Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" 135 OCENA KWALIFIKACJI KIEROWCY NA PODSTAWIE EKSPLOATACYJNEGO ZUŻYCIA PALIWA ASSESSMENT OF DRIVER S QUALIFICATION BASED ON FUEL CONSUMPTION BY THE CAR Ireneusz HETMAŃCZYK 1 - Wacław HEPNER Abstract: Fuel consumption by the car in variable road traffic (in a city) strongly depends on the car driving way Observation of driving parameters (velocity, fuel consumption) allows to access driving style and driver s qualification The paper presents statistics of the results obtained for many short-distant economical travels and the method of their valuation including many aspects Keywords: fuel consumption, driving style, driver s qualification 1 WPROWADZENIE O wartości eksploatacyjnego zużycia paliwa przez samochód decydują zasadniczo dwa czynniki: energochłonność ruchu oraz sprawność napędu [5] Na oba te czynniki kierowca ma bezpośredni wpływ poprzez dobór taktyki (dostosowanie profilu prędkości do sytuacji drogowych, unikanie hamowań, płynność przyspieszania) i techniki prowadzenia (dobór przełożeń i stopnia obciążenia silnika) W opracowaniu rozważono, w ślad za [1, ] czy eksploatacyjne zużycie paliwa może być miarodajnym kryterium oceny kwalifikacji kierującego BADANIA DROGOWE Obiekt badań stanowił samochód osobowy segmentu B o masie (w trakcie prób) 135 kg, wyposażony w silnik ZI o mocy 57 kw z jednopunktowym wtryskiem paliwa lekkiego i trójfunkcyjnym konwerterem katalitycznym Zrealizowano 9 przejazdów w warunkach normalnego ruchu miejskiego na wybranej trasie, skonfigurowanej jak na rys 3 Przejazdy wykonała grupa losowo wybranych kierowców amatorów prowadzących samochód zgodnie z indywidualnymi przyzwyczajeniami Przy użyciu Pokładowego Systemu Pomiarowego, złożonego z głowicy do bezstykowego pomiaru drogi Datron DL-1 (rys ), stacji akwizycji danych DaqBook 1 i przepływomierza paliwa Flowtronic 15, dokonywano ciągłej rejestracji profilu prędkości samochodu, zużycia paliwa oraz parametrów sterowania silnika (prędkość obrotowa, uchylenie przepustnicy) [3] 3 WIELOASPEKTOWE WARTOŚCIOWANIE PARAMETRÓW RUCHU Zagadnienie oceny ruchu samochodu potraktowano jako zadanie wartościowania dwukryterialnego [6]: V śr = max! (1) Q = min! gdzie V śr (średnia prędkość przejazdu) oraz Q (eksploatacyjne zużycie paliwa) stanowią kryteria oceny jakości przejazdu, przy czym V śr jest maksymentem (korzystna wysoka wartość) a Q - minimentem (korzystna wartość niska) Rysunek 1 przedstawia obszar celu tego zadania Każdy punkt wykresu odpowiada jednemu z przejazdów Rozrzuty wartości obu kryteriów są tego samego rzędu i zawierają się w granicach od 39 do 57 % względem wartości uśrednionych Jednocześnie nie zachodzi istotna korelacja między 1 Dr, Ing, Katedra Pojazdów Drogowych i Rolniczych, Politechnika Opolska, ul Mikołajczyka 5, 45-67 Opole, Polska, tel: +48 77 467, e-mail: hetman@poopolepl Dr, Ing, Katedra Pojazdów Drogowych i Rolniczych, Politechnika Opolska, ul Mikołajczyka 5, 45-67 Opole, Polska, tel: +48 77 467, e-mail: hepner@poopolepl
136 Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" Q i V śr (współczynnik korelacji dla linii regresji R =,58) co dowodzi, że wymienione kryteria są niekooperacyjne a związki między nimi wymagają analizy w sensie polioptymalizacyjnym Rozwiązania zadania poszukiwano wstępnie metodą systematycznego przeglądu w sensie Pareto przestrzeni celu {V śr, Q} (rys 1) Efektem tego etapu optymalizacji jest wyznaczenie kompromisów (rozwiązań sprawnych) w postaci zbioru Pareto-optymalnego (Pareto I) Dla każdego elementu takiego zbioru (określonego numerem realizacji) spełniony jest zadany kompromis równorzędnie z innymi elementami i zachodzi warunek, że nie można poprawić jednego kryterium jakości bez równoczesnego pogorszenia drugiego kryterium Rozmiar wyjściowego zadania optymalizacyjnego zostaje zredukowany, jednak nie jest możliwe wskazanie jednej realizacji najlepszej Poszukiwanie rozwiązania ostatecznego przeprowadzono metodą programowania celowego (optymalizacji docelowej) [4] W metodzie tej dąży się do znalezienia takiego rozwiązania (przejazdu) sprawnego, które leżałoby możliwie najbliżej wybranego rozwiązania docelowego, uznanego za idealne, choć niemożliwe do uzyskania Tak więc w oparciu o elementy zbioru Pareto wyznacza się wyidealizowany punkt docelowy K o współrzędnych V = V max, Q = Q min Następnie poszukuje się w przestrzeni unormowanej takiego punktu ze zbioru Pareto, który leży najbliżej punktu K (wartość funkcji dystansowej L = L min, według zapisu ()) Wyniki obliczeń funkcji dystansowej L zawarto w tabeli 1 Vmax V śr Qmin Q L = V + max Q () max Postępowanie prowadzi się hierarchicznie, wyznaczając kolejne zbiory Pareto (II VIII), z których każdy następny jest gorszy od wszystkich poprzednich a lokalne wyniki wartościowania przejazdów uzupełniają klasyfikację generalną W rezultacie przeprowadzonej optymalizacji za najlepszy uznano przejazd nr 6 a za najgorszy przejazd nr 7, choć nie są to przejazdy pod jakimkolwiek względem ekstremalne 4 CHARAKTERYSTYKI PRZEJAZDÓW EKSTREMALNYCH Zróżnicowanie charakterystyk ruchowych pojazdu i charakterystyk sterowania silnikiem wykazano na przykładzie przejazdów nr 8 oraz 4, ekstremalnych pod względem zużycia paliwa (rys 4 i 5) Widać tu wyraźne zróżnicowanie profilu prędkości liniowej, prędkości obrotowej silnika oraz uchylenia przepustnicy a także rozkładu gęstości czasowej punktów sterowania silnika Przejazd najoszczędniejszy charakteryzuje się niewielką zmiennością prędkości obrotowej silnika oraz stopnia uchylenia przepustnicy Przejazd o najwyższym zużyciu paliwa jest zdecydowanie dynamiczny a punkty sterowania silnika rozmieszczone są w dużym obszarze przestrzeni sterowania Znamienne jest przy tym, że średnia prędkość przejazdu nr 8 jest zaledwie o 9 % niższa od prędkości przejazdu nr 4, natomiast zużycie paliwa jest niższe aż o 4 % Niższe jest również średnie przyśpieszenie wzdłużne (a x ) o 49 %, średnia prędkość obrotowa wału korbowego silnika (n s ) o 39 % oraz średnie uchylenie przepustnicy (α p ) o 6 % 5 WNIOSKI W szybkozmiennych warunkach ruchu (jazda miejska) eksploatacyjne zużycie paliwa istotnie uzależnione jest od techniki i taktyki prowadzenia samochodu i ze względu na zróżnicowane kwalifikacje kierowców może być słabo skorelowane z prędkością przejazdu Zastosowana metoda wartościowania (przeglądu zupełnego w sensie Pareto i programowania docelowego) o strukturze hierarchicznej umożliwia ocenę kwalifikacji kierującego na podstawie jego zdolności do uzyskiwania kompromisu pomiędzy prędkością przejazdu a zużyciem paliwa LITERATURA 1 HETMAŃCZYK Ireneusz, HEPNER Wacław: Opolska Samochodowa Jazda Ekologiczna Zielony Kierowca Edukacja poprzez rywalizację; II Ogólnopolska Konferencja Wychowanie Komunikacyjne 4, Opole - Jarnołtówek 4, str 3-33
Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" 137 HETMAŃCZYK Ireneusz, HEPNER Wacław: Wieloaspektowa ocena jakości ruchu samochodu Teka Komisji Naukowo-Problemowej Motoryzacji PAN 3, Zeszyt 6-7, str 139-146 3 HETMAŃCZYK Ireneusz, HEPNER Wacław: Parametry kinematyczne i energetyczne ruchu samochodu a ocena cykli jezdnych Materiały konferencyjne Seminarium Naukowego "Układ silnik-samochód jako obiekt energetyczny", Opole, str 33-47 4 PESCHEL Manfred, RIEDEL Claus: Polioptymalizacja Metody podejmowania decyzji kompromisowych w zagadnieniach inżynieryjno-technicznych WNT Warszawa 1979 5 SIŁKA Wojciech: Teoria ruchu samochodu WNT, Warszawa 6 SŁOWIŃSKI Roman: Metody wielokryterialnego programowania liniowego próba syntezy XXI Sympozjon Modelowanie w mechanice Zbiór referatów Nr 47, Gliwice 198 Opponent: Prof Ing Jan SKŁADZIEŃ, DrSc, Politechnika Śląska - Instytut Techniki Cieplnej 44-1 Gliwice, ul Konarskiego POLSKA tel +48 3 3795, +48 3 3787 skladzie@itcpolslpl and jola@poopolepl WYNIKI Opolska Samochodowa Jazda Ekologiczna ZIELONY KIEROWCA Polonez GLi 16 Opole 1954r 1 1 9 - numery przejazdów VII 4 18 13 Zużycie paliwa Q, l/1km 1 8 19 VIII 1 7 9 7 8 4 14 15 16 6 3 5 8 17 1 1 9 1 6 5 3 II Pareto I 11 Punkt docelowy K I 6 Rys 1 4 5 6 Prędkość V śr, km/h Wyniki prób drogowych (obszar celu zadania)
138 Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" Tabela 1 Zestawienie wyników Nr Prędkość km/h Zużycie paliwa, l/1km Pareto Funkcja dystansowa Kolejność 6 5148 7 I 165 1 5 4968 69 I 1496 8 4356 65 I 484 3 11 5796 88 I 68 4 1 511 73 II 86 5 9 4968 7 II 119 6 7 43 67 II 15 7 3 547 11 II 3347 8 486 75 III 98 9 17 468 7 III 175 1 13 5364 17 III 387 11 1 4788 77 IV 56 1 15 448 77 IV 1156 13 6 43 77 IV 1353 14 3 41 74 IV 15 15 Rys Konfiguracja trasy 1 4968 91 IV 1958 16 16 468 78 V 378 17 486 9 V 1618 18 Tabela Współrzędne punktów docelowych 14 468 77 V 163 19 Pareto V max, Q min, Q max, 8 45 84 VI 73 km/h l/1km l/1km 19 3996 81 VI 1716 1 I 5796 65 88 18 484 18 VI 516 II 547 67 11 4 45 94 VII 944 3 III 5364 7 17 9 43 88 VII 99 4 IV 4968 74 91 484 88 VII 16 5 V 486 77 9 1 468 86 VII 154 6 VI 484 81 18 4 4788 113 VII 376 7 VII 4788 86 113 5 484 96 VIII 49 8 VIII 484 94 964 7 414 94 VIII 336 9 Rys 3 Samochód testowy
Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" 139 8 przejazd 4 przejazd 8 Prędkość V, km/h/s 6 4 5 4 6 8 Prdkość obrotowa n s, obr/min 4 3 1 1 4 6 8 Uchylenie przepustnicy α p, % 8 6 4 4 6 8 Droga L, m Rys 4 Profile przejazdów o najniższym (nr 8) i najwyższym (nr 4) zużyciu paliwa Przejazd 8: V = 1,1m / s, a x =,47 m / s, n s = 14 obr / min, α p = 17 % Przejazd 4: V = 13,3 m / s, a x =,9 m / s, n s = 8 obr / min, α p = 4%
14 Proceedings of the Conference "Modern Safety Technologies in Transportation - MOSATT 5" a) 1 9 Uchylenie przepustnicy, % 8 7 6 5 4 3 1 14 1 1 8 6 4 1 5 1 1 15 5 3 35 4 45 5 55 Prędkość obrotowa n, obr/min b) 1 9 Uchylenie przepustnicy, % 8 7 6 5 4 3 1 7 6 5 4 3 1 5 5 Rys 5 1 15 5 3 35 4 45 5 55 Prędkość obrotowa n, obr/min Mapy gęstości czasowej punktów sterowania silnika na tle izolinii sprawności ogólnej dla: przejazdu 8 (a), przejazdu 4 (b)