1.2. Условия эффективного управления автомобилем при движении по дорогам общего пользования

Рассмотрим задачу повышения эффективности управления автомобилем при движении в транспортном потоке более подробно. На рис. 1 приведен график изменения средней скорости сообщения V_с легкового автомобиля с конструктивной скоростью 160 км/ч в зависимости от максимальной скорости V_max, до которой при наличии возможности разгоняется автомобиль на двухполосной дороге при различных уровнях удобства движения в транспортном потоке [4].

Уровень удобства движения определяется тем, насколько свободно водитель может выбирать скорость. Различают шесть уровней удобства движения: A - свободный транспортный поток, водитель может свободно выбирать скорость, практически все обгоны можно выполнять с хода, средняя дистанция между автомобилями - 20 с. и более;

B - частично связанный транспортный поток, водитель ограничен в выборе скорости, но может выбрать скорость, которая позволяет двигаться продолжительное время, не меняя ее, значительная часть обгонов выполняется с ожиданием, средняя дистанция - от 20 до 10 с.; C - связанный стационарный транспортный поток, водитель вынужден двигаться со скоростью транспортного потока, которая является достаточно стабильной, обгоны возможны только после длительного ожидания, - средняя дистанция от 10 до 6 с.; D - связанный нестационарный транспортный поток, движение возможно только со скоростью транспортного потока, которая является нестабильной, обгоны возможны только с нарушением ПДД, средняя дистанция - от 6 до 4 с.; E - насыщенный транспортный поток, движение возможно только со скоростью транспортного потока, которая систематически изменяется, обгоны возможны только с грубым нарушением ПДД, - средняя дистанция от 4 до 2 с; F - неустойчивый транспортный поток, маневрирование в потоке невозможно, скорость потока периодически снижается до нуля, и возможны заторы.

Рис. 1 - Зависимость средней скорости сообщения V_с от максимальной скорости на участках свободного движения V_max при движении легкового автомобиля с конструктивной скоростью 160 км/ч по двухполосной дороге при различных уровнях удобства движения:

A - свободный транспортный поток; B - частично связанный транспортный поток; C - связанный стационарный транспортный поток; D - связанный нестационарный транспортный поток; E - насыщенный транспортный поток; F - неустойчивый транспортный поток

Приведенное описание уровней удобства движения в транспортном потоке относится к движению по шоссе, когда на большом протяжении пути отсутствуют равнозначные и регулируемые перекрестки. В городе возникновение свободного транспортного потока невозможно, поскольку даже одиночный автомобиль должен останавливаться на запрещающий сигнал светофора, пропускать транспорт, движущийся по главной дороге, пешеходов на переходе типа зебра.

Как можно видеть из графика на рис. 1, чем ниже уровень удобства движения, тем медленнее увеличивается скорость сообщения V_с при повышении максимальной скорости V_max. После увеличения максимальной скорости до определенной величины, скорость сообщения перестает расти. И чем ниже уровень удобства движения, тем меньше эта максимальная скорость.

Если при движении в транспортном потоке с уровнем удобства ниже свободного, водитель пытается повысить среднюю скорость сообщения V_с, увеличение максимальной скорости на участках свободного движения и последующие торможения, вызываемые необходимостью ожидать очередную возможность обгона, приводит к повышению расхода топлива.

Расход топлива будет так же увеличиваться, если водитель будет разгоняться до постоянной максимальной скорости при снижении уровня удобства движения. Это означает, что при снижении уровня удобства движения в транспортном потоке необходимо уменьшать максимальную скорость автомобиля на участках свободного движения.

Комплексным показателем эффективности управления автомобилем является отношение скорости сообщения V_с к расходу топлива q_s. Этот показатель называется коэффициентом преобразования топлива в скорость k_qv:

k_qv = V_с / q_s, 100 км²/ч*л (1)

Физический смысл k_qv следующий: его величина равна скорости сообщения, которую создает один литр топлива, израсходованный на 100 км пути. Его значение сначала увеличивается (скорость растет быстрее, чем расход топлива), а затем начинает уменьшаться (скорость растет медленнее, чем расход топлива).

Максимальному значению k_qv при движении на высшей передаче с постоянной скоростью соответствует эффективная скорость V_э. Для легковых автомобилей ее величина изменяется в диапазоне от 100 до 120 км/ч в зависимости от топливно-скоростных свойств автомобиля. Для грузовых автомобилей величина V_э изменяется в диапазоне от 70 до 90 км/ч. При переходе на низшие передачи во время движения с постоянной скоростью k_qv уменьшается обратно пропорционально увеличению передаточного отношения.

При движении с переменной скоростью k_qv уменьшается по отношению к его величине при постоянной скорости тем больше, чем выше неравномерность движения автомобиля.

На основании изложенного можно сформулировать модель поведения водителя в транспортном потоке, реализация которой приводит к повышению эффективности управления автомобилем: в свободном транспортном потоке максимальная скорость не должна превышать V_э; при снижении уровня удобства движения для замедления процесса уменьшения k_qv необходимо ограничивать максимальную скорость на участках свободного движения тем больше, чем ниже уровень удобства движения. Для каждого уровня удобства движения и для каждой категории транспортных средств существуют оптимальные максимальные скорости, обеспечивающие движение с оптимальной скоростью сообщения V_с.опт, которая равна наиболее вероятной скорости транспортного потока (при наличии в потоке ТС различных категорий - наиболее вероятной скорости движения ТС своей категории). На рис. 1 значения максимальных скоростей, обеспечивающих движение с оптимальными скоростями сообщения V_с.опт, в транспортных потоках с уровнями удобства движения B, C, D, E, F, обозначены: V_B, V_C, V_D, V_E, V_F. При этом скорость сообщения уменьшается незначительно (по сравнению со скоростью, достигаемой при реализации модели поведения гонщика) и тем меньше, чем ниже уровень удобства движения. Из изложенного следует:

- мастерство водителя при движении в транспортном потоке определяется его умением ограничивать максимальную скорость до такого значения, при котором скорость сообщения будет оптимальной V_с.опт, равной наиболее вероятной скорости транспортного потока;

- повышение эффективности управления автомобилем (увеличение коэффициента преобразования топлива в скорость k_qv) возможно только за счет снижения расхода топлива. Поэтому попытки водителя повысить скорость сообщения относительно ее оптимального значения, путем реализации модели поведения гонщика, говорят о его низкой квалификации.

Чтобы эффективно управлять автомобилем водителю, необходимо знать, как он должен двигаться к этой цели - знать и уметь применять модель оптимального поведения в транспортном потоке, приведенную ниже.

Модель оптимального поведения водителя в транспортном потоке

- разгон при встраивании в транспортный поток и его пересечении, обгоне автомобилей - с необходимой для обеспечения безопасности интенсивностью;

- крейсерская скорость - по возможности равномерное движение со скоростью транспортного потока;

- максимальная скорость в свободном транспортном потоке - эффективная скорость V_э, но не больше разрешенной скорости плюс 10 км/ч.

- ограничение максимальной скорости на участках свободного движения по сравнению с разрешенной при снижении уровня удобства движения;

- плавное снижение скорости путем применения наката и торможения двигателем;

- дистанция - не менее 3...4 с, когда лидер ТС той же категории, 4...5 с, когда лидер ТС более низкой категории.

- обгон - только тихоходных автомобилей, "выпадающих" из транспортного потока;

- смена полосы только при необходимости совершить поворот, опередить "тихоходный" автомобиль.

Экономичный алгоритм управления автомобилем задает при разгоне положение педали скорости и частоту вращения коленчатого вала в момент перехода на высшие передачи; задает передачу при установившемся движении в зависимости от скорости [4], [5]. Для каждой модели автомобиля имеется свой экономичный алгоритм управления.

Чтобы добиваться максимальной эффективности управления автомобилем, водителю необходима информация обратной связи, о том, насколько успешно он решает задачу. Такой информацией являются:

- скорость сообщения V_с;

- путевой расход топлива в сравнении с нормативным его значением.