CONSTRUÇÃO DE CICLOS DE CONDUÇÃO PARA
ESTIMATIVA DE EMISSÕES VEICULARES PARA
ÔNIBUS URBANOS
Francisco Fernando Maciel Filho
Orlando Strambi
CONSTRUÇÃO DE CICLOS DE CONDUÇÃO PARA ESTIMATIVA DE EMISSÕES
VEICULARES PARA ÔNIBUS URBANOS
Francisco Fernando Maciel Filho
Orlando Strambi
Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
RESUMO
O objetivo principal deste trabalho de pesquisa é desenvolver ciclos de condução para ônibus urbanos a partir de
dados de campo, visando sua aplicação em metodologias de estimativa de emissões de poluentes. São
apresentadas metodologias para a construção de ciclos de condução, com destaque para um procedimento que
utiliza o conceito de VSP (Vehicle Specific Power), variável que apresenta forte correlação com emissões de
poluentes. Foram coletados dados da variação da velocidade ao longo do tempo em ônibus que realizam testes de
durabilidade, percorrendo diariamente diferentes tipos de vias urbanas em um trajeto pré-determinado. Foram
selecionados segmentos do trajeto que, agrupados, podem representar diferentes condições de operação para
ônibus urbanos; em seguida, foram propostos ciclos de condução para estes segmentos escolhidos, nos períodos
de pico e fora do pico. Foram estimadas as emissões dos principais poluentes para os ciclos de condução
desenvolvidos. Os resultados mostram que as características das vias e condições de tráfego desfavoráveis
podem impactar diretamente na distribuição de VSP e, consequentemente, ocasionar emissões mais elevadas de
poluentes.
ABSTRACT
The main objective of this research is to develop driving cycles for urban buses from experimental data, with the
purpose of estimating pollutant emissions. The study presents different methodologies for the construction of
driving cycles, with emphasis on a procedure that uses the VSP concept (Vehicle Specific Power), a variable
highly correlated with pollutant emissions. Data from speed variation were collected from a bus performing
urban endurance tests, driving through many types of urban roads on a predefined route. Segments from the
entire route were selected to represent different operating conditions for buses, during peak and off-peak
periods, for which several driving cycles were developed. Pollutant emissions were estimated for these cycles.
The results show that road characteristics and adverse traffic conditions can impact directly on VSP distribution
and therefore lead to higher pollutant emissions.
1. INTRODUÇÃO
Os ciclos de condução são essenciais para a certificação e homologação de veículos em testes
de emissões de poluentes e de consumo de combustível. Desenvolver ciclos de condução que
representem de maneira adequada as condições reais de operação de ônibus urbanos é
fundamental para que possam ser feitas estimativas de emissões de poluentes próximas da
realidade. A estimativa de emissões, como problema de engenharia de transportes, é
importante para avaliar a contribuição dos efeitos de diferentes condições de operação de
ônibus para a poluição de uma região e auxiliar no desenvolvimento de estratégias de
transporte público urbano.
O objetivo principal deste trabalho é construir ciclos de condução de ônibus urbanos a partir
de dados da operação simulada por veículo em teste, visando sua aplicação em metodologias
de estimativa de emissões de poluentes.
Os objetivos secundários são:
 Verificar os resultados do método de seleção de microviagens adotado e do procedimento
de construção de ciclos de condução com base no conceito de VSP (Vehicle Specific
Power – potência veicular específica);
1
 Comparar distribuições de VSP e ciclos de condução construídos para trechos de vias com
diferentes configurações;
 Estimar emissões para os ciclos de condução desenvolvidos e comparar o efeito de
diferentes ciclos sobre a emissão de poluentes selecionados.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Ciclos de condução
Para Nesamani e Subramanian (2011) um ciclo de condução é uma sequência de condições de
operação (marcha lenta, aceleração, desaceleração e cruzeiro), desenvolvida para representar
um padrão típico de condução em uma região, sendo amplamente utilizado em estudos de
emissões (Lai et al., 2012).
O Orange County Transit Cycle, mostrado na figura 1 (SAE, 2002), é um exemplo de ciclo de
condução utilizado para representar a operação de ônibus em velocidades intermediárias (ex.:
faixa de circulação exclusiva de ônibus). É derivado de dados coletados na operação real de
ônibus urbanos em Orange County, Califórnia, e reflete uma grande variedade de acelerações,
desacelerações e operações de cruzeiro. O ciclo Orange County tem uma velocidade média de
19,8 km/h, duração de 1908 s, percorrendo uma distância de 10,5 km. Internacionalmente,
outros ciclos foram desenvolvidos para representar diferentes condições de operação (SAE,
2002; Nesamani e Subramanian, 2011; Wi et al., 2009 ).
50
Velocidade, mph
40
30
20
10
0
1
501
1001
Tempo, s
1501
2001
Figura 1: Ciclo de condução Orange County (SAE, 2002)
2.1.1. Metodologias de construção de ciclos de condução
De uma forma geral, métodos de construção de ciclos de condução incluem tipicamente as
seguintes etapas (André, 2004): (i) coleta de dados de condução, (ii) segmentação dos dados
de condução, (iii) construção dos ciclos e (iv) avaliação e seleção do ciclo final. Algumas das
principais metodologias de construção de ciclos são:
 construção baseada em microviagens: onde cada microviagem compreende a atividade de
condução entre paradas sequenciais, incluindo o tempo de parada inicial ou final; para
compor o ciclo, combinam-se microviagens, selecionando-as aleatoriamente ou utilizando
método que busca uma melhoria incremental baseada em algum indicador de similaridade
com um ciclo observado (Austin et al., 2004);
 construção baseada em segmentos: onde a cada mudança no tipo da via ou nível de serviço
é gerado um novo segmento da viagem, que serão selecionados da mesma forma que as
microviagens para compor o ciclo final (Carlson e Austin, 1997);
 método da classificação padronizada: que utiliza sequências cinemáticas (conjunto de
2
variáveis que descrevem o comportamento dinâmico como: duração, tempo de parada,
distância percorrida, velocidade instantânea, aceleração, etc.). Os ciclos de condução são
construídos combinando sequências cinemáticas aleatoriamente (André et al., 1995);
 construção modal de ciclos: onde a condução é vista como uma sequência de modos como
aceleração, desaceleração, cruzeiro ou parada; admite-se que a probabilidade de um
evento modal qualquer ocorrer depende somente do modo do evento anterior (Lin e
Niemeier, 2002);
 seleção por VSP: utiliza como base a construção dos ciclos de condução a partir de
microviagens, porém utiliza o critério de similaridade de distribuição no tempo do VSP
(Vehicle Specific Power – potência veicular específica) para selecionar as microviagens
que irão compor o ciclo de condução final. Proposta por Lai et al.(2012), essa é a
metodologia aplicada para a seleção de microviagens deste trabalho.
2.2. VSP – Vehicle Specific Power
O conceito de potência veicular específica (VSP – Vehicle Specific Power) apresentado por
Jimenez-Palacios (1999) é definido como a taxa instantânea de potência para a massa do
veículo. Este parâmetro é útil para análises de dinamômetro de chassis e modelagem de
emissões e pode ser calculado a partir de medidas da velocidade, aceleração e inclinação da
via, além de estimativas de aerodinâmica e resistência à rolagem do veículo. A expressão
geral para o cálculo do VSP é dada por:
VSP = v ×(a + g × sin(φ ) + ψ ) + ζ × v 3 ;
em kW/t
(1)
onde v = velocidade (m/s); a = aceleração (m/s2); g = 9,81m/s2; φ = inclinação da via; ψ =
coeficiente de resistência à rolagem e ζ = coeficiente de arrasto.
A correlação das emissões de CO (monóxido de carbono), HC (hidrocarbonetos) e NOx
(óxidos de nitrogênio) com o VSP é maior do que com vários outros parâmetros comumente
utilizados como velocidade, aceleração, potência absoluta ou consumo de combustível
(Jimenez-Palacios, 1999).
2.3. Emissões em motores diesel
O motor diesel converte energia química contida no combustível em energia mecânica. O
combustível diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que produz, na teoria, somente dióxido
de carbono (CO2) e vapor d’água (H2O) durante sua combustão (Majewski e Kair, 2006).
Entretanto, na prática, as emissões de escapamento decorrem principalmente da queima
incompleta dos combustíveis pelo motor, compreendendo uma série de substâncias como
monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), aldeídos
(RCHO), óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado (MP). A tecnologia do motor,
porte e tipo de uso do veículo, idade do veículo, projeto e materiais do sistema de alimentação
de combustível, tipo e qualidade do combustível, condições de manutenção e condução, além
de fatores meteorológicos influenciam nas emissões (Brasil, 2011). Neste trabalho, o foco será
no efeito de diferentes condições de operação sobre as emissões.
3. METODOLOGIA
O trabalho foi desenvolvido em três etapas: aquisição de dados (variação de velocidade
segundo a segundo), construção dos ciclos de condução e estimativa das emissões. Na
3
primeira etapa, foram adquiridos dados da variação de velocidade de ônibus urbanos com
auxílio de receptor de dados da ECU do veículo (Electronic Central Unit – Unidade
Eletrônica Central), acoplados a um data logger (equipamento eletrônico para gravação de
dados). Os dados foram adquiridos e armazenados segundo a segundo (1Hz), que é a
frequência de aquisição de dados indicada pela literatura para fins de construção de ciclos de
condução.
Os dados gravados foram pré-processados para verificar falhas na gravação das informações e
para identificação de microviagens. Microviagens contendo tais foram excluídas antes de se
iniciar a construção dos ciclos de condução.
A coleta de dados foi realizada apenas em dias úteis, de forma interrupta, de acordo com a
disponibilidade do veículo e sem que houvesse prejuízo aos testes de durabilidade que
estavam sendo executados. Foram coletados 17632 minutos (aprox. 294h) de dados
considerados válidos, em 24 dias de testes, realizados por dois motoristas treinados operando
em horário definido e percurso fixo, sendo que a distribuição total de horas por dia da semana
pode ser verificada na figura 2 abaixo. As horas apontadas no sábado referem-se à finalização
de testes iniciados na sexta-feira anterior.
Distribuição da coleta de dados
80
Tempo de aquisição de dados, em h
70
60
50
40
30
20
10
0
dom
seg
ter
qua
qui
sex
sab*
Figura 2: Distribuição de horas de testes por dia da semana
A realização dos testes foi dividida em dois turnos com um motorista cada, sendo que o
primeiro, com motorista A, deveria ocorrer das 6:00 às 14:30 e o segundo, com motorista B,
planejado para ocorrer das 15:00 às 23:30. Entretanto, como existiram influências externas
que não puderam ser controladas, como tráfego, esses horários serviram como referência e
foram alterados de acordo com a necessidade.
O trabalho utilizou durante a fase de aquisição de dados um ônibus do tipo Básico conforme
NBR15570 (ABNT, 2011), com 17 toneladas de PBT (peso bruto total) – com motor MB
OM924LA (Euro5 / Proconve P-7) de 153kW (208cv) de potência e 780Nm de torque e
câmbio mecânico MB G-85 de 6 marchas sincronizadas (relações i=6,70 / 3,81 / 2,29 / 1,48 /
1,00 / 0,73, ré = 6,29) – com capacidade para até 85 passageiros, sendo que essa carga foi
simulada com tanques de água e barris de areia.
A aquisição dos dados de velocidade foi realizada durante a execução de testes de
durabilidade urbana, em um percurso de aproximadamente 150 km, trafegando por diferentes
tipos de vias que representam diferentes condições de operação para os ônibus urbanos. O
trajeto completo incluiu vias dos municípios de São Paulo, Santo André, São Bernardo do
4
Campo, São Caetano, Diadema e Mauá. O percurso completo é composto por vias de
diferentes características geométricas e de operação, com velocidade máxima permitida de 60
km/h, sendo que cerca de 80% é percorrido em avenidas com limite acima de 50 km/h e o
restante em vias com limite de velocidade inferior a esse valor.
As vias percorridas durante o percurso completo são em sua maioria, aproximadamente 70%,
ruas e avenidas com boa condição de pavimentação, enquanto o restante possui condições
regulares ou com muitas imperfeições, porém não existem vias sem pavimento.
O percurso total é composto por cerca de 340 paradas (aprox. 2,3 paradas por quilômetro) em
pontos de ônibus onde é simulado o embarque e desembarque de passageiros. Durante cada
parada o veículo abre e fecha as portas e volta a acelerar, sem que haja um tempo de espera
para a simulação da movimentação dos passageiros, o que não é a condição real mas que pode
ser facilmente incorporada na representação dos ciclos.
4. ANÁLISE DE DADOS
Concluída a fase experimental do trabalho, com o término dos testes com ônibus, passou-se
para a etapa de análise dos dados obtidos empiricamente. Os dados foram compilados e
tratados através de uma rotina específica em software de planilha eletrônica, para que
pudessem ser verificados principalmente quanto à sua integridade.
A primeira etapa da análise agrupa todos os dados obtidos em uma única planilha eletrônica,
onde são calculadas as acelerações por segundo, as inclinações das vias, os valores de VSP e
realizada a segmentação das microviagens. Para o total de registros obtidos, representando o
percurso de testes completo (ainda sem a seleção de trechos específicos), foi calculada a
distribuição dos valores de VSP no tempo e, em seguida, através da metodologia apresentada
por Lai et al. (2012), foi construído um ciclo de condução geral para o trajeto completo.
Para o cálculo do VSP, os valores das variáveis coeficiente de resistência à rolagem (ψ) e
coeficiente de arrasto (ζ), foram baseados nos valores do experimento realizado por Zhai et
al. (2008), também com ônibus urbanos, mostrados na tabela 1 a seguir. Os valores de
velocidade foram medidos com os equipamentos descritos anteriormente e a aceleração foi
calculada com base na variação de velocidade registrada, bem como a inclinação da via
(obtida anteriormente).
Tabela 1: Valores utilizados (adotados e medidos) no cálculo de VSP (Zhai et al., 2008)
Variável
Velocidade média (medida)
Símbolo
v
Aceleração (calculada)
a
Valor
9,81
Gravidade
Inclinação da via (calculada)
Coeficiente de resistência à rolagem
Coeficiente de arrasto
g
φ
ψ
ζ
0,092
0,00021
Unidade
km/h
m/s
radianos
-
2
m/s
2
Após processados, o total de dados válidos, de aproximadamente 294 horas, resultou em
10308 microviagens com duração média de 103 segundos, velocidade média de 15,3km/h e
com a distribuição de VSP conforme mostra a figura 3 abaixo.
5
Figura 3: Distribuição de VSP para o total de dados adquiridos no experimento
A tabela 2 a seguir mostra a distribuição dos valores plotados na figura 4 em “caixas” de VSP
(amplitude de 10 unidades, com exceção do valor 0%, mostrado isoladamente).
Tabela 2: Faixas de VSP para a amostra total de dados
Faixas VSP
Distribuição
-30 a -21
0,2%
-20 a -11
2,3%
-10 a -1
0
1 a 10
11 a 20
21 a 30
18,9%
37,0%
39,3%
2,3%
0,0%
A distribuição de VSP para a amostra total de dados resultou em um grande percentual de
valores iguais a zero, 37%, o que representa o momento em que o veículo não está em
movimento ou com velocidades e acelerações muito baixas, dentro do esperado para a
operação de um ônibus urbano. É também possível notar a tendência de maior proporção do
tempo em aceleração (valores de VSP positivos) do que em desaceleração (VSP negativo); o
veículo permanece 21,4% do tempo desacelerando e 41,6% do tempo acelerando. Esta
diferença, como será mostrada posteriormente, impacta diretamente nas emissões de
poluentes, já que valores de VSP positivos vão sempre emitir maiores quantidades de
poluentes e consumir maior quantidade de combustível que valores iguais ou menores que
zero, como demonstrado por Jimenez-Palacios (1999).
4.1. Ciclo de condução da amostra total de dados
Para a construção dos ciclos de condução foi utilizada a metodologia proposta por Lai et
al.(2012), que considera parâmetros relacionados a emissões através da utilização do VSP. Os
objetivos e condições do estudo conduzido desses autores são muito semelhantes aos do
presente trabalho: a construção de ciclos de condução para ônibus urbanos focada nas
emissões de poluentes.
O que distingue o método é o critério de similaridade adotado para seleção das microviagens
durante o processo de construção do ciclo. Cada microviagem tem sua distribuição de VSP
comparada com aquela obtida para a amostra total. Essa comparação utiliza o erro médio
quadrático (RMSE – Root Mean Square Error). As microviagens são então selecionadas
segundo a ordem de RMSE crescente e justapostas sequencialmente até atingir a duração
prevista para o ciclo. O tempo total do ciclo de condução a ser construído foi estabelecido em
6
aproximadamente 20 minutos, duração usual de ciclos de condução na literatura (Dai et al.,
2008). A figura 4 mostra o ciclo de condução construído com o conjunto total de dados,
relativos ao trajeto completo realizado pelo ônibus teste.
Ciclo de condução inicial ‐ Trajeto completo experimento 80
MV02
Microviagem (MV01)
MV03
MV04
MV06
MV05
70
Velocidade, Km/h
60
50
40
30
Vel.Média
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Tempo, s
800
900
1000
1100
1200
Figura 4: Ciclo de condução para o total de dados (ciclo 01)
A partir do ciclo de condução construído (ciclo 01), verificou-se que a adoção do critério de
similaridade baseado no RMSE das distribuições de VSP levou à seleção de microviagens
com percentual de tempo parado muito próximos da média global (24,8% contra 24,6% para a
amostra total), porém com duração maior do que a média (216 segundos contra 103 segundos
da amostra total). A tabela 3 abaixo mostra o resumo das características das microviagens
selecionadas para compor o ciclo 01. A coluna sequência mostra em qual posição a
microviagem foi classificada por valores de RMSE, em relação ao total da amostra de
microviagens obtidas durante o experimento.
Tabela 3: Resumo das microviagens utilizadas na construção do ciclo 01
Sequência Nome da microviagem
1
2
3
4
5
6
VBOX_343_MV_54
VBOX_472_MV_33
VBOX_291_MV_34
VBOX_502_MV_123
VBOX_396_MV_27
VBOX_350_MV_34
Média
Velocidade Média Duração Microviagem Tempo Parado
Tempo Parado
Km/h
s
s
% da microviagem
27,1
388
101
26,0%
16,3
219
40
18,3%
16,4
162
38
23,5%
18,6
182
45
24,7%
18,4
114
31
27,2%
17,5
230
66
28,7%
19,1
216
54
24,7%
RMSE
0,0051
0,0056
0,0059
0,0061
0,0062
0,0063
0,0059
Como foram selecionadas microviagens com duração média aproximada de 216 segundos, o
ciclo 01 foi formado por seis microviagens com tempo total pouco acima da meta estimada
inicialmente (20 minutos), totalizando 1295 segundos (21 minutos e 35 segundos), pois as
microviagens foram utilizadas integralmente (sem interrupções) na composição do ciclo de
condução.
4.2. Ciclos de condução de trechos selecionados
Após a elaboração do ciclo de condução para o trajeto de testes completo, foram selecionados
dois trechos de menor extensão que pudessem representar diferentes condições de operação
de ônibus urbanos, que podem ser verificados na tabela 4 a seguir. A tabela mostra além das
características das vias analisadas, o total de medições realizadas e a quantidade de
microviagens identificadas em cada trecho.
7
Tabela 4: Trechos selecionados para elaboração de ciclos de condução
Trecho
Vias
Características
Extensão
Velocidade
Máxima
Permitida
Velocidade
média
Tempo
total
medido
km
km/h
km/h
s
Microviagens
identificadas
01
Av. do Cursino (São Paulo)
Sentido Centro-Bairro
Via de mão dupla com uma a duas faixas
em cada direçao separadas por faixa.
6,8
60
15,6
49260
562
02
Av. Engenheiro Armando de Arruda Pereira /
Av. Dr. Hugo Beolchi / Av. Jabaquara / R.
Domingos de Morais (São Paulo)
Sentido Bairro-Centro
Via de mão dupla com três a quatro faixas
de tráfego compartilhado em cada direção
separadas por corredor de circulação
exclusiva de ônibus (veículo em testes não
circulou pelo corredor)
5,6
60
11,6
61658
758
Foram desenvolvidos ciclos de condução para ambos os trechos 01 e 02, seguindo a mesma
metodologia utilizada para a criação do ciclo 01, do trajeto completo, com base na seleção
de microviagens pelo critério de menor RMSE, ou seja, similaridade com a distribuição de
VSP para o conjunto total de registros obtido para cada trecho.
O ciclo Tr01 foi composto por 10 microviagens com duração total de 1153 segundos,
resultando em uma duração média de 115,3 segundos por microviagem. Já o ciclo Tr02, foi
composto por 8 microviagens em um total de 1146 segundos, com duração média de 143,3
segundos por microviagem. As distribuições de VSP para os trechos selecionados, bem como
os ciclos de condução elaborados são mostrados a seguir nas figuras 5 e 6.
As distribuições de VSP para os dois trechos mostram-se muito diferentes, com maior
predominância de VSP=0 para o trecho 02, enquanto o trecho 01 possui uma distribuição
mais abrangente em termos de valores de VSP.
(a)
Ciclo de condução Tr01 ‐ Microviagens ordenadas por RMSE 70
MV01
MV02
MV03
MV04
MV08
MV05 MV06 MV07
MV09
MV10
60
Velocidade, Km/h
50
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
Tempo, s
700
800
900
1000
1100
(b)
Figura 5: Distribuição de VSP (a) e ciclo de condução Tr01(b)
8
(a)
Ciclo de condução Tr02 ‐ Microviagens ordenadas por RMSE 60
MV01
MV02
MV03
300
400
MV05
MV04
MV06
MV07
MV08
1000
1100
Velocidade, Km/h
50
40
30
20
10
0
0
100
200
500
600
Tempo, s
700
800
900
(b)
Figura 6: Distribuição de VSP (a) e ciclo de condução Tr02 (b)
Apesar das diferentes características dos trechos analisados, nota-se que ambos os ciclos
possuem constante variação de velocidade, mas com perfis de variação de velocidade
distintos.
5. ESTIMATIVA DE EMISSÕES
Após a construção dos ciclos de condução e identificação das distribuições de VSP para as
condições de trajeto completo e trechos selecionados, foi possível estimar as emissões de
poluentes para cada uma dessas situações.
Para elaborar a estimativa de emissões, foi utilizado o relatório da EPA (Environmental
Protection Agency – Agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) Development of
Emission Rates for Heavy-Duty Vehicles in the Motor Vehicle Emissions Simulator (Draft
MOVES 2009 - Desenvolvimento de taxas de emissões para veículos pesados no simulador
de emissões veiculares) (Estados Unidos, 2009).
Este relatório descreve detalhadamente quais os fatores de emissões para os principais
poluentes produzidos por motores de veículos pesados utilizados no desenvolvimento do
software MOVES, que é a ferramenta oficial da EPA para estimativa de emissões nos Estados
Unidos. O relatório mostra as classificações de veículos pesados contidos no software,
baseadas no peso bruto total (PBT), idade e ano-modelo e configuração veicular tais como
MHD (Medium-heavy duty – Veículo pesado-médio), HHD (Heavy- Heavy duty – Veículo
pesado-pesado) e Ônibus. De acordo com a combinação desses fatores existem valores de
emissões que foram originalmente medidos em equipamentos específicos e armazenados no
9
software MOVES para a utilização na estimativa de emissões.
O relatório mostra que para determinadas faixas de VSP (chamadas de Operation mode bin –
blocos de modo de operação) estão associados valores de emissões de poluentes de acordo
com a classificação descrita anteriormente. Os blocos de operação determinados pelo
MOVES, estão apresentados na tabela 5 abaixo.
Tabela 5: Definição dos "blocos de modo de operação" do MOVES (Estados Unidos, 2009)
Modo de
operação
Descrição
0
Desacelerando / Freando
VSP
Velocidade
Aceleração
kW/t
km/h
m/s2
a ≤ -2 ou
(at, at-1 e at-2 < 1 )
1
Parado / Marcha lenta
11
Locomoção sem esforço
VSP < 0
0 ≤ v < 40
v<1
12
Cruzeiro/Acelerando
0 ≤ VSP < 3
0 ≤ v < 40
13
Cruzeiro/Acelerando
3 ≤ VSP < 6
0 ≤ v < 40
14
Cruzeiro/Acelerando
6 ≤ VSP < 9
0 ≤ v < 40
15
Cruzeiro/Acelerando
9 ≤ VSP < 12
0 ≤ v < 40
16
Cruzeiro/Acelerando
12 ≤ VSP
0 ≤ v < 40
21
Locomoção sem esforço
VSP < 0
40 ≤ v < 80
22
Cruzeiro/Acelerando
0 ≤ VSP < 3
40 ≤ v < 80
23
Cruzeiro/Acelerando
3 ≤ VSP < 6
40 ≤ v < 80
24
Cruzeiro/Acelerando
6 ≤ VSP < 9
40 ≤ v < 80
25
Cruzeiro/Acelerando
9 ≤ VSP < 12
40 ≤ v < 80
27
Cruzeiro/Acelerando
12 ≤ VSP < 18
40 ≤ v < 80
28
Cruzeiro/Acelerando
18 ≤ VSP < 24
40 ≤ v < 80
29
Cruzeiro/Acelerando
24 ≤ VSP < 30
40 ≤ v < 80
30
Cruzeiro/Acelerando
30 ≤ VSP
40 ≤ v < 80
33
Cruzeiro/Acelerando
VSP < 6
80 ≤ v
35
Cruzeiro/Acelerando
6 ≤ VSP < 12
80 ≤ v
37
Cruzeiro/Acelerando
12 ≤ VSP < 18
80 ≤ v
38
Cruzeiro/Acelerando
18 ≤ VSP < 24
80 ≤ v
39
Cruzeiro/Acelerando
24 ≤ VSP < 30
80 ≤ v
40
Cruzeiro/Acelerando
30 ≤ VSP
80 ≤ v
Taxa de emissões de NOx, em g/h
Estão disponíveis neste relatório gráficos de taxas de emissões em g/h para ônibus de anomodelo 2002, conforme o exemplo das taxas de emissões para NOx (óxidos de nitrogênio),
mostrado na figura 7. Além do NOx, o relatório apresenta da mesma forma as taxas de
emissões para hidrocarbonetos (HC), material particulado com diâmetro de até 2,5 mícrones
(PM 2.5) e monóxido de carbono (CO).

MHD
 HHD
 Ônibus
Modos de operação
Figura 7: Taxas de emissões de NOx para veículos MHD, HHD e ônibus, ano-modelo 2002
(Estados Unidos, 2009)
10
Com base nas taxas de emissões apresentadas nos gráficos disponíveis no relatório da EPA,
combinados às distribuições de VSP obtidas para o trajeto completo de testes e trechos
selecionados 01 e 02, foi possível estimar as emissões de poluentes para essas situações Os
resultados são mostrados na figura 8 a seguir.
Estimativa de emissões
35,0
Trajeto completo
Trecho 01
30,0
Fatores de emissões, g/km
Trecho 02
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
NOx
HC x 10
PM2.5 x 10
CO
Poluentes
Figura 8: Estimativa de emissões por trajeto/trecho
A figura 8 permite verificar que as diferentes condições de aplicação (trajeto completo,
trechos 01 e 02) resultam em diferentes valores de emissões para o veículo considerado neste
trabalho (ônibus). As emissões resultantes do trajeto completo e do trecho 01 apesar de
possuírem diferentes distribuições de VSP e velocidades médias, resultaram em valores
equivalentes, enquanto as estimativas de emissões para o trecho 02 apresentaram valores de
20 a 30% superiores, fato este que pode ser parcialmente explicado pelo maior percentual de
VSP = 0 e menor percentual de valores de VSP < 0.
6. CONCLUSÕES
Através do desenvolvimento de ciclos de condução e da elaboração da distribuição de VSP é
possível compreender de forma mais completa as diferentes condições de operação a que
estão sujeitos os ônibus urbanos.
Estas ferramentas permitem verificar de forma gráfica mais facilmente que, mesmo quando
dois trechos distintos apresentam velocidades médias semelhantes, a forma como a velocidade
varia ao longo do tempo, assim como a distribuição de VSP (formado a partir da combinação
de fatores como velocidade, aceleração, arrasto e resistência à rolagem), podem ser
completamente diferentes e isso é determinante para as emissões de poluentes de qualquer
veículo dotado de motor de combustão interna.
Verificou-se que trechos e períodos com mais interrupções no deslocamento (por exemplo,
maior variabilidade da velocidade e maior proporção de tempo parado) tendem a resultar em
níveis mais elevados de emissões de poluentes.
Com isso, é possível verificar a influência da operação nas emissões de poluentes e, assim,
sugerir medidas que permitam que os ônibus urbanos circulem com maiores velocidades
médias e menor variabilidade da velocidade (como a implantação de corredores e faixas de
circulação exclusiva). Além do benefício de melhorar a eficiência e a qualidade do serviço de
transporte público, tais modificações podem resultar na diminuição das emissões de
poluentes, trazendo benefícios adicionais à sociedade.
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Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio do CNPq. Agradecem também à Mercedes-Benz do Brasil Ltda. pelo apoio na
coleta de dados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas (2011) NBR 15570 – Transporte – Especificações Técnicas
para Fabricação de Veículos de Características Urbanas para Transporte Coletivo de Passageiros, 3.ed.
Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro.
André, M.; A. Hickman; D. Hassel e R. Journard (1995) Driving Cycles for Emissions Measurements under
European Conditions. SAE Technical Paper 950926.
André, M. (2004) The ARTEMIS European Driving Cycles for Measuring Car Pollutant Emissions. Science of
the Total Environment, v. 73, p. 334-335.
Austin, T.C.; F.J. DiGenova; T.R. Carlson; R.W. Joy; K.A. Gianolini e J.M. Lee (1993) Characterization of
Driving Patterns and Emissions from Light-duty Vehicles in California. Final report, Contract No. A932185, California Air Resources Board, Sacramento.
Brasil, Ministério do Meio Ambiente – Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental (2011) 1º
Inventário Nacional de Emissões Atmosféricas por Veículos Automotores Rodoviários – Relatório Final.
Ministério do Meio Ambiente, Brasília.
Carlson, T.R. e T.C. Austin (1997) Development of Speed Correction Cycles. SR97-04-01, Sierra Research, Inc.,
Sacramento.
Dai, Z.; D. Niemeier e D. Eisinger (2008) Driving Cycles: A new cycle-building method that better represents
real world emissions. Department of Civil & Environmental Engineering, University of California.
Estados Unidos, Environmental Protection Agency – Office of Transportation and Air Quality (2009)
Development of Emission Rates for Heavy-duty Vehicles in the Motor Vehicle Emissions Simulator (Draft
MOVES2009), EPA-420-P-09-005.
Jimenez-Palacios, J.L. (1999) Understanding and Quantifying Motor Vehicle Emissions with Vehicle Specific
Power and TILDAS Remote Sensing. Tese de Doutorado. Departamento de Engenharia Mecânica,
Massachusetts Institute of Technology.
Lai, J.; L.Yu, L. G. Song; P. Guo e X. Chen (2012) Development of City-specific Driving Cycles for Transit
Buses Based on VSP Distributions. In: 91th Transportation Research Board Annual Meeting,
Washington, D.C..
Lin, J. e D.A. Niemeier (2002) An Exploratory Analysis Comparing a Stochastic Driving Cycle to California’s
Regulatory Cycle. Atmospheric Environment, v. 36, p. 5759-5770.
Nesamani, K.S. e K.P. Subramanian (2011) Development of a Driving Cycle for Intra-city Buses in Chennai,
India. Atmospheric Environment, v. 45, p. 5469-5476.
Majewski, W.A. e M.K. Khair (2006) Diesel Emissions and their Control. SAE Publications, Warrendale.
Society of Automotive Engineers (SAE) (2002) SAE J2711 – Recommended Practice for Measuring Fuel
Economy and Emissions of Hybrid-electric and Conventional Heavy-duty Vehicles. SAE Publications,
Warrendale.
Wi, H.; J. Park; J. Lee; W. Kim e Y. Kim (2009) Development of a city bus driving cycle in Seoul based on the
actual patterns of urban bus driving . SAE Publications, Warrendale
Zhai, H.; H.C. Frey e N.M. Rouphail (2008) A Vehicle-specific Power Approach to Speed- and Facility-specific
Emissions Estimates for Diesel Transit Buses. Environment Science Technology, v. 42, p. 7985-7991.
Francisco Fernando Maciel Filho ([email protected])
Orlando Strambi ([email protected])
Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia de Transportes
Av. Prof. Almeida Prado, S/N, Travessa 2, 83 – Cidade Universitária – 05508-900 – São Paulo – SP – Brasil
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