С раннего детства я увлекаюсь автомобилями. Больше всего мне нравится езда по бездорожью и грязи, поэтому все свои радиоуправляемые машины я испытывал в самых разных условиях: как они ездят по снегу, грязи, песку, льду. Мне стало интересно, насколько меняется скорость движения автомобиля в зависимости от поверхности, и я решил посвятить этому свою научную работу.
Ключевые слова:проходимость автомобилей, измерение скорости, асфальтовая дорога, грунтовая дорога.
Цель работы : исследовать изменение скорости движения радиоуправляемых машин по разным типам дорог.
Задачи : произвести замеры времени, рассчитать скорость движения и сравнить результаты для разных типов дорожного покрытия.
Методы исследования : эксперимент, измерение, сравнение.
Актуальность данного вопроса обусловлена тем, что современным GPS-навигаторам необходимо учитывать тип дорожного покрытия при расчете среднего времени в пути. Действительно, GPS-навигаторы стали важным инструментом для многих людей в повседневной жизни и путешествиях. Чаще всего навигаторы используют для того, чтобы найти оптимальный маршрут из точки А в точку Б. Правда, результаты расчета времени в пути могут быть неточными, если навигатор не будет учитывать тип дороги и автомобиля. Дело в том, что при расчете времени в пути навигатор должен учитывать качество дороги, которое влияет на среднюю скорость прохождения каждого участка пути. Например, по ровной асфальтированной дороге автомобиль будет ехать с одной скоростью, а по грунтовой — значительно медленнее. Моя работа посвящена исследованию того, насколько в среднем будет отличаться скорость движения по дороге низкого качества от скорости движения по асфальтовой дороге для радиоуправляемых машин различного типа.
Теоретическая часть
История создания автомобилей началась задолго до появления современных транспортных средств. Первые автомобили были похожи на трехколёсные велосипеды и повозки. Вместо запряжённых лошадей в кареты ставили двигатели. Такие машины было очень неуклюжими, тряслись, и ими было непросто управлять [10]. В 18 веке паровые двигатели, изобретенные Джеймсом Уаттом и другими инженерами, были одними из первых примеров двигателей внутреннего сгорания, которые послужили основой для развития автомобилей.
В 1885 году немецкий инженер Карл Бенц создал первый автомобиль с бензиновым двигателем, известный как «Benz Patent-Motorwagen». Это считается рождением современного автомобиля. Позже, в 1886 году, Карл Фридрих Даймлер и Готлиб Даймлер создали первый масштабно производимый автомобиль с внутренним сгоранием.
В начале 20 века Генри Форд внедрил конвейерное производство, что позволило снизить стоимость производства и сделало автомобили доступными для широкой публики. Автомобиль можно было купить в магазине, а не заказывать у мастеров. Сейчас имя Форда носит одна из крупнейших компаний по производству автомобилей [6].
С течением времени автомобили стали снабжаться все более совершенными двигателями, системами безопасности, удобствами и современными технологиями. Сегодня автомобили являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, и индустрия автомобилестроения продолжает развиваться, стремясь к улучшению экологической устойчивости и безопасности.
Одной из характеристик автомобиля является её проходимость. Проходимость — способность транспортного средства передвигаться по дорогам низкого качества и вне дорожной сети, а также — преодолевать искусственные и естественные препятствия без привлечения вспомогательных средств [9]. По проходимости транспортная техника подразделяется на машины обычной, повышенной и высокой проходимости:
— машины обычной проходимости — автомобили общего назначения с обычными шинами [9],
— машины повышенной проходимости , к которым относится преимущественно военная автотехника с колёсной формулой 4×4, 6×4, 6×6, 8×8, широкопрофильными шинами, системой регулировки давления в шинах, основным назначением которой является работа на дорогах и на местности без дорог [9],
— машины высокой проходимости (вездеходы [2]) — гусеничная техника и полноприводная автотехника, которая в дополнение к вышеперечисленному оснащена шинами сверхнизкого давления, пневмокатками, арочными шинами или нетрадиционными видами движителей [9].
К характеристикам автомобиля, влияющие на проходимость, можно отнести дорожный просвет, угол свеса (рисунок 1), угол продольной проходимости (рисунок 2), а также тип привода и коэффициент сцепления шин [8].
Рис. 1. Углы свеса автомобиля
Рис. 2. Угол продольной проходимости
Наряду с развитием автомобильной отрасли в конце 20 века стали популярными GPS-навигаторы. Первоначально GPS-навигаторы были крупными и дорогостоящими устройствами, использующими специализированные картриджи или карты для отображения данных.
Однако с развитием технологий и уменьшением размеров компонентов, GPS-навигаторы стали все более доступными и компактными. В начале 2000-х годов они стали широко доступны для автолюбителей и популярными среди путешественников.
С появлением смартфонов, встроенных GPS-модулей и мобильных приложений для навигации, технология GPS стала ещё более доступной и распространенной, в результате GPS-навигаторы в физическом виде постепенно вытесняются с рынка потребительских устройств [5].
Многие современные GPS-навигаторы и мобильные приложения для навигации учитывают не только расстояние до пункта назначения, но и качество дорог и текущие условия движения.
Это очень важно, поскольку общая протяженность грунтовых дорог в России составляет 443,8 тыс. км, и это практически треть (29,44 %) от всех дорог страны [3]. Знание об этом позволяет GPS-навигаторам предлагать оптимальные маршруты, учитывающие текущие дорожные условия. В своей работе я буду исследовать, как меняется скорость того или иного автомобиля в зависимости от типа дорожного покрытия.
Практическая часть
Описание используемых моделей автомобилей
В современном мире существует более десяти разновидностей легковых машин по типу их кузова, а также грузовые автомобили, спецтранспорт и другие [4]. В моем арсенале было 3 радиоуправляемых машины, представленные на рисунке 3. Их описание и тип, согласно классификации из предыдущего раздела — в таблице 1.
Рис. 3. Радиоуправляемые машины, используемые в исследовании
Таблица 1
Описание радиоуправляемых машин, используемых в исследовании
|
Тип |
Краткое описание |
Фото |
|
Машина обычной проходимости |
Легковая машина, быстро разгоняется, но не имеет высокого дорожного просвета для прохождения препятствий |
|
|
Машина повышенной проходимости |
багги, обладает отличной проходимостью, предназначена для езды по песку |
|
|
Машина высокой проходимости |
полноприводная машина, по своим характеристикам напоминает мощный внедорожник за счет отличного сцепления с поверхностью дороги |
|
Сравнение времени и скорости для различных поверхностей
С помощью рулетки я замерил участок дороги длиной 10 м и отметил линию старта и финиша. Я замерял секундомером, за сколько времени каждый автомобиль проедет такой участок. На основании этих данных я вычислял среднюю скорость движения автомобиля по формуле [7]:
v = s: t,
где s — это расстояние,
t — время в пути.
В моем случае s — это постоянное значение, равное 10 м.
Результаты замеров и расчетов для ровной асфальтовой дороги представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты для асфальтовой дороги
|
Тип автомобиля |
Время, сек |
Скорость (м/сек) |
Скорость (км/час) |
|
Машина обычной проходимости |
4.5 |
2.2 |
7.9 |
|
Машина повышенной проходимости |
4.9 |
2.04 |
7.3 |
|
Машина высокой проходимости |
5.7 |
1.75 |
6.3 |
Аналогичные замеры были произведены по грунтовой для тех же автомобилей и результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты для грунтовой дороги
|
Тип автомобиля |
Время, сек |
Скорость (м/сек) |
Скорость (км/час) |
|
Машина обычной проходимости |
7.83 |
1.23 |
4.43 |
|
Машина повышенной проходимости |
6.54 |
1.52 |
5.47 |
|
Машина высокой проходимости |
5.9 |
1.69 |
6.08 |
Для удобства я представил результаты в виде диаграммы (см. рисунок 4).
Рис. 4. Диаграмма сравнения скорости движения испытуемых автомобилей по асфальтовой и грунтовой дороге
По диаграмме видно, что у всех автомобилей скорость движения снизилась на грунтовой дороге. У машины высокой проходимости снижение скорости было не значительным из-за того, что этот автомобиль и предназначен для езды по бездорожью за счет цепких колес. Для автомобиля повышенной и обычной проходимости скорость снизилась значительнее. Я посчитал, на сколько процентов изменилась скорость движения по грунтовой дороге относительно ровной асфальтовой дороги для этих автомобилей. Чтобы вычислить, на сколько процентов одно число больше другого, нужно первое число разделить на второе, умножить результат на 100 и вычесть 100.
Получилось, что у автомобиля повышенной проходимости скорость снизилась на 26 %, а у автомобиля обычной проходимости — на 45 %.
Данные результаты представлены в таблице 4.
Также интересно отметить, что самое высокое значение скорости для дороги с асфальтовым покрытием зафиксировано у машины обычной проходимости, а самое низкое — у машины высокой проходимости. Это объясняется тем, что машины обычной проходимости предназначены для езды по ровной дороге, поэтому их результаты лучше относительно других типов автомобилей.
Таблица 4
Изменение скорости движения автомобилей в процентах
|
Тип автомобиля |
Изменение скорости |
|
Машина обычной проходимости |
45 % |
|
Машина повышенной проходимости |
26 % |
|
Машина высокой проходимости |
3 % |
Видно, что для любого автомобиля скорость движения снижается при ухудшении качества дороги. Очевидно, что проходимость каждого автомобиля индивидуальна и зависит от большого количества параметров, но с помощью моего исследования можно понять на сколько в среднем снижается скорость движения каждого типа автомобиля в зависимости от типа дорожного покрытия.
Заключение
Были проведены замеры, рассчитана скорость движения машин по различным поверхностям и получены результаты, в соответствии с которыми скорость автомобиля высокой проходимости практически не меняется на грунтовой дороге относительно асфальтовой. Для машин повышенной скорость уменьшается на 26 %, а для машин обычной проходимости — на 45 %.
Также было выявлено, что машина обычной проходимости имеет более высокие показатели по скорости, чем остальные.
В процессе выполнения работы я изучил формулу вычисления скорости движения, а также познакомился с вычислением среднего арифметического значения.
Данные выводы могут использовать приложения для GPS-навигации, чтобы точнее определять среднее время в пути по построенную маршруту.
Литература:
- Автомобильная навигация в деталях: https://habr.com/ru/articles/123595/
- Вездеход // Военная энциклопедия / Грачёв П. С. — Москва: Военное издательство, 1994.
- Грязи не боятся: россиянам по-прежнему приходится ездить по проселкам: https://iz.ru/822418/timur-khasanov/griazi-ne-boiatsia-rossiianam-po-prezhnemu-prikhoditsia-ezdit-po-proselkam
- Дженнингс Терри, Окслейд Крис, Грэхем Иен Как работают машины. Энциклопедия для детей М.: Махаон, 2023
- История навигаторов: https://habr.com/ru/companies/boxowerview/articles/214333/
- История навигаторов: https://habr.com/ru/companies/boxowerview/articles/214333/
- Перышкин А. В. Физика, М.: Дрофа, 2013.
- Проходимость автомобиля: https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9F %D1 %80 %D0 %BE %D1 %85 %D0 %BE %D0 %B4 %D0 %B8 %D0 %BC %D0 %BE %D1 %81 %D1 %82 %D1 %8C_ %D0 %B0 %D0 %B2 %D1 %82 %D0 %BE %D0 %BC %D0 %BE %D0 %B1 %D0 %B8 %D0 %BB %D1 %8F
- Проходимость машин // Военная энциклопедия / Грачёв П. С. — Москва: Военное издательство, 2003
- Роб Ллойд Джонс Секреты машин. М.: Издательство Робинс, 2021
