Нефедов А.Ф., Высочин Л.Н. Планирование эксперимента и моделирование при исследовании эксплуатационных свойств автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

соответствующие характеристики, хотя в,,,общем случае это

не

исключается. Что касается характерного для городских магистра-

лей многорядного движения, то его также можно не учитывать,

ограничившись рассмотрением той полосы,

которой предписано

находиться автобусам.

Для получения указанных выше распределений было проведено

обследование сети автобусных маршрутов двух крупных городов —

X. и Р. Город X.

населением немногим более миллиона человек

расположен

холмистой местности. Город

Р. с

населением

600 тыс. чел. расположен в равнинной местности.

В ходе обследования были подвергнуты статистической обра-

ботке и анализу продольные профили и планы улиц, по которым

проходят автобусные маршруты,

также имеющиеся

городских

транспортных организаций

органов регулирования движения

данные

пассажиропотоках, частоте движения автобусов, интен-

сивности движения и его составе.

Всего было обследовано

городе X. 38 городских маршрутов

общей протяженностью 394 км, на которых работало 417 автобусов

ЛАЗ-695Е,

а в

городе Р. — 29 маршрутов общей протяженностью

248 км, на которых работало 375 автобусов той же марки.

При подсчете упомянутых распределений использовались сле-

дующие формулы:

•— для длин участков постоянного уклона, углов переломов,

расстояний между поворотами

перекрестками, углов поворотов,

радиусов кривых в плане и удельных углов поворотов, длин участ-

ков от остановки до поворота

перекрестка, длин участков

постоянной интенсивностью и длин перегонов

=-^-т,«и;

(4.17)

— для углов продольного профиля

интенсивности движения

(средней за время наряда и в часы пик)

riy.loi

Р,--й--^-100,

; (4.18)

Пу/oi

— для пассажиронагруженности

=>Т-^

°.°/о. (4.19)

где

— число значений наблюдаемой величины (длин участков

постоянного уклона, интенсивности движения, пассажиронагру-

женности)

; 1о

— длина перегона; TV — число автобусов, проходя-

102

щих за один час по перегону; / — индекс, показывающий принад-

лежность к данному разряду; i — индекс, показывающий принад-

лежность к общему числу значений наблюдаемой величины.

Полученные распределения характеризуются следующими

особенностями. В городе X. встречаются участки с уклонами до

100 % о, но их суммарная протяженность незначительна и составляет

доли процента от общей длины маршрутов. Участки с уклонами

60%о имеют общую протяженность около 2%

. По мере уменьше-

ния уклонов их суммарная протяженность быстро растет. Прибли-

зительно равнинные участки (с уклонами до 5%

) составляют

около 40% от общей длины маршрутов.

В городе Р. очень мало участков с уклонами более 30%о, при-

чем уклонов более

70 %

вообще нет, а доля условно равнинных

участков в общей длине маршрутов больше в полтора раза, чем

в городе X.

Характер местности обусловливает также разницу и в распре-

делении длин участков с постоянными уклонами. В городе X. пре-

обладают участки длиной от 150 до 450 м. Если этот диапазон длин

разделить на три интервала, то на каждый из них приходится

15—20%

от общей длины маршрутов. В городе Р. на те же интер-

валы длин приходится по 10%, но зато есть много участков дли-

ной 550, 650 м и более. В обоих городах имеются участки с посто-

янными уклонами большой длины (в городе X. — до 2 км, а

в городе Р. — даже до 4 км).

Характерно распределение углов поворотов в плане. В обоих

городах встречаются углы поворотов до 140 —160°. Распределения

углов поворотов являются двухвершинными. Первый максимум

находится в диапазоне 10—50°, а второй — в диапазоне 80—100°.

Города различаются, однако, тем, что первый максимум в городе

Р.

несколько меньше, чем в городе X., а второй почти в два раза

больше.

Распределение длин перегонов, то есть участков безостановоч-

ного движения, имеет такой же характер, как и распределение

участков с постоянными уклонами. Но параметры этих распреде-

лений разные. В городе X. преобладают длины перегонов около

280—550 м, а в городе Р. — 350—750 м. В первом городе имеются

длины перегонов до 2,5 км, а во втором — только до 1,5 км. Если

даже отбросить незначительное число наиболее длинных перего-

нов,

то при моделировании приходится считаться в первом городе

с перегонами длиной до 1500 м, а во втором — до 1100 м.

Пассажиронагруженность автобусов характеризуется нормаль-

ным законом распределения. Причем даже в часы «пик» примерно

1/3 автобусов в городе X. и 2/3 — в городе Р. движется с числом

пассажиров, не превышающим числа мест для сидения. В городе

Р.

«плановая» пассажиронагруженность, подсчитанная по норма-

тивной частоте движения, не превышает номинальной вместимости,

а в городе X. — превышает ее только для 7—8% автобусов. Однако

было установлено, что фактическая пассажиронагруженность, осо-

бенно в городе X., иногда достигает 100 и более человек. Причиной

юз

Распределение длен участков

постоянной

интенсивностью

движения и

определение

общей

длинь> маршрута

Подсчет числа

\Падсчет суммарн

участков п„

длины

участкоб!^

Распределение

интенсивности

движения

Средней i

в чась1

за время I

наряда '

пик

Распределение

длин

участков

с одинаковыми

уклонами и

определение

число

участков п-,

Распределение

длин

пере генов а

определение

числа

перегонов n

Распреде-

ление

уклонов

продольного

профиля

Распреде-

ление

перегонов

продольного

профиля

Распределение

длин

участков

между

поворотами и

определение

числа

участков п

Распределение

углов

поворотов

в плане

Распределение пасса-

жиронагрум&нности

~С~рГд~

ней за

время . р,

наряда\$%°в уборот

I в

часы

„пик'

Формирование маршрута

с помощью случайны? чисел

Оценка соответствия распределе

ния

показателей

их корректироёа

Организация движения

округление

переломов продольного

процзиля

Рис.

4.8. Последовательность создания типового маршрута движения

городских автобусов.

этого являются колебания пассажиропотоков и отклонения от нор-

мативной частоты движения.

Распределение длин участков с постоянной интенсивностью

движения является несимметричным. Интенсивность движения в

часы «пик» в городе X. достигает 1200 приведенных единиц на

одну полосу, а в городе Р. — вдвое меньше. Преобладающая ин-

тенсивность движения в городах Р. и X. также разнится вдвое.

Таким образом, описанные распределения характеризуют осо-

бенности условий движения автобусов, определяющиеся числен-

ностью населения города, рельефом местности, планировкой и

другими признаками, которые имеют важное значение при выборе

типов автобусов, формулировании требований к ним и нормирова-

104

нии показателей их работы (частоты движения, средней скорости,

расхода топлива и др.)- Указанные особенности условий движения

автобусов могут учитываться для отдельных маршрутов, их групп,

города в целом и, наконец, для групп городов.

Во всех этих случаях в результате обследования можно полу-

чить необходимые количественные характеристики условий дви-

жения и работы, а методом моделирования создать типовой

Р,%

ГТ

i I

i i

ТЛ-Т-)

П) | | | |.

О tWO 2000 3000 4000 5000 1,м

Рис,

4.9. К определению минимального числа участ-

ков при моделировании условий движения.

маршрут, который будет представлять сеть реальных маршрутов

при последующем анализе. На рис. 4.8 показана последователь-

ность создания типового автобусного маршрута.

Практика моделирования показала, что длина типового мар-

шрута для городских условий движения лимитируется длиной

участков с постоянной интенсивностью движения, что объясняется

сравнительно большой их длиной, превышающей длину перегонов

и участков с постоянными уклонами. Поэтому моделирование целе-

сообразно начинать с подбора числа участков, соответствующего

распределению длин участков с постоянной интенсивностью на

сети реальных маршрутов.

Задавшись «ценой» одного участка типового маршрута (ча-

стостью, приходящейся на один участок маршрута, в %

), можно

подобрать минимальное число участков, соответствующее указан-

ному распределению. Например, приняв цену участка 5%, получим

для распределения, представленного на рис. 4.9 сплошными лини-

ями, следующее число участков с постоянной интенсивностью дви-

жения:

длиной 375; 625

875

м — по

одному участку;

длиной 1125

1375

м — по

три участка;

длиной 1625

1875

м — по

два участка;

длиной 2125; 2375; 2625; 2875; 31'25

3375

м — по

одному участку.

105

При этом типовой маршрут будет состоять из 19 участков

общей длиной 24,375 км, а распределение длин участков с посто-

янной интенсивностью движения для типового маршрута будет

соответствовать их распределению для сети реальных маршрутов

с точностью 7,5%.

Для повышения точности следует снизить цену участка, что,

однако, приведет к увеличению числа участков и общей длины

маршрута. Наоборот, снижением точности соответствия гистограмм

можно сократить длину типового маршрута. Опыт моделирования

показал, что с этой точки зрения точность соответствия гистограмм

порядка 5—10% следует считать оптимальной.

Необходимый набор участков с постоянной интенсивностью

движения производится с помощью случайных чисел (по жребию,

после нумерации участков реальной сети маршрутов). Так как

в пределах большинства участков с постоянной интенсивностью

движения имеется один и более участков с постоянными уклона-

ми,

перегонов разной длины, с разной пассажиронагруженностью.

то нетрудно в пределах полученной длины типового маршрута

достигнуть необходимого соответствия распределений длин участ-

ков с постоянными уклонами, длин перегонов и длин участков

между поворотами.

Набор этих участков производится также по жребию. Если при

этом попадаются участки, не удовлетворяющие тому или иному

распределению, то они отбрасываются.

Построение (формирование) собственно типовых маршрутов

при наличии распределений основных показателей для них, вклю-

чая распределение переломов продольного профиля, производится

с соблюдением ряда дополнительных условий. Участки с наиболь-

шей постоянной интенсивностью и перегоны с наибольшей пасса-

жиронагруженностью должны располагаться в средней части

типового маршрута, если на сети реальных маршрутов они прихо-

дятся на центральную часть города.

Необходимо также надлежащим образом организовать движе-

ние на типовом маршруте (назначить регулируемые и нерегулируе-

мые перекрестки, расположить светофоры, указать интенсивность

движения на пересекающих направлениях и т. п.). Следует заме-

тить,

что показатели, характеризующие организацию движения,

также могут быть статистически обработаны и соответствующие

результаты включены в число распределений, учитываемых при

формировании типового маршрута.

При необходимости в ходе построения типового маршрута

некоторые распределения корректируются путем перемены мест

участков, совмещения их границ. После этого нужно произвести

окончательную оценку точности соответствия гистограмм.

Использование типовых маршрутов позволяет значительно со-

кратить трудоемкость расчетов движения при анализе показателей

работы автомобилей на той или иной сети маршрутов.

При некотором снижении требований к точности определения

показателей в замкнутых циклах движения целесообразно пользо-

106

ваться понятием типового перегона. При этом условия движения

на типовом перегоне можно принимать равными математическим

ожиданиям соответствующих показателей для сети реальных

маршрутов.

Рассмотрим порядок выполнения

расчетов по типовому перегону авто-

бусного маршрута с учетом случайных

помех движению.

На городских автобусных маршру-

тах помехи, обусловленные планиров-

кой улиц и организацией движения,

бывают двух видов:

— случайные (регулируемые и не-

регулируемые перекрестки);

— детерминированные (повороты,

в том числе и на перекрестках).

Частота (вероятность) встречи случайных помех на всей сети

автобусных маршрутов определяется отношениями

ftp р __ ^нр

Рис.

4.10. Схема типового пере-

гона автобусного маршрута.

^Р =

+ п

нр

Яр + Я

(4.20)

нр

где я

— число регулируемых перекрестков; п

нр

— число нерегули-

руемых перекрестков.

Распространяя частоту встречи случайных помех на типовой

перегон и учитывая, что помехонасыщенность маршрута, опреде-

ляемая криволинейностью трассы, зависит от удельного угла

поворота, можем считать, что на каждом перегоне есть поворот.

В результате приходим к схеме движения на типовом перегоне,

показанном на рис. 4.10.

Расположение данного вида помехи на типовом перегоне опре-

деляется ее средним расстоянием от начала перегона на всей сети

маршрутов.

Каждая из двух случайных помех может отсутствовать или

быть на перегоне, причем во втором случае возможны два собы-

тия:

движение по данному направлению закрыто или открыто

(в последнем случае наблюдается только снижение скорости).

Поэтому число возможных состояний системы регулирования дви-

жения на типовом перегоне будет равно 3

=9. (В табл. 4.3 отсут-

ствие помехи обозначено «С», задержка движения — «3» и ограни-

чение скорости — «О»).

Так как события «С», «3» и «О» независимы, то возможность

совместного их появления (см. последнюю строку таблицы)

определяется произведением вероятностей отдельных событий.

Приведенные в табл. 4.3 вероятности событий установлены для

города Р., в котором на всей сети автобусных маршрутов имеется

92 светофора и 588 перекрестков, а вероятность задержки у свето-

фора и у перекрестка соответственно составляет 0,42 и 0,2

(определены по формулам, приведенным в работе [37]). Тогда

вероятности событий будут следующими.

107

Таблица 4.3

Вероятность

различных комбинаций событий

на

типовом перегоне

№ расчетной

схемы

Регулируемый пе-

рекресток

Нерегулируемый

перекресток

Вероятность собы-

тия

0,0078

0,0390

0,0099

0,0014

0,1180

0,0110

0,1490

0,118

0,595

а) вероятность встречи или отсутствия светофора

=———

= 0,1370; р

=1—0,1370 = 0,8630;

+ 588

б) вероятность встречи или отсутствия нерегулируемого пере-

крестка

COQ

Pw- J1 =

863

' Рн

.с= 1-0,863-0,137;

92Н-5о8

в) вероятность задержки у светофора или у перекрестка

.з

= 0,137.0.42 =

0,057;

нр

.з=0,863-0,2 =

0,173;

г) вероятность только ограничения скорости у светофора или

у перекрестка

Рр.о = 0,137—0,057 =

0,08;

нр

.о = 0,863—0,173 = 0,69;

д) вероятность одновременного появления событий «3» у свето-

фора и «С» на нерегулируемом перекрестке

РР.З

•

/?нр.с

= 0,057-0,137 = 0,0078

и т. д. (табл. 4.3).

Моделируя приведенные в таблице схемы движения и определив

для каждой из них показатели движения, найдем средние значения

показателей для типового маршрута по формуле

УСР^У/А. (4.21)

где \ji — искомый показатель (средняя скорость, расход топли-

ва; pi — вероятность события.

Глава 5

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

НА ПОКАЗАТЕЛИ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

5.1.

Исследование влияния различных факторов

на показатели движения

Моделируя эксплуатационные режимы и рассчитывая показатели

движения, можно анализировать влияние различных факторов на

режимы движения и показатели, определяющие эффективность

использования автомобилей. Рассмотрим влияние отдельных фак-

торов (удельной мощности А/

Уд

, полного веса G

, передаточного

Рис.

5.1. Зависимость показателей движения от удельной мощности (а) и

передаточного числа главной передачи (б):

Д—.—А — равнинный продольный профиль; X—<——-X — холмистый продольный

профиль; =1,33 Вт/Н; =1,10 Вт/Нз'-—•—=0,88 Вт/Н.

числа главной передачи to, пересеченности продольного профиля П,

помехонасыщенности маршрута К, интенсивности движения И и

др.) на среднюю скорость и

ср

, расход топлива Q, среднее переда-

точное число трансмиссии i

, среднее тяговое усилие Р

р и сред-

нюю мощность Мер.

На рис. 5.1, а дана зависимость средней скорости, расхода

топлива, тягового усилия, средней мощности и передаточного чис-

ла трансмиссии при свободном движении автомобиля ЗИЛ-130 по

равнинному и холмистому маршрутам (П

=6,6; П

= 41,2) от

удельной мощности. При движении по равнинному маршруту сред-

няя скорость сравнительно мало зависит от удельной мощности,

109

начиная с ее значения порядка

1,12—1,27

Вт/Н. Для холмистого

маршрута зависимость средней скорости от удельной мощности

значительнее. Скорость возрастает почти равномерно во всем ди-

апазоне изменения удельной мощности от 0,82 до 1,57 Вт/Н.

Расход топлива также возрастает во всем диапазоне изменения

удельной мощности, причем для равнинного маршрута равномер-

но,

а для холмистого — более интенсивно при больших значениях

удельной мощности. В целом расход топлива при движении по

холмистому маршруту примерно в 1,4 раза больше, чем по рав-

нинному.

Средняя мощность двигателя изменяется с ростом удельной

мощности аналогично изменению средней скорости. Среднее тяго-

вое усилие растет пропорционально увеличению удельной мощности

при движении по маршрутам обоих типов. Средняя мощность

больше для'равнинного маршрута, а среднее тяговое усилие боль-

ше для холмистого маршрута.

Наконец, среднее передаточное число трансмиссии при движе-

нии по равнинному маршруту остается неизменным, так как уже

при удельной мощности 0,85 Вт/Н автомобиль проходит почти весь

маршрут на высшей передаче. При движении по холмистому марш-

руту среднее передаточное число с ростом удельной мощности

снижается, и при большей удельной мощности оно становится та-

ким же, как и на равнинном маршруте.

Для оценки влияния величины передаточного числа главной

передачи на показатели движения автомобиля ЗИЛ-130 были про-

изведены расчеты при трех значениях удельной мощности

(0,85;

1,10; 1,33 Вт/Н) и пяти значениях

(6,45;

7,7; 7,5; 8,0; 8,5) переда-

точного числа (рис. 5.1,6). Расчеты движения производились для

холмистого маршрута с показателем пересеченности П =

41,2%о.

При всех значениях удельной мощности по мере увеличения пе-

редаточного числа средняя скорость сначала возрастает, а затем

снижается. Причем влияние передаточного числа более ощутимо

при меньшей удельной мощности. Значение передаточного числа,

соответствующее максимуму средней скорости, также несколько

возрастает при снижении удельной мощности.

Средний расход топлива с ростом передаточного числа наобо-

рот — сначала снижается, а затем возрастает. Наименьший рас-

ход топлива наблюдается при наибольшей средней скорости.

Средняя мощность меняется в зависимости от передаточного

числа так же, как и средняя скорость, а среднее тяговое усилие —

так же, как и расход топлива. Среднее передаточное число транс-

миссии почти не зависит от передаточного числа главной передачи.

Отмечено незначительное увеличение среднего передаточного числа

трансмиссии с ростом передаточного числа главной передачи, при-

чем в тем большей мере, чем меньше удельная мощность.

На рис. 5.2 показано изменение показателей движения авто-

мобиля ЗИЛ-130 в зависимости от коэффициента сопротивления

качению / (сплошные линии) и автомобиля ЗИЛ-164А в зависи-

мости от показателя качества покрытия 5

(пунктирные линии).

ПО

Расчеты производились в первом случае для равнинного и холмис-

того маршрута, а во втором — только для равнинного. Выбранные

для расчетов значения коэффициента сопротивления качению

(0,013;

0,02; 0,03; 0,04) соответствуют асфальтобетонному покры-

тию в хорошем состоянии, тому же покрытию в удовлетворитель-

ном состоянии, булыжному покрытию и гравийному или грунтово-

му, а значения показателя качества покрытия (0, 100, 700 и

А/ср,квт

§Э

0,01 '" 0,02 0,03 0,04 \ \ \

Ш ш ш *

Рис.

5.2. Зависимость показателей движения от типа (/) и ка-

чества покрытия дороги (5

А—»Д — равнинный продольный профиль; Х^—X

—

холмистый

продольный профиль.

1300) — асфальтобетонному покрытию в отличном состоянии, тому

же покрытию в плохом состоянии и грунтовой дороге в плохом и

очень плохом состоянии.

Из рис. 5.2 следует, что коэффициент сопротивления качению

и качество покрытия оказывают значительное влияние на все экс-

плуатационные показатели, но влияют они по-разному. Например,

при увеличении f средняя скорость на равнинном маршруте сни-

жается более интенсивно, чем на холмистом, но в обоих случаях —

по выпуклой кривой. При увеличении 5

средняя скорость снижа-

ется по вогнутой кривой сначала интенсивно, а затем более мед-