Energy-based approach to the assessment of traffic flow

Abstract

This article focuses on modeling vehicle acceleration noise in different road conditions, emphasizing urban, highway, and rural roads in Ukraine. Acceleration noise, which refers to the fluctuations in a vehicle's acceleration, is a critical factor in vehicle safety, fuel efficiency, and driving comfort. The research aims to improve current vehicle dynamics models by integrating multi-body dynamics and machine learning algorithms, allowing for more precise predictions of acceleration variability in real-time. The study is based on the existing literature, showing that road surface quality significantly affects acceleration noise. With frequent stop-and-go traffic, urban roads produce moderate but irregular noise patterns. Highways show stable acceleration noise at moderate speeds, but noise increases sharply as vehicles approach higher speeds due to aerodynamic forces. Rural roads, especially those in poor condition, exhibit the highest variability in acceleration noise, even at low speeds. The proposed model has been validated using real-world data. It demonstrates a strong correlation between the predictions and actual vehicle behavior on various road types. One of the key innovations in this research is the use of machine learning to adjust model parameters in real-time dynamically. This adaptive approach enhances the model’s accuracy and applicability, especially in intelligent transport systems. The model can inform traffic management strategies, allowing for real-time adjustments to speed limits, traffic signals, and routing decisions based on road conditions. This contributes to safer, more efficient, and sustainable transport systems, particularly in regions with inconsistent road infrastructure. The research concludes that integrating acceleration noise modeling into intelligent transport systems can significantly improve traffic flow and vehicle safety. Future research will expand the dataset to include a broader range of vehicle types and road conditions, further refining the model's predictive capabilities. У роботі розглянуто моделювання шуму прискорення транспортних засобів за різних дорожніх умов. Особливу увагу приділено міським та сільським дорогам та автомагістралям. Шум прискорення, який визначається як коливання прискорення автомобіля, є важливим фактором для безпеки, управління сталим станом транспортного потоку та комфорту під час руху. Метою дослідження є покращення наявних моделей динаміки транспортних засобів за допомогою інтеграції наведених моделей, що дає змогу точніше прогнозувати варіабельність прискорення у режимі реального часу. Якість дорожнього покриття істотно впливає на шум прискорення. Міські дороги з частими зупинками і відновленням руху породжують помірні, але нерегулярні шумові патерни. На автомагістралях шум прискорення стабільний на середніх швидкостях, але різко зростає на високих швидкостях через аеродинамічні сили. Для сільських доріг, з неякісними умовами руху, характерна найбільша варіабельність шуму прискорення, навіть на низьких швидкостях. Наведене дослідження описує поведінку автомобілів на різних типах доріг. Актуальним є використання машинного навчання для динамічної адаптації параметрів моделі в режимі реального часу. Такий підхід підвищує точність і застосовність моделі, особливо в інтелектуальних транспортних системах. Модель може бути інформативною для стратегії управління дорожнім рухом, даючи змогу в режимі реального часу коригувати обмеження швидкості, сигнали світлофорів і вибір маршруту відповідно до дорожніх умов. Це сприяє безпечнішим, ефективнішим і стійкішим транспортним системам, особливо в регіонах з нерівномірною дорожньою інфраструктурою. За результатами дослідження можна зробити висновок, що інтеграція моделювання шуму прискорення в інтелектуальні транспортні системи може істотно покращити як керування дорожнім рухом, так і безпеку транспортних засобів. Подальші дослідження будуть спрямовані на розширення набору даних для охоплення ширшого спектра типів транспортних засобів і дорожніх умов, що уможливить подальше вдосконалення прогнозування моделі.