mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2021-19-4-4mirtr-2153Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGИспользование данных мониторинга эксплуатации транспортных средств для оценки дорожных условий движения транспортных потоковUsing In-Vehicle Monitoring Data to Assess Road Conditions of Traffic FlowsЧерняевИ. О.ChernyaevI. O.

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технической эксплуатации транспортных средств,

Санкт-Петербург

Ph.D. (Eng), Associate Professor, Head of the Department of Transport Maintenance,

Saint Petersburg

chernyaev@rambler.ruЕвтюковС. А.EvtyukovS. A.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой наземных  транспортнотехнологических машин,

Санкт-Петербург

D.Sc. (Eng), Professor, Head of the Department of Land Transport and Technological Machines,

St. Petersburg

s.a.evt@mail.ruСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ)РоссияSaint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)Russian FederationСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ)РоссияSt. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)Russian Federation2021280820211943439Copyright © Черняев И.О., Евтюков С.А., 20212021Черняев И.О., Евтюков С.А.Chernyaev I.O., Evtyukov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2153

Разработка адаптивных систем технического обслуживания и ремонта автомобильной техники ставит задачи мониторинга условий их эксплуатации. Одним из основных факторов, определяющих эти условия, является тип дорожного покрытия.

В статье изложены полученные теоретическими и экспериментальными методами результаты определения типа (и состояния) дорожного покрытия на основе анализа вертикальных ускорений, регистрируемых на кузове транспортного средства.

Целью разработки является обеспечение возможности непрерывного контроля типа дорожного покрытия, по которому осуществляется движение автомобиля, с последующим использованием полученных данных для коррекции сервисного интервала. В статье приведены результаты экспериментов, показывающие зависимость вертикальных ускорений кузова от микропрофиля дорожного покрытия. Приведены экспериментально полученные профили вертикальных ускорений для различных типов дорожного покрытия в различном состоянии. Для количественной оценки предложено рассчитывать средний уровень ускорений как интегральное среднее на определённом интервале времени.

По результатам экспериментов обоснована эмпирическая зависимость среднего уровня ускорений от скорости движения транспортного средства. На основе данной зависимости предложен метод пересчёта текущих значений средних уровней ускорений, полученных при различных скоростях, в значения, приведённые к базовой скорости для обеспечения возможности их сравнения.

Показано, что на основе полученных в результате мониторинга эксплуатации значений средних уровней ускорений для заранее известного типа покрытия возможно определение его состояния. Сформулирован краткий алгоритм для практической реализации и выполнения оценки дорожных условий движения транспортных потоков. В качестве аппаратной базы предлагается не дооснащение транспортного средства дополнительными датчиками, а использование штатных акселерометров в составе автоматизированных информационных систем экстренного реагирования при авариях, например, блоков оборудования ЭРА-ГЛОНАСС. 

 

Developments in adaptive systems for maintenance and repair of automotive vehicles set the task of monitoring the conditions of their operation. One of the main factors determining these conditions is the type of road surface.

The article describes the results of identification of the type (and condition) of the road surface obtained by theoretical and experimental methods based on the analysis of vertical accelerations recorded on the vehicle body.

The purpose of research was to provide a possibility of continuous monitoring of the type of road surface on which a vehicle is driving, with the subsequent application of the obtained data to correct maintenance intervals. The results of experiments have shown the dependence of the vertical acceleration of the body on the micro-profile of the road surface. The described experimentally obtained profiles of vertical accelerations refer to different types of road surface in different conditions. For quantitative assessment, it is proposed to calculate the average level of accelerations as an integral average over a certain time interval.

The results of the experiments have allowed to substantiate the empirical dependence of the average level of accelerations on speed of a vehicle. Based on this dependence, a method is proposed for recalculating the current values of the average levels of accelerations obtained at different speeds into values adjusted to the base speed to ensure the possibility of their comparison.

It is shown that based on the values of average acceleration levels obtained through operation monitoring regarding a previously known type of road surface, it is possible to determine its condition. A short algorithm is formulated for practical implementation and assessment of road conditions of traffic flows. As for hardware, it is proposed not to equip a vehicle with additional sensors but to use operational standard accelerometers as part of in-vehicle emergency call systems, e.g., ERA-GLONASS equipment units. 

транспортавтомобильный транспортмониторинг эксплуатации транспортных средствусловия эксплуатацииадаптивные системы технического обслуживанияГЛОНАССЭРА-ГЛОНАССtransportroad transportvehicle operation monitoringoperating conditionsadaptive maintenance systemsGLONASSERA-GLONASSReferencesVerevkin, N., Lavrentyev, E., Chernyaev, I., Gurin, D. Method of Providing Safe Technical Condition of Vehicles by Technological Design of Enterprises. Transportation Research Procedia, 2017, Vol. 20, pp. 665−670. DOI: 10.1016/j.trpro.2017.01.108.Verevkin, N., Lavrentyev, E., Chernyaev, I., Gurin, D. Method of Providing Safe Technical Condition of Vehicles by Technological Design of Enterprises. Transportation Research Procedia, 2017, Vol. 20, pp. 665−670. DOI: 10.1016/j.trpro.2017.01.108.Dobromirov, V., Verhorubov, V., Chernyaev, I. Systematizing the factors that determine ways of developing the vehicle maintenance system and providing vehicle safety. Transportation Research Procedia, 2018, Vol. 36, pp. 114−121. DOI: 10.1016/j.trpro.2018.12.052.Dobromirov, V., Verhorubov, V., Chernyaev, I. Systematizing the factors that determine ways of developing the vehicle maintenance system and providing vehicle safety. Transportation Research Procedia, 2018, Vol. 36, pp. 114−121. DOI: 10.1016/j.trpro.2018.12.052.Детлер М. Ф., Криворотов А. В., Недолужко А. И., Парубец А. Ю. К вопросу применения нормативов планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта к современным автомобилям // ИВД. − 2017. − № 2 (45). – С. 14−22. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29911672. Доступ 14.07.2021.Detler, M. F., Krivorotov, A. V., Nedoluzhko, A. I., Parubets, A. Yu. On the issue of application of the standards of the planned preventive maintenance and repair system to modern cars [K voprosu primeneniya normativov planovopredupreditelnoi sistemy tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta k sovremennym avtomobilyam]. IVD, 2017, Iss. 2 (45), pp. 14−22. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29911672. Last accessed 14.07.2021.Бердников И. Е. Разработка диагностико-информационной подсистемы технического сервиса для обеспечения эксплуатационной надежности транспортнотехнологических машин // Дис... канд. техн. наук ЗабГУ. − Чита, 2017. − 217 с. [Электронный ресурс]: https://brstu. ru/docs/podrazdeleniya-brgu/disssert-sovet/berdnikov-ie/dissertaciya-berdnikov.pdf. Доступ 14.07.2021.Berdnikov, I. E. Development of a diagnostic and information subsystem of technical service to ensure operational reliability of transport and technological machines. Ph.D. (Eng) thesis [Razrabotka diagnostikoinformatsionnoi podsistemy tekhnicheskogo servisa dlya obespecheniya ekspluatatsionnoi nadezhnosti transportnotekhnologicheskikh mashin. Dis... kand. tekh. nauk]. Chita, ZabGU, 2017, 217 p. [Electronic resource]: https://brstu.ru/docs/podrazdeleniya-brgu/disssert-sovet/berdnikov-ie/dissertaciya-berdnikov.pdf. Last accessed 14.07.2021.Дидманидзе О. Н., Варнаков Д. В., Варнаков В. В. Концепция технического сервиса по фактическому состоянию машин на основе оценки их параметрической надёжности // Вестник Московского государственного агроинженерного университета им. В. Н. Горячкина. − 2016. − № 2 (72). − С. 51−57. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25791809. Доступ 14.07.2021.Didmanidze, O. N., Varnakov, D. V., Varnakov, V. V. The concept of technical service on the actual state of machines based on assessment of their parametric reliability [Kontseptsiya tekhnicheskogo servisa po fakticheskomu sostoyaniyu mashin na osnove otsenki ikh parametricheskoi nadezhnosti]. Bulletin of Moscow State Agroengineering University n. a. V. N. Goryachkin, 2016, Iss. 2 (72), pp. 51−57. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25791809. Last accessed 14.07.2021.Попов Д. А., Никонов В. О., Панин М. А. Перспективный подход к установлению периодичности технического обслуживания автомобилей // Бюллетень транспортной информации. − 2019. − № 2 (284). − С. 24−29. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37218559. Доступ 14.07.2021.Popov, D. A., Nikonov, V. O., Panin, M. A. A perspective approach to establishing the frequency of maintenance of automobiles [Prespektivniy podkhod k ustanovleniyu periodichnosti teknicheskogo obsluzhivaniya avtomobilei]. Bulletin of transport information, 2019, Iss. 2 (284), pp. 24−29. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37218559. Last accessed 14.07.2021.Мороз С. М. Сервисы ИТС для технической эксплуатации автомобилей // Автомобильная промышленность. − 2015. − № 9. − С. 21−23. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24349424. Доступ 14.07.2021.Moroz, S. M. ITS services for technical operation of automobiles [Servisy ITS dlya tekhnicheskoi ekspluatatsii avtomobilei]. Avtomobilnaya promyshlennost, 2015, Iss. 9, pp. 21−23. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24349424. Last accessed 14.07.2021.Taghipour, S., Banjevic, D. Optimum inspection interval for a system under periodic and opportunistic inspections. IIE Transactions, 2012, Vol. 44, Iss. 11, рр. 932−948. DOI: 10.1080/0740817X.2011.618176.Taghipour, S., Banjevic, D. Optimum inspection interval for a system under periodic and opportunistic inspections. IIE Transactions, 2012, Vol. 44, Iss. 11, рр. 932−948. DOI: 10.1080/0740817X.2011.618176.Савин Л. О., Королёв М. В., Носов М. В. Анализ определяющих параметров и возможностей использования гибких стратегий технического обслуживания для повышения надёжности автомобильной техники при её эксплуатации в особых условиях // Научный результат. Информационные технологии. − 2017. − № 2. – С. 9−20. DOI: 10.18413/2518-1092-2017-2-2-9-20.Savin, L. O., Korolev, M. V., Nosov, M. V. Analysis of defining parameters and the possibilities of using flexible maintenance strategies to improve reliability of automotive equipment during its operation in special conditions [Analiz opredelyayuschikh parametrov i vozmozhnostei ispolzovaniya gibkikh strategii tekhnicheskogo obsluzhivaniya dlya povysheniya nadezhnosti avtomobilnoi tekhniki pri ee ekspluatatsii v osobykh usloviyakh]. Scientific Result. Information Technology, 2017, Iss. 2, pp. 9−20. DOI: 10.18413/2518-1092-2017-2-2-9-20.Biteus, J., Lindgren, T. Planning Flexible Maintenance for Heavy Trucks Using Machine Learning Models, Constraint Programming, and Route Optimization. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 2017, Vol. 10, Iss. 3, pp. 306–315. DOI: 10.4271/2017-01-0237.Biteus, J., Lindgren, T. Planning Flexible Maintenance for Heavy Trucks Using Machine Learning Models, Constraint Programming, and Route Optimization. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 2017, Vol. 10, Iss. 3, pp. 306–315. DOI: 10.4271/2017-01-0237.Иванов А. В., Селезнев М. В. К вопросу о периодичности смены трансмиссионных масел в процессе эксплуатации автомобилей // Вестник НГИЭИ. − 2016. − № 10 (65). – С. 94−102. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27193429. Доступ 14.07.2021.Ivanov, A. V., Seleznev, M. V. On the issue of frequency of changing transmission oils during operation of automobiles [K voprosu o periodichnosti smeny transmissionnykh maselv protsesse ekspluatatsii avtomobilei]. Vestnik NGIEI, 2016, Iss. 10 (65), pp. 94−102. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27193429. Last accessed 14.07.2021.Vakiti, K., Deussen, J., Pilger, C., Nanjundaswamy, H. K. [et al]. In-Use Compliance Opportunity for Diesel Powertrains. SAE Technical Papers, 2018, 14 p. DOI: 10.4271/2018-01-0877.Vakiti, K., Deussen, J., Pilger, C., Nanjundaswamy, H. K. [et al]. In-Use Compliance Opportunity for Diesel Powertrains. SAE Technical Papers, 2018, 14 p. DOI: 10.4271/2018-01-0877.Nanjundaswamy, H., Deussen, J., Sickle, R., Tomazic, D., Szailer, T., Franke, M., Kotter, M., Körfer, T. OBD Diagnostic Strategies for LEVIII Exhaust Gas Aftertreatment Concepts. SAE International Journal of Passenger Cars − Mechanical Systems, 2015, Vol. 8 (1). DOI: 10.4271/2015-01-1040.Nanjundaswamy, H., Deussen, J., Sickle, R., Tomazic, D., Szailer, T., Franke, M., Kotter, M., Körfer, T. OBD Diagnostic Strategies for LEVIII Exhaust Gas Aftertreatment Concepts. SAE International Journal of Passenger Cars − Mechanical Systems, 2015, Vol. 8 (1). DOI: 10.4271/2015-01-1040.Rengasamy, D., Jafari, M., Rothwell B., Xin Chen, Figueredo, G. P. Deep Learning with Dynamically Weighted Loss Function for Sensor-Based Prognostics and Health Management. Sensors (Switzerland), 2020, Vol. 20, Iss. 3 (723), 21 p. DOI: 10.3390/s20030723.Rengasamy, D., Jafari, M., Rothwell B., Xin Chen, Figueredo, G. P. Deep Learning with Dynamically Weighted Loss Function for Sensor-Based Prognostics and Health Management. Sensors (Switzerland), 2020, Vol. 20, Iss. 3 (723), 21 p. DOI: 10.3390/s20030723.Rahat, M., Pashami, S., Nowaczyk, S., Kharazian, Z. Modeling Turbocharger Failures using Markov Process for Predictive Maintenance. Paper presented at the 30th European Safety and Reliability Conference, ESREL, 2020 and 15th Probabilistic Safety Assessment and Management Conference, PSAM 2020, pp. 3431−3437. [Электронный ресурс]: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1505794/FULLTEXT01.pdf. Доступ 14.07.2021.Rahat, M., Pashami, S., Nowaczyk, S., Kharazian, Z. Modeling Turbocharger Failures using Markov Process for Predictive Maintenance. Paper presented at the 30th European Safety and Reliability Conference, ESREL, 2020 and 15th Probabilistic Safety Assessment and Management Conference, PSAM 2020, pp. 3431−3437. [Electronic resource]: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1505794/FULLTEXT01.pdf. Last accessed 14.07.2021.Dobry, P., Lehmann, T., Bertsche, B. Two-Step Data Mining Method to Identify Failure Related Driving Patterns. Paper presented at the Proceedings − Annual Reliability and Maintainability Symposium, 2018, pp. 1–7. DOI: 10.1109/RAM.2018.8463004.Dobry, P., Lehmann, T., Bertsche, B. Two-Step Data Mining Method to Identify Failure Related Driving Patterns. Paper presented at the Proceedings − Annual Reliability and Maintainability Symposium, 2018, pp. 1–7. DOI: 10.1109/RAM.2018.8463004.Болдин А. П. Научные основы разработки и использования систем внешнего и встроенного диагностирования на автомобильном транспорте // Дис… док. техн. наук. – М., 1994. – 430 с.Boldin, A. P. Scientific bases for development and use of external and built-in diagnostics systems for road transport. D.Sc. (Eng) thesis [Nauchnie osnovy razrabotki i ispolzovaniya sistem vneshnego i vstroennogo diagnostirovaniya na avtomobilnom transporte. Dis... doс. tekh. nauk]. Moscow, 1994, 430 p.Озорнин С. П., Бердников И. Е. Совершенствование организации мониторинга изменений технического состояния машин в эксплуатации // Вестник ЗабГУ. − 2014. − № 8. – С. 64−69. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22024780. Доступ 14.07.2021.Ozornin, S. P., Berdnikov, I. E. Improving the organization of monitoring changes in the technical state of machines in operation [Sovershenstvovanie organizatsii monitoringa izmenenii tekhnicheskogo sostoyaniya masin v ekspluatatsii]. Vestnik ZabGU, 2014, Iss. 8, pp. 64−69. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=22024780. Last accessed 14.07.2021.Кузнецов Е. С., Болдин А. П., Власов В. М. и др. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник / 4-е изд., перераб. и дополн. − М.: Наука, 2001. − 535 с. [Электронный ресурс]: https://www.studmed.ru/kuznecoves-tehnicheskaya-ekspluataciya-avtomobiley_a8f713edcf5.html. Доступ 14.07.2021.Kuznetsov, E. S., Boldin, A. P., Vlasov, V. M. [et al]. Technical maintenance of cars: Textbook [Tekhnicheskaya ekspluatatsiya avtomobilei: Uchebnik]. 4th ed., rev. and enl. Moscow, Nauka publ., 2001, 535 p. [Electronic resource]: https://www.studmed.ru/kuznecov-es-tehnicheskayaekspluataciya-avtomobiley_a8f713edcf5.html. Last accessed 14.07.2021.Любимов И. И., Сычёв А. М. Об аналитическом определении показателей динамики колесной нагрузки транспортных машин при случайных колебаниях // Вестник СГТУ. − 2005. − № 1 (9). − С. 71−79. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18286899. Доступ 14.07.2021.Lyubimov, I. I., Sychev, A. M. On the analytical determination of indicators of the dynamics of the wheel load of transport machines at random fluctuations [Ob analiticheskom opredelenii pokazatelei dinamiki kolesnoi nagruzki transportnykh masin pri sluchainykh kolebaniyakh]. Vestnik SGTU, 2005, Iss.1 (9), pp. 71−79. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18286899. Last accessed 14.07.2021.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.