ТС в потоке учитывают все задержки при прохождении мерного участка. При стесненном режиме движения (уровень обслуживания D) дорога переполнена, водитель теряет возможность свободно маневрировать и вынужден согласовывать свою скорость с ТП. В режиме «старт-стоп» (уровень обслуживания Е) движение ТС приобретает прерывистый характер, все время происходит переключение передач, то есть ТС все время разгоняется или тормозит.
В литературных источниках [1] отмечается, что минимальное количество ЗВ ТС выбрасывают при свободном движении, поэтому режим движения соответствующего уровня обслуживания А выбран как эталонный.
Для оценки транспортной ЭН в зависимости от режимов движения необходимо экспериментально определить скорость движения ТС в ТП, а также расход топлива ТС при определенных условиях движения.
Методика эксперимента предусматривает следующее:
- сбор экспериментальных данных, характеризующих режим движения ТП;
- использование датчиков автомобиля и современной аппаратуры, которые позволяют измерить и зарегистрировать необходимые параметры.
Для получения исходных данных к датчикам ТС Daewoo lanos, с рабочим объемом двигателя 1598 см3, соответствующего экологическим стандартам Евро-2, было подключено дополнительное оборудование (адаптер RS23 k-line), которое подсоединено к ноутбуку с программным обеспечением «SensDiag» (рис. 1).
Рис. 1. Схема коммутации контрольно-измерительного комплекса: 1 - датчик концентрации кислорода; 2 - датчик скорости автомобиля; 3 - датчик скорости вращения коленчатого вала; 4 - датчик положения дроссельной заслонки; 5 -бортовой компьютер (электронный блок управления); 6 - диагностический разъем; 7 - k-line адаптер; 8 - ноутбук
Использованное программное обеспечение предназначено для диагностики автомобиля. Данная программа разработана для автомобилей Daewoo lanos, поэтому автомобиль данной марки был использован в эксперименте.
В результате исследования информация выводится в диалоговое окно (рис. 2), а по по-
лученным данным строятся графики, показывающие изменения мгновенного расхода топлива и скорости движения во времени при прохождении мерного участка. Фрагмент графика представлен на рис. 3.
SensDiag V1.Z0 J
Стоп Опции 1%г Управление
Диагностика | Ошибки AL1D Осиилог i ►
825 Обороты fоб/иин] 13,3 Положение ДЭ(%)
1,74 Топливопода-а (не) 6,0 УОЗ iD™)
243,04 Напряжем*« ДК1 :BI 39,94 Даьле«ие в *олл. 1 кП)
91,3 Тейпеmtvu ®К !=С) 99,51 АСс. давление! сП)
57,5 Теилееэтгоа АТм {"С) 90 Обучаемый множитель
13,7 Напряжение EC {Bi 20750 Расход топлива{г/с) ]
825 Жал,оОов.ХХ{оО/иин] 0 Скооость (км/час)
42 Полож.РХХ реальное 127
Рис. 2. Диалоговое окно программного обеспечения «SensDiag»
V, км/час
, мг/с
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77
с
Рис. 3. Фрагмент характеристического графика изменения мгновенного расхода топлива и скорости единичного транспортного средства во времени движения:
— --мгновенный расход топлива,
мг/с; —■—- скорость ТС в потоке, км/ч; ¿к - время прохождения ТС, мерного участка УДС, с; ¿"ь*^ - линия тренда, описывающая мгновенный расход топлива
q
э
70
60
50
40
30
20
10
0
Для каждого графика на определенном режиме движения строим линию тренда, которая представляет собой геометрическое отображение средних значений анализируемых показателей, полученное с помощью какой-либо математической функции. Выбор функции для построения линии тренда обычно определяется характером изменения данных во времени.
В результате построения линии тренда были получены математические зависимости для расхода топлива от времени, которые позволяют определить средний расход топлива в исследуемом режиме движения ТС.
Средний расход топлива ТС в исследуемом режиме движения за мерный участок находим по зависимости
Q = £4
(1)
где qi - значение мгновенного расхода топлива по математической зависимости, описывающей линию тренда мгновенного расхода топлива ТС.
Коэффициенты относительного изменения расхода топлива в зависимости от режима движения определяются как
K =
QCB70-80
(2)
где Kl - коэффициент относительного изменения расхода топлива в зависимости от режима движения; Ql - суммарный расход топлива ТС в исследуемом режиме движения потока на мерном участке; Q™70-80 - суммарный расход топлива ТС в режиме свободного движения (без остановки) со скоростью 70-80 км/ч на мерном участке.
Коэффициент изменения скорости движения определяется как
V
ст V
(3)
км/ч; - средняя скорость движения ТС в исследуемом режиме движения, км/ч.
По полученным значениям коэффициентов относительного изменения расхода топлива в зависимости от режима движения строим кривую (рис. 4).
К,
45 40 35 30 25 20 15 10 5
f ■ il 1 * » 1 4 1 II Hi {- - ч 1
1 1 ■ * " 1
я 4 ^^43.37
■ 1
" ! ■ 1
■ 1 " !
1 * . 1-5Я1
| /11.79
1 1 J
\4 1.9
6 S 10 12 14 16 1S
К3'с
Рис. 4. Зависимость коэффициента относительного изменения расхода топлива от коэффициента стесненности в зависимости от режима движения
Кривая, описывающая зависимость коэффициента относительного изменения расхода топлива от коэффициента стесненности, подчиняется логарифмическому закону распре -деления. Коэффициент корреляции равен 0,9961, что показывает высокую тесноту связи между исследуемыми параметрами.
Уравнение имеет вид
логарифмической зависимости
K = 16,397 • ln( Kj) - 3,7678.
Выводы
(4)
Данная методика позволяет определить ЭН в зависимости от режимов движения ТП по уровням обслуживания. Для характеристики уровня обслуживания используется коэффициент относительно расхода топлива и коэффициент стесненности движения.
где К1 ст - коэффициент изменения скорости при определенном режиме движения; Усв -средняя скорость ТС в свободном движении,
Впервые предложено оценивать ЭН от ТП по коэффициенту относительного расхода топлива и коэффициенту стесненности движения. Впервые введены уровни обслуживания
ТП в экологическую оценку режимов движения.
Результаты, полученные с помощью предложенной методики, экспериментальной оценки зависимости транспортной ЭН от режимов движения, могут быть использованы для разработки имитационных моделей, которые позволят сравнивать ЭН при различных уровнях организации дорожного движения.
Литература
1. Шаталова Е.Е. Совершенствование оценки
массовых выбросов загрязняющих веществ в отработавших газах автомобильного транспорта : автореф. дис. на соискание научн. степени канд. техн. наук : 05.22.10 «Эксплуатация автомобильного транспорта» / Шаталова Елена Егоровна. - Волгоград, 2007. - 16 с.
2. Луканин В.Н. Промышленно-транспортная
экология : учеб. пособие для вузов / В.Н. Луканин, Ю.В. Трофименко.- М. : Высш. шк., 2001. - 273 с.
3. Луканин В.Н. Автотранспортные потоки и
окружающая среда : учеб. пособие для вузов / В.Н. Луканин, А.П. Буслаев, Ю.В. Трофименко, М.В. Яшина. - М. : ИНФРА-М, 1998. - 408 с.
4. Экологическая безопасность транспортных
потоков / под ред. А.Б. Дьякова. - М. : Транспорт, 1989. - 340 с.
5. Амбарцумян В.В. Экологическая безопас-
ность автомобильного транспорта / В.В. Амбарцумян, В.Б. Носов, В.И. Та-
гасов, В.И. Сарбаев. - М. : ООО Изд-во «Научтехлитиздат», 1999. - 235 с.
6. Негров Н.С. Методические принципы мо-
делирования токсичных выбросов автомобилей для оценки экологического ущерба / Н.С. Негров : материалы Международной науч.-прак. конф. - Ростов-на-Дону, 2003. - С. 87-88.
7. Клинковштейн Г.И. Организация дорож-
ного движения : учеб. пособие для вузов / Г.И. Клинковштейн, М.Б. Афанасьев. -М. : Транспорт, 2001. - 247 с.
8. Сарбаев В.И. Теоретические основы обес-
печения экологической безопасности автомобильного транспорта / В.И. Сарбаев. - М. : Изд-во МГИУ, 2003. - 144 с.
9. Колесов Г.В. Средства и технологии оцен-
ки загрязнения городской воздушной среды автотранспортными потоками : автореф. дис. на соискание научн. степени канд. техн. наук : 25.00.36 «Геоэкология» / Колесов Глеб Викторович. -Тюмень, 2004. - 21 с.
10. Автомобильные перевозки и организация
дорожного движения : справ. / под. ред. В.У. Рэнкин, П. Клафи, С. Халберт и др. - М. : Транспорт, 1981. - 592 с.
Рецензент: Е.Б. Угненко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 3 августа 2010 г.
