Зачем нужно измерять среднюю скорость автомобиля
Представьте, что вы участвуете в соревнованиях по бегу. Одновременно с командой «Старт» судья нажимает на кнопку секундомера, чтобы начать отсчёт времени, за которое вы преодолеете дистанцию. Когда вы пересекаете черту финиша, судья снова нажимает на кнопку секундомера — отсчёт времени окончен. Теперь известно, за какое время вы смогли пробежать марафон. А поскольку изначально известна дистанция, которую необходимо пробежать, то можно вычислить среднюю скорость, с которой вы двигались на этом участке, по формуле
V (скорость) = S (путь) / t (время)
Например, если вы преодолели 500 метров за 1 минуту 40 секунд, то ваша средняя скорость составила 5 м/с или 18 км/час.
В спортивных соревнованиях не бывает требований, с какой максимальной скоростью надо бежать. Здесь каждый соревнуется в своём мастерстве. На дорогах, по которым ездят автомобили, другие правила. На каждой дороге обязательно установлено ограничение скорости и специальный знак, информирующий об этом водителей. Это необходимо для обеспечения безопасности дорожного движения, потому что чем выше скорость автомобиля, тем сложнее им управлять и тем больше тормозной путь. Однако не все водители соглашаются выполнять правила. В этом случае на помощь государству приходят современные информационные технологии. Чтобы контролировать скорость водителей на аварийно-опасных участках, государство часто использует системы автоматической фиксации средней скорости. В России впервые эту технологию разработала компания «Автодория», которая специализируется на создании интеллектуальных транспортных систем.
Принцип работы системы контроля средней скорости такой же, как и в примере с соревнованиями по бегу. Только вместо обычного секундомера выступает специальный прибор, похожий на скворечник, внутри которого спрятан особенный секундомер, который соединён со спутником, камера и микропроцесссор. Вместо бегуна — автомобиль, на котором установлен уникальный госномер. Этот госномер присвоен только одному автомобилю, второго такого номера нет.
На дороге устанавливается два прибора — на старте и финише участка, где необходим контроль скорости. Приборы устанавливают на расстоянии друг от друга 0,2–10 км. Это расстояние строго определено и неизменно на каждом конкретном участке. Когда автомобиль проезжает мимо первого прибора, камера фотографирует его и передаёт в специальное подразделение Госавтоинспекции, которое называется Центром фотовидеофиксации, эту фотографию вместе с информацией о времени проезда мимо камеры. Помните про секундомер, соединённый со спутником? Это он помогает засечь время проезда мимо камеры. Затем автомобиль проезжает мимо второго «скворечника». Камера, установленная в этом месте, тоже фотографирует автомобиль, а секундомер определяет, в какое время был совершён второй проезд. Эти фотографии и данные о времени проезда между двумя камерами передаются в ГИБДД, а с помощью специальной программы происходит распознавание госномера автомобиля и вычисление времени, за которое он преодолел дистанцию.
Например, автомобиль проехал мимо первой камеры в 12 часов 34 минуты 12 секунд, а мимо второй — в 12 часов 35 минут 02 секунды. Расстояние между двумя приборами составляет 1000 метров. Получается, что автомобиль проехал этот участок за 50 секунд. Значит, его средняя скорость на участке составила
V=S/t=1000 метров / 50 сек = 20 м/с или 72 км/час.
Если на участке стоит ограничение скорости 50 км/час, значит, автомобиль двигался быстрее установленной скорости. За несоблюдение правила водителю будет выписан штраф за превышение установленной скорости на 22 км/час. Если на участке дороги стоит ограничение скорости 90 км/час (например, на загородной трассе), то никакого нарушения не было, а значит, в Госавтоинспекции не выставят штраф водителю.
С помощью такого метода контроля средней скорости удаётся в два раза снизить число ДТП на тех участках, где установлены приборы. Такой способ обеспечения безопасности побуждает водителей соблюдать скорость на всём пути их движения, нарушителей скорости в потоке становится меньше, а водителей, соблюдающих правила скоростного режима, — больше. Так «Автодория» помогает сделать дорожное движение безопаснее.
Измерение скорости при помощи радара
Автомобили созданы для передвижения, причём желательно — на высокой скорости. Каждый из нас хочет добраться из точки А в точку В как можно скорее. Чем быстрее едет автомобиль, тем меньше времени нужно, чтобы добраться до цели.
Однако скорость движения на дорогах ограничена. Почему? Да потому, что на большой скорости больше риска. На большой скорости машиной труднее управлять и движение становится опасным. Кроме того, чем выше скорость, тем длиннее тормозной путь. Например, если увеличить скорость на 10 км/час, то тормозной путь увеличивается вдвое.
Выбор скорости зависит от особенностей дороги. Поэтому на дорогах устанавливают специальные знаки, ограничивающие скорость. А для нарушителей предусмотрены наказания в виде штрафов.
Но прежде чем наказывать, нужно точно измерить скорость автомобиля. Самый удобный и точный способ измерения — это измерение при помощи радара, который излучает электромагнитный сигнал в сторону автомобиля. Отразившись от движущегося автомобиля, сигнал приходит обратно на антенну радара, при этом частота отражённого сигнала зависит от скорости машины. Этот необычный эффект открыл австрийский физик Кристиан Доплер ещё в 1841 году. И с тех пор все радары, основанные на этом принципе, называются доплеровскими.
Современные доплеровские радары умеют не только измерять скорость, но и определять направление движения автомобиля, точно находить местоположение каждой машины на дороге. Если совместить такой радар с фотокамерой, то получится устройство, называемое фоторадар, который может автоматически фотографировать все проезжающие автомобили, одновременно измеряя их скорость. И если среди них окажется нарушитель, то радар автоматически его обнаружит, сфотографирует и отправит в центр обработки все данные для оформления штрафа
Важно, что при этом фоторадар может не только сфотографировать номер автомобиля, но и «прочитать» его, то есть распознать имеющиеся на нём символы (буквы и цифры) и перевести их в цифробуквенный код. Без этого было бы невозможно автоматически обрабатывать полученные данные: пришлось бы использовать труд операторов, которые должны были бы рассматривать все фотографии глазами. Представьте, сколько машин проходит каждый час по скоростной дороге? За день с каждого фоторадара могут быть получены десятки тысяч фотографий! А распознанный номер может быть обработан с помощью компьютера автоматически
Представьте, сколько машин проходит каждый час по скоростной дороге? За день с каждого фоторадара могут быть получены десятки тысяч фотографий! А распознанный номер может быть обработан с помощью компьютера автоматически.
Все данные фоторадар отправляет в центр обработки. Там есть база данных — специальным образом организованная информационная система, в которой содержатся данные обо всех зарегистрированных в стране автомобилях, а также именах и адресах их владельцев. Если водитель нарушил правила и превысил скорость, то система оформит протокол, который будет отправлен хозяину автомобиля по почте. И тот должен будет заплатить штраф. Вся эта сложная система действует для того, чтобы все водители соблюдали Правила дорожного движения и мы могли безопасно пользоваться нашими дорогами.
Разумеется, современный фоторадар — это не просто сочетание камеры и радара. Для бесперебойной работы этого сложного прибора требуется целая система обеспечения жизнедеятельности, включающая защиту от изменений температуры, предотвращение запотевания стёкол, дистанционную диагностику и многое, много другое. Поэтому для разработки и производства этих приборов требуется сложное оборудование и специальные знания. Но зато выпускаемые в нашей стране фоторадары настолько надёжны, что, например, для обслуживания нескольких тысяч приборов, выпущенных компанией «Симикон» в Санкт-Петербурге и установленных по всей стране, требуется группа поддержки, состоящая всего из трёх человек.
И ещё хочется отметить одну очень важную вещь. Каждый водитель, садясь за руль своего автомобиля, должен понимать, что соблюдать ПДД нужно не из страха перед штрафами, а ради безопасности всех участников дорожного движения.
Аналоговые
Ленточный – скорость показывает лента, проходящая через деления на неподвижной шкале. Использовался на многих американских и некоторых японских и европейских моделях, а также на ГАЗ-24 до начала 1975 года.
Барабанный — деления нанесены на вращающийся барабанчик и при его вращении появляются в окошке, показывая текущую скорость. Применялся на многих довоенных автомобилях, некоторых американских автомобилях шестидесятых, а также – относительно современных моделях «Ситроена».
Стрелочный – наиболее распространённый вариант спидометра, скорость указывает вращающаяся вокруг оси стрелка.
Рекорды скорости на велосипеде
Наивысшая скорость, официально зарегистрированная для любого транспортного средства, которое приводится в движение мускульной силой человека, на ровной поверхности, при штилевом ветре на сегодня составляет 144,18 км/ч. Рекорд установлен в 2016 году Тоддом Райхертом на Eta Speedbike – обтекаемом лежачем велосипеде.
Другие рекорды
296 км/ч в 2018 году показала американка Денис Мюллер-Коренек на дне высохшего солёного озера Бонневиль. Его ровная соляная поверхность уменьшает трение. Кастомный байк Мюллер-Коренек был прикреплён к драгстеру, который разогнал его до скорости свыше 160 км/ч. После этого тросы были откреплены, и велогонщица в течение пяти километров разгонялась самостоятельно.
227,72 км/ч – до такой цифры разогнался в 2017 году Эрик Бароне. Сделано это было на снежном спуске на специальном велосипеде.
Часовой рекорд на велосипеде, отвечающем требованиям Международного союза велосипедистов (UCI), в 2019 году на велотреке установил Виктор Кампенартс из Бельгии – 55,089 км за час. У женщин рекорд с 2018 года принадлежит итальянке Виттории Бусси – 48,007 км.
За 24 часа по шоссе больше всех проехал Ральф Дизевискорт – 915,39 км (38,2 км/ч) в Виандене, Люксембург, 11 июля 2020 года. У женщин рекордсменка Мария Паркер за сутки преодолела 755,101 км (31,5 км/ч).
На велодроме в Швейцарии Кристоф Штрассер в 2017 году за сутки проехал 941,872 км (39,3 км/ч).
Среднее значение
В кинематике для нахождения характеристики используется усреднённый параметр. Используют его при изучении движения материальной точки или любого физического тела. Для определения средней скорости используют две величины: скалярную и векторную. Первой обозначают путевое движение, а второй — перемещение.
Путевая скорость определяется как отношение расстояния пройденного тела ко времени, затраченному на его прохождение: V = Σs / Σt.
По сути, среднее значение находится как среднеарифметическое от всех скоростей, если рассматриваемая точка передвигалась одинаковые отрезки времени. В ином же случае найденная величина будет взвешенной среднеарифметической величиной.
Математически формулу средней скорости записывают так: V (t + Δ t) = Δ s/ Δ t = (s (t + Δ t) — s (t)) / Δ t. Учитывая, что Δs зависит от длины пути, которую преодолела точка за время Δt, верной будет запись: Δ s = s (t + Δt) — s (t). Если же затраченное время стремится к нулю, получится формула, совпадающая с выражением для нахождения мгновенной скорости.
Вектор материальной точки находится из отношения положения тела к отрезку времени: V (t + Δt) = Δr / Δt = (r (t + Δt) — r (t)) / Δt, где r — радиус-вектор. Когда тело выполняет равномерно-прямолинейное перемещение, то справедливым будет равенство: {V} = V.
Например, мяч первую половину пути длиной 100 метров катился с одной скоростью в течение двадцати секунд, а вторую с другой и одну минуту. Необходимо вычислить среднюю скорость. Согласно формулам, интервал движения на первом участке пути будет равен: t1 = s/2*V1, а на втором t2 = s/2*V2. Решением задачи будет: Vср = s/(t1+t2) = s/(s/2*v1 + s/2*v2) = 2*V1*V2/(V1+V2) = 100/(20 +60) = 1,25 м/с.
Равноускоренное движение
Если в течение времени положение тела изменяется относительно предметов, находящихся в покое, то считается, что оно движется. При этом в качестве основного параметра, описывающего перемещение, используется скорость. Движение тела или точки можно представить в виде линии, повторяющей путь прохождения. Называется она траекторией. Если линия прямая, то движение считается прямолинейным.
Неравномерное движение характеризуется перемещением по различной траектории с непостоянной величиной скорости. При этом изменение положения может быть равноускоренным, то есть параметр на одинаковых промежутках увеличивается или уменьшается на одно и то же значение. В качестве примера можно привести падение камня.
Таким образом, если векторы V и ускорения A лежат вдоль прямой, то в проекциях такое направление можно рассматривать как алгебраические величины. При равноускоренном движении по прямой траектории скорость точки вычисляется по формуле: V = V0 + A*t. Где:
- V0 — начальная скорость;
- A — ускорение (имеет постоянное значение);
- t — время движения.
Это основная формула в физике. На графике она изображается как прямая линия v (t). По оси ординат откладывается время, а абсцисс — скорость. Построив график, по наклону прямой можно определить ускорение точки A. Для этого используется формула нахождения сторон треугольника: A = (v-v0) / t.
Если на оси времени выделить промежуток Δt, то можно предположить, что движение будет равномерным и описываться некоторым параметром, равным мгновенному значению в середине отрезка. Эта моментальная величина является векторной. Она численно равна пределу, который пытается достигнуть скорость за промежуток времени, стремящийся к нулю. В физике это состояние описывается формулой мгновенной скорости: V = lim (Δ s/ Δ t) = r-1(t). То есть, с математической точки зрения, это первая производная.
Из этой формулы можно вывести выражение для нахождения конечной скорости материальной точки: V = (V20 — 2* A * s)½. Если же в начальный момент V0 = 0, то формулу можно упростить до вида: V = (2* A * s)½.
Скорость в дальних поездках
Рекомендация ездить без торможений особенно актуальная для любителей езды «на дальняк». От тех, кто часто ездит из Москвы в Питер, в Крым я часто слышу истории про движение по магистралям со скоростями 150 км/ч и о том, что на некоторых участках приходится часто обгонять фуры. «А за сколько времени ты в итоге доехал из Москвы до Питера?» — спрашиваю я. «За 10 часов» — отвечает лихач. Вот тут собака-то и зарыта…
Понятие равномерности движения
Смотрите, от Москвы до Питера около 700 км. Если водитель ехал без длительных остановок 10 часов, значит, его средняя скорость составила 700/10 = 70 км/ч. Выходит, на пустых участках он гнал 150 км/ч, чтобы приехать со средней скоростью 70??? Стоила ли игра свеч? Уже невооруженным глазом видно, что не стоила и что со скоростью был явный перебор. Я не говорю даже о нарушении ПДД, я пока только борюсь за здравый смысл. А если посмотреть на ситуацию не просто невооруженным глазом, а оценить по-научному, то существует так называемый коэффициент равномерности движения:
K = Vcp/Vmax
где Vcp – средняя скорость в пути, а Vmax – максимальная скорость, которой придерживался в пути водитель.
Чем ближе коэффициент к единице, тем более равномерно и целесообразно движение. То есть чем ближе средняя скорость к максимальной, тем равномернее движение и целесообразнее выбранная скорость.
В нашем примере с Москвой и Питером коэффициент равномерности равен 70/150 = 0,47. Очень посредственный результат, прямо скажем. В свободных условиях движения, за городом, рекомендуемые значения коэффициента равномерности – выше 0,7. Понятно, что ровно 1 не бывает, но 0,9-0,95 на свободной дороге без светофоров запросто. В городе уже можно говорить про 0,4-0,5, но не на Питерской трассе.
Равномерность движения важнее скорости
То есть в нашем примере водителю не стоило гнать 150, чтобы доехать со средней скоростью 70. Было целесообразно снизить скорость. Многие думают, что снижение максимальной скорости приведет к такому же снижению средней. Например, если ехать не 150, а на 30 км/ч медленнее — 120, то средняя в итоге окажется не 70, а 40. Это заблуждение! В нашем примере средняя никак не изменится, в том-то и секрет! Если стараться ехать равномерно, на практике средняя скорость оказывается лишь незначительно ниже максимальной. В нашем случае, средняя скорость 70 км/ч будет, я думаю, если пытаться держать всю дорогу 80 км/ч. Чувствуете разницу? Гнать 150 или спокойно держать 80 и приехать за одно и то же время! На практике так и будет. Фишка в том, что 150 всю дорогу держать не получается. Пока едешь в Питер, встречаются населенные пункты, посты ДПС, фуры, опасные участки дороги – и все это вынуждает снижать скорость. А в случае с фурами, бывает, попадешь в «караван» и приходится обгонять их по очереди по нескольку десятков штук, причем, долго тащиться за каждой из них. В этих-то местах мы и теряем все то, что выиграли, выжимая по 150 на каждом свободном участке. Поэтому не стоит избыточно тратить усилия и топливо, нужно ехать с той скоростью, которая приведет к равномерности движения. Поверьте, средняя скорость никак не пострадает, а вот топлива, сил и нервов сэкономите много, и комфорта с безопасностью добавите.
Равномерно — когда нет торможений
Как же определить эту оптимальную «равномерную» скорость? Ведь это надо сидеть, считать среднюю, делить на максимальную, эти коэффициенты… Замучаешься! Да нет, на практике все куда проще и уже не ново. Нужно ехать с максимально возможной скоростью, при которой у вас не будет торможений. Тогда и движение станет равномерным, а скорость близкой к средней. То есть если вы попали в караван из 20 фур, которые идут 80 км/ч и которые можно обогнать только по «встречке», где навстречу постоянно едут машины, не стоит их обгонять. Нужно смириться и следовать за фурой. Или, как вариант, можно сделать ранее запланированную остановку (заправиться, отдохнуть, поесть) и отпустить караван вперед, чтобы потом ехать по более свободной дороге. Потеряете совсем чуть-чуть во времени, если потеряете, а выиграете, повторюсь, в расходе топлива, силах, комфорте, безопасности. И снова мы приходим к целесообразности движения со скоростью потока, только уже через другие размышления 🙂
Средняя скорость — движение — автомобиль
Средняя скорость движения автомобиля зависит от максимальной скорости, которую он может развить на дорогах различного качества, и от интенсивности разгона. Кроме того, на среднюю скорость автомобиля существенное влияние оказывают его тормозные свойства.
Средние скорости движения автомобилей приведены для дорог с усовершенствованным типом покрытия в хорошем состоянии.
Средняя скорость движения автомобиля составляет v км / час.
Средняя скорость движения автомобиля зависит от многих факторов: на нее влияют, с одной стороны, конструктивные особенности автомобиля, а с другой — дорожные условия. При испытаниях ее стремятся поддерживать максимально возможной. Чтобы полнее выяснить причины, вызывающие ограничение скорости, принято определять среднюю скорость чистого движения и среднюю техническую скорость.
Стремление повысить среднюю скорость движения автомобилей ( автопоездов) при одновременном увеличении их полной массы приводит к повышению мощности двигателя, что, в свою очередь, вызывает повышенные требования к трансмиссии автомобиля. Это непосредственно относится и к ведущему мосту, назначение которого состоит в изменении крутящего момента двигателя при передаче его к ведущим колесам таким образом, чтобы вместе с коробкой передач обеспечить согласование скоростной характеристики двигателя с динамической характеристикой автомобиля.
|
График, для определения нагрузочного режима трансмиссии автомобиля ( по нормали. |
Угловую скорость рассчитываемых подшипников определяют по средней скорости движения автомобиля аа ср — с учетом соответствующего передаточного числа между валами коробки передач.
Эффективность действия тормозов оказывает влияние на среднюю скорость движения автомобиля, особенно в условиях городского движения.
Именно эта скорость имеется в виду, когда, например, говорят о средней скорости движения автомобиля или средней скорости поезда.
За эквивалентное число оборотов пэкв принимается число оборотов подшипника ( вала), соответствующее средней скорости движения автомобиля на основной ( прямой) передаче.
Установка на шасси автомобиля двигателя повышенной мощности, ранее практиковавшаяся в Америке, повышала среднюю скорость движения автомобиля, уменьшала его износы и шумность работы, но ухудшала топливную экономичность. Последнее объясняется тем, что в двигателях большей мощности и большого рабочего объема при работе на малых нагрузках возрастает относительная величина тепловых, насосных и механических потерь.
Расстояние между площадками для кратковременных остановок и стоянок автомобилей зависит от интенсивности движения на дороге, средней скорости движения автомобилей, вместимости стоянки и средней продолжительности пребывания автомобиля на стоянке.
|
Зависимость коэффициента сцепления от различных факторов. |
В практике управления автомобилем важно знать н только максимальную скорость движения автомобиля на отдельных участках маршрута, но и среднюю скорость на всем маршруте. Возможность определения средней скорости движения автомобиля имеет практическое значение для осуществления планирования перевозок грузов и пассажиров на автомобильном транспорте.
Из выражения ( 34) следует, что чем выше удельная мощность, тем больше ускорение разгона и меньше продолжительность этапа разгона до установившейся скорости
В итоге следует ожидать повышения средней скорости движения автомобиля. Для того чтобы оценить степень влияния удельной мощности на среднюю скорость вследствие сокращения именно этого этапа цикла, рассмотрим процесс разгона автомобиля с учетом переключения передач.
Из выражения ( 34) следует, что чем выше удельная мощность, тем больше ускорение разгона и меньше продолжительность этапа разгона до установившейся скорости. В итоге следует ожидать повышения средней скорости движения автомобиля. Для того чтобы оценить степень влияния удельной мощности на среднюю скорость вследствие сокращения именно этого этапа цикла, рассмотрим процесс разгона автомобиля с учетом переключения передач.
Что такое спидометр и каким он бывает
Если бы у «Википедии» спросили, что такое автомобильный спидометр, она бы ответила примерно следующее — это прибор для измерения (определения) скорости движения транспортного средства, в реальной скорости и в таком духе… Спидометры бывают разные, но в основном это — аналоговые (механические) и цифровые.
Так выглядит классический аналоговый спидометр
Второй вариант — менее популярен, так как существует относительно недавно. более распространен и имеет относительно простую конструкцию. Прибор связан с трансмиссией при помощи гибкого вала, своего рода тросиком, который передает вращение. На разных моделях автомобилей можно встретить один и тот же спидометр, отличаются они лишь редуктором, который установлен в их приводе. Редуктор имеет необходимое передаточное число, которое идеально подходит для конкретной модели автомобиля. В заднеприводных авто, обычно спидометр контролирует скорость вращения вторичного вала трансмиссии, следовательно, показания зависят от передаточного числа редуктора заднего моста, размера шин и погрешности самого прибора.
Полностью электронный, цифровой спидометр
У , у которых двигатель имеет поперечное расположение спидометры обычно получают информацию о скорости движения автомобиля от привода левого колеса после главной пары. Стало быть, кроме погрешности спидометра, а также размера шин, на точность будет влиять закругление дороги: при повороте налево прибор будет врать чуть меньше, направо – чуть больше.
Закон сложения
Для разных систем отсчёта движения материальных точек существует закон, связывающий их между собой. Согласно ему, скорость чего-либо относительно системы, находящейся в покое, определяется суммой силы перемещения скоростей в подвижной области и более быстрой системы отсчёта по отношению к неподвижной.
Чтобы понять суть закона, лучше всего рассмотреть простой пример. Пусть по железной дороге движется вагон со скоростью 80 км/ч. В этом вагоне перемещается пассажир со скоростью 3 км/ч. Приняв за систему отсчёта неподвижный железнодорожный путь, можно утверждать, что скорость пассажира относительно неё равна сумме скорости вагона и человека.
Если движение вагона и пассажира происходит в одном направлении, то значения просто складываются, V = 80+3 = 83 км/ч, в противоположном — вычитаются V = 80−3 = 77 км/ч. Но это правило будет верным лишь тогда, когда перемещение происходит по одной линии. Поэтому, если человек будет передвигаться в вагоне под углом, следует учитывать и этот фактор, так как по своей сути искомый параметр — величина векторная. Фактически рассчитываются две скорости: сближения и удаления.
Рассматриваемое событие происходит за время Δt. За этот промежуток человек преодолеет расстояние ΔS1, вагон же сможет проехать путь ΔS2. Используя закон, перемещение пассажира будет определяться по формуле: ΔS = ΔS1 + ΔS2. Собственное движение человека относительно железнодорожного пути будет равно V = ΔS1 / Δ t. Выразив значение из формулы нахождения ΔS, можно найти скорость вагона относительно железной дороги: V2 = ΔS2 / Δt.
