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Analisi di parametri cinematici e situazioni di traffico in
ambito urbano finalizzate al calcolo delle emissioni
Giorgio Zamboni, Chiara Carraro, Massimo Capobianco
Internal Combustion Engines Group (ICEG)Dipartimento di Macchine Sistemi Energetici e Trasporti (DIMSET)
Università di Genova
Enrico DaminelliArea 08 Ambiente – Provincia di Genova
XIV Incontro EXPERT PANELEMISSIONI DA TRASPORTO STRADALE
ARPAV – Venezia, 16 ottobre 2008
G. Zamboni, C. Carraro, M. Capobianco, E. Daminelli – XIV incontro EP, Venezia, 16 ottobre 2008 2
IndiceIndice
• Attività svolte
• Definizione dei percorsi urbani e delle fasce orarie
• Elaborazione delle misure di velocità istantanea
• Analisi dei risultati
• Valutazione dei fattori di emissione a caldo
• Sviluppi futuri
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• Selezione di 4 differenti percorsi e definizione di 4 fasce orarie
• Acquisizioni della velocità istantanea di due tipologie di veicoli (auto escooter con motori di cilindrata pari a 125/150 cm3), equipaggiati con unostrumento VBOX che effettua misure di velocità basate su GPS
Moto: 393 acquisizioni valide effettuate in due periodi (2005 e 2008) per untotale di circa 1150 chilometri
Auto: 1159 acquisizioni valide effettuate in tre periodi (2005, 2006 e 2007), perun totale di circa 3400 chilometri
• Definizione della procedura di elaborazione dei dati finalizzata alla valutazionedei parametri cinematici selezionati
• Analisi dei risultati in termini di valori medi delle diverse grandezze e didistribuzione di frequenza della velocità istantanea
• Valutazione delle emissioni sui percorsi considerati sulla base dei risultatisperimentali con definizione di procedure di calcolo dei fattori di emissione
Sintesi delle attivitSintesi delle attivitàà svoltesvolte
L’indagine viene sviluppata nell’ambito di una convenzione tra AmministrazioneProvinciale (Area Ambiente) ed Università di Genova (DIMSET – ICEG)
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• I 4 percorsi sono stati individuati sulla base delle caratteristiche orografichedella città e delle principali direttrici di traffico, anche sulla base di studi O-D
• A parte un anello centrale (percorso 3), gli altri percorsi collegano il ponente,il levante e l’entroterra con il centro cittadino; sono stati suddivisi in tratti inbase alla tipologia delle strade ed alla collocazione urbanistica, individuandoper ciascuno tratti periferici, semiperiferici e centrali
• I tratti, che presentano lunghezze variabili tra 1.2 e 4.6 km, sono anchedifferenziati a seconda della direzione di percorrenza
• La suddivisione dei percorsi ha consentito tra l’altro di
verificare la dipendenza dei parametri cinematici dalle diverse zone urbane equantificare l’influenza delle arterie di scorrimento veloce
individuare nel tessuto urbano zone omogenee dal punto di vista delcomportamento cinematico del veicolo, in termini di velocità media, tempo disosta al minimo e distribuzione di frequenza della velocità istantanea
applicare le classificazioni utilizzate nel modello Artemis con riferimento sia alletipologie di strade sia ai livelli di traffico
• Le fasce orarie considerate coprono l’intero arco della giornata (fascia 1:7:00÷9:30, 2: 9:30÷12:30, 3: 14:00÷17:00, 4: 17:00÷20:00)
Definizione dei percorsi urbani e delle fasce orarieDefinizione dei percorsi urbani e delle fasce orarie
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Misure con VBOXMisure con VBOX
5771Tutte
22174
-153
14192
21201
Acquisizioni motoAcquisizioni autoFascia oraria
I profili di velocità istantaneavengono rilevati con una frequenzadi campionamento pari a 5 Hz
Lo strumento memorizza i dati(tempo, velocità, ecc.) in un file,utilizzato per la validazione dellamisura e la successiva elaborazione
Le misure sono state effettuatesempre nei giorni feriali del periodoscolastico, sospendendole inconcomitanza di particolari eventi(fiere, scioperi dei trasporti pubblici,ecc.)
Percorso 3anellocentrale
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• Per ciascuna acquisizione vengono calcolate un certonumero di grandezze tra le quali:
velocità media
coefficiente di accelerazione positivaRPA = [∑i (vi *ai
+)* Δt]/L in [m/s2]
percentuale di sosta al minimo
distribuzione di frequenza della velocità istantaneasecondo opportune classi
Condizione di veicolo fermo (sosta al minimo),definita dalla soglia di sensibilità dello strumento
Elaborazione dei datiElaborazione dei dati
> 5045÷5040÷4535÷4030÷3525÷3020÷2515÷2010÷155÷100.5÷5< 0.5
121110987654321Velocità[km/h]
• Per ciascun tratto/percorso, i valori relativi alle singoleacquisizioni vengono mediati, anche tenendo conto dellafascia oraria di esecuzione della misura
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LegameLegame velvel. media. media –– sosta al minimo (auto)sosta al minimo (auto)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
0 10 20 30 40 50 60 70
Velocità media [km/h]
Sos
taal
min
imo
Percorso 1_a
Percorso 1_b
Percorso 2_a
Percorso 2_b
Percorso 3
Percorso 4_a
Percorso 4_b
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LegameLegame velvel. media. media –– RPA (auto e moto)RPA (auto e moto)
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
5 15 25 35 45 55 65Velocità media [km/h]
Acc
eler
azio
neR
elat
iva
Pos
itiva
[m/s
2 ]
CADC urbano ed extraurbano Misure a Genova (moto)UDC + EUDC cicli FHBWMTC v8 parti 1 e 2 WMTC v7 parti 1 e 2Condizioni reali per WMTC Misure a Genova (auto)
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Influenza fascia oraria (auto)Influenza fascia oraria (auto)
Zonecentrali
Trattosemiperiferico
Strada ascorrimentoveloce
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Distribuzione velocitDistribuzione velocitàà media (auto)media (auto)
• I valori di velocità media relativi a tutte le acquisizioni sono statidistribuiti secondo opportune classi, senza distinzione in fasce orarie,ottenendo per i chilometri percorsi le seguenti distribuzioni percentuali:
Nel modello Artemis le velocità sono correlate a diversi livelli di traffico, che vengonoutilizzati per definire i fattori di emissione nella procedura basata sulle “Traffic situations”:< 15 km/h Stop & go = 15 ÷ 30 km/h Saturated = 30 ÷ 45 km/h Heavy
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Distribuzione velocitDistribuzione velocitàà istantanea (auto)istantanea (auto)
• Le distribuzioni medie di frequenza della velocità istantanea relative aisingoli tratti sono state raggruppate secondo i tre criteri visti inprecedenza, ottenendo le seguenti distribuzioni percentuali:
• Considerando la fascia oraria del tardo pomeriggio (17:00÷20:00):
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Valutazione dei fattori di emissione a caldoValutazione dei fattori di emissione a caldo
• Il database sperimentale sulla definizione delle caratteristichecinematiche dei percorsi tipici urbani viene attualmente utilizzato per lavalutazione dei fattori di emissione di auto e moto secondo diversiapprocci/procedure
velocità media: vengono confrontate le funzioni implementate in diversimodelli (Copert, Artemis e Progress), considerando i valori di velocitàsperimentali e quelli tipicamente applicati per il calcolo degli inventari
“traffic situations/reference test patterns”: la procedura, utilizzata nelmodello Artemis, prevede la classificazione delle strade secondo diversetipologie e dei livelli di traffico sulla base dei valori di velocità. Allesituazioni di traffico vengono poi associati i fattori di emissione, pesandocon opportuni coefficienti i valori corrispondenti ai reference test patterns(Urban dense; Congested urban, low speeds; ecc.) Verranno utilizzati sia icoefficienti proposti nel modello, sia i coefficienti calcolati sulla base deidati sperimentali, considerando diversi parametri cinematici
distribuzioni di frequenza della velocità istantanea: anche in questo casoverranno utilizzate le funzioni disponibili in Copert ed Artemis, convalutazioni opportune delle portate di inquinanti al minimo
• Per alcune classi di veicoli e percorsi considerati, sarà possibile validarei calcoli sulla base di misure di emissioni eseguite presso l’Istituto Motori
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NONOxx –– fattori a caldo auto a benzinafattori a caldo auto a benzina
0
50
100
150
200
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 2
Riferimento
0
20
40
60
80
100
120
140
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 3
Riferimento
0
20
40
60
80
100
120
140
Artemis Copert 3 Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 1
Riferimento
0
20
40
60
80
100
120
140
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 4
Riferimento
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PMPM –– fattori a caldo auto Dieselfattori a caldo auto Diesel
0
25
50
75
100
125
150
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 2
Riferimento
0
20
40
60
80
100
120
140
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 3
Riferimento
0
25
50
75
100
125
150
175
200
Artemis Copert 3 Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diP
Mn
orm
aliz
zati
[%]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 1
Riferimento
0
20
40
60
80
100
120
Artemis Copert 4 Progress
Fatt
ori
die
mis
sio
ne
diN
Ox
nor
mal
izza
ti[%
]
Tratti centrali Strade a scorrimento veloce Tratti semiperiferici v media = 25 Km/h
Euro 4Riferimento
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Sviluppi futuriSviluppi futuri
Conclusione delle elaborazioni relative alle misurecon motocicli
Completamento della valutazione dei fattori diemissione a caldo secondo differenti approcci, perauto e motocicli
Sviluppo di procedure di calcolo delle emissioni afreddo utilizzando il database sperimentale
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Grazie per l’attenzione!
Per ulteriori informazioni e contatti:
www.iceg.unige.it