Warunki realizacji pomiarów

Rys. 4.3. Schemat działania przyrządu AVL MSS 483 [4]

4.3. Warunki realizacji pomiarów

Badania emisji jednostkowej zanieczyszczeń wykonywane w warunkach drogowych umożliwiają wyznaczenie faktycznych wskaźników ekologicznych i ekonomicznych pojazdów. W procesie opracowywania metodyki pomiarów bardzo istotny jest dobór tras badawczych. Prawidłowe ich zaplanowanie umożliwia wykonanie analiz i obliczeń stanowiących rzetelną bazę informacji o dynamice ruchu, są przydatne do projektowania całych pojazdów, napędów konwencjonalnych i hybrydowych. Mogą być również wykorzystywane podczas prac związanych z planowaniem linii komunikacyjnych przez przewoźników itp. W ruchu miejskim na warunki eksploatacji ma wpływ wiele czynników (m.in. kongestie, organizacja ruchu, sygnalizacja świetlna), w związku z tym charakteryzuje się on dużą różnorodnością oraz przypadkowością.

Podjęty w dysertacji problem oceny wpływu warunków pracy autobusów i ich układów napędowych na wskaźniki ekologiczne wymaga realizacji prac w testach badawczych, które zapewnią możliwość porównywania otrzymanych wyników, a także, w jak najwierniejszy sposób odzwierciedlą rzeczywistą eksploatację rozpatrywanej grupy pojazdów komunikacji zbiorowej.

Kondycjonowana próbka gazów

Modulowane światło laserowe

Wzmocnienie

i rejestracja sygnału Czuły mikrofon Naświetlona próbka gazów

a)

b)

c)

Rys. 4.4. Widok mobilnej aparatury PEMS podczas badań drogowych autobusu: a) AVL MSS 483, b) SEMTECH DS, c) masowy

przepływomierz gazów wylotowych

44 Ze względu na rozwój możliwości aparatury pomiarowej, coraz częściej wykonywane są badania pojazdów w warunkach drogowych. W celu uzyskania ich powtarzalności, opracowano procedury pomiarowe w postaci standaryzowanych testów, służących m.in. ocenie emisyjności lub energochłonności (np. przez wyznaczenie przebiegowego zużycia paliwa). W rzeczywistej eksploatacji realizowany profil prędkości zależy m.in. od otoczenia, infrastruktury drogowej, obecności innych użytkowników. Charakteryzuje się on nieregularnością i obejmuje odcinki jazdy ze stałą prędkością, rozpędzanie, hamowanie oraz postój. Wymienione fazy różnią się miedzy sobą czasem trwania, zakresem oraz intensywnością. Zgodnie z wytycznymi zawartymi w pracy [91] zapis ruchu pojazdu określony testem jezdnym może być przedstawiony w formie zmian prędkość V = f(t), mocy Ne = f(t) lub momentu obrotowego M_o = f(t) w czasie. Tylko pierwsza z wymienionych funkcji może być uniwersalna, natomiast pozostałe odnoszą się do konkretnych konstrukcji pojazdów.

Przebiegi prędkości w funkcji czasu można podzielić na [80, 91]:

 test statystyczny ruchu pojazdu – wyznaczony statystycznie i odzwierciedlający warunki eksploatacji w danej aglomeracji,

 test rzeczywisty ruchu pojazdu – określony dla konkretnej trasy komunikacyjnej (pojazd na niej jest eksploatowany cyklicznie),

 test prosty ruchu pojazdu – obejmuje ruch przyspieszony, ustalony i opóźniony (wartości bezwzględne przyspieszenia i opóźnienia są równe),

 test reprezentatywny ruchu pojazdu – cykl prosty, którego charakterystyka określana jest przez uproszczenie profilu uzyskanego w rzeczywistych warunkach eksploatacji.

Znormalizowanych testów jezdnych, które można wykonywać zarówno w warunkach drogowych (np. na płycie lotniska) lub hamowniach podwoziowych jest kilkaset [7, 63, 88]. Reprezentują one bardzo różne warunki eksploatacji: na całych kontynentach, w krajach, regionach, jak również w pojedynczych aglomeracjach miejskich. Ponadto są one przygotowywane dla konkretnych grup i rodzajów pojazdów (np. samochodów osobowych, pojazdów ciężkich, motorowerów, motocykli itd.).

Definiuje się je parametrami, z których najważniejsze to: maksymalna i średnia prędkość, przyspieszenie dodatnie oraz ujemne, udział czasu pracy na biegu jałowym, a także pełen rozkład profilu jazdy. W Polsce opracowano takie cykle, jak np.:

Katowicki, Warszawski, czy też Wrocławski [91]. Podczas opracowywania metodyki badań przyjęto, że wykonane zostaną pomiary emisji zanieczyszczeń autobusów miejskich w złożonych trapezowych testach znormalizowanych SORT zdefiniowanych przez UITP (Union Internationale des Transports Publics – Międzynarodową Organizację Transportu Publicznego) [84, 85].

Znormalizowane testy SORT opracowano w celu zapewnienia powtarzalności i porównywalności badań autobusów miejskich. W założeniu służą one ocenie przebiegowego zużycia paliwa, jednak jako rozszerzenie prac w ramach dysertacji, przeprowadzono również analizy dotyczące jednostkowej oraz drogowej emisji zanieczyszczeń. W procesie ich tworzenia brało udział wiele czołowych ośrodków, a także podmiotów z branży transportu publicznego, instytucji badawczo-naukowych, producentów pojazdów, jak również wybrane przedsiębiorstwa komunikacyjne.

45 Wyróżnione zostały trzy znormalizowane testy odzwierciedlające następujące warunki eksploatacji w Europie:

 SORT 1 (Heavy Urban) – centra dużych aglomeracji miejskich,

 SORT 2 (Easy Urban) – typowe warunki miejskie,

 SORT 3 (Easy Suburban) – przedmieścia i warunki pozmiejskie.

Testy składają się z przebiegów prędkości, w których występują po trzy profile podstawowe (rys. 4.5). W każdej z nich pojawia się rozpędzanie (1–2), jazda ze stałą prędkością (2–3), zwalnianie (3–4) oraz postój (4–5), gdzie uwzględniono warunki związane z obsługą przystanków oraz zatrzymywaniem się na światłach. Każdy test został szczegółowo scharakteryzowany, co przedstawiano w tab. 4.4 oraz na rys. 4.6.

Podczas realizacji pomiarów uwzględniono wytyczne zawarte w [85] dotyczące realizacji przejazdów. Prostoliniowy odcinek badawczy umożliwiał wykonanie pełnych cykli jezdnych, a jego maksymalne nachylenia nie przekraczały 1,5%. Nawierzchnia była sucha i dobrej jakości, a testy wykonywano naprzemiennie w obydwu kierunkach, co pozwoliło wyeliminować ewentualny negatywny wpływ warunków atmosferycznych

Rys. 4.5. Struktura znormalizowanego testu jezdnego SORT [84]

Tab. 4.4. Parametry znormalizowanych testów jezdnych SORT [47]

Parametr Test

SORT 1 SORT 2 SORT 3 Prędkość średnia [m/s]/[km/h] 3,5/12,6 5,17/18,6 7,31/26,3

Udział postoju w teście [%] 39,7 33,4 20,1

Prędkość stała w profilu 1 [m/s]/[km/h]/[m] 5,6/20/100 5,6/20/100 8,3/30/200 Przyspieszenie w profilu 1 [m/s²] 1,03 1,03 0,77 Prędkość stała w profilu 2 [m/s]/[km/h]/[m] 8,3/30/200 11,1/40/220 13,9/50/600 Przyspieszenie w profilu 2 [m/s²] 0,77 0,62 0,57 Prędkość stała w profilu 3 [m/s]/[km/h]/[m] 11,1/40/220 13,9/50/600 16,7/60/650 Przyspieszenie w profilu 3 [m/s²] 0,62 0,57 0,46 Czas postoju po każdym profilu [s] 20/20/20 20/20/20 20/10/10

Droga pokonywana w teście [m] 520 920 1450

Opóźnienie w profilach prędkości do [m/s²] 0,8 0,8 0,8

46 lub topografii terenu. Pomiary prowadzono w temperaturach otoczenia mieszczących się w przedziale 0‒30°C, przy wilgotności względnej do 95% i prędkości wiatru nie przekraczającej 3 m/s (możliwe jest występowanie porywów chwilowych do 8 m/s).

Rys. 4.6. Profile prędkości znormalizowanych testów jezdnych SORT [84]

W celu wykonania dokładnej oceny wpływu parametrów ruchu autobusów miejskich na ekologiczne wskaźniki pracy, w badaniach opracowano i wykorzystano pięć tras pomiarowych (rys. 4.7). W ich strukturze konieczne było uwzględnienie różnych warunków eksploatacji. Na podstawie prędkości średnich i charakteru testów jezdnych

a) b)

Rys. 4.7. Przebieg tras wykorzystanych podczas pomiarów w rzeczywistych warunkach eksploatacji:

a) ▬ trasa badawcza nr 1, ▬ trasa badawcza nr 2, ▬ trasa badawcza nr 3, ▬ linia miejska; b) trasa badawcza nr 4 (wykonano z wykorzystaniem oprogramowania GPS Visualizer [101])

47 SORT dobrano trasy badawcze nr 1, 2 i 3, które kolejno obejmowały warunki ścisłego centrum miasta, typowe warunki miejskie oraz pozamiejskie. Ich długości wynosiły odpowiednio: 6,28 km, 5,36 km, a także 5,02 km. Ponadto przeprowadzono badania na linii miejskiej, obsługiwanej przez lokalnego operatora komunikacyjnego, klasyfikowanej jako jedna z bardziej obciążanych w aspekcie długości i liczby przewożonych pasażerów. Całkowity jej dystans wynosił 11,2 km i obejmował dwadzieścia siedem przystanków wraz z pętlami. Przejazd rozpoczynał się w północnej części miasta (os. Sobieskiego) i wiódł arteriami o różnym natężeniu ruchu do ścisłego centrum Poznania (Plac Bernardyński).

Jako uzupełnienie prac przeprowadzono badania na trasie badawczej nr 4, gdzie dokonano oceny emisji zanieczyszczeń w aspekcie Rozporządzenia UE 582/2011.

Opracowana trasa przejazdu uwzględniała warunki pozamiejskie, obejmujące ścisłe centrum aglomeracji, a także drogi o ograniczeniach prędkości powyżej 50 km/h.

Rozpoczynała się ona w Bolechowie, prowadziła do centrum Poznania i kończyła się w jego północnej części (os. Sobieskiego) – całkowity dystans stanowił 72,4 km.

Wszystkie zaproponowane trasy cechują się różnymi długościami, natężeniem ruchu, kongestiami itp. Największa różnica wysokości względnej wyniosła 54 m, natomiast maksymalne nachylenie nie przekraczało 5,2%. Wymienione czynniki miały bezpośredni wpływ na wartości prędkości chwilowej i średniej, przyspieszenia oraz czas postoju badanych pojazdów.