CC BY
14
УДК 629.341 DOI: 10.30977/АТ.2219-8342.2018.43.0.106
СПОС1Б ВИКОНАННЯ ДОРОЖНЬО1 РОЗМ1ТКИ ТА АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ РУХОМ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В
Гнатов А. В.1, Аргун Щ. В.1, Гнатова Г. А.1 1Харк1вський нацюнальний автомоб1льно-дорожн1й ун1верситет
Анотаця. Запропоновано виконувати верхнт шар дорожнього покриття у вигляд1 багато-функщональних панелей (БП). Розкрито функщональш можливост1 БП дорожнього покриття / подано гх схему на прогждж1й частит дороги. Досл1джено принцип роботи системи з БП. Розкрито схему виконання дорожньог розм1тки та автоматичного управлтня рухом автот-ранспортних засоб1в.
Ключов1 слова: енергозбер1гаюч1 технологи, дорожм панел1, розумм дороги, дорожня розмт-ка, альтернативш джерела електроенергИ
Вступ
Через те, що з кожним днем все актуаль-шшою стае проблема енергонезалежносп, виникае неабияка потреба в альтернативних джерелах живлення. Поряд з цим, протягом вше! ютори розвитку людства досить нагаль-ними та актуальними були i е питання дор^ та !х якосп. Та останшм часом до цих питань додались ще таю, як функцюнальнють дори-та !х безпека, як для водив, так i для шших учасниюв дорожнього руху.
Анал1з публжацш
Сучасш дороги - це не просто яюсне та надiйне дорожне покриття, це складш елект-роннi системи, як не тiльки забезпечують свое функцюнування, але й е альтернативни-ми та децентралiзованими джерелами «зелено!» електрично! енергп [1-4]. Ц системи, так званi «Розумш дороги», здатш слiдкувати за безпекою дорожнього руху та попереджа-ти учасниюв (дорожнього руху) щодо ситуа-ци на дорозi. Вони не потребують обслуго-вування в холодну пору року, бо самi здатнi прибирати сшг та обледенiння. I це лише мала частина функцш, як можуть виконувати «Розумш дороги» [1].
Отже, цшком зрозумiло, що за такими дорогами майбутне. Звичайно, вони не можуть бути одночасно впроваджеш для викорис-тання по всьому свггу. Це зумовлено !х скла-днiстю, технологiчнiстю та, особливо, фшан-совою стороною цього питання. Але майбутне за «Розумними дорогами», бо це безпека для вшх учасниюв дорожнього руху, це ефективне управлшня дорожнiм рухом, це еколопчно чистi технологи й новi потужш вiдновлювальнi джерела електрично! енергп («зелеш» джерела енергп). Все це обумовлюе актуальнiсть розроблення та створення таких
дор^ та особливого дорожнього покриття для них [1, 5-8].
Мета 1 постановка завдання
Метою е розробка способу виконання дорожньо! розмггки та автоматичного керуван-ня рухом автотранспортних засобiв з викори-станням багатофункцiональних панелей дорожнього покриття.
Для досягнення поставлено! мети необ-хiдно розкрити функцюнальш можливостi багатофункцiональних панелей дорожнього покриття; представити принцип роботи системи з багатофункцюнальних дорожшх панелей.
Виклад основного матер1алу
Пропонуеться замшити верхнiй шар дорожнього покриття на спещальш багатофункщ-ональнi панел^ якi, завдяки наивному функщ-оналу, працюючи в единiй системi з визначеним центром керування, здатш забез-печити сучасний свiтлодiодний спосiб виконання дорожньо! розмiтки [9, 10].
Запропонований спошб може бути вико-ристаний для автоматичного керування ру-хом автотранспортних засобiв, змiни потоюв руху автотранспортних засобiв. Крiм того, надае можливють змiнювати дорожню розмь тку (наприклад, у годину тк або у разi вини-кнення аваршно! ситуацп на дорозi тощо). Також цей спосiб може бути використаний для шформування водпв щодо дорожшх умов та дорожньо! ситуацп.
В основу запропоновано! ще! та техшчно-го рiшення покладено задачу розширення функцiональних можливостей, а також тд-вищення ефективностi процесу виконання дорожньо! розмггки та автоматичного
керування рухом автотранспортних засобiв
[9, 10].
Поставлена задача виршуеться за рахунок того, що дорожня розмггка прорисовуеться та змшюеться на про1знш частинi дороги автоматично, вщповщно до визначено1 програми керування дорожшм рухом, причому лшп розмiтки виконуються за допомогою свггло-дiодiв, яю розмiщенi в багатофункцiональних панелях дорожнього покриття i можуть мати рiзний колiр рис. 1.
Електрична енерпя для свiтлодiодного прорисовування дорожньо! розмггки у свiтлу частину доби надходить вщ сонячних батарей багатофункщональних панелей, а в тем-ну частину доби - вщ накопичувачiв енергп (АКБ), що знаходяться в технолопчному вщ-сiку на узбiччi дороги (рис. 1) [11].
панел1
Рис. 1. Схема багатофункцiональних панелей дорожнього покриття при !х встановлеш на про1знш частини дороги
Кожна панель (рис. 1) складаеться з трьох основних складових елемешгв:
— перший - захисна верхня кришка з опорами (цей елемент конструкци виконаний з високомщного оргскла, з наклееним iз вну-трiшнього боку електричним на^вальним елементом у виглядi нагрiвальних волокон. В основi опор встановлеш п'езоелектричш елементи, якi, у свою чергу, так само здатш виробляти електрику при стисканш);
— другий - блок сонячних батарей зi свгглодюдами (в цьому шарi встановленi свь тлодiоди i сонячш модулi розташованi по всiй площиш);
— третiй - основа панелi з електронни-ми платами управлшня i жолобом для кабе-льно! проводки (встановленi плати управлш-ня панеллю i кабельна проводка для
з'еднання панелей мiж собою i пiдключення до електрично! мережi). 1000 таких панелей приеднаш до одше! АКБ (число панелей мо-же бути рiзним i визначаеться емнютю вста-новлених АКБ), що знаходиться в технолопчному вщсшу, розташованому поруч пiд узбiччям (рис. 1) (праворуч).
У свiтлу частину доби сонячна енерпя ге-неруеться сонячними батареями i накопичу-еться в АКБ, що знаходяться на узбiччi дороги.
До того ж, в опори верхньо! кришки вста-новлено п'езоелементи, що при натисканш також генерують енергiю та передають сигнал про те, що панель перебувае тд наван-таженням. За величиною значення сигналу визначаеться вага навантаження. Завдяки п'езоелементам з'являеться можливють цшо-добово отримувати додаткову енерпю у про-порцшнш залежностi вiд кiлькостi автомобь лiв, що !дуть по цiй дороз1 Згенерована енергiя зберiгаеться у накопичувачах енергп - акумуляторних батареях i використовуеть-ся для роботи панелi та на освiтлення дороги.
Надлишок енергп може передаватися ш-шим споживачам електроенерги, наприклад, прилеглим до дороги спорудам, будiвлям, пiдприемствам, електрозаправкам тощо. Роз-роблена «Розумна дорога» навггь може здш-снювати динамiчне пiдсвiчування дороги перед автомобшем, що 1де. Це визначаеться програмним забезпеченням панели
Функцiональнi можливостi запропонова-но! системи, що складаеться з багатофункщональних панелей дорожнього покриття (система «Розумна дорога»), таю [12]:
— пiдсвiчування дороги в шчний час (ди-намiчна свгглодюдна розмiтка i попереджу-вальнi знаки);
— пщ^в i просушування панелей;
— система оповщення оператора, що ш-формуе про несправностi панелц
— визначення ваги навантаження на панель i швидкостi руху автотранспорту;
— зарядка електромобшв вiд сонячних панелей;
— генеращя електрики;
— освгглення визначено1 дiлянки про1зно1 частини;
— динамiчне пiдсвiчування дороги перед автотранспортним засобом;
— попередження про небезпеку та необ-хiднiсть знизити швидюсть у разi появи пе-решкоди на дорозi.
Отже, особливютю запропонованого способу виконання дорожньо1 розмiтки та авто-
матичного керування рухом автотранспорт-них засобiв е те, що його застосування пе-редбачае виконання дорожнього покриття з багатофункцюнальних панелей, об'еднаних в едину систему, робота яко! визначаеться за-даною програмою керування. При цьому до-рожня розмпка виконуеться зi свiтлодiодiв рiзного кольору вщповщно до задано! про-грами керування рухом автотранспортних засобiв. Наприклад, як це показано на рис. 2 [13].
Рис. 2. Система, що складаеться з багатофун-
кцюнальних панелей дорожнього покриття на певнш частиш дороги у населеному
пункп
Ще однiею особливiстю запропонованого способу е те, що передбачене ним виконання дорожньо! розмпки забезпечуе !! добру ви-димють, як у будь-якi погоднi умови, так i в будь-який час доби. Це обумовлено !! свгшо-дiодним виконанням.
Принцип роботи системи з багатофункцюнальних дорожшх панелей
Суть запропоновано! ще! та технiчного ршення пояснюеться схематичними крес-леннями. На рис. 3, а показано схему способу виконання дорожньо! розмпки та автоматичного керування рухом автотранспортних за-собiв. На рис. 3, б показано схему змши дорожньо! розмпки [9, 10].
Запропонована схема способу виконання дорожньо! розмпки та автоматичного керу-вання рухом автотранспортних засобiв мае таю елементи (рис. 3):
- узбiччя;
- про!зна частина;
- технолопчний вiдсiк;
- акумуляторш батаре! (АКБ).
Про1зна частина / , \
I I I
I 1 I
а
Про!зна частина
/
I I I
V
I
I
г •с о ч
10 м § X
и Н /
г\ ^ 1 '5 & 13
Ч м к О Ч'Й
J ^ ■Н < | /о
&
Л ^ 1 1
б
Рис. 3. Схема способу виконання дорожньо! розмiтки та автоматичного керування рухом автотранспортних засобiв: а - дорож-ня розмгтка за нормальних умов; б - до-рожня розмiтка тсля регулювання для збiльшення пропускно! здатносп у фронтальному напрямку
Принцип роботи. У панелi вмонтовано свiтлодiоди, якi вмикаються вiдповiдно до програми, що задаеться оператором. Таким чином здiйснюеться прорисовування дорожньо! розмгтки - роздшення на полоси руху; за необхщносп з'являються додатковi знаки, наприклад, обмеження швидкосп чи, навпа-ки, шформащя про зняття обмежень.
Якщо дорожш умови змiнюються, то оператор доволi швидко i легко змшюе дорожню розмiтку (наприклад, збiльшуе юльюсть полос руху в напрямку, який е бшьше заванта-женим).
У панелях використовуються свгшодюди рiзного кольору, що дае можливють акценту-вати увагу водив. 1нтенсивнють свiтла, що випромшюють свiтлодiоди, регулюеться за-лежно вщ погодних умов, часу доби тощо.
Для роботи свiтлодiодiв використовусться власна енерпя, що згенерована сонячними панелями i накопичена в акумуляторних батареях (АКБ), що знаходяться в технолопчному вгдсшу на узбiччi дороги.
Таким чином, запропонований спосГб ви-конання дорожньо1 розмггки та автоматичного керування рухом автотранспортних засо-бГв призначений для автоматичного прорисовування, за допомогою свплодюдГв вмонтованих у дорожне покриття, дорожньо1 розмгтки, генерування електрично1 енергп з метою подальшого використання для влас-них потреб (освгтлення дороги, обГгрГву, жи-влення свплодюдГв та шшого обладнання). Все це значно тдвищить безпеку дорожнього руху та оперативнють керування транспо-ртними засобами.
Висновки
Подано розробку способу виконання до-рожньо1 розмгтки та автоматичного керування рухом автотранспортних засобГв з викори-станням багатофункщональних панелей дорожнього покриття.
Розкрит функщональш можливосп багатофункщональних панелей дорожнього пок-риття.
Описано принцип роботи системи з багатофункщональних дорожшх панелей.
Лггература
1. Дергунов С.А., Орехов С.А., Бородина Е.С. Дороги будущего - дороги перемен. Инновации в науке: сб. ст. по матер. XXX междунар. науч.-практ. конф. (Новосибирск, 26 февраля, 2014). Новосибирск, 2014. С. 96.
2. Гнатов А. В., Аргун Щ. В., Ульянец О. А. Энергосберегающие технологии на транспорте. HayKoei нотатки. Луцьк, 2016. Вип. 55. С. 80-86.
3. ДСТУ 2587:2010. Розмгтка дорожня. Кшв, 2011.
4. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги, 1984.
5. Welcome to Solar Roadways. 2016. URL: http://www.solarroadways.com (дата звернення 28.10.2018).
6. Patent № US D 712,822 S United States. Solar Roadway panel. Оубл. 09.09.2014.
7. The track in the US will get a «smart» road surface. 2016. URL: http://econet.ru/ articles/122258-trassa-v-ssha-obzavedetsya-umnym-dorozhnym-pokrytiem (дата звернення 14.08.2018).
8. Лях М. А., Дем'янюк О. С., Бешун О. А. Основи керування автомобглем та безпека дорожнього руху. Навч. посгбник, 2011. 368 с.
9. Пат. 110807 Украши. Багатофункщональш панелi дорожнього покриття. Опубл. 25.10.2016.
10. Пат. 110808 Украши. Автоматична дорожня розмггка для керування рухом транспортних за^в. Опубл. 25.10.2016.
11. Пат. 110810 Украши. Споаб перетворення сонячно! та кшетично! енергп в електричну за допомогою дорожнього покриття. Опубл. 25.10.2016.
12. Gnatov A., Argun Shch., Rudenko N. Smart Road as a Complex System of Electric Power Generation. Electrical and Computer Engineering (UKRCON): Пращ 1 мiжнар. конф. (Ки!в, 29 травня - 2 червня 2017). Кшв, 2017. С. 457461.
13. Solar Roadways - умная дорога из солнечных батарей. 2014. URL: http://www.pilotov.net/novosti/solar-roadways/ (дата звернення 28.10.2018).
References
1. Dergunov S. A., Orekhov S. A., Borodina E. S. (2014). Dorogi budushchego - dorogi peremen [The roads of the future - the road of change]. Innovacii v nauke: sb. st. po mater. XXX mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Novosibirsk, 26 February, 2014) [in Russian].
2. Hnatov A. V., Arhun Shch. V., Ulianets O. A. (2016). Energosberegayuschie tehnologii na transporte [Energy saving technologies in transport]. Naukovi notatky\ Lucz\ 55, 80-86 [in Russian].
3. DSTU 2587:2010. (2011). Rozmitka dorozhnya. [Road marking]. Ky'yiv [in Ukrainian].
4. SNiP 2.05.02-85. (1984) Avtomobilnyie dorogi. [Car roads].
5. Welcome to Solar Roadways. Retrived from: http://www.solarroadways.com (accessed: 28.10.2018).
6. Patent № US D 712,822 S United States. Solar Roadway panel. 09.09.2014.
7. The track in the US will get a «smart» road surface. Retrived from: http://econet.ru/ articles/122258-trassa-v-ssha-obzavedetsya-umnym-dorozhnym-pokrytiem (accessed: 14.08.2018).
8. Lyax M. A., Dem'yanyuk O. S., Beshun O. A. (2011) Osnovy' keruvannya avtomobilem ta bezpeka dorozhnogo ruxu. [Basics of driving and road safety]. Navch. posibny'k [in Ukrainian].
9. Pat. 110807 Ukrayiny'. Bagatofunkcional'ni pan-eli dorozhnogo pokry'ttya. [Multifunctional roadside panels]. Opubl. 25.10.2016 [in Ukrainian].
10. Pat. 110808 Ukrayiny'. Avtomaty'chna dorozhnya rozmitka dlya keruvannya ruxom transportny'x zasobiv. [Automatic road marking for driving vehicles]. Opubl. 25.10.2016 [in Ukrainian].
11. Pat. 110810 Ukrayiny'. Sposib peretvorennya sonyachnoyi ta kinety' chnoyi energiyi v
elektry'chnu za dopomogoyu dorozhnogo pokryttya. [A method for converting solar and kinetic energy into electric by means of a road surface]. Opubl. 25.10.2016 [in Ukrainian].
12. Gnatov A., Argun Shch., Rudenko N. (2017). Smart Road as a Complex System of Electric Power Generation. Electrical and Computer Engineering (UKRCON): Praci 1 mizhnar. konf. (Kyyiv, 29 travnya - 2 chervnya 2017), 457461.
13. Umnaya doroga iz solnechnyih batarey Solar Roadways. [Smart Road of Solar Roadways Solar Panels]. Retrived from: http://www.pilotov.net/novosti/solar-roadways/ (accessed: 28.10.2018).
Гнатов Андрш Вжторович1, д.т.н., проф. каф. автомобiльноi електрошки, [email protected], тел. +38 066-7438-08-87,
Аргун Щасяна Валiковна1, к.т.н., доц. каф. ав-томобiльноi електронiки, тел. +38 099-378-04-51, shasyana@gmail. com,
Гнатова Ганна Андрпвна1, студент,
тел. +38 099-067-98-09,
1Харк1вський нацiональний автомобшьно-дорожнш унiверситет, 61002, Украша, м. Харшв, вул. Ярослава Мудрого, 25.
Способ выполнения дорожной разметки и автоматического управления движением автотранспортных средств
Аннотация. Предложено выполнять верхний слой дорожного покрытия в виде многофункциональных панелей (МП). Раскрыты функциональные возможности МП дорожного покрытия и представлены их схемы на проезжей части дороги. Исследован принцип работы системы с МП. Представлена схема выполнения дорожной разметки и автоматического управления движением автотранспортных средств. Ключевые слова: энергосберегающие технологии, дорожные панели, умные дороги, дорожная разметка, альтернативные источники электроэнергии.
Гнатов Андрей Викторович1, д.т.н., проф. каф. автомобильной электроники, тел. +38 066-7438-08-87, [email protected], Аргун Щасяна Валиковна1, к.т.н., доц. каф. автомобильной электроники, тел. +38 099-378-04-51, [email protected], Гнатова Анна Андреевна1, студент, тел. +38 099-067-98-09, [email protected],
:Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25.
The method of making road markings and performing automatic control of road traffic Abstract. Problem. Currently, the problem of energy independence is one of the most urgent. Consequently, there is a significant need for alternative sources of power. Along with this, throughout the history of human development, the issues of roads and their quality have been very topical and relevant. It is especially true for Ukraine. With the development of science and technology, these issues are expanded by functionality of roads, their safety both for drivers and for other road users and the ability to perform several functions simultaneously, for example, to provide transport traffic and generate electricity. Goal. The goal is development of the method of road marking and automatic control of the road traffic using multifunctional road panels. Methodology. The analytical methods of research on the development and application of methods and devices for transforming the energy of the sun into electricity were used. Methods of mathematical modulation were used when considering the principle of multifunctional road panels, combined in one system. Results. The functional features of multi-functional road panels of pavement are revealed and their scheme on the roadway is presented. The principle of operation of the road as a unified system of multifunctional road surface panels has been researched. The scheme of implementation of road marking and automatic control of road traffic is presented. Originality. It is suggested to use special plates - multifunctional road panels - instead of the top layer of the road cover. Such an upper layer of road clothing will allow the road, as an integral complex system, to perform several functions simultaneously: to be a part of the road for motor transport, to generate electricity and to draw a road marking independently, and if necessary - to change it. Practical value. The use of the proposed method of road markings and automatic control of road traffic will make possible quality performance and rapid change of road markings at any time of the year and day, depending on the current natural and traffic conditions. Also, the proposed road pavement will generate electricity as an alternative renewable source of energy. Key words: energy-saving technologies, road panels, smart roads, road marking, alternative sources of electricity.
Hnatov Andrii1, professor, Doct. of Science, Vehicle Electronics Department, tel. +38 066-7438-08-87, [email protected],
Shchasiana Arhun1, Ph.D., Assoc. Prof. Vehicle Electronics Department, tel. +38 099-378-04-51, e-mail: shasyana@gmail. com, Hnatova Hanna1, student, tel. +38 099-067-98-09, [email protected], :Kharkov National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudrogo str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
