Дослідження впливу складності маршруту на ефективність вантажних перевезень

Лихач, Ярослав Ярославович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8456
Title:	Дослідження впливу складності маршруту на ефективність вантажних перевезень
Authors:	Костьян, Наталія Леонідівна Лихач, Ярослав Ярославович
Issue Date:	2024
Abstract:	Об’єкт дослідження − оцінювання ефективності вантажних перевезень з урахуванням суттєвих характеристик дороги на складних маршрутах. Предмет дослідження − параметри дороги на заданий маршруті та способи підвищення ефективності вантажних перевезень. Мета роботи – підвищення ефективності вантажних перевезень на складних маршрутах за критеріями паливної економічності та екологічності. Методи дослідження – методи системного аналізу; емпіричні методи дослідження: спостереження та експеримент; методи математичного моделювання, методи статистичного аналізу, зокрема методи регресійного аналізу. Представлено обґрунтування актуальності та перспективності дослідження ефективності вантажних транспортних засобів на складних маршрутах. Виконано аналіз останніх досліджень в сфері підвищення експлуатаційної ефективності вантажних перевезень. Визначено суттєві параметри дороги, які визначають складність маршруту та їх вплив на ефективність вантажних перевезень на маршруті за критеріями паливної економічності та екологічності. Виконано дослідження міжнародного маршруту вантажних перевезень. Визначено вплив дорожнього опору на витрату палива на маршруті вантажних перевезень. Проведено експериментальне оцінювання ефективності перевезень з врахуванням опору коченню шин інкапсульованих коліс вантажних транспортних засобів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8456
Appears in Collections:	275 Транспортні технології (Транспортні технології (на автомобільному транспорті))
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Лихач Я.Я..pdf Restricted Access		3.13 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
1 
Міністерство освіти і науки України 
 
Черкаський державний університет (ЧДТУ) 
 
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92 
 
 
 
                                        ЗАТВЕРДЖУЮ 
                                                                          зав. кафедри автомобілів та                 
                                                                          технології їх експлуатації, доцент     
                                                                          ______________ Л. А. Тарандушка 
                                                                          «___» __________________20__ р. 
 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
 
 
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СКЛАДНОСТІ МАРШРУТУ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ 
ВАНТАЖНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ 
 
 
 
 
 
 
  
 
Керівник роботи: 
доцент кафедри АТЕ                               _______________           Н.Л. Костьян 
                  (посада)                                                                                                     (підпис)                     (Ініціали, прізвище) 
  
 
Виконавець: 
студент 2 курсу, гр. мТТ-30______________ 
спеціальності 275 – Транспортні                      
технології (на автомобільному 
транспорті)        _______________        Я.Я. Лихач 
                                                                                                                         (підпис)                     (Ініціали, прізвище) 
  
 
 
 
2024  
2 
РЕФЕРАТ 
 
Кваліфікаційна робота магістра: 61 с., 3 ч., 7 табл., 24 рис., 30 джерел. 
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ СКЛАДНОСТІ МАРШРУТУ НА 
ЕФЕКТИВНІСТЬ ВАНТАЖНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ. 
Об’єкт дослідження − оцінювання ефективності вантажних перевезень з 
урахуванням суттєвих характеристик дороги на складних маршрутах. 
Предмет дослідження − параметри дороги на заданий маршруті та 
способи підвищення ефективності вантажних перевезень. 
Мета роботи – підвищення ефективності вантажних перевезень на 
складних маршрутах за критеріями паливної економічності та екологічності. 
Методи дослідження – методи системного аналізу; емпіричні методи 
дослідження: спостереження та експеримент; методи математичного 
моделювання, методи статистичного аналізу, зокрема методи регресійного 
аналізу. 
Представлено обґрунтування актуальності та перспективності 
дослідження ефективності вантажних транспортних засобів на складних 
маршрутах. Виконано аналіз останніх досліджень в сфері підвищення 
експлуатаційної ефективності вантажних перевезень. Визначено суттєві 
параметри дороги, які визначають складність маршруту та їх вплив на 
ефективність вантажних перевезень на маршруті за критеріями паливної 
економічності та екологічності. 
Виконано дослідження міжнародного маршруту вантажних перевезень. 
Визначено вплив дорожнього опору на витрату палива на маршруті вантажних 
перевезень. 
Проведено експериментальне оцінювання ефективності перевезень з 
врахуванням опору коченню шин інкапсульованих коліс вантажних 
транспортних засобів. 
  
3 
ЗМІСТ 
 
Вступ ........................................................................................................................4 
Розділ 1 Дослідження основних характеристик складних маршрутів 
вантажних перевезень ............................................................................................8 
1.1 Обґрунтування актуальності дослідження ефективності вантажних 
транспортних засобів на складних маршрутах ......................................8 
1.2 Аналіз стану та перспектив останніх досліджень щодо впливу 
складності маршруту на ефективність експлуатації транспорту …..10 
1.3 Аналіз впливу параметрів складного маршруту на витрату палива .20 
1.4 Висновки до розділу 1 ...........................................................................29 
Розділ 2 Дослідження ефективності вантажних транспортних засобів на 
міжнародному маршруті зі складними дорожніми та погодними умовами ….30 
2.1 Характеристика досліджуваного маршруту вантажних перевезень 
та результати моніторингу із використанням телематичної системи 
…………………………………………………………………………...30 
2.2 Оцінювання експлуатаційних показників та  ефективності 
вантажних перевезень за маршрутом ..…......….....….....….....…........39 
2.3 Висновки до розділу 2 ….................................................................42 
Розділ 3 Експериментальні дослідження можливості підвищення 
ефективності вантажних транспортних засобів ................................................43 
3.1 Способи зменшення опору коченню шин вантажних автомобілів 
…..………………….................................................................................43 
3.2 Дослідження впливу інкапсуляції коліс на опір коченню шин 
вантажних транспортних засобів …………………………….......…...44 
3.2.1 Опис експериментальної установки……………….......…....45 
3.3.2 Аналіз результатів проведення експерименту….......….......50 
3.3 Висновки до розділу 3 ...…………………………………………..54 
Висновки ……………………………………...……………...…………..….......56 
Перелік джерел посилання ……………………………………………….….....58  
4 
ВСТУП 
 
На етапі початку ринкових відносин виникає потреба у прискореному 
розвитку галузі транспорту, яка забезпечує надійне транспортування 
матеріальних ресурсів та готових товарів. 
У разі конкурентної боротьби рівень попиту на транспортні послуги 
визначається якістю обслуговування, оскільки його підвищення дозволяє 
підвищити ефективність виробництва та торгівлі та, відповідно, доходи 
колективів підприємств, що користуються такими послугами. 
У процесі здійснення зовнішньоекономічної діяльності підприємства 
виникає необхідність у виконанні складного та специфічного комплексу 
транспортних операцій, пов’язаних із переміщенням величезних мас різних 
вантажів на значні відстані зі сфери виробництва у сферу споживання. 
У сучасних реаліях транспортна система грає найважливішу роль. Не 
можливо уявити світ без існування транспорту, оскільки він забезпечує 
взаємозв’язок між різними галузями, підприємствами, організаціями, 
складами, не лише в Україні, а й за її межами. 
В Україні є 21,9 тис. км залізниць, 169,4 тис. км автомобільних доріг, 
майже 2,2 тис. км внутрішніх водних шляхів, 18 морських та 10 річкових 
портів, 36 аеропортів. Як видно з наведених даних, можливості для 
функціонування розвиненої транспортної інфраструктури в Україні є 
колосальними. Вантажні перевезення всіма видами транспорту забезпечать 
наповнення державного бюджету, та розширення ринкової ніші. 
Співробітництво з іноземними фірмами сприятиме підвищенню репутації 
українських транспортних підприємств на міжнародному ринку. Проте 
численні перешкоди як на національному, так і місцевому рівні знижують 
можливості розвитку транспортної системи загалом. 
Основними недоліками є: 
– технічно та морально застаріла техніка, оскільки фінансування 
транспортної галузі знаходиться на рівні 20-25% від необхідного обсягу, що 
5 
негативно впливає на розвиток транспортної інфраструктури та модернізацію 
рухомого складу, обмежує впровадження нових технологій та підвищення 
якості перевезень; 
– недосконала законодавча база регулювання діяльності з вантажних 
перевезень; 
– невідповідність транспортних засобів сучасним умовам, зокрема через 
високе моральне і фізичне зношування транспортних засобів, що істотно 
негативно впливає на навколишнє середовище. Так, викиди шкідливих 
речовин, у атмосферу автомобільним транспортом становлять 95% викидів від 
пересувних джерел забруднення; 
– недосконала система організації міжнародних вантажоперевезень 
автомобільним транспортом, зокрема механізм перетину державного кордону, 
митного оформлення вантажів та одержання віз водіями транспортних засобів. 
З метою вирішення проблем у сфері транспорту 2010 році було 
розроблено Транспортну стратегію України на період до 2020 року. 
Передбачається, що реалізація цієї стратегії дозволить модернізувати 
транспортну систему та підвищити ефективність її функціонування; 
забезпечити своєчасну доставку вантажів; удосконалити систему керування 
транспортною галуззю; скоротити обсяги викидів шкідливих речовин у 
повітря на 30%; зменшити енергоємність транспорту на 15-20%; прискорити 
темпи інтеграції вітчизняної транспортної системи до європейської та світової 
транспортних систем, максимально використовувати транзитний потенціал 
держави. 
Сьогодні здійснюються деякі кроки щодо реалізації цієї Стратегії, проте 
їх недостатньо для ефективного функціонування транспортної системи та 
ринку вантажоперевезень в Україні. 
Дослідження показало, що в Україні є всі передумови розвитку 
вантажних перевезень, але є й численні проблеми. Визначення напрямків 
вирішення цих проблем та їх реалізація дозволить збільшити попит на 
вантажні перевезення як усередині України, так і за її межі, а також активізує 
6 
процес інтеграції транспортного комплексу України до міжнародних 
транспортних систем. 
Міжнародні перевезення є важливим видом зовнішньоекономічної 
діяльності. Насьогодні, обсяг міжнародних перевезень збільшується, а 
транспортні операції є досить складними. Таким чином, виникла потреба у 
створенні нових методів та технологій підвищення ефективності вантажних 
перевезень. Оцінювання ефективності автомобільних перевезень є об’єктом 
дослідження багатьох наукових робіт. Проте, до сих пір бракує достатньої 
кількості досліджень впливу складності маршруту на ефективність вантажних 
перевезень. 
Мета роботи – підвищення ефективності вантажних перевезень на 
складних маршрутах за критеріями паливної економічності та екологічності. 
Виходячи з мети дослідження необхідно вирішити наступні завдання: 
− представлено обґрунтування актуальності та перспективності 
дослідження ефективності вантажних перевезень на складних маршрутах; 
− виконати аналіз останніх досліджень в сфері підвищення 
ефективності вантажних перевезень; 
− визначити суттєві параметри дороги, які характеризують складність 
маршруту, та їх вплив на ефективність вантажних перевезень на маршруті за 
критеріями паливної економічності та екологічності; 
− провести дослідження заданого міжнародного маршруту вантажних 
перевезень; 
− визначити вплив дорожнього опору на витрату палива на 
досліджуваному маршруті вантажних перевезень; 
− проведено експериментальне оцінювання ефективності перевезень з 
врахуванням опору коченню шин інкапсульованих коліс вантажних 
транспортних засобів. 
Об’єктом дослідження є оцінювання ефективності вантажних перевезень 
з урахуванням суттєвих характеристик дороги на складних маршрутах. 
7 
Предметом дослідження є параметри дороги на заданий маршруті та 
способи підвищення ефективності вантажних перевезень. 
Для отримання та обробки даних використовувалися наступні наукові 
методи: методи системного аналізу; емпіричні методи дослідження: 
спостереження та експеримент; методи математичного моделювання, методи 
статистичного аналізу, зокрема методи регресійного аналізу. 
  
8 
РОЗДІЛ 1 ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
СКЛАДНИХ МАРШРУТІВ ВАНТАЖНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ 
 
1.1 Обґрунтування актуальності дослідження ефективності вантажних 
перевезень на складних маршрутах 
 
Підвищення ефективності експлуатації транспортних засобів (ТЗ) на 
заданому маршруті зазвичай реалізується через оптимізацію маршрутизації та 
планування парку транспортних засобів. Цими шляхами досягається зниження 
витрати палива та викидів забруднюючих речовин під час автомобільних 
перевезень. Одним із підходів до підвищення ефективності маршрутизації та 
планування є використання методів, які можуть вирішити проблему 
комівояжера з тимчасовими вікнами (TSPTW). Це являє собою тип проблеми 
маршрутизації, з якою щодня стикаються багато автомобільних перевізників, 
і включає пошук маршруту з мінімальною вартістю, що починається і 
повертається з одного і того населеного пункту. За методом TSPTW прийнято 
мінімізувати відстань поїздки транспортного засобу, але дослідження 
показали, що це, хоч і інтуїтивно зрозуміло, не обов’язково дає оптимальне 
рішення з погляду паливної ефективності. Причина в тому, що хоча витрата 
палива транспортного засобу під час поїздки залежить від відстані поїздки, на 
нього також впливають інші фактори, такі як шорсткість, ухил та кривизна 
дороги [1, 2], а також складні погодні умови [3]. Це говорить про те, що при 
розгляді складних маршрутів необхідно враховувати інші чинники. 
З точки зору екологічної ефективності викиди CO2 від автомобільного 
транспорту становлять важливу частину загальних викидів парникових газів і, 
отже, сприяють тривалій зміні клімату. Зусилля щодо скорочення цих викидів 
повинні враховувати всі фактори, що впливають на використання енергії 
дорожніми транспортними засобами, де використання інформації щодо 
впливу характеристик маршруту, зокрема параметрів дороги, на споживання 
палива, яке безпосередньо пов’язане з їхнім вуглецевим слідом. Окрім 
9 
«озеленення» транспортних технологій, покращення характеристик 
маршруту, пов’язаних зі споживанням палива, може сприяти загальному 
скороченню викидів CO2 в автомобільному транспорті. Це вимагає як 
глибокого розуміння цих взаємодій, так і впровадження результатів у поточну 
практику управління вантажними перевезеннями. 
Крім цього, врахування енергетичного аспекту під час планування нової 
дороги або вибору заходів з відновлення дорожнього покриття може принести 
користь з точки зору енергії. Врахування нових параметрів, яких бракує в 
існуючих моделях для розрахунку ефективності вантажних автомобілів, 
дослідження впливу опору коченню, наявності води, снігу чи льоду на 
поверхні дороги (оскільки це є реальністю протягом більшої частини року) на 
ефективність перевезень надають раціональне обґрунтування моменту 
реконструкції дороги, оскільки дефекти поверхні та інші параметри дороги 
можуть бути важливими для опору коченню. 
Аналіз чутливості з використанням наявної інформації [1] про мережу 
доріг Європи показує, що існує близька до лінійної залежність між відносними 
змінами аналізованих параметрів маршруту і зміною витрати палива. Загалом 
градієнти дороги (RF) мають найбільший вплив, за ними йдуть текстура 
(MPD) і горизонтальна кривизна (ADC). Значення цих параметрів тим більші, 
чим важчий транспортний засіб, отже, споживання палива для вантажівок із 
причепом найбільше чутливе до зазначених атрибутів маршруту. Величина 
зміни витрати палива також залежить від типу дороги. Найважливіший фактор 
залежить від змінних доріг і типів доріг. Швидкість через меншу шорсткість 
(вища швидкість), здається, надмірно компенсує зменшення споживання 
палива, що призводить до збільшення споживання палива для легкових і 
вантажних автомобілів. Такий же ефект швидкості присутній для глибини 
колії (RUT). Важливими факторами є також шорсткість та глибина колії, які 
впливають на швидкість і, таким чином, на витрати палива та викиди СО2. 
Оцінюючи характеристики дороги та вплив їх зміни, слід пам’ятати, що 
існує не лише вплив на опір руху, але й прямий вплив на моделі водіння, і 
10 
можна очікувати, що існує вплив на розподіл трафіку. Немає єдиної моделі, 
яка враховує всі відповідні аспекти та здатна виконати повний аналіз впливу 
використання палива та викидів транспорту внаслідок складності маршруту. 
Таким чином, необхідно використовувати кілька різних моделей, які описують 
різні аспекти, такі як трафік, схеми водіння, опір руху та їх вплив на 
споживання палива. Ідеальною ситуацією було б, якби всі ці типи моделей 
можна було б об’єднати в інтегрований пакет моделей. 
Це дуже складне завдання, яке потребує значних зусиль, оскільки моделі 
безпосередньо не сумісні одна з одною. Тому в рамках цієї кваліфікаційної 
роботи це реалізувати неможливо. Однак щодо оцінки передумов для заходів 
з метою підвищення ефективності на складних маршрутах вантажних 
перевезень дослідження впливу основних параметрів маршруту є достатнім та 
в майбутньому може бути використано як основа для розробки більш 
інтегрованих інструментів для оцінки зв’язку між характеристиками складних 
маршрутів та споживанням палива. 
 
1.2 Аналіз стану та перспектив останніх досліджень щодо впливу 
складності маршруту на ефективність перевезень 
 
Швецькими науковцями в межах проекту MIRAVEC [1] розглянуто 
існуючі інструменти моделювання і оцінка їх можливостей, а також три інші 
проекти, результати яких можуть бути використані як основа для розробки 
більш інтегрованих інструментів для оцінки зв'язку між характеристиками 
складного маршруту і ефективності експлуатації вантажного транспорту: 
IERD, ECRPD і MIRIAM. 
IERD − це абревіатура від «Інтеграція використання енергії в 
проектування доріг» (IERD 2002). Метою проекту було підтримати та 
заохотити інженерів-проектувальників доріг враховувати енергетичні 
наслідки під час проектування нових доріг з метою зменшення загального 
споживання енергії транспортними засобами. У проекті IERD були розроблені 
11 
методи для оцінки впливу складності рельєфу на ефективність експлуатації 
транспорту. Результатом проекту став програмний інструмент під назвою 
JOULESAVE, який інтегровано в Bentley MXROAD 
(www.bentley.com/enUS/Products/Bentley+MXROAD/). MXROAD − це 
інструмент моделювання, який дозволяє користувачеві створювати 
альтернативні типи доріг, а включення JOULESAVE мало на меті дозволити 
інженерам-проектувальникам доріг автоматично оцінювати енергетичні 
наслідки. У проекті IERD було розраховано ефективність транспорту за 
критерієм енергоспоживання протягом 20 років за допомогою програмного 
забезпечення для моделювання VETO. Оптимальний маршрут було визначено 
за допомогою матриці вибору маршруту. Пізніше проект було доповнено, щоб 
оцінити вплив використання енергії на процес вибору маршруту з 
врахуванням його складності. Окрім цього, були визначені сфери, де можна 
заощадити споживання енергії. Розрахунки використання енергії транспортом 
було проведено з врахуванням геометрії доріг, характеристик та стану 
дорожнього покриття, параметрів транспортного засобу, поведінки під час 
водіння та метеорологічних умов для різних альтернативних маршрутів 
окремих країн, які використовувалися в дослідженнях. Було визначено, що 
отриману статистику слід враховувати ще на етапі проектування доріг для 
оптимальних трас. Потенційна економія енергії за рахунок модифікації 
маршруту оцінюється в межах від 11% до 33%. Одним з аспектів проекту IERD 
було вивчення того, чи включення споживання енергії як фактору прийняття 
рішення в матрицю вибору маршруту вплинуло на вибір найкращого 
альтернативного маршруту. Це було вивчено шляхом аналізу низки 
конкретних маршрутів у країнах, які досліджувались. Одним із висновків 
проекту було те, що, з точки зору споживання енергії, варто вибрати проект 
маршруту, який призведе до більшого споживання енергії на стадії 
будівництва, якщо це призведе потім до меншої кількості спожитої енергії в 
процесі експлуатації транспорту. Причиною цього є те, що за 20-річного 
періоду аналізу споживання енергії транспортом було в середньому у 18 разів 
12 
вище, ніж під час будівництва. Це співвідношення буде тим більше, чим 
довший період аналізу. Таким чином, складність маршруту напряму впливає 
на ефективність транспорту за критерієм енерго-/паливної ефективності та 
відповідно на кількість викидів СО2.  
Проект ECRPD розроблено на основі проекту IERD (ECRPD 2010). В 
межах цього проекту було вирішено, що доцільним є включити енергетичні 
вимоги до до програмного пакету JOULESAVE. Тому основною метою 
проекту ECPRD була розробка моделей і методів мінімізації суми споживання 
енергії, в тому числі енергії дорожнього руху. Результатом дослідження став 
JOULESAVE2. В ECRPD модель VETO використовувалася для розрахунку 
енергії трафіку. Була зроблена перша спроба врахувати опір коченню, а також 
його вплив на використання палива автомобіля. Завдяки внеску ECRPD можна 
використовувати програмне забезпечення JOULESAVE 2 для оцінки енергії, 
необхідної для руху на маршруті протягом усього терміну служби дороги. При 
оцінці можна врахувати погіршення стану дороги та опір коченню. У проекті 
було вивчено різні типи доріг, для кожного з яких були розраховані 
енергетичні значення. Було проведено аналіз схем доріг через різні країни, а 
також порівняно різні варіанти маршрутів для однієї конкретної схеми. Всього 
було досліджено п’ять ділянок автомагістралей, одинадцять ділянок доріг з 
подвійним рухом і вісім ділянок доріг з одностороннім рухом. Аналіз показав, 
що економія енергії для ТЗ складає до 20% на етапі їх експлуатації. 
Проект MIRIAM було розроблено із дванадцятьма партнерами з Європи 
та США, які виконають дослідження опору коченню та потенціалу зменшення 
викидів CO2 і підвищення енергоефективності шляхом зменшення опору 
коченню. Загальна мета MIRIAM [4, 5] полягає в «забезпеченні сталої та більш 
екологічної дорожньої інфраструктури шляхом розробки інтегрованої 
методології для покращеного контролю викидів CO2 автомобільного 
транспорту». Перший етап проекту полягає в дослідженні характеристик доріг 
та маршрутів, енергоефективності та моделюванні і зосередженні на розробці 
та впровадженні моделей контролю CO2 у транспортних системах. 
13 
Метою проекту є створення моделей для: 
– збереження енергії завдяки зменшеному опору коченню; 
– джерела СО2 та опору коченню транспортних засобів; 
– експлуатації та управління транспортними засобами та 
інфраструктурою. 
MIRIAM складається з наступних п’яти підпроектів. MIRIAM-SP2 описує 
вплив характеристик дороги на енергоефективність. Основною метою цього 
дослідження було визначити діапазон параметрів впливу характеристик доріг 
на енергоефективність автомобільного транспорту та оцінити потенціал 
економії різних критеріїв впливу на використання енергії. Оцінки 
проводились в VTI і AIT з використанням різних методів і моделей. VTI 
використовував підхід, коли дорожнє покриття характеризувалося 
нерівностями і макротекстурою. Функція опору коченню на їх основі і 
швидкості була отримана та інтегрована в більшу імітаційну модель для 
оцінки споживання палива. AIT використав інший підхід із прямою моделлю 
нерівностей і текстури та динамічною моделлю транспортного засобу для 
моделювання реакції автомобіля. Дана модель була інтегрована у модель 
більшого масштабу. Для розрахунків, проведених VTI, модель VETO 
використовувалася для розробки функцій споживання палива. Дані про 
споживання палива були розраховані за допомогою моделі для систематичних 
змін дорожніх умов і швидкості. Відкалібрована функція мала високий ступінь 
кореляції з коефіцієнтом детермінації R2 0,9. 
Відкалібровані функції споживання палива були розроблені для важкої 
вантажівки та важкої вантажівки з причепом. Наведена нижче функція описує 
змодельовану витрату палива, IFc, л/10км (1.1). Форма однакова для різних 
категорій транспортних засобів, тобто вантажного автомобіля та вантажного 
автомобіля з причепом. Однак значення параметрів відрізняються залежно від 
категорії. 
 
����1
������������ = ����1 �1 + ���� ����� 2
1 ���� + �������� + ����1������������ × ���� + ����2�������� + ����3��������2�� × ��������2−1,(1.1) 
14 
 
де Ff – опір коченню, Н; Fw – аеродинамічний опір, Н; ADC – середній 
ступінь кривизни, рад/км; RF – нахил (підйом і спад/градієнт), м/км; v – 
швидкість, м/с; c1, d1, d2, d3, k1, e1 та e2 – параметри, які визначено для кожного 
типу досліджуваних ТЗ. 
На основі аналізу [1] були виділено суттєві параметри функції f, що 
використовується для розрахунку витрати палива IFc вантажного автомобіля. 
 
������������ = ����_������������ℎ�������������������� × ����������������������������_����������������ℎ���� ×
����(�������������������� ��������������������, ���������������� ����������������, ���������������� ����������������ℎ,������������, ������������,������������,������������,�������� ), (1.2) 
 
де IFc – споживання палива, л/км; N_vehicles – кількість транспортних 
засобів; section_length – довжина ділянки дороги, м; RF – градієнт, рад.; RUT – 
глибина колії, мм; MPD – макротекстура, мм; IRI – шорсткість, м/км; ADC – 
кривизна, 10000/радіус (м). 
Модель оцінювання включала опис швидкості як функції стану 
дорожнього покриття (IRI та глибини колії), оскільки спостереження в мережі 
показали, що коли IRI зменшується, швидкість автомобіля збільшується. 
Таким чином, фактичне зниження споживання палива при зниженні IRI на 
дорозі може бути менше, ніж наведено у наведеному вище прикладі. 
Вирівнювання дороги також впливає на швидкість автомобіля і, отже, може 
вплинути на результати. Немає доступної інформації про вплив MPD на 
швидкість, але розумною гіпотезою було б, що швидкість також впливає на 
MPD. 
У дослідженні VTI були отримані функції витрат палива, що показують 
вплив параметрів дорожнього покриття. Однак параметри дорожнього 
покриття вважалися постійними вздовж ланки, що є спрощенням, яке 
необхідно зробити. Подальші висновки полягали в тому, що може знадобитися 
подальше спрощення для успішної інтеграції в системи управління дорожнім 
15 
рухом, потрібно більше різних моделей шин і бракує статистичних даних для 
перевірки моделей. 
AIT провела симуляцію, використовуючи тривимірну модель дороги, 
засновану на прямих вимірюваннях реальних дорожніх поверхонь, Змінні 
дороги, доступні за допомогою прямих вимірювань, це опір ковзанню, 
текстура, радіус кривої, поперечний нахил, градієнт або поперечна/поздовжня 
рівність. Вхідними даними була також фізична модель шини, яка імітує 
фактичну подорож шини по поверхні дороги. Було оцінено інформацію 3D-
моделі та розрахховано контактний тиск і сили тертя, а також було отримано 
характеристику впливу параметрів дороги на опір руху та розраховано 
споживання палива. Параметрами інфраструктури, включеними в модель 
шини, були кривизна, поперечний нахил, нахил, поздовжній профіль, бічна 
рівність і текстура. Поверхні 24 реальних доріг були змодельовані за 
допомогою цього методу, і кінцевий вплив на використання палива через 
ефект опору руху складав біля 3,5 % зміни споживання палива залежно від 
дороги та швидкості. 
Обмеження швидкості та road width вимірюється в км/год та м відповідно. 
Параметри RF, IRI та MPD корелюють з опором коченню Ff. 
Градієнт дороги має більший вплив на витрату палива, ніж інші 
параметри [1]. Також суттєво впливають на вихід моделі текстура та кривизна. 
Автори також визначили лінійні залежності відносної зміни витрати палива 
від відносних змін параметрів функції f().Вплив товщини водяної плівки та 
глибини снігу різної щільності, наявних на поверхні дороги, на витрату палива 
легкових автомобілів, вантажних автомобілів і електромобілів (через опір 
коченню) досліджується ними в роботах [2, 3]. Авторами [6] також досліджено 
динаміку зміни опору кочення залежно від погодних умов та параметрів 
дорожнього покриття з метою зменшення споживання енергії транспортними 
засобами протягом життєвого циклу дорожнього покриття (LCA). 
Таблиця 1.1 показує які параметри складного маршруту при вантажних 
перевезеннях включені в зазначені моделі. 
16 
Таблиця 1.1 – Параметри моделей для визначення ефективності 
транспорту за критерієм витрати палива 
Параметри моделей 
  
Проект / 
Модель 
ECRPD, 
√ √ -  √ √ √ √ √ (√) √ 
VETO 
IERD, 
√ √ -  √ √ √ √ √ (√) √ 
VETO 
МІРІАМ                     
-ВЕТО √ √ (√) √ √ √ √ √ (√) √ 
- MOVES (√) (√) -  √ -  -  (√) √ √ √ 
- FTire / Dym 
√ √ √ √ √ √ √ -   -  - 
./ Mod . 
 
Позначка «√» означає, що змінна є вхідними даними для моделі, що 
використовується, позначка «(√)» означає, що змінна опосередковано 
включена в оцінку, наприклад, за допомогою попередньо визначеної функції 
опору коченню (MPD, IRI), розрахованої як адитивний ефект (AADT і склад 
транспортного засобу) або включений через модель швидкості (RUT). 
Вхідні дані транспортного засобу, які використовуються в MIRIAM, не 
були оновленими. Проте є можливість оновити модель, щоб мати можливість 
MPD 
IRI 
Колія глибина 
Градієнт 
Підйом, спуск 
Крива радіус 
Ширина 
AADT 
Склад транспортного потоку 
Швидкість транспортного 
 
17 
імітувати будь-який дорожній транспортний засіб з ручною коробкою передач 
і дизельним двигуном. Під час моделювання оцінюються викиди HC, CO, NOx 
і PM. Тобто ці моделі можна застосовувати для оцінювання ефективності 
транспортних засобів і за критерієм екологічної безпеки. 
У MOVES є обмеження щодо опису дороги. Неможливо описати 
конкретні ділянки дороги. Крім того, у функції опору руху містить опір 
коченню, який залежить від конкретних транспортних засобів. Щоб мати 
можливість включити та вивчити вплив на споживання палива характеристик 
текстури та шорсткості, потрібно змінити параметри функції опору руху для 
кожного конкретного випадку. 
Модель FTire/Dymola/Modelica, яку використовує MIRIAM, орієнтована 
на окремі транспортні засоби. Щоб отримати конкретні результати для різних 
класів транспортних засобів, потрібна значна інформація про репрезентативні 
транспортні засоби та шини. Параметри не є окремими вхідними даними для 
цієї моделі, але більшість із них, за винятком швидкості, мають бути втілені в 
3D-моделі дороги, яка взаємодіє з шиною та транспортним засобом. Перевага 
цього підходу полягає в тому, що комбіновані ефекти та взаємодії 
відбуваються природним шляхом і їх не потрібно моделювати заздалегідь. 
Однак цей самий ефект дещо ускладнює виділення впливу окремих 
параметрів. Щоб досягти цього, необхідно систематично змінювати 
властивості 3D-моделі дороги під час дослідження чутливості. Витрата палива 
розраховується на основі результуючого опору руху на одному транспортному 
засобі, і її потрібно просумувати для повного транспортного потоку з 
використанням додаткової інформації поза моделлю. 
Авторами [7] застосовано VSP метод для визначення витрати палива із 
врахуванням швидкості, прискорення ТЗ та градієнту дороги. Індекс VSP 
також потребує попереднього визначення опором коченню Ff. У моделі 
використовується питома потужність транспортного засобу – індекс VSP, яка 
є потужністю двигуна на одиницю маси транспортного засобу та представляє 
потребу в потужності транспортного засобу, коли він працює в різних умовах 
18 
і на різних швидкостях. Він розраховується на основі швидкості 
транспортного засобу та сил, які повинен подолати двигун, включаючи опір 
коченню, аеродинамічний опір, градієнтну силу та інерційний опір двигуна. 
На складних маршрутах виникає необхідність обчислення опору конення 
при малих радіусах повороту. Зазвичай маршрут руху містить схили та криві 
ділянки. Тому в [8] було враховано як повздовжню так і поперечну динаміку 
автомобілів. Результати комп’ютерної симуляції в [8] свідчать, що стратегія 
інтегрального планування режимів руху на основі комплексної динаміки ТЗ 
має переваги цієї стратегії щодо поперечної стійкості та енергоефективність 
на суцільних вигнутих дорогах порівняно з повздовжньою стратегією. 
Розроблені моделі враховували сумарний дорожній опір та рельєф дороги, 
проте, були реалізовані лише для однотипних ТЗ з однаковим набором 
техніко-експлуатаційних характеристик. Автори [9] оцінюють 
енергоефективність ТЗ на дорогах, для яких визначено дорожній опор та 
рівень кривизни дороги. Проте зазначені параметри містять нечітку 
інформацію. Рівень кривизни дороги описується лінгвістичною змінною, що 
може приймати однакове значення для різних траєкторій руху в межах 
заданого діапазону їх радіусів. Результати дослідження [10] виявили, що 
швидкість та поперечне розташування ТЗ на проїзній частині за умов криво-
лінійного руху залежать від місця взаємодії між транспортними засобами 
перед центром кривої. 
В роботах [11-12] також досліджено параметри криволінійного руху 
транспортного засобу. В межах дослідження [11] основними параметрами 
визначено положення поздовжньої осі та кут вектору відхилення швидкості 
руху. Додатково враховано коефіцієнт опору поворотам, що визначається на 
основі довжини колії, кутової швидкості, нормального та тангенціального 
прискорення кузова транспортного засобу. Наявність значного зашумлення 
значень прискорень під час вимірювання інерційними датчиками суттєво 
обмежує точність визначення кінематичних і силових параметрів, що 
характеризують зміну напрямку руху автомобіля. Запропоновано 
19 
експоненціальну залежність коефіцієнту опору поворотам з врахуванням його 
максимального значення та співвідношення коефіцієнту кривизни до 
кривизни, при якій зусилля бокового ковзання нижніх роликів дорівнює силі 
тертя. Проте, отримані моделі описують рух транспортних засобів з 
дискретними властивостями системи рульового керування по сухому 
піщаному ґрунту. В [12] отримано рівняння криволінійної траєкторії, що 
моделюють входження транспортного засобу в поворот, вихід з повороту та 
обертання його корпусу. Побудовано кореляційну залежність між радіусом 
кривизни та кутом повороту рами транспортного засобу. Отримані рівняння 
дозволяють розрахувати координати центра мас транспортного засобу в 
залежності від кута повороту та інтенсивності зміни кута курсу. Результати 
цього дослідження є основою для розробки нових методів зменшення витрат 
палива та збереження стійкості транспортних засобів в польових умовах. 
Проте, отримані моделі не враховують такі фактори як рельєф, погодні умови, 
ковзання, занос коліс при криволінійному русі. 
Авторами [13] досліджено вплив конструкції міжколісних диференціалів 
на опір криволінійному руху на дорогах з твердим покриттям. Дослідження 
виконано на прикладі повнопривідного автомобіля з колісною формулою 8×8. 
За один з критеріїв для аналізу опору криволінійному руху було обрано 
відносний приріст фактичного радіуса повороту автомобіля з урахуванням 
ковзання шини в місці контакту порівняно з теоретичним радіусом повороту, 
розрахованим без урахування ковзання. Серед трьох розглянутих 
самоблокувальних диференціалів підвищеного тертя найбільш раціональними 
за ступенем впливу на опір криволінійному руху виявились моделі, що 
характеризують роботу міжколісних диференціалів, у яких ступінь 
блокування залежить від квадрата різниці кутових швидкостей півосей. 
Автори не враховували особливості умов експлуатації ТЗ та параметри 
стійкості при розгоні. 
В [14] представлена аналітична залежність сумарного коефіцієнту дорож-
нього опору руху спеціальної колісної техніки від прискорення ТЗ, кутової 
20 
швидкості, кутового прискорення, відстані між датчиками у бічній площини. 
Використання моделі обмежено заданими умовами. Отримані результати 
дозволили дослідити динаміку зміни коефіцієнту дорожнього опору залежно 
від швидкості руху автомобілів з колісною формулою 6×6. 
В роботі [15] автори наводять дані, згідно з якими серед усіх сил опору в 
сучасному автомобілі 20–30 % загальної витрати палива припадає на опір 
коченню (залежно від умов руху та характеристик шин). Зменшення його 
величини на 10% забезпечить скорочення витрати палива від 1% до 2%. 
Зважаючи на діапазони значень коефіцієнту опору коченню його точна оцінка 
дозволить визначити оптимальні режими руху, зменшити опір коченню та 
шкідливі викиди в атмосферу. Величина опору коченню сильно залежить від 
швидкості ТЗ, типу дорожнього покриття, тиску в шинах, температури шини. 
 
1.3 Аналіз впливу параметрів складного маршруту на витрату палива 
 
В межах даної кваліфікаційної роботи під складністю маршруту будемо 
розуміти сумарний ефект на витрату палива від розглянутих параметрів 
дороги та складності погодних умов. Опір коченню не вимірюється як частина 
стандартного моніторингу, розраховується на основі статистичної інформації. 
Перехрестя, кільцеві розв’язки та тунелі, а також світлофори, дорожні 
знаки, дорожня розмітка та інтелектуальні транспортні системи в основному 
взаємодіють з транспортним потоком та міжнародному маршруті в межах цієї 
кваліфікаційної роботи враховуватись не будуть. Поведінка водіння 
визначається через швидкість, прискорення та уповільнення. 
Опір повітря та вітер мають значний вплив та включені в деякі моделі. 
Проте, на ці зовнішні фактори важко вплинути. Температура, вода, сніг і лід 
на даний момент недостатньо присутні в наявних моделях. Ці питання будуть 
розглянуті в розділі 3 даної кваліфікаційної роботи. 
Інші параметри, які були описані в цьому розділі виділені в наступну 
таблицю 1.2. 
21 
Таблиця 1.2 – Набір параметрів для аналізу їх впливу на ефективність 
експлуатації вантажних транспортних засобів 
Рівень 
впливу 
№ Назва ефекту або властивості Група Параметри 
на 
параметр 
MPD, спектр 
2 Текстура   А високий 
текстури 
3 Поздовжній нерівність  А високий IRI 
4 Поперечна нерівність  А високий Глибина колії 
7 Вертикальний вирівнювання Б високий Кут β або %, RF 
(градієнт) 
8 Підйом або спуск  B високий Кут γ 
9 Горизонтальний вирівнювання  B високий RCurv, ADC 
10 Дорога ширина і провулок макет  B високий wRoad 
13 Обсяг і склад транспортного потоку C низький AADT, % 
15 Швидкість транспортного потоку і C середній vaverage, v85 
швидкість обмеження 
 
Додаткові позначення, які використано в таблиці 1.2 наведено в таблицях 
1.3. 
Щоб полегшити врахування нових екологічних стандартів, введено 
поправочні коефіцієнти для категорій вантажних транспортних засобів, 
представлених у таблиці 1.4. Ці коефіцієнти використовують екологічний 
стандарт Євро-3 як еталон та застосовуються до параметрів транспортних 
засобів інших екологічних стандартів. 
  
22 
Таблиця 1.3 − Транспортний засіб заданих категорії та концепції викидів 
Група 
Категорія 
A B C D E F 
Вантажні до A30 A31 
Євро-3 Євро-4 Євро-5 
автомобілі 1992 (1993–1995 р.) 1997  
Вантажні 
до A30 A31 
автомобілі з Євро-3 Євро-4 Євро-5 
1992 (1993–1995 р.) 1997  
причепом 
 
Таблиця 1.4 – Поправочні коефіцієнти до Євро-3, які застосовуються 
відповідно до типу палива. 
Персональний Персональний Вантажні 
Екологічний Вантажні 
автомобіль, автомобіль, автомобілі з 
стандарт автомобілі 
Бензин Дизель причепом 
Євро-6 0,70 0,68 1,06 0,94 
Євро-5 0,73 0,73 1,06 0,95 
Євро-4 0,93 0,86 1,03 0,96 
Євро-3 1,00 1,00 1,00 1,00 
Євро-2 1,02 0,92 0,98 1,00 
Євро-1 1,06 0,94 0,96 1,01 
 
Функція f, яка використовується в моделі (1.2), не є складною, але 
оскільки вона включає степені та експоненціальні функції, вона не є лінійною. 
Можна виразити її, диференціюючи функцію та перевіряючи часткові похідні, 
або підставити в  модель великий масив з вхідними даними та дослідити 
властивості функції. Застосувавши інформацію з відкритих джерел було 
23 
виявлено, що залежність f в (1.2) є майже лінійною. Не зважаючи на те, що 
формула містить нелінійні складові, зокрема квадратні функції, їх коефіцієнти 
достатньо малі, щоб ними знехтувати. Вираз (1.2) також включає перехресні 
добутки, але вони також мають дуже малі коефіцієнти, що призводить до того, 
що загальна форма наближається до лінійної. 
Інформацію про дорожню мережу збирали за допомогою двох баз даних: 
«NVDB» і «RST». База даних «NVDB» містить інформацію про: 
– тип дороги; 
– кількість смуг; 
– загальна ширина, м; 
– річний, щоденний трафік (AADT) 
– обмеження швидкості, км/год; 
– покриття; 
– складність транспортного потоку, %. 
 
До складу бази «RST» входять: 
– глибина колії, мм; 
– підйом або спуск, %; 
– MPD, мм; 
– IRI, м/км; 
– градієнт, рад.; 
– кривизна, 10000/радіус (м). 
параметр RUT було змінено між сімома різними рівнями (0, +/-5%, +/-
10%, +/- 20%) порівняно з поточним рівнем. Для кожного рівня було змінено 
IRI відповідно до тієї самої моделі тощо. Це дало сітку з 75=16 807 можливих 
сценаріїв. 
Після цього стало можливим оцінити форму залежності та її властивості, 
а саме лінійність. Усі розрахунки витрату палива виконано в R 
(http://www.rproject.org/) на персональному комп’ютері. Витрата палива є 
24 
функцією не лише змінних, але й обраної структури та коефіцієнтів. В межах 
цієї роботи структура моделі та коефіцієнти вважаються фіксованими. 
Через простий зв’язок параметрів «Кількість транспортних засобів 
(N_vehicles)» і «Довжина ділянки дороги (section_length)», очевидно, що, 
збільшення величини параметру N_vehicles на 1% призведе до збільшення 
споживання палива IFC на 1% або, якщо є систематична помилка у вимірюванні 
road_length, то IFC матиме таку ж відносну систематичну похибка, якщо всі 
інші змінні залишаються постійними. Таким чином, проведення подальшого 
аналізу довжини доріг і кількості транспортних засобів є недоцільним. 
Для мережі доріг збільшення будь-якого параметру дороги на 1% 
спричинить відносну зміну IFC, % (таблиця 1.5). 
Таблиця 1.5 – Відносна зміна споживання палива у % на 1% збільшення 
величини параметрів дороги 
Макро 
Глибина Шорсткість, Кривизна, Градієнт, 
 текстура, 
колії, RUT IRI ADC RF 
MPD 
Вантажний 
транспортний -0,011 -0,0012 0,033 0,0082 0,1352 
засіб 
Вантажний 
транспортний -0,0035 0,0071 0,045 0,0474 0,2686 
засіб з причепом 
 
Виходячи з таблиці 1.5, якщо глибина колії зменшиться в середньому на 
1% через ремонт доріг, то це призведе до збільшення витрати палива лише на 
0,011% для вантажних транспортних засобів. Негативне значення для 
споживання палива вантажівками, коли RUT та IRI зростає, пояснюється тим, 
що на швидкість транспортних засобів впливає нерівність, тобто чим більш 
нерівна дорога, тим нижча швидкість, що переважує вплив підвищеного опору 
коченню. Це також може бути справедливим щодо збільшення значень MPD. 
25 
На рис. 1.1 та рис. 1.2 показані відносні відмінності у споживанні палива, 
коли параметри дороги збільшуються окремо.  
 
Зміна параметрів дороги, % 
 
Рисунок 1.1 – Відносні зміни у використанні палива для вантажних 
транспортних засобів зі збільшенням значень параметрів дороги 
 
Зміна параметрів дороги, % 
 
Рисунок 1.2 – Відносні зміни у використанні палива для вантажних 
транспортних засобів з причепом зі збільшенням значень параметрів дороги 
Динаміка витрати палива,:%, Динаміка витрати палива,%, 
Вантажні ТЗ з причепом Вантажні ТЗ 
26 
 
Для обох категорій транспортних засобів найважливішим фактором є 
зміни в підйомі та спуску. Наприклад, якщо RF збільшується на 20%, 
використання палива збільшується на приблизно на 2,7% для вантажівок і 
5,4% для вантажівок з причепом. Для вантажних автомобілів динаміка RF 
подібна до MPD і ADC, де збільшення значень призводить до збільшення 
споживання палива, тоді як спостерігається невелике зниження, якщо IRI або 
RUT збільшується. Для вантажівок з причепом ефект через MPD і ADC майже 
однаковий. Що стосується IRI та RUT, тенденція відрізняється від вантажних 
автомобілів, оскільки ефект полягає в незначному збільшенні споживання 
палива. 
Чутливість функції змінюється залежно від типу дороги. Результати 
аналізу для типів доріг 1-5 представлено в таблиці 1.6.  
Таблиця 1.6 – Динаміка відносної зміни, %, споживання палива для різних 
типів доріг зі збільшенням значень параметрів дороги на 1%. 
Параметри дороги 
Категорія 
Тип Глибина Макро 
транспортних Шорсткість, Кривизна, Градієнт, 
доріг колії, текстура, 
засобі IRI ADC RF 
RUT MPD 
1 -0,012 0,0001 0,031 0,0082 0,113 
Вантажний 2 -0,011 -0,002 0,034 0,0164 0,216 
транспортний 3 -0,0093 0,0001 0,030 0,0191 0,411 
засіб 4 -0,0093 0,0001 0,029 0,0074 0,092 
5 -0,0093 -0,0013 0,031 0,0093 0,166 
1 -0,0031 0,0071 0,044 0,037 0,248 
Вантажний 
2 -0,0031 0,0071 0,043 0,0614 0,334 
транспортний 
3 -0,0022 0,0071 0,036 0,0662 0,466 
засіб з 
4 -0,0031 0,0071 0,043 0,0353 0,217 
причепом 
5 -0,0031 0,0084 0,041 0,0551 0,297 
27 
Розглядались наступні типи доріг: 
1. Усі дороги, які не входять до 2, 3, 4 або 5. 
2. Широкі дороги (4 смуги). 
3. Автострада зі зустрічним рухом. 
4. Автострада без зустрічного руху. 
5. Звичайна сільська дорога (2 смуги). 
Як видно з таблиці 1.6, для конкретних категорій транспортних засобів 
існує відносно велика різниця між типами доріг щодо результуючого впливу 
на використання палива через зміну значень параметрів дороги. Дороги типу 
2 і 3 зазнають найбільшого впливу, тоді як типи доріг 1 і 4 найменше залежать 
від зміни RF. Це не стосується інших параметрів доріг, RUT, IRI, MPD і ADC, 
де тип дороги, де зміна витрати палива найбільше залежить від змінної дороги. 
Збільшення IRI та RUT за розрахунками призведе до зменшення використання 
палива для вантажних автомобілів. Це пов’язано з описаним раніше ефектом 
швидкості. Для вантажівок з причепами лише збільшення RUT матиме той 
самий ефект, тоді як збільшення IRI призведе до збільшення використання 
палива. 
Відповідно до проведеного аналізу можна припустити, що саме заходи 
щодо зменшення RF на автомагістралях із зустрічним рухом повинні 
представляти головний інтерес для зменшення використання палива. Проте, 
це не життєздатний варіант для існуючих доріг, але може бути параметром, 
який слід враховувати при проектуванні нових доріг. Серед інших параметрів 
MPD є хорошим варіантом для зменшення використання палива. Випадковий 
шум у вхідних даних майже не дасть невизначеності в сукупному середньому 
виході для функції з лінійною природою. Це пояснюється тим, що лінійна 
природа призводить до того, що помилки в середньому нівелюються. 
Зміщення у вхідних даних може спричинити зміщення на виході. Чутливість 
допоможе визначити відносний розмір будь-якого зміщення на виході, 
викликаного зміщенням на вході. 
28 
Зашумлення вхідних даних призвело до дуже невеликої відносної варіації 
загального споживання палива із стандартним відхиленням у випадкових 
компонентах до 20% від рівня. Цей аналіз підтвердив, що модель близька до 
лінійної. Якби цього не було, за допомогою цього моделювання результат був 
би бути інший. 
RF у середньому менший і менше змінюється на дорозі типу 4. Відносна 
зміна у споживанні палива не означає суттєвої відносної зміни у RF для доріг 
типу 3 або 5. Чутливість до зміни RF відрізняється для різних типів доріг. Це 
також показує, що загальні результати можуть бути невірними для менших 
територій, тому доцільно проводити аналіз окремо для конкретних і коротших 
ділянок дороги. 
Неможливо просто описати вплив на споживання палива, якщо 
обмеження швидкості змінюється на невелику величину, оскільки обмеження 
швидкості мають лише фіксовані рівні. Також типи доріг мають лише кілька 
рівнів. Можливий аналіз полягає в тому, як зміниться споживання палива, 
якщо швидкість зміниться на 10 км/год на 20% доріг. Ширина дороги є 
безперервною, але її зміна може призвести до ширини дороги, яка не 
дозволена для цього типу дороги. Тому чутливість або невизначеність, 
викликану зміною обмеження швидкості, типу дороги або ширини дороги в 
цій кваліфікаційній роботі не розглянуто. 
Стосовно RUT слід додатково дослідити можливий вплив цього 
параметра на опір коченню, а для MPD слід провести аналіз, щоб побачити, чи 
існує ефект швидкості. Мета повинна полягати в тому, щоб включити ці 
ефекти, якщо вони існують, в оцінку споживання палива транспортом. 
Також існує вплив як на опір коченню, так і певною мірою на швидкість, 
коли дорожнє покриття мокре або покрите снігом чи льодом. Ці ефекти 
можуть бути важливими, оскільки дороги вологі або мокрі протягом більшої 
частини року. У більш північних країнах також цікавить вплив снігу та льоду 
на дорожнє покриття.  
 
29 
1.4 Висновки до розділу 1 
 
Моделі трафіку можна розділити на різні категорії залежно від рівня 
агрегації, такі як макро-, мезо- та мікроскопічні. Симуляцію дорожнього руху 
також можна розділити на різні рівні: мережа, ділянки дороги та перехрестя. 
Складність маршруту, який проходить через задані фрагменти дорожньої 
мережі напряму впливає на ефективність експлуатації вантажних 
транспортних засобів за критеріями витрати палива та екологічності. При 
цьому цей вплив збільшується при збільшенні довжини маршруту. Результати 
аналізу з використанням наявної інформації показує, що існує близька до 
лінійної залежність між відносними змінами аналізованих параметрів доріг і 
результуючим параметром використання палива. Загалом градієнт дороги 
викликає найбільший вплив, за ними йдуть текстура і горизонтальна кривизна. 
Результуючий параметр тим більший, чим важчий транспортний засіб. Отже, 
споживання палива для вантажівок із причепом найбільше залежить від 
досліджуваних параметрів. 
Дефекти поверхні та міцність дороги наразі не включені у відповідні 
моделі, але можуть бути розглянуті в майбутньому. Однак вони впливають на 
структуру та нерівності дороги, і їх можна включити, якщо доступна 
відповідна модель погіршення стану дороги. Крім того, жорсткість тротуару 
може впливати на те, що м’якше покриття може збільшити опір коченню і, 
отже, споживання палива. Жорсткість безпосередньо не розглядається в 
дослідженні, але, що стосується дефектів поверхні та міцності дороги, це може 
бути корисно взяти до уваги в майбутньому. 
Оскільки окремі параметри розглянутих моделей корелюють з опором 
коченню шини, то саме аналізу шляхів зменшення його впливу на 
ефективність експлуатації вантажних автомобілів на складних маршрутах 
необхідно приділити увагу в наступних розділах. 
  
30 
РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВАНТАЖНИХ 
ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ НА МІЖНАРОДНОМУ МАРШРУТІ ЗІ 
СКЛАДНИМИ ДОРОЖНІМИ ТА ПОГОДНИМИ УМОВАМИ 
 
2.1 Характеристика досліджуваного маршруту вантажних перевезень та 
результати моніторингу із використанням телематичної системи 
 
Топографія маршруту може мати значний вплив на енергоефективність 
транспортного засобу. Кілька факторів, пов’язаних із рельєфом доріг, 
сприяють змінам у споживанні енергії. Ось деякі ключові ефекти: 
1) Зміни висоти: 
– Підйом у гору вимагає від автомобіля більшої сили проти сили 
тяжіння, що збільшує споживання енергії. Спуск вниз може 
забезпечити рекуперацію енергії за допомогою рекуперативного 
гальмування; 
– більші зміни висоти можуть призвести до зниження 
енергоефективності через збільшення потреби в енергії під час 
підйому. 
2) Градієнти схилу: 
– крутіші схили вимагають більше енергії для подолання гравітаційного 
опору, що впливає як на економію палива в двигунах внутрішнього 
згоряння, так і на споживання енергії в електромобілях; 
– більший ухил схилу зазвичай призводить до нижчої 
енергоефективності, оскільки для навігації в гору потрібно більше 
енергії. 
3) Умови дорожнього покриття: 
– нерівні або погано доглянуті дорожні покриття можуть збільшити 
опір коченню, що впливає на ефективність автомобіля; 
– більш гладкі дорожні поверхні сприяють кращій енергоефективності 
за рахунок зменшення втрат на тертя. 
31 
4) Криві та повороти: 
– для проходження кривих і поворотів потрібні бічні сили, що впливає 
як на швидкість, так і на споживання енергії; 
– часті повороти можуть вплинути на енергоефективність, оскільки 
транспортному засобу потрібно частіше регулювати швидкість і 
напрямок. 
5) Умови руху: 
– затори на дорогах або часті зупинки та старти впливають на 
ефективність палива в двигунах внутрішнього згоряння та можуть 
вплинути на споживання енергії в електромобілях; 
– плавний, безперервний рух, як правило, більш енергоефективний, ніж 
часті зупинки та старти. 
6) Можливості рекуперативного гальмування: 
– ділянки спуску та зони гальмування забезпечують можливості для 
рекуперативного гальмування в електричних та гібридних 
автомобілях, відновлюючи частину енергії під час уповільнення; 
– маршрути з більшою кількістю можливостей рекуперативного 
гальмування можуть підвищити загальну енергоефективність 
електрифікованих транспортних засобів. 
7) Тип транспортного засобу та технологія: 
– різні типи транспортних засобів (наприклад, звичайні, гібридні, 
електричні) і технології по-різному реагують на зміну топографії; 
– електричні транспортні засоби можуть отримати більше переваг від 
рекуперативного гальмування на спуску, тоді як звичайні транспортні 
засоби можуть зіткнутися зі збільшенням споживання палива під час 
підйому. 
 
Розуміння та кількісна оцінка цих ефектів може сприяти розробці 
стратегій оптимізації енергоефективності. Розумне планування маршрутів, 
технології екологічного водіння та прогрес у технологіях транспортних 
32 
засобів можуть пом’якшити негативний вплив складної топографії на 
споживання енергії. 
В першому розділі було визначено вагомість опору коченню шини з точки 
зору його впливу на ефективність вантажних перевезень за критеріями витрати 
палива та екологічності. 
Було проведено моніторинг експлуатаційних показників транспортного 
засобу при виконанні перевезень із використанням телематичної системи 
WebEye (рис. 2.1) та відповідного телематичного пристрія We - 7 WebEye на 
базі спеціалізовано автотранспортного підприємства (САТП) 2302. 
 
 
Рисунок 2.1 – Вікно робочого кабінету користувача телематичної системи 
WebEye 
 
Телематичний пристрій WebEye - це багатофункціональний інструмент, 
основним завданням якого є відстеження GPS-системою транспортних засобів 
та пересилати інформацію, отриману з різних джерел даних транспортних 
засобів на центральний сервер. Пристрій WebEye 7, ідентичний іншим 
пристроям WebEye траснпортних засобів, забезпечує дані в режимі реального 
часу і тому є сумісний з усіма додатками в режимі реального часу. 
33 
 
Принцип передачі даних про експлуатаційні показники транспортного 
засобу схематично представлені на рис. 2.3. 
 
 
Рисунок 2.2 – Передача даних через We – 7 WebEye 
 
Через зазначену GPS-системою можна відслідковувати інформацію щодо 
експлуатаційних показників вантажного транспортного засобу, стилю водіння 
та інше (рис. 2.3-2.9). 
Було досліджено міжнародний маршрут «Іспанія-Україна» через наступні 
країни: Іспанія, Франція, Італія, Австрія, Словенія, Угорщина, Україна (рис. 
2.10). Було досліджено швидкість (рис. 2.11, 2.12), прискорення, положення 
Volvo, а також його витрату палива на маршруті. 
34 
 
 
Рисунок 2.3 – Дані щодо маршруту в системі WebEye 
 
 
Рисунок 2.4 – Дані щодо пробігу та витрати палива 
 
35 
 
Рисунок 2.5 – Список вантажних автомобілів та місце їх перебування 
 
 
 
Рисунок 2.6 – Моніторинг стилю їзди водія 
36 
 
 
 
Рисунок 2.7 – Аналіз статистики стилю їзди водія 
 
 
Рисунок 2.8 – Статистичні дані щодо швидкості ТЗ, обертам та крутному 
моменту 
 
37 
 
Рисунок 2.9 – Визначати закономірності між показниками руху ТЗ за 
маршрутом 
 
 
Рисунок 2.10 – Досліджуваний маршрут 
 
38 
 
Рисунок 2.11 – Частка діапазонів швидкості Volvo на маршруті за GPS 
 
 
Рисунок 2.12 – Частка діапазонів швидкості Volvo на маршруті за 
результатами з бортового комп’ютера 
 
Всі проаналізовані чинники прямо, або опосередковано враховують 
складність погодних та дорожніх умов. 
 
39 
2.2 Оцінювання експлуатаційних показників та  ефективності вантажних 
перевезень за маршрутом 
 
З метою формування масиву вхідних даних було з телематичної системи 
було отримано локаційні дані та значення кількості дизельного палива в баках 
ТЗ. За цими даними було визначено швидкість, прискорення та опір коченню 
з врахуванням кліматичних показників. Для розрахунку опору кочення 
використано методики, які описано авторами в роботі [29] із врахуванням 
радіусу повороту вантажних ТЗ. Було сформовано масив статистичних та 
розрахункових даних, якій містив 10260 записів про експлуатаційні 
характеристики ТЗ Volvo з кроком 20 с, якщо був сигнал. З метою врахування 
складних погодних умов дана інформація була взята з архіву записів за період 
з 14.12.2023 р. по 18.12.2023 р. Оскільки маршрут частково проходить по 
гірській місцевості, для врахування градієнту дороги на маршруті було 
визначено кут підйому або спуску дороги за допомогою Інтернет-сервісу 
Google Earth Pro (рис. 2.12). 
 
 
Рисунок 2.12 – Визначення градієнту дороги з маршрутом 
40 
Фрагменти масиву даних щодо маршруту по території Іспанії та Франції 
наведено в табл. 2.1. та табл. 2.2. 
Таблиця 2.1 – Фрагмент статистичних даних за 15.12.24 з 17:19 по 19:22 
Пройдена Швидкість, V Прискорення, a Коефіцієнт Сила опору 
Час відстань, [км/год.] [м/с2] опору коченню Ff, 
[км] коченню, f Н 
17:19 0,2 50 0.000 0,010156 4304,718 
17:19 0,4 46 -0.074 0,010662 4226,057 
17:19 0,6 28 -0.333 0,010662 3953,200 
17:19 0,6 22 -0.208 0,010261 3891,746 
17:20 0,7 28 0.111 0,010365 3953,200 
17:20 0,8 15 -0.451 0,010261 3838,691 
17:20 0,8 0 -0.278 0,010486 3792,600 
17:20 0,8 7 0.130 0,010423 3802,638 
17:21 0,9 13 0.111 0,011143 3827,219 
17:21 0,9 0 -0.241 0,01146 3792,600 
17:22 0,9 0 0.000 0,011694 3792,600 
17:22 0,9 0 0.000 0,012144 3792,600 
17:30 0,9 0 0.000 0,012144 3792,600 
17:37 0,9 0 0.000 0,012144 3792,600 
17:52 0,9 0 0.000 0,012282 3792,600 
18:07 0,9 0 0.000 0,012282 3792,600 
18:22 0,9 0 0.000 0,01 3792,600 
18:37 0,9 0 0.000 0,012425 3792,600 
18:52 0,9 0 0.000 0,012282 3792,600 
19:07 0,9 0 0.000 0,01188 3792,600 
19:09 0,9 0 0.000 0,01188 3792,600 
19:09 0,9 0 0.000 0,01188 3792,600 
19:14 0,9 0 0.000 0,012144 3792,600 
19:18 0,9 13 0.015 0,010365 3827,219 
19:18 1,0 19 0.111 0,01 3866,550 
19:18 1,1 26 0.130 0,010156 3931,077 
19:18 1,2 28 0.037 0,011244 3953,200 
19:19 1,3 26 -0.037 0,011755 3931,077 
19:19 1,3 28 0.556 0,0128 3953,200 
41 
Продовження таблиці 2.1 
Пройдена 
Час відстань, Швидкість, V Прискорення, a Коефіцієнт Сила опору 
[км/год.] [м/с2] опору коченню Ff, 
[км] коченню, f Н 
19:19 1,4 20 -0.148 0,012958 3874,539 
19:19 1,5 15 -0.093 0,0128 3838,691 
19:19 1,5 7 -0.185 0,013544 3802,638 
19:20 1,5 0 -0.130 0,014473 3792,600 
19:20 1,6 7 0.122 0,01312 3802,638 
19:20 1,6 15 0.278 0,0128 3838,691 
19:20 1,7 19 0.074 0,012647 3866,550 
19:21 1,7 17 -0.062 0,012647 3851,801 
19:21 1,8 13 -0.093 0,012647 3827,219 
19:21 1,8 15 0.037 0,012647 3838,691 
19:21 1,9 11 -0.074 0,01312 3817,387 
19:21 1,9 0 -0.204 0,0128 3792,600 
19:22 1,9 20 0.505 0,0128 3874,539 
19:22 2,1 43 0.426 0,012647 4171,363 
19:22 2,3 31 -0.222 0,012647 3989,458 
19:22 2,3 19 -0.370 0,012958 3866,550 
19:22 2,3 17 -0.056 0,013286 3851,801 
 
Коефіцієнт опору коченню f в таблиці 2.1 визначався з врахуванням 
швидкості ТЗ (м/с) за формулою [29, 30]: 
 
f = f0 + k f ×V 2 ,     (2.1) 
 
де f0 – коефіцієнт опору коченню за швидкості, яка наближається до 0, f0 = 0,01; 
V – швидкість ТЗ, м/с; 
k  = 7×10-6
f . 
 
За результатами моніторингу GPS-системи вдалось визначити середню 
витрату палива, яка складає 33,3 л/100 км. На основі даних, які отримані за 
42 
допомогою CAN-системи та WebEye, середня витрата палива дорівнює 34,1 
л/100 км. Норам витрати палива для даного ТЗ складає 33 л/100 км. 
 
 
Рисунок 2.13 – Залежність середньої енерговитрати від середньої швидкості 
 
E = 0,0126V 2 − 0,938V + 27,525     (3.2) 
 
2.3 Висновки до розділу 2 
 
В процесі моніторингу руху вантажного транспортного засобу в процесі 
виконання міжнародного перевезення було визначено значення 
експлуатаційних характеристик Volvo при виконанні вантажних перевезень на 
складному маршруті. За результатами під’єднаної до двигуна CAN-системи та 
телематичної системи моніторингу WebEye визначено, що середня витрата 
палива на маршруті складає 111% від норми витрати. Таким чином, є потреба 
в виявленні шляхів зменшення витрати палива транспортним засобом на 
складному маршруті за рахунок керування його експлуатаційними 
параметрами при виконанні вантажних перевезень. Перспективним є 
дослідження можливості зниження опору коченню, який має суттєвий вплив 
на показники ефективності ТЗ.  
43 
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ 
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВАНТАЖНИХ ТРАНСПОРТНИХ 
ЗАСОБІВ 
 
3.1 Способи зменшення опору коченню шин вантажних автомобілів 
 
Існує нагальна потреба у вирішенні екологічних проблем, спричинених 
транспортним сектором. Через законодавчі акти, введені для запобігання 
глобальному потеплінню, виробники транспортних засобів повинні знайти 
нові способи скорочення викидів CO2. У Європейському Союзі автомобільний 
транспорт виробляє 21 % парникових газів, а на сегмент важкого транспорту 
припадає 6 % загальних викидів парникових газів [16]. Таким чином, 
необхідно зменшити втрати при русі. Двома найбільш значними втратами 
водіння для вантажівок є аеродинаміка та опір коченню. Опір коченню – це 
сила, створювана шинами, що чинить опір руху автомобіля. Велика частина 
цієї сили опору створюється в’язкопружністю гуми (80-95 %) [17], тоді як 
ковзання ободів і шин на дорозі та аеродинамічні втрати від колеса 
припадають на решту [18]. 
Аналіз літератури показав, що останні дослідження зосереджені 
головним чином на впливі різних параметрів на стабілізований опір коченню, 
таких як тиск у шинах або навантаження на вісь, і нехтує перехідним опором 
коченню та впливом температури шини на опір коченню. Правдоподібним 
поясненням того, чому нехтували впливом температури шин, є те, що стандарт 
ISO 28580 описує метод випробування, за якого вимірюється лише 
стабілізований опір коченню. Деякі досліджники вивчали перехідний опір 
коченню [19]-[20]; однак багато з них все ще нехтують впливом температури 
навколишнього середовища. У різних статтях [21]-[22] зазначено, що 
температура навколишнього середовища та шини є двома найважливішими 
факторами опору коченню. Автори [22] представили модель перехідного 
опору коченню, яка враховує температуру навколишнього середовища. 
44 
Автори [23] досліджували вплив температури шини в широкому діапазоні 
температур навколишнього середовища (від -30 до +25 °C) за допомогою 
кліматичної аеродинамічної труби, показуючи, що підвищуючи температуру 
шини, опір коченню можна значно зменшити. 
Існує лише кілька досліджень, присвячених тому, як обмежити потік 
тепла від шини для зменшення опору коченню. Повітряний потік навколо шин 
досліджувався в основному з точки зору зменшення аеродинамічного опору 
автомобіля, а не аеродинамічного впливу на охолодження шин. У 1980-х роках 
дослідження [24] показало, що перенаправлення потоку повітря від шини 
може вплинути на опір коченню. Автор [26] провів дорожні випробування та 
продемонстрував зниження опору коченню, коли шину оточує коробка з 
листового металу. Однією з задач цієї кваліфікаційної роботи є визначення, чи 
можна використовувати для зменшення опору коченню збереження тепла 
всередині шин шляхом їх герметизації та ізоляції капсули колеса.  
 
3.2 Дослідження впливу інкапсуляції коліс на опір коченню шин 
вантажних транспортних засобів 
 
Коефіцієнт опору коченню C rr (t) пов’язує силу опору в поздовжньому 
напрямку (Fr (t)) із навантаженням на вісь (Fz ) і може бути розрахований 
силовим методом: 
     (1) 
 
Опір коченню зумовлений головним чином в’язкопружністю гуми шини, 
як показано на рис. 3.1. Ця в’язкопружність значною мірою залежить від 
температури, і розсіювання енергії зменшується при підвищенні температури. 
Отже, якби шини могли працювати при вищій температурі, не вкладаючи в 
них більше енергії, тобто зменшивши охолодження, опір коченню шини 
можна було б зменшити. 
45 
 
Рисунок 3.1 − Сила опору коченню, що спричинена нерівномірним 
контактним тиском через в’язкопружні властивості гуми шини 
 
3.2.1 Опис експериментальної установки 
 
Випробування проводилися в кліматичній аеродинамічній трубі Scania на 
базі Черкаського НДЕКЦ МВС України, м. Черкаси. Вимірювальний барабан 
мав діаметр 2,5 м, що на 0,5 м більше ніж рекомендований діаметр у стандарті 
ISO 28580 [27-28]. Цей більший діаметр покращує вимірювання, оскільки 
більший діаметр менше нагріває шини. Сталевий барабан має грубу текстуру, 
яка імітує поверхню дороги, як показано на рис. 3.1. 
46 
 
Рисунок 3.1 − Сталевий вимірювальний барабан з текстурою поверхнею 
 
Шини було витримано при температурі вимірювання щонайменше 10 
годин до початку вимірювань . Крім того, гальмівні колодки та приводні вали 
були видалені, щоб відокремити опір коченню від втрат коробки передач, 
диференціала та гальмівних колодок. Крім того, пневмобаллони були видалені 
та замінені сталевими стрижнями, щоб усунути змінні, що впливають на 
навантаження на вісь. Навантаження на ведучу вісь було відрегульовано до 
10,4 тони за допомогою сталевих вантажів. 
Перед кожним випробуванням вантажівку відкочували від барабана, щоб 
прогріти підшипники вимірювального барабана, обертаючи порожній барабан 
протягом 50 хвилин зі швидкістю 80 км/год. Цей крок було зроблено для 
стабілізації вимірювання сили. Значення вимірювання порожнього барабана в 
кінці розігріву використовувалося як паразитна втрата, яка була віднята з 
результатів. ISO 28580 [28] визначає паразитні втрати як втрати, коли 
навантаження на вісь зменшується майже до нуля, поки шина ледве торкнеться 
барабана, але все ще обертається. Вимірювання при цьому рівні навантаження 
використовується як значення корекції, і таким чином аеродинамічні втрати та 
47 
втрати в підшипниках можна виділити з вимірювань. Визначення паразитних 
втрат, яке використане в цій кваліфікаційній роботі, відрізняється від ISO 
28580, оскільки навантаження на вісь вантажівки не можна легко 
відрегулювати майже до нуля повторюваним способом, і тому лише значення 
порожнього барабана використовується як паразитні втрати. 
Після прогрівання підшипників барабана та вимірювання паразитних 
втрат вантажівку відкочували до вимірювального барабана, а тиск у шинах 
встановили на 8,5 бар. Під час вимірювань швидкість вітру встановлювалася 
такою ж, як швидкість барабана динамометра. 
Опір коченню шин значною мірою залежить від температури шин. 
Стандартні методи вимірювання опору коченню не включають 
охолоджувальний ефект вітру, що може призвести до зниження показників 
опору коченню. Щоб оцінити ефект охолодження шини, температуру шини 
вимірювали за допомогою термопар, вклеєних в отвори, просвердлені в плечі 
шини, як показано на рис. 3.2. 
 
 
Рисунок 3.2 − Шина без кришки кермової рубки та кілька термопар, 
приклеєних до отворів на плечі шини 
48 
Інкапсуляція коліс зменшує відносну швидкість між шиною та 
навколишнім повітряним потоком, що має призвести до зменшення 
примусової конвекції. Капсулу колеса було модифіковано таким чином, що 
внутрішня сторона капсули була закрита майже до землі. Нижня частина 
кріпилася до осі, а верхня до рами. Таким чином, капсула колеса дозволяє 
рухатися підвіскою під час руху. Найближча до землі частина виготовлена з 
гнучкого гумового килимка, який дозволяє періодично контактувати з 
перешкодами під час руху. Крім того, кермова рубка ізольована за допомогою 
композиту з алюмінієвого скловолокна , як показано на рис. 3.3. Використання 
відбиваючого ізоляційного матеріалу зменшує радіаційні втрати тепла від 
капсули колеса до навколишнього середовища. На рис. 3.4 показана капсула 
колеса закритого типу. З відкритою капсула колеса (рис. 3.5) білу кришку, яку 
показана на рис. 3.4, було видалено разом із верхньою частиною капсули. 
Вантажівки з напівпричепами часто їздять без верхніх кришок, тому було 
обрано відкриту установку. В іншому тести були ідентичними. 
 
 
Рисунок 3.3 − Ізоляційний матеріал всередині капсули колеса  
 
49 
 
Рисунок 3.4 − Шина в капсулі та вантажівка, закріплена на вимірювальному 
барабані в кліматичній аеродинамічній трубі 
 
 
Рисунок 3.5 − Налаштування вимірювання відкритої капсули колеса 
  
50 
3.3.2 Аналіз результатів проведення експерименту 
 
Відповідно до результатів проведення експерименту було вимірено опір 
коченню із закритою та відкритою кермовою рубкою на різних швидкостях, 
як показано на рис. 3.6.  
 
 
Рисунок 3.6 − Опір коченню, виміряний на різних швидкостях транспортного 
засобу із закритою та відкритою рульовою рубкою. 
 
Випробування включали послідовні кроки швидкості (80 км/год - 40 
км/год - 10 км/год - 60 км/год), подібно до результатів експерименту, що 
описані в роботі [22]. Значення опору коченню починаються з подібних 
значень, і форма історії часу подібна для обох вимірювань. Однак 
теплоізольована кермова рубка створює значно нижчий опір коченню на всіх 
оцінених рівнях швидкості. Зменшення опору коченню наприкінці рівня 
швидкості 80 км/год становить 7,7 %, як показано на рис. 3.7. Це значне 
зниження з точки зору споживання енергії за рахунок недорогого рішення та 
використання тих самих шин . Форма вимірювання температури шини подібна 
для обох випробувань (рис. 3.8) , за винятком того, що шина з герметичною 
51 
рубкою досягає вищих температур, ніж шина з відкритою рубкою.  
 
 
Рисунок 3.7 − Опір коченню, виміряний при 80 км/год із закритою та 
відкритою капсулою колеса 
 
 
Рисунок 3.8 − Температури шин із відкритою та закритою капсулою колеса 
 
52 
Крім того, охолодження відбувається трохи повільніше із закритою 
рульовою рубкою під час зупинки руху. Отже, підвищення температури шини 
також викликає значне підвищення тиску в шині , як показано на рис. 3.9. 
Зменшення опору коченню відбувається за рахунок комбінації підвищеного 
тиску (зменшення деформацій) і зменшення розсіювання енергії гумою шини. 
 
 
Рисунок 3.9 − Тиск у шинах, виміряний на різних швидкостях транспортного 
засобу із закритою та відкритою капсулою колеса 
 
Було проведено два додаткові випробування з вимірюванням лише 
температури шин : одне при температурі навколишнього середовища -30 °C з 
використанням ізольованої капсулою колеса та інше при -10 °C з відкритою 
капсулою колеса (рис. 3.10) . Цікавим фактом є те, що температура всередині 
шини при -30 °C при використанні ізольованої капсули колеса навіть вища, 
ніж у відкритої капсули колеса при температурі -10 °C. Автори. [22] та [23] 
раніше показали, що подібні зміни температури шини при більш низьких 
температурах викликають більші зміни опору коченню. Таким чином, можна 
очікувати, що зниження опору коченню із закритою капсулою колеса буде 
навіть більшим за нижчих температур, ніж за температури навколишнього 
середовища +5 °C, як це використовується в цій кваліфікаційній роботі.  
53 
 
 
Рисунок 3.10 − Температура шин із відкритою капсулою колеса при -
10 °C і закритою капсулою колеса при -30 °C 
 
Крім того, відкрита установка має більше ізоляції, ніж звичайна капсула 
колеса, і більше покриття з боку внутрішнього колеса, ніж звичайна капсулою 
колеса (рис. 3.3 та 3.4). Таким чином, позитивний вплив герметизованих 
капсул колеса на опір коченню може бути навіть більш значним, ніж доведено 
в цій кваліфікаційній роботі. 
Також закриті кермові рубки зменшать аеродинамічні втрати за рахунок 
усунення багатьох обертових джерел турбулентності та блокування потоку 
повітря під вантажівкою. Крім того, герметичні шини можуть зменшити шум, 
спричинений шинами. Інкапсуляцію некерованих шин легко застосувати в 
різних транспортних засобах, і це економічно ефективний спосіб значно 
зменшити опір коченню без будь-яких інших модифікацій. Однак занадто 
високий тиск у шинах, викликаний підвищеною температурою шин, може 
спричинити частіші вибухи шин, перегрів гальм, прискорене старіння шин і 
підвищений знос шин і гальмівних колодок. Коли капсула колеса закрита або 
54 
ізольована, моніторинг температури шини та тиску в них стає вкрай важливим, 
щоб уникнути вибухів шин. Позитивним аспектом є те, що найбільш значні 
переваги у зниженні споживання енергії, швидше за все, досягаються при 
низьких температурах навколишнього середовища, де ризик підвищеного 
зносу шин і гальм, перегріву гальм і вибуху шин не такий значний, як при 
вищих температурах навколишнього середовища. 
В залежності від клімату можливі різні варіанти реалізації цієї 
конструктивної ідеї. Капсулу колеса можна використовувати протягом усього 
року в холодних країнах. Якщо температура шин стає занадто високою в 
теплих країнах, герметизацію можна використовувати лише взимку. Крім 
того, вантажівки можуть бути обладнані вентиляційними отворами активного 
охолодження, щоб пропускати більше повітря в кермову рубку, якщо шини 
або гальма почнуть перегріватися. У цьому випадку шини могли б працювати 
з більш оптимальною температурою шини майже весь час, залишаючись у 
прийнятних межах, щоб уникнути термічного старіння. 
Високий ступінь ізоляції капсули колеса, застосований в кваліфікаційній 
роботі, може бути нелегким для застосування на дорозі. Однак, навіть якби 
було досягнуто лише половини показаного тут зниження опору коченню, це 
значною мірою зменшило б викиди CO2, спричинені вантажівками. 
 
3.3 Висновки до розділу 3 
 
У цьому розділі кваліфікаційної роботи досліджено вплив покриття та 
ізоляції капсули колеса вантажівки для зменшення ефекту охолодження шини 
та, в такий спосіб, зменшення опору коченню. Експериментальне дослідження 
проводилося в сучасній кліматичній аеродинамічній трубі. Основні висновки 
за розділом: 
– Результати експериментів показують, що зменшення охолоджуючого 
ефекту шини може значно вплинути на опір коченню. 
– Опір коченню значно знизився на всіх досліджуваних рівнях 
55 
швидкості, коли шина була герметизованою. 
– Завдяки герметизації та ізоляції шини температура шини та тиск у шині 
значно підвищуються. 
– На початку вимірювань зниження опору коченню майже однакове з 
герметизацією шини та без неї. Однак через короткий проміжок часу 
герметизовані шини досягають вищих температур порівняно з вимірюванням 
відкритої капсули колеса, що спричиняє значно нижчий опір коченню. 
Експериментальне дослідження показало вплив теплоізольованої капсули 
колеса на опір коченню та виявило значний потенціал для зниження опору 
коченню. Однак невідомо, як підвищена температура в капсулі колеса вплине 
на (I) знос шини в місці контакту, (II) старіння шини в найтеплішій точці шини 
(біля коронних поясів), (III) перегрів гальм , або (IV) знос гальмівних колодок. 
Надмірне термічне старіння може зменшити здатність відновлювати шини 
вантажних автомобілів у кілька разів. Ці можливі недоліки герметизованої 
конструкції капсули колеса слід вивчити і надалі. 
Інкапсульовані шини є багатообіцяючими з точки зору опору коченню, а 
вентиляційні отвори для активного охолодження можуть забезпечити гарний 
компроміс між перевагами та недоліками конструкції. У майбутньому 
доцільно провести більше експериментальних та обчислювальних досліджень, 
щоб визначити, скільки ізоляції необхідно для досягнення істотного впливу на 
опір коченню. Крім того, для підтвердження результатів випробування мають 
бути підтверджені вимірюваннями на дорозі. Також існує ймовірність того, що 
колеса з вищими емісійними та провідними властивостями або 
теплоізоляційними покриттями можуть впливати на опір коченню, що слід 
дослідити додатково. Крім того, слід провести дослідження, щоб з’ясувати, як 
різні типи шин поводяться під час подібних тестів. 
 
  
56 
ВИСНОВКИ 
 
Моделі трафіку можна розділити на різні категорії залежно від рівня 
агрегації, такі як макро-, мезо- та мікроскопічні. Симуляцію дорожнього руху 
також можна розділити на різні рівні: мережа, ділянки дороги та перехрестя. 
Складність маршруту, який проходить через задані фрагменти дорожньої 
мережі напряму впливає на ефективність експлуатації вантажних 
транспортних засобів за критеріями витрати палива та екологічності. При 
цьому цей вплив збільшується при збільшенні довжини маршруту. Результати 
аналізу з використанням наявної інформації показує, що існує близька до 
лінійної залежність між відносними змінами аналізованих параметрів доріг і 
результуючим параметром використання палива. Загалом градієнт дороги 
викликає найбільший вплив, за ними йдуть текстура і горизонтальна кривизна. 
Результуючий параметр тим більший, чим важчий транспортний засіб. Отже, 
споживання палива для вантажівок із причепом найбільше залежить від 
досліджуваних параметрів. 
Дефекти поверхні та міцність дороги наразі не включені у відповідні 
моделі, але можуть бути розглянуті в майбутньому. Однак вони впливають на 
структуру та нерівності дороги, і їх можна включити, якщо доступна 
відповідна модель погіршення стану дороги. Крім того, жорсткість тротуару 
може впливати на те, що м’якше покриття може збільшити опір коченню і, 
отже, споживання палива. Жорсткість безпосередньо не розглядається в 
дослідженні, але, що стосується дефектів поверхні та міцності дороги, це може 
бути корисно взяти до уваги в майбутньому. 
В процесі моніторингу руху вантажного транспортного засобу в процесі 
виконання міжнародного перевезення було визначено значення 
експлуатаційних характеристик Volvo при виконанні вантажних перевезень на 
складному маршруті. За результатами під’єднаної до двигуна CAN-системи та 
телематичної системи моніторингу WebEye визначено, що середня витрата 
палива на маршруті складає 111% від норми витрати. Таким чином, є потреба 
57 
в виявленні шляхів зменшення витрати палива транспортним засобом на 
складному маршруті за рахунок керування його експлуатаційними 
параметрами при виконанні вантажних перевезень. 
Експериментальне дослідження показало вплив теплоізольованої капсули 
колеса на опір коченню та виявило значний потенціал для зниження опору 
коченню. Однак невідомо, як підвищена температура в капсулі колеса вплине 
на (I) знос шини в місці контакту, (II) старіння шини в найтеплішій точці шини 
(біля коронних поясів), (III) перегрів гальм , або (IV) знос гальмівних колодок. 
Надмірне термічне старіння може зменшити здатність відновлювати шини 
вантажних автомобілів у кілька разів. Ці можливі недоліки герметизованої 
конструкції капсули колеса слід вивчити і надалі. 
 
  
58 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 
 
1. Carlson, A.; Hammarström, U.; Eriksson, O. Models and methods for the 
estimation of fuel consumption due to infrastructure parameters. Deliverable 2.1 in 
MIRAVEC—Modelling Infrastructure Influence on RoAd Vehicle Energy 
Consumption, Project Nr. 832615, ERA NET Road. 2013. Available online: 
https://trimis.ec.europa.eu/sites/default/files/project/documents/03_miravec_d2.1_
v5.0.pdf (accessed on 10 June 2024). 
2. Carlson, A.; Karlsson, R.; Eriksson, O. Energy Use Due to Traffic and 
Pavement Maintenance: The Cost Effectiveness of Reducing Rolling Resistance, 
VTI Notat 9A-2016; Statens väg- och transport for sknings institute: Linköping, 
Sweden, 2016; p. 84. Available online: https://www.diva-
portal.org/smash/get/diva2:925846/FULLTEXT01.pdf (accessed on 10 June 2024).  
3. Carlson, A.; Vieira, T. The Effect of Water and Snow on the Road Surface 
on Rolling Resistance; Swedish National Road and Transport Research Institute 
(VTI): Linköping, Sweden, 2021. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.12407.75686. 
4. Schmidt B. Miriam: models for rolling resistance in road infrastructure 
asset management systems // 24th ARRB Conference – Building on 50 years of road 
and transport research, Melbourne, Australia 2010.  
5. Lasse G. Andersen, Jesper K. Larsen, Elsje S. Fraser, Bjarne Schmidt, 
Jeppe C. Dyre. Rolling Resistance Measurement and Model Development. Journal 
of Transportation Engineering, 2015, volume 141, number 2, pp. 04014075. 
Doi:10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000673 
6. Wang, T.; Lee, I.-S.; Kendall, A.; Harvey, J.; Lee, E.-B.; Kim, C. Life 
cycle energy consumption and GHG emission from pavement rehabilitation with 
different rolling resistance. J. Clean. Prod. 2012, 33, 86–96. 
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.05.001. 
7. Duartea, G.; Gonçalvesa, G.; Farias, T. A methodology to estimate real-
world vehicle fuel use and emissions based on certification cycle data. Procedia - 
59 
Social and Behavioral Sciences, 2014, 111, 702 – 710. 
https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2014.01.104 
8. Yang, Y.; Ma, F.; Wang, J.; Zhu, S.; Gelbal, S. Y.; Kavas-Torris, O.; 
Aksun-Guvenc, B.; Guvenc, L. Cooperative ecological cruising using hierarchical 
control strategy with optimal sustainable performance for connected automated 
vehicles on varying road conditions. Journal of Cleaner Production. 2020, Volume 
275, 12305. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123056 
9. Smieszek, M.; Kostian, N.; Mateichyk, V.; Mościszewski, J.; 
Tarandushka, L. Determination of the Model Basis for Assessing the Vehicle Energy 
Efficiency in Urban Traffic. Energies [online]. 2021, 14(24), 8538. 
https://doi.org/10.3390/en14248538 
10. Sil, G.; Maji, A.; Maurya, A. K.; Nama, S. Effects of Inter-Vehicle 
Interaction on Speed and Lateral Position for Reviewing Free - Flow Condition. 
European Transport\Trasporti Europei, 2020, 78, Paper n° 9. (In Italy). ISSN 1825-
3997. https://doi.org/10.48295/ET.2020.78.9 
11. Taratorkin, I.; Derzhanskii, V.; Taratorkin, A. Experimental 
Determination of Kinematic and Power Parameters at the Tracked Vehicle Turning. 
In Proceedings of the 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-
2016), ICIE 2016. Procedia Engineering. 2016, Volume 150, 1368–1377. 
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.331 
12. Melnik, V.; Dovzhik, M.; Tatyanchenko, B; Solarov, O.; Sirenko, Y. 
Analytical method of examining the curvilinear motion of a four-wheeled vehicle. 
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2017, 3/7 (87), 59–65. 
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101335 
13. Volontsevich, D.; Mormilo, J.; Veretennikov, I. Analysis of the influence 
of the inter-wheel differentials design on the resistance of the car curved motion. 
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019, 4/7 (100), 38–45. 
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.173968 
14. Litvinov О.V. Experimental estimation of indicators of dynamics and 
resistance to the motion of special wheel techniques. Mechanics and mechanical 
60 
engineering. 2017, 1, 278–288. (In Ukrainian). 
https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/33137 
15. Sharma, A.K.; Bouteldja, M., Cerezo, V. Vehicle dynamic state 
observation and rolling resistance estimation via unknown input adaptive high gain 
observer. Mechatronics. 2021, Volume 79, 102658. 
https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2021.102658 
16. “Reducing CO₂ emissions from heavy-duty vehicles,” 2019. 
https://ec.europa.eu/clima/eu-action/transport-emissions/road-transport-reducing-
co2-emissions-vehicles/reducing-co2-emissions-heavy-duty-vehicles_en (accessed 
Feb. 09, 2022).  
17. H. S. Aldhufairi and O. A. Olatunbosun, “Developments in tyre design for 
lower rolling resistance: A state of the art review,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part D J. 
Automob. Eng., vol. 232, no. 14, pp. 1865–1882, 2018, doi: 
10.1177/0954407017727195.  
18. Y. Nakajima, Advanced Tire Mechanics. Springer Singapore, 2019. doi: 
10.1007/978-981-13-5799-2.  
19. M. Greiner, H. J. Unrau, and F. Gauterin, “A model for prediction of the 
transient rolling resistance of tyres based on inner-liner temperatures,” Veh. Syst. 
Dyn., vol. 56, no. 1, pp. 78–94, 2018, doi: 10.1080/00423114.2017.1343955.  
20. J. R. Luchini and J. A. Popio, “Modeling transient rolling resistance of 
tires,” Tire Sci. Technol., vol. 35, no. 2, pp. 118–140, 2007, doi: 10.2346/1.2737562.  
21. L. Nielsen and T. Sandberg, “A New Model For Rolling Resistance of 
Pneumatic Tires,” SAE Tech. Pap. Ser., vol. 2002-01–12, 2002, doi: 10.4271/2002-
01-1200. 240 
22. J. Hyttinen, M. Ussner, R. Österlöf, J. Jerrelind, and L. Drugge, “Truck 
tyre transient rolling resistance and temperature at varying vehicle velocities - 
Measurements and simulations,” Polym. Test., 2023, doi: 
https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.108004.  
61 
23. J. Hyttinen, M. Ussner, R. Österlöf, J. Jerrelind, and L. Drugge, “Effect of 
ambient and tyre temperature on truck tyre rolling resistance,” Int. J. Automot. 
Technol., vol. 23, no. 6, 2022, doi: 10.1007/s12239-022-0143-6.  
24. J. Ejsmont, S. Taryma, G. Ronowski, and B. Swieczko-Zurek, “Influence 
of temperature on the tyre rolling resistance,” Int. J. Automot. Technol., vol. 19, no. 
1, pp. 45–54, Feb. 2018, doi: 10.1007/s12239−018−0005−4.  
25. J. Ejsmont, G. Ronowski, W. Owczarzak, and S. Sommer, “Temperature 
influence on tire rolling resistance measurements quality,” Int. J. Automot. Technol., 
vol. 23, no. 1, pp. 109–123, 2022, doi: 10.1007/s12239–022–0009–y.  
26. O. Bode, “Der Einfluss von Wärmeverlusten auf den Rollwiderstand von 
Reifen, FAT-Schriftenreihe 325.” Verband der Automobilindustrie (VDA), 
Hannover, 2020. [Online]. Available: 
vda.de/vda/de/aktuelles/publikationen/publication/fat-schriftenreihe-325 
27. E. Duell, A. Kharazi, P. Nagle, P. Elofsson, D. Söderblom, and C. M. 
Ramden, “Scania’s New CD7 Climatic Wind Tunnel Facility for Heavy Trucks and 
Buses,” SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst., vol. 9, no. 2, pp. 785–799, 2016, 
doi: 10.4271/2016-01-1614.  
28.  “SS-ISO 28580:2018 - Passenger car, truck and bus tyre rolling resistance 
measurement method,” 2018. 
29. Mateichyk, V.; Soltus, A.; Klimov, E.; Kostian, N.; Smieszek, M.; 
Kovbasenko, S. Regularities of Changes in the Motion Re-sistance of Wheeled 
Vehicles along a Curvilinear Trajectory. Machines, 2023, 11, 570. 
https://doi.org/10.3390/machines11050570. 
30. Волков, В.П. Теорія руху автомобіля: підручник / В.П. Волков, Г.Б. 
Вільський. – Суми: Університетська книга, 2021. – 320 с.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
