6.5.1 Wyodrębnienie sygnałów dla specyficznych fragmentów jazdy podczas eksploatacji autobusu
Podczas badań drogowych dane rejestrowano w sposób ciągły dla dłuższych fragmentów poczynając od ruszenia z przystanku do przejazdu do kolejnego przystanku lub do zapełnienia bufora danych aparatury rejestrującej.
0 500 1000 1500 2000 2500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
przejechana odległość [m]
kolejny plik (ustawione wg rosnącej przejechanej odległości)
0 100 200 300 400 500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
czas rejestracji [s]
kolejny plik (ustawione wg rosnącego czasu rejestracji)
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
średnia prędkość [km/h]
kolejny plik (ustawione wg rosnącej prędkości średniej)
średnia - 856 m
średnia - 171 s
średnia - 20 km/h
W symulacji założono budowanie profilu zmienności prędkości i momentu na podstawie doboru fragmentów jazdy – rozpędzania, jazdy i zwalniania. Z tego powodu dane zebrane podczas badań drogowych w celu wykorzystania w symulacji podzielono na fragmenty związane z tymi trzema fazami jazdy:
1. rozpędzanie – faza ruszania z przystanku, przyspieszenie do prędkości podróżnej, 2. jazda – faza od zakończenia ruszania do rozpoczęcia zwalniania do zatrzymania na
kolejnym przystanku,
3. zwalnianie – faza zwalniania do zatrzymania autobusu poprzedzająca bezpośrednio zatrzymanie autobusu.
W celu realizacji tego podziału przygotowano procedurę do półautomatycznego wycinania fragmentów plików i zapisu danych w nowym pliku o nazwie „wycinanie_fragmentów.m”. Dane są zapisywane w trzech plikach o nazwach „rozpędzanie”, „jazda” i „zwalnianie” z dwuczęściową numeracją odnoszącą się do plików źródłowych oraz nadającą numer kolejnemu wyodrębnionemu segmentowi.
Struktura działań realizowanych w tej procedurze jest następująca:
1. wczytanie pliku danych (manualny wybór pliku),
2. automatyczna detekcja kroku próbkowania wykorzystanego w badaniach,
3. ewentualna wtórne próbkowanie w celu dostosowania kroku próbkowania do wartości 0,2 s – wykorzystano próbkowanie co 50 próbki funkcją „downsample”, 4. wyodrębnienie z macierzy danych wektorów: czas, droga, v_x, obrotyP,
obrotyL, obroty_mean, moment,
5. obliczenie parametrów statystycznych danych dla całego pliku danych:
• przejechanego dystansu,
• czasu przejazdu w wyodrębnionym fragmencie,
• maksymalnej prędkości,
• minimalnej prędkości,
6. wycinania fragmentów realizowanego w pętli poprzez manualne wskazanie początku i końca wycinanego fragmentu (ilustracja na rys. 6.12 - kolorem czerwonym wybrany fragment dla rozpędzania) i automatyczne wycięcie wszystkich wektorów dla trzech faz jazdy:
• rozpędzania - dla odcinków które rejestrowane były dla faz jazdy związanych z ruszaniem z przystanku, ewentualnie ruszaniem realizowanym celowo symulującym ruszanie z przystanku,
• zwalniania - dla fragmentówi. dojeżdżania do przystanku,
• jazdy - dla pozostałych fragmentów jazdy,
7. zapis wyciętego fragmentu danych pod nową nazwą pliku odpowiadającą danej fazie jazdy.
Rys. 6.12. Okno wyboru fragmentu jazdy „rozpędzanie” podczas przetwarzania danych z wykorzystaniem procedury
„wycinanie_fragmentów.m”
6.5.2 Analiza zarejestrowanych danych
6.5.2.1 Analiza przebiegów momentu obrotowego oraz zmian prędkości wzdłużnej dla wyodrębnionych faz jazdy
Dla wszystkich wyciętych fragmentów danych wyznaczono parametry statystyczne istotne dla uporządkowania i skategoryzowania tych plików wg typów warunków eksploatacji.
Wyznaczono następujące parametry:
• czas trwania danego odcinka [s],
• przebyty w ramach tego odcinka dystans [m],
• prędkość minimalną dla odcinka [km/h],
• prędkość maksymalną dla odcinka [km/h],
• odchylenie standardowe prędkości [km/h],
• moment minimalny dla odcinka [Nm],
• moment maksymalny dla odcinka[Nm],
• odchylenie standardowe momentu dla odcinka [Nm],
• liczba próbek [-].
Dokonano także wyznaczenia liczności próbek w przedziałach klasowych szeregu rozdzielczego wartości momentu co 100 Nm w przedziale od -2500 Nm do 4500 Nm.
Dodatkowo dla każdego z fragmentów przypisano dodatkowo atrybuty wynikające z opisu plików zrealizowanego podczas realizacji badań, a odnoszącego się do aktualnego obciążenia autobusu oraz nachylenia wzdłużnego drogi. Całość zestawienia i część obliczeń parametrów statystycznych zrealizowano w arkuszu kalkulacyjnym Excel - zamieszczonym w załączniku (arkusz: „jazda_rozpedzanie_zwalnianie_zestawienie.xlsx”).
40 50 60 70 80 90 100
-100 0 100 200 300 400
Czas [s]
zakres przyspieszania - aktualny zakres: T[242]=48.200 T[307]=61.200 predkosc x10 [km/h]
moment / 10 [Nm] - wybrany moment / 10 [Nm] - odrzucony
Dane o ilości próbek w poszczególnych szeregach rozdzielczych oraz podstawowe parametry statystyczne obliczono w procedurach opracowanych w skryptach programu Matlab i eksportowano do arkuszy Excela. Przygotowano trzy procedury:
• porownanie_rozpedzania.m,
• porownanie_jazdy.m,
• porownanie_zwalniania.m.
Każdy z procedur realizowała następujące zadania przetwarzania danych:
1. zdefiniowanie przedziałów klasowych dla szeregów rozdzielczych – granic oraz szerokości przedziałów klasowych – osobno dla fazy zwalniania (ujemne wartości momentu ) oraz fazy rozpędzania (dodatnie wartości momentu),
2. obliczenie liczby wystąpień próbek wartości momentu obrotowego o wartościach z danego przedziału klasowego – wykorzystano procedurę,
3. przeliczenie liczby wystąpień na wartości procentowe,
4. obliczenie wartości skumulowanych dla kolejnych przedziałów klasowych.
Na kolejnych rysunkach – 6.13 do 6.15 przedstawiono zbiorcze porównania dla wszystkich analizowanych plików 79 plików rozpędzania, 27 plików jazdy i 71 plików zwalniania. Ich analiza pozwala na stwierdzenie znaczenia poszczególnych faz dla statystycznego obrazu całościowego obciążenia eksploatacyjnego układu napędowego. Na rys. 6.13 przedstawiono przebiegi czasowe zmian prędkości autobusu oraz momentu napędowego na wale napędowym dla plików fazy rozpędzania. Widocznym jest, że najczęściej faza ta wygląda następująco:
- sekundy 0 do ok 2..3 - wiąże się z przyrostem momentu napędowego w ciągu ok. 2-3 s do wartości w przedziale 2500-2700 Nm
- sekundy 2-3 do ok 5-6 - utrzymywanie maksymalnej wartości momentu ok. 2-3 sekundy, przyrost prędkości do ok 10 km/h (5…15 km/h)
- sekundy 5-10 - spadek momentu napędowego do wartości ok. 2000 Nm przy rozpędzeniu autobusu do prędkości w przedziale od 10 do 30 km/h.
- sekundy 10 – 15 - albo utrzymanie wartości ok. 2000 Nm lub jej spadek do poziomu około 1500 Nm, rozpędzenie autobusu do prędkości w przedziale 20-40 km/h,
- sekundy 15 – 30 – spadek momentu do wartości 1100…1000 Nm (w tym skokowy przeskok przy zmianie przełożenia) – rozpędzanie autobusu do prędkości 30…50 km/h.
Analizując udział poszczególnych wartości momentu na tle takiego udziału uzyskanego w badaniach drogowych przez firmę ZF i Timiken dla całodziennego okresu eksploatacji (ich opis zamieszczono w rozdziale 8.3.2. Weryfikacja wyników symulacji) zauważalna jest wystąpienie niemal tylko dodatnich wartości momentów dla wyodrębnionych plików (co jest oczywiste, ze względu na wyodrębnienie fazy rozpędzania) jest znacząca nadreprezentacja w udziale momentów o wyższych wartościach w stosunku do całej eksploatacji.
Na rys. 6.14 zestawiono przebiegi zmian prędkości i momentu dla plików zwalniania. Ich przebieg i rozkład pozwala stwierdzić najczęstszą powtarzalność wartości momentu hamującego na poziomie od 0 do -1000 Nm z rzadszym występowaniem wartości około 1500…1800 Nm.
Czasy trwania procesu zwalniania dla wyższych prędkości (45…60 km/h) mieszczą się w przedziale od ok. 7 do 10 sekund, dla niższych (od ok. 10 do ok 35 km/h) mieszczą się od 3 do 6 sekund.
Analiza udziału procentowego poszczególnych wartości wskazuje na mniej skoncentrowany rozrzut wartości ujemnych dla fazy zwalniania niż dodatnich dla fazy przyspieszania – oznacza to, że proces zwalniania jest bardziej zróżnicowany. Jednak podobnie jak dla rozpędzania tutaj także charakterystyczna jest nadreprezentacja wartości charakterystycznych dla zwalniania.
Rys. 6.13. Wynik analizy fragmentów rozpędzania
Rys. 6.14. Wynik analizy fragmentów zwalniania
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Rys. 6.15 przedstawia zestawienie przebiegów dla plików zawierających fragmentów „jazdy”.
W przeciwieństwie do faz „rozpędzania” i „zwalniania”, faza ta nie ma wyraźnie zdefiniowanego przebiegu – zawiera ona w sobie również fazy zwalniania i rozpędzania związane z zatrzymaniami pomiędzy przystankami wynikające z kongestii, bądź organizacji ruchu. Dlatego niemożliwe jest tu wskazanie jakiegoś wzorca przebiegu momentu obrotowego. Można jedynie stwierdzić jego zmienność w szerokim przedziale - od -2500 Nm do prawie 4000 Nm. Charakterystyczne są stany zatrzymania z ustaloną wartością momentu około 130 Nm.
Rys. 6.15. Wynik analizy fragmentów jazdy
Dla tej fazy ruchu analiza udziałów poszczególnych wartości momentu dla różnych plików wskazuje na szeroki rozrzut dla poszczególnych próbek, jednak wokół przebiegu udziałów wynikającego z analizy obciążeń dla całodziennej
eksploatacji autobusu.