Угол подъема автомобиля: Страница не найдена — АвтоТоп

Содержание

Устойчивость, ее зависимость от конструктивных параметров автомобиля

План лекции

15.1. Продольная устойчивость автомобиля

15.2. Продольная устойчивость автопоезда

15.3. Влияние различных факторов на устойчивость

автомобиля

15.1. Продольная устойчивость автомобиля

При нарушении продольной устойчивости автомобиль может опрокинуться относительно оси передних или задних колес, а также скользить в продольном направлении.

Опрокидывание вокруг осей колес возможно только у автомо­биля с очень короткой базой и высоким расположением центра тяжести. Однако для большинства современных автомобилей, име­ющих низкое расположение центра тяжести, опрокидывание в про­дольной плоскости маловероятно. Возможно лишь продольное скольжение, вызванное буксованием ведущих колес, что более вероятно для автопоездов.

В связи с этим показателем продольной устойчивости автомо­биля является критический угол подъема по буксованию αб.

Рекомендуемые материалы

Определим критический угол подъема по буксованию для ав­томобиля. С этой целью рассмотрим равномерное движение авто­мобиля на максимальном подъеме (рис. 15.1), так как разгон на нем невозможен. При преодолении максимального подъема ско­рость движения автомобиля небольшая, поэтому силой сопротив­ления воздуха Рвпренебрегаем. При этом сцепление ведущих ко­лес с дорогой полностью используется касательной реакцией до­рогиа касательной реакцией дороги на перед­них колесах пренебрегаем, так как она мала по сравнению с каса­тельной реакцией Rxr

Из условий равновесия автомобиля следует, что

Максимальное значение ка­сательной реакции дороги на ве­дущих колесах автомобиля огра­ничена сцеплением колес с до­рогой:

Подставим в это выражение значения реакций дороги RZ2 и RX1 и разделим обе части урав­нения на cos α. Учитывая в дан­ном случае, что α = αб, опреде­лим критический угол подъема по буксованию:

Рис. 15.1. Схема для определения критического угла подъема по буксованию

Критическим углом подъема по буксованию называется предель­ный угол, при котором еще воз­можно движение автомобиля на подъеме без буксования ведущих колес.

Критический угол подъема по буксованию во многом зависит от коэффициента сцепления φх. Так, например, при φх= 0,3 (асфальт влажный и грязный или покрытый снегом) для автомобилей с колес­ной формулой 4×2 угол αб  = 10… 15°.

Для автомобиля со всеми веду­щими колесами критический угол подъема по буксованию

Следовательно, такого типа автомобили могут преодолевать кру­тые подъемы без потери продольной устойчивости.

Угол αб линейно зависит от коэффициента фх (рис. 15.2).

Признаком нарушения продольной устойчивости автопоезда при движении на подъеме является его сползание вниз по подъе­му, которое вызывается буксованием ведущих колес автомобиля-тягача. Это может произойти, например, во время динамического преодоления автопоездом крутого подъема большой длины.

Продольную устойчивость автопоезда характеризует критичес­кий (максимальный) угол αб подъема по буксованию.

Определим максимальный угол подъема, который может пре­одолеть прицепной автопоезд при равномерном движении без бук­сования ведущих колес автомобиля-тягача. При этом силами со­противления качению и воздуха пренебрегаем, так как автопоезд на подъеме движется с небольшой скоростью и значения этих сил невелики (рис. 15.3).

Из условий равновесия автомобиля-тягача следует:

где Gnpвес прицепа, Н; hKpвысота расположения крюка бук­сирного устройства; а — угол подъема.

Рис. 15.2. Зависимости критичес­кого угла подъема по буксованию от коэффициента сцепления:

1 — автопоезд; 2 — автомобиль обыч­ной проходимости; 3 — автомобиль повышенной проходимости

Рис. 15.3. Движение автопоезда на подъеме

Максимальное значение касательной реакции дороги RX2 огра­ничено сцеплением колес с дорогой:

Подставим в это выражение значения касательной RX2 и нор­мальной RZ2 реакций дороги, разделим обе части выражения на cos а и, приняв, что а = αб, получим выражение для максимально­го, или критического, угла подъема, при котором возможно дви­жение прицепного автопоезда без буксования ведущих колес ав­томобиля-тягача:

Критический угол подъема по буксованию существенно зави­сит от сцепления колес с дорогой. Так, например, при коэффи­циенте сцепления φх. = 0,3 (асфальт, покрытый снегом) для авто­поездов этот угол не превышает 6°. Поэтому в зимнее время часто происходит буксование ведущих колес тягача автопоезда на отно­сительно пологих подъемах (см. рис. 15.2).

15.3. Влияние различных факторов на устойчивость автомобиля

В условиях эксплуатации чаще происходит нарушение попе­речной устойчивости автомобиля (занос, опрокидывание), кото­рое более опасно, чем нарушение продольной устойчивости.

На поперечную устойчивость автомобиля влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы. К ним относятся крен кузова автомобиля, износ шин, неисправность тормозных механизмов, центр тяжести автомобиля и колея колес, располо­жение груза в кузове, дорожное покрытие, повороты и виражи дороги, способ торможения автомобиля и др.

Рассмотрим влияние различных факторов на поперечную ус­тойчивость автомобиля.

Поперечный крен кузова. При определении показателей попе­речной устойчивости автомобиля не учитывались эластичность шин и упругость подвески, а автомобиль рассматривался как единое твердое тело.

В действительности автомобиль представляет собой систему масс, соединенных между собой подвеской, к которым относятся подрессоренные (кузов) и неподрессоренные (мосты, колеса) массы.

При разгоне, торможении и повороте автомобиля, а также езде по неровностям дороги вследствие действия боковой силы Ру (рис. 15.4, а) шины 1 и упругие устройства 2 подвески (рессоры, пружины и др.) с одной стороны автомобиля разгружаются, а с другой — нагружаются. В результате кузов автомобиля наклоняет­ся в поперечном направлении. Угол ψкр крена кузова увеличивает­ся с возрастанием боковой силы Ру. Он может быть уменьшен при увеличении угловой жесткости подвески, что достигается уста­новкой в подвеске стабилизатора 3 (рис. 15.4, б) поперечной ус­тойчивости, который препятствует крену кузова и уменьшает его поперечные угловые колебания.

а                                                                     б

Рис. 15.4. Крен кузова (а) и стабилизатор (б) поперечной устойчиво­сти кузова: 1 — шина; 2 — упругое устройство подвески; 3 — стабилизатор

Обычно при эксплуатации угол поперечного крена кузова не превышает 10°, однако этого достаточно для того, чтобы возросла возможность опрокидывания автомобиля. Поэтому значения кри­тической скорости и критического угла поперечного уклона до­роги (косогора) в действительности будут на 10… 15% меньше рассчитанных по формулам.

Износ шин. В процессе эксплуатации по мере износа протекто­ра шин ухудшается сцепление колес с дорогой и возрастает вероятность заноса автомобиля. Так, например, значение коэффици­ента сцепления колес с дорогой, протектор шин которых изно­шен до полного исчезновения рисунка («лысые шины » ), почти в 2 раза меньше, чем у новых шин. Поэтому эксплуатация автомо­биля с «лысыми шинами » недопустима.

Неисправности тормозных механизмов. Нарушение поперечной устойчивости автомобиля происходит чаще всего при торможе­нии, когда в местах контакта шин с дорогой действуют большие тормозные силы. В этом случае тормозящее колесо неустойчиво при действии боковой силы, и достаточно ее небольшой величи­ны, чтобы начался занос автомобиля.

Причиной нарушения поперечной устойчивости при торможе­нии может быть неравномерное распределение тормозных сил по колесам автомобиля из-за замасливания или неправильной регу­лировки тормозных механизмов. При этом неравномерность рас­пределения тормозных сил у передних колес опаснее, чем у зад­них. Так, например, при одном заторможенном заднем правом колесе (рис. 15.5, а) автомобиль отклоняется вправо от направле­ния прямолинейного движения. При этом расстояние Sa от центра тяжести автомобиля до центра заторможенного колеса сокраща­ется. Уменьшается также и поворачивающий момент Ри, создава­емый силой инерции. При заторможенном только переднем пра­вом колесе (рис. 15.5, 6) расстояние Sц во время торможения уве­личивается. Это приводит к возрастанию поворачивающего момента и дальнейшему отклонению автомобиля в сторону от на­правления прямолинейного движения. Поэтому неисправность пе­редних тормозных механизмов опаснее, чем задних.

Рис. 15.5. Устойчивость автомобиля при торможении:

а — заторможено заднее правое колесо; б — заторможено переднее правое колесо

Блокировка колес при торможении. На устойчивость автомоби­ля существенное влияние оказывает блокировка колес (доведение до юза) при торможении.

Одновременная блокировка всех колес автомобиля может про­изойти только на дорогах с оптимальными значениями коэффи­циента сцепления, составляющими 0,40… 0,45. На дорогах, харак­теризуемых другими значениями коэффициента сцепления, про­исходит блокировка передних или задних колес.

При торможении на дорогах с меньшим коэффициентом сцеп­ления у автомобиля первыми блокируются задние колеса, что может привести к потере устойчивости автомобиля.

При торможении на дорогах с более высоким коэффициентом сцепления у автомобиля первыми доводятся до юза передние ко­леса. Следствием этого может быть потеря управляемости автомо­биля.

Центр тяжести автомобиля и колея колес. Высота расположения центра тяжести автомобиля и ширина колеи передних и задних колес оказывают влияние на поперечную устойчивость автомобиля. Так, например, при высоком расположении центра тяжести может произойти опрокидывание автомобиля при действии боковой силы. Это наиболее вероятно при движении автомобиля на поворотах малого радиуса при отсутствии виражей вследствие уменьшения критической скорости автомобиля по опрокидыванию.

Легковые автомобили, движущиеся на поворотах с большой скоростью, обладают высокой устойчивостью, так как имеют низ­кое расположение центра тяжести и широкую колею передних и задних колес.

Дорога, повороты и виражи. Состояние покрытия дороги, ра­диусы поворотов и виражи оказывают существенное влияние на поперечную устойчивость автомобиля.

При ухудшении состояния дорожного покрытия (дождь, снег, обледенение) значительно уменьшается сцепление колес с доро­гой, что может привести к заносу автомобиля.

Наименьшие радиусы поворотов дорог составляют 30 м. При движении на дорогах с малыми радиусами поворотов создаются условия для нарушения поперечной устойчивости автомобиля в связи со снижением его критической скорости по заносу. Поэтому для повышения устойчивости автомобиля на поворотах с неболь­шими радиусами создают виражи — поперечные уклоны дороги, направленные к центру поворота. Виражи повышают не только ус­тойчивость автомобиля, но и безопасность движения на поворотах.

Расположение груза в кузове автомобиля. Устойчивость авто­мобиля при торможении может быть нарушена вследствие неправильного размещения груза в кузове. Так, например, при несов­падении центра тяжести груза с продольной осью автомобиля сила инерции Р’и(рис. 15.6, а), возникающая при торможении, создает поворачивающий момент, характеризуемый плечом Sц. Если при этом блокированы передние колеса автомобиля, то их сцепление с дорогой меньше, чем у задних колес. В результате под действием момента PnSц автомобиль поворачивается относительно точки А оси задних колес. Расстояние Sц в этом случае быстро уменьшает­ся до нуля и поворот автомобиля прекращается.

Рис. 15.6. Устойчивость автомобиля при неправильном расположении

груза в кузове:

а — блокированы передние колеса; 6 — блокированы задние колеса; А, Б — центры осей задних и передних колес

При блокировке задних колес (рис. 15.6, б) автомобиль пово­рачивается относительно точки Б оси передних колес. При этом расстояние Sц увеличивается, что может привести к заносу авто­мобиля.

Способ торможения. Устойчивость автомобиля существенно за­висит от способа торможения. Так, торможение автомобиля дви­гателем, который не отсоединяется от трансмиссии и работает на компрессорном режиме (без подачи горючей смеси в цилиндры) или режиме холостого хода, обеспечивает устойчивость автомо­биля против заноса вследствие равномерного распределения тор­мозных сил по колесам. При комбинированном торможении авто­мобиля (совместно тормозными механизмами колес и двигате­лем) повышается также его поперечная устойчивость, поскольку дифференциал трансмиссии обеспечивает более равномерное рас­пределение тормозных сил по колесам. В результате уменьшается вероятность заноса автомобиля.

Комбинированный способ торможения автомобиля необходи­мо применять на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых и т. п.), так как в этом случае существенно повышается не только устойчивость автомобиля, но и безопас­ность его движения.

План лекции

16.1. Габаритные параметры проходимости

16.2. Тяговые и опорно-сцепные параметры проходимости. Комплексный фактор проходимости

16.3. Влияние различных факторов на проходимость

автомобиля

Проходимость является эксплуатационным свойством, имею­щим важное значение для любых автомобилей, особенно работа­ющих в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на строи­тельстве, в карьерах и в условиях бездорожья. Проходимость в та­ких условиях эксплуатации определяет среднюю скорость движе­ния и оказывает существенное влияние на производительность автомобиля.

Проходимость автомобиля оценивается габаритными, тяговы­ми и опорно-сцепными параметрами, а также комплексным фак­тором проходимости.

16.1. Габаритные параметры проходимости

Габаритные параметры характеризуют проходимость автомо­биля по неровностям дороги и его способность вписываться в до­рожные габариты.

Основными габаритными параметрами проходимости (рис. 16.1, 16.2) автомобиля являются дорожный просвет h, углы переднего α1 и заднего α 2свеса, продольный p1 и поперечный р2 радиусы прохо­димости, наружный RH и внутренний RВ габаритные радиусы по­ворота, поворотная ширина bк, углы гибкости в вертикальной βв и горизонтальной α г плоскостях.

Дорожным просветом называется расстояние между низшей точ­кой автомобиля и дорогой. Он характеризует возможность такого движения, при котором автомобиль не задевает сосредоточенные препятствия (камни, пни, кочки и др.). Обычно дорожный просвет определяется под картером главной передачи ведущего моста. Его величина зависит от типа автомобиля и условий его эксплуатации. Так, для грузовых автомобилей ограниченной проходимости до­рожный просвет составляет 245… 280 мм, а для автомобилей повы­шенной проходимости — 315… 400 мм. Увеличение дорожного про­света приводит к повышению проходимости, что может быть дос­тигнуто увеличением диаметра колес и уменьшением габаритов глав­ной передачи (например, разнесенная главная передача). Однако увеличение дорожного просвета приводит к повышению центра тя­жести автомобиля, что может ухудшить его устойчивость.

Рис. 16.1. Габаритные параметры проходимости автомобиля: О — центр поворота

Рис. 16.2. Углы гибкости автопоезда в вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) плоскостях

Углами переднего и заднего свеса называются углы, образован­ные плоскостью дороги и плоскостями, касательными к перед­ним и задним колесам и к выступающим низшим точкам перед­ней и задней частей автомобиля. Они характеризуют проходимость автомобиля по неровным дорогам во время въезда на препятствие или съезда с него (наезд на бугор, переезд через канаву, яму, кювет и т.д.). Чем больше углы свеса, тем более крутые дорожные неровности может преодолеть автомобиль.

Для грузовых автомобилей ограниченной проходимости

α1 =  25…42° и α2 = 16…38°,

 а для автомобилей повышенной прохо­димости

α1 = 35…55° и α2 = 32…42°.

Продольный и поперечный радиусы проходимости представляют собой радиусы окружностей, касательных к колесам и низшим точкам автомобиля в продольной и поперечной плоскостях. Эти радиусы определяют контуры препятствий, преодолевая которые автомобиль не задевает их. Чем меньше указанные радиусы, тем выше проходимость автомобиля. Так, например, продольный ра­диус проходимости для обычных грузовых автомобилей составля­ет 2,7…5,5 м, а для автомобилей повышенной проходимости — 2… 3,5 м.

Внутренний и наружный габаритные радиусы поворота — это расстояния от центра поворота соответственно до ближайшей и наиболее удаленной точек автомобиля при максимальном пово­роте управляемых колес.

Поворотная ширина автомобиля характеризует разность между его наружным и внутренним радиусами поворота.

Радиусы поворота и поворотная ширина автомобиля характе­ризуют также и маневренность автомобиля — способность пово­рачиваться на минимальной площади. Одиночные автомобили более маневренны, чем автопоезда. Маневренность автопоездов ухудша­ется при увеличении числа единиц и базы прицепного состава.

Углами гибкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях называются углы возможного отклонения оси сцепной петли при­цепа от оси тягового крюка. Угол гибкости в вертикальной плос­кости (см. рис. 16.2) автопоезда характеризует его проходимость по неровностям дороги, а угол гибкости в горизонтальной плос­кости — способность к поворотам, т. е. его маневренность. Для ав­топоездов с двухосными прицепами углы гибкости составляют: βв не менее +62° и αгне менее ±55°, а для седельных автопоездов βв не менее ±8° и αг не менее ±80°.

16.2. Тяговые и опорно-сцепные параметры проходимости. Комплексный фактор проходимости

Эти параметры характеризуют проходимость автомобиля на мягких и твердых скользких дорогах, а также на подъемах.

Основными тяговыми и опорно-сцепными параметрами про­ходимости являются удельная мощность NУД, динамический фак­тор по тяге D, удельное давление колес на дорогу рУДи коэффици­ент сцепления колес с дорогой φх. Указанные параметры прохо­димости зависят от типа автомобиля и условий его эксплуатации.

Удельная мощность автомобиля, кВт/т, представляет собой от­ношение максимальной мощности двигателя к полной массе ав­томобиля:

Чем больше удельная мощность, тем выше проходимость авто­мобиля. Так, например, для грузовых автомобилей ограниченной проходимости удельная мощность составляет 5… 12 кВт/т, а для автопоездов должна быть не менее 5,15 кВт/т.

Динамический фактор по тяге характеризует тяговые свойства автомобиля при преодолении тяжелых участков дороги с большим сопротивлением движению. Поэтому автомобиль, работающий в тяжелых дорожных условиях, должен обладать большим динами­ческим фактором. Чем больше динамический фактор, тем меньше вероятность потери проходимости вследствие недостаточных тяго­вых свойств автомобиля. Однако значение динамического фактора по тяге ограничивается сцеплением колес с дорогой. Для реализа­ции максимального динамического фактора без буксования веду­щих колес необходимо увеличивать сцепление колес с дорогой и повышать сцепной вес автомобиля (нагрузку на ведущие колеса).

Увеличение сцепления колес с дорогой достигается выбором определенного типа шин и рисунка протектора, а повышение сцеп­ного веса — увеличением числа ведущих колес и смещением цен­тра тяжести автомобиля к ведущему мосту.

Максимальные значения динамического фактора по тяге со­ставляют 0,25…0,35 для грузовых автомобилей ограниченной про­ходимости и 0,6…0,8 — для автомобилей повышенной проходи­мости.

Для повышения проходимости автомобиля необходимо увели­чивать максимальный динамический фактор по тяге. Это может быть достигнуто применением двигателей большей мощности, установкой гидропередачи, подбором передаточных чисел транс­миссии (за счет понижающей передачи в раздаточной коробке), увеличением числа ведущих колес.

Удельное давление на опорную поверхность, МПа, характеризует проходимость автомобиля по мягким дорогам и может быть пред­ставлено в следующем виде:

где GK — нагрузка на колесо; FK — площадь контакта колеса с дорогой.

Для повышения проходимости по мягким дорогам необходимо уменьшать давление колес на дорогу. Это достигается понижени­ем давления воздуха в шинах, увеличением размеров шин, числа мостов и колес, а также применением специальных шин. Исполь­зование специальных шин уменьшает удельное давление колес на дорогу за счет увеличения площади их контакта (рис. 16.3) с опор­ной поверхностью. Так, по сравнению с обычными шинами пло­щадь контакта широкопрофильных шин больше на 20 …40 %, ароч­ных — в 1,5 — 2 раза и пневмокатков — в 2,5 — 3 раза, причем проходимость автомобиля, оборудованного пневмокатками, при­ближается к проходимости гусеничных машин.

Удельное давление колес на дорогу зависит от типа автомоби­ля и условий его эксплуатации. Например, на дороге с асфальто­бетонным покрытием удельное давление составляет 0,16…0,55 МПа для грузовых автомобилей ограниченной проходимости и 0,2… 0,4 МПа — для автомобилей повышенной проходимости.

Коэффициент сцепления характеризует проходимость автомоби­ля по влажным грунтам и скользкой (обледенелой) дороге. Увели­чение коэффициента сцепления приводит к повышению прохо­димости автомобиля по таким дорогам.

На коэффициент сцепления значительное влияние оказывают рисунок протектора шин и его насыщенность. Коэффициент на­сыщенности рисунка протектора шины определяется как доля нагрузки, приходящейся на грунтозацепы, и выражается в про­центах.

Рис. 16.3. Шины и площади контакта шин с дорогой: а — тороидальная; б — широкопрофильная; в — арочная; г — пневмокаток

В условиях бездорожья обычно используются шины с крупны­ми и широко расставленными грунтозацепами, у которых коэф­фициент насыщенности рисунка протектора составляет 15… 25 %. Протектор таких шин не забивается грязью.

На песочном грунте используются шины с невысокими грун­тозацепами и небольшими расстояниями между ними. Коэффи­циент насыщенности рисунка протектора таких шин составляет 10 …80%.

Для движения по скользким обледенелым дорогам применяют шины с зимним рисунком протектора или металлическими ши­пами, которые препятствуют буксованию и боковому скольже­нию (заносу) колес. В качестве временной меры, повышающей сцепление колес с дорогой, применяют различного типа цепи противоскольжения: витые, браслетные, гусеничные и др.

Комплексный фактор проходимости характеризует эффективность использования автомобиля при его эксплуатации на тяжелых до­рогах и по бездорожью. Он учитывает снижение производительно­сти автомобиля (вследствие уменьшения средней скорости дви­жения и массы перевозимого груза) и ухудшение топливной эко­номичности (из-за увеличения расхода топлива) в этих условиях эксплуатации по сравнению с шоссейными дорогами.

Комплексный фактор проходимости автомобиля

где— полезные нагрузки соответственно на тяжелых до-

рогах (по бездорожью) и шоссейных дорогах;— средние

скорости движения на таких дорогах; qМ ,  qШ   — путевой расход топлива.

16.3. Влияние различных факторов на проходимость автомобиля

На проходимость автомобиля оказывают влияние следующие конструктивные и эксплуатационные факторы.

Тип колес. Ведущее колесо преодолевает вертикальное препят­ствие лучше, чем ведомое. Это происходит потому, что ведущее колесо стремится преодолеть вертикальное препятствие, а ведо­мое колесо только упирается в него.

На рис. 16.4 представлены схемы ведомого и ведущего колес автомобиля, которые преодолевают вертикальное препятствие вы­сотой hпр.

На переднее ведомое колесо (рис. 16.4, а) в этом случае дей­ствуют вертикальная нагрузка Pz, толкающая сила Рхи реакция Rnпрепятствия, составляющими которой являются Rz и Rx.

Рис. 16.4. Преодоление вертикального препятствия ведомым (а) и

ведущим (б) колесами автомобиля:

PТ ,P»Т— составляющие тяговой силы при преодолении препятствия

Исследованиями установлено, что для переднего ведомого коле­са высота преодолеваемого вертикального препятствия hк = 2/Зrк. При высоте препятствия h пр = rк переднее ведомое колесо не мо­жет преодолеть его даже при очень большой толкающей силе Рх.

На ведущее колесо (рис. 16.4, б) по сравнению с ведомым до­полнительно действует крутящий момент Мк, который вызывает появление силы РТСоставляющая Р’Тэтой силы уменьшает со­ставляющую Rx реакции препятствия, противодействующую дви­жению. Составляющая P»Ттяговой силы обеспечивает ведущему колесу возможность преодоления препятствия. Исследованиями ус­тановлено, что для ведущего колеса высота преодолеваемого вер­тикального препятствия hк = rк.

Колея колес. Соотношение между колеями передних и задних колес автомобиля (рис. 16.5) имеет важное значение при движе­нии по мягким грунтам. Несовпадение колеи передних и задних колес приводит к увеличению сопротивления движению, и на­оборот. При совпадении колеи передних и задних колес проходимость повышается, так как передние колеса образуют в грунте колею, а задние колеса движутся по уже уплотненному грунту колеи.

Рис. 16.5. Колеи передних и задних колес автомобиля:

а — совпадающие; б — несовпадаю­щие; в — при двухскатных задних колесах

Обычно колеи передних и задних колес не совпадают у авто­мобилей с передними односкатными и задними двухскатными ко­лесами. Несовпадение колеи возможно и у автомобилей со всеми односкатными колесами. Для таких автомобилей разница в шири­не колеи передних и задних колес не должна превышать 25… 30 % ширины шины, иначе проходимость существенно ухудшится.

Тип подвески колес. При движении по пересеченной местнос­ти автомобилей с колесными формулами 6×4 и 6×6 исключение отрыва колес от грунта обеспечивает балансирная (рис. 16.6) или независимая подвеска. При использовании таких подвесок колеса лучше приспосабливаются к неровностям поверхности, и прохо­димость автомобиля повышается.

Гидропередача и раздаточная коробка. Применение гидропере­дач и раздаточных коробок с понижающими передачами суще­ственно повышает проходимость автомобиля особенно по мягким и влажным грунтам. Благодаря их применению достигается мини­мальная скорость движения (0,5… 1,5 км/ч) и ее плавное измене­ние. Это обеспечивает непрерывное движение в тяжелых дорож­ных условиях, что очень важно, так как автомобиль часто оста­навливается в момент переключения передач.

Тип дифференциала. Конический симметричный дифференци­ал уменьшает проходимость автомобиля, так как распределяет поровну между ведущими колесами крутящий момент, а тяговая сила на них определяется колесом с меньшим сцеплением. Это дифференциал малого трения. Трение же в дифференциале позво­ляет передавать больший крутящий момент на небуксующее ко­лесо и меньший — на буксующее. При использовании коническо­го дифференциала суммарная тяговая сила на ведущих колесах возрастает за счет трения на 4…6 %.

Червячный и кулачковый дифференциалы увеличивают про­ходимость автомобиля. Они являются дифференциалами повышен­ного трения. В случае их применения суммарная тяговая сила на ведущих колесах возрастает на 10… 15 %.

Рис. 16.6. Схема балансирной подвески колес автомобиля:

1, 3 — ведущие мосты; 2 — рессора; 4 — ось; 5 — ступица; 6 — штанга

Рис. 16.7. Колесо с регулированием давления воздуха в шине:

1 — широкопрофильная шина; 2 — вен­тиль камеры; 3 — запорный кран колеса

Блокируемые дифференциалы еще больше увеличивают про­ходимость автомобиля. При использовании таких дифференциа­лов суммарная тяговая сила на ведущих колесах возрастает на 20…25%.

Регулирование давления воздуха в шинах. Благодаря регулиро­ванию давления воздуха в шинах (рис. 16.7) существенно повы­шается проходимость автомобилей в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. В зависимости от дорожных условий давление воздуха в шинах может меняться в пределах 0,05 …0,35 МПа. По­этому проходимость автомобиля, оборудованного шинами с регу­лируемым (переменным) давлением воздуха, в отдельных случаях приближается к проходимости гусеничных машин.

Рис. 16.8. Цепи противоскольжения:

Вам также может быть полезна лекция «7 Электрохимические процессы».

а — мелкозвенчатые; б — с прямыми траками; в — с ромбовидными траками; г — браслетная; д — с широкими траками

Устройства для самовытаскивания. Применение самовытаски­вающих устройств (лебедки с приводом от коробки отбора мощ­ности, лебедки самовытаскивания, монтируемые на ведущие ко­леса, и др.) позволяют значительно повысить проходимость авто­мобиля при преодолении особо тяжелых участков дороги.

Цепи противоскольжения (рис. 16.8). При установке на ведущие колеса автомобиля цепей противоскольжения различного типа (витые, браслетные, траковые, гусеничные) возрастает площадь поверхности зацепления колес с дорогой, что способствует уве­личению тяговой силы и повышению проходимости.

Так, браслетные цепи на обледенелых и размокших грунтовых дорогах с твердым основанием обеспечивают увеличение тяговой силы на ведущих колесах на 20…45 %.

Траковые цепи позволяют преодолевать снежный покров в 4 — 5 раз большей толщины, чем без них, а гусеничные цепи — слой снежного покрова вдвое большей толщины.

Однако цепи противоскольжения следует использовать только для временного повышения проходимости автомобиля на тяже­лых участках пути. При движении на твердых дорогах их необходи­мо снимать.

Подъемный стол ножничного типа/Автомобильный подъемник/четыре двухстоечный подъемник/подъемное оборудование/угол схождения колес/Автомобильный подъемник/Инструмент для центровки колес/гаражное оборудование/подъема автомобиля/Auto диагностического прибора/Auto поднимите/

Четыре двухстоечный подъемник
Он-7640

Согласно спецификации                

Он-7640

Грузоподъемность  

4000кг

 Высота подъема

2050мм

Мин. высота

200мм

Длина платформы

4200мм

Ширина платформы

550мм

 Время подъема

50-60 s

Вес

1200 кг





Торговли Info:

торговые термины

Брелок / CFR

MOQ

3 единицы (USD200.00 extrally взимается плата за LCL отгрузки для покрытия внутренних грузовых + custom декларации)

Порт

Что находится рядом?

Поставки

По МОРСКОМУ ПРАВУ /ВОЗДУХА

Условия оплаты

T/T

Условия оплаты

30 % предоплата,сбалансированных againt BL копировать&L/C в смотровом стекле.

Возможность питания

1000 единиц в месяц

Образец доступности

Да , но все грузовые(внутренних грузовых +seafreight) покупатель

Время выборки

5-10 дней (в зависимости от того есть в наличии)

время выполнения заказа

25-30 дней(пик сезона 5-10 дней дольше)

Упаковка

Металлическая рама&коробки

срок поставки

30-45дней время доставки (зависит от назначения)

Услуги

1% свободной части;1 года гарантии через порт назначения


Наши преимущества:
1. Почему я должен выбрать наш Автомобильный подъемник ?
Существует несколько причин вы должны решительно заинтересован в приобретении нашей автомобиль на двухстоечный подъемник:
В верхней части сырьевые материалы только из самых лучших растений
*Только для профессиональных рентабельного оборудования  
*Низким ценам с высоким качеством приносящих доход видов продукции
* Повышение производительности для ваших клиентов( вашим клиентам получить больше, они будут пользоваться при покупке у вас).
*Лучшее обслуживание клиентов. Быстрый ответ в течение 24 часов и более.
*Большое гарантия

2. Как безопасные нашей машине поднимите ?
Наш автомобильный подъемник были протестированы и сертифицированы CE для обеспечения безопасности . Они также отвечают Америки и Австралии.

3. Я должен держать на ремонт и замену деталей на складе?
Да, большинство все обычно требуется ремонт и замену деталей следует всегда держать на складе.

4. — Автомобильный подъемник предназначен для коммерческого использования?
Все наши Автомобильный подъемник можно использовать в коммерческих целях без каких-либо проблем.

5. Вы предлагаете любые пользовательские проекты?
Да, мы предоставляем OEM/ODM для верхней части диапазона партнеров.обнаружить устройство высшего класса для вас.

Продольная устойчивость автомобиля

Продольное опрокидывание возможно только у автомобиля с очень короткой базой и высоким расположением центра тяжести. Большинство современных автомобилей имеют низкое расположение центра тяжести и опрокидывание в продольной плоскости маловероятно. Имеет место лишь продольное скольжение, вызванное буксованием ведущих колес, что более вероятно для автопоездов.

В связи с этим показателем продольной устойчивости автомобиля является критический угол подъема по буксованию (αб).

Для определения критического угла подъема по буксованию рассмотрим равномерное движение автомобиля на максимальном подъеме (рис. 10.3), так как разгон на нем невозможен. В этом случае скорость движения автомобиля небольшая, поэтому силой сопротивления воздуха Рв можно пренебречь. При этом сцепление ведущих колес с дорогой полностью используется касательной реакцией дороги (Rx1 = Рсц = Rz2φx), а касательной реакцией дороги на передних колесах пренебрегаем, так как она мала по сравнению с касательной реакцией Rx2.

Из условий равновесия автомобиля следует, что Rz2L= Ghцsinα+ Gl1cosα; Rx2 = Gsinα. Максимальное значение касательной реакции дороги на ведущих колесах автомобиля ограничено сцеплением колес с дорогой: Rx2 = Rz2φx.

 

После подстановки в это выражение значений реакций Rz2 и Rx2 и, разделив обе части уравнения на cosα, учитывая в данном случае, что α = αб можно определить критический угол подъема по буксованию для одиночных автомобилей и автопоездов соответственно:

 

(10.10)

 

где Gпр – вес прицепа;

hкр – высота расположения буксирного крюка.

 

Критический угол подъема по буксованию – предельный угол, при котором еще возможно движение автомобиля на подъеме без буксования ведущих колес.

 

Рисунок 10.3 – Определение максимального угла подъема по буксованию

 

Критический угол подъема по буксованию во многом зависит от коэффициента сцепления φх. Для автомобиля со всеми ведущими колесами критический угол подъема по буксованию: tgαб = φх.

 

Контрольные вопросы

1.Что является признаком нарушения устойчивости автомобиля?

2. Какими показателями оценивается поперечная устойчивость автомобиля?

3.Что характеризуют критические скорости автомобиля по заносу и опрокидыванию?

4. Что характеризуют критические углы косогора по боковому скольжению и опрокидыванию?

5. Что определяет коэффициент поперечной устойчивости автомобиля?

6. Что такое вираж и для чего его создают на поворотах дорог?

9.Что может произойти с автомобилем при нарушении продольной устойчивости и какими показателями это оценивается?

2.Потеря какого вида устойчивости автомобиля при эксплуатации наиболее вероятна и опасна?

 

Лекция 11


Движение по подъёмам, спускам и поперёк склона на Ниве

В этой части «внедорожных уроков» Сергея Мишина речь пойдет о способах преодоления разнообразных подъемов и спусков, а еще — об особенностях движения поперек склона. Напомним, что первые две части школы езды на Ниве можно прочитать в предыдущих номерах Авторевю.

ПОДЪЁМЫ И СПУСКИ

Дотошный владелец ВАЗ 2121, штудируя инструкцию по эксплуатации своего автомобиля, наверняка обратит внимание на указанное значение максимального подъема, который Нива в состоянии преодолеть — 58%. Да-да, именно «процентов», ибо на дорогах все уклоны принято обозначать только так, а исчисляется эта величина как соотношение между высотой подъема по вертикали и его длиной по горизонтали. В переводе на более привычные русскому человеку «градусы», заявленные в инструкции 58% составят 30°. Не спешите, однако, тешить себя школьными воспоминаниями: прямоугольный треугольник с углом в 30° выглядит безобидным только в учебнике по геометрии, а вот реальный подъем такой крутизны вызывает совсем иные эмоции. Впрочем, вернемся к инструкции

Угол максимального преодолеваемого подъема — это характеристика тяговых показателей автомобиля, причем в любом справочном пособии указывается то значение, которое может быть достигнуто в «академических» условиях, то есть на покрытии с надежными сцепными свойствами (асфальт, бетон). На практике же все обстоит иначе и, как правило, по-настоящему серьезные подъемы встречаются вдалеке опт твердых дорог, и склоны в большинстве случаев покрыты травой. Так что способности автомобиля преодолеть такое препятствие определяются уже состоянием грунта и сцепными свойствами шин.

Я убежден, что подавляющая часть владельцев Нив не имеет реального представления об ее истинных возможностях по части преодоления подъемов. А Нива здесь очень сильна… Однако, прежде чем лезть в гору, давайте научимся спускаться вниз.

Перед тем, как пустить автомобиль «под откос», полезно остановиться и оценить характер склона: здесь могут быть всевозможные «сюрпризы». Имейте в виду, что если движению вниз предшествовало заползание на гребень, то вздыбившаяся вверх кромка капота будет закрывать вам обзор вперед до тех пор, пока машина не окажется всеми колесами на спуске, так что будьте внимательны!

Приняв решение съехать вниз, блокируем межосевой дифференциал и включаем ту передачу, на которой, по вашему мнению, автомобиль смог бы забраться по данному уклону наверх. Двигаясь вниз, направляйте машину по кратчайшему пути, тщательно избегая боковых кренов. Скорость движения будет ограничивать двигатель и включенная передача. При необходимости можно плавно притормозить, но только действительно плавно и осторожно, категорически не допуская блокировки колес. Помните, движение юзом на спуске сто верный путь к потере управляемости, боковому скольжению и опрокидыванию. И ни в коем случае не спускайтесь с выжатым сцеплением или на нейтрали! Двигатель должен всегда быть соединен с колесами, это обеспечит возможность контроля над автомобилем и ситуацией.

Крутые спуски преодолевайте на той передаче, которую вы включили бы, забираясь по данному склону наверх

Если спуск оказался скользким, и автомобиль как на лыжах понесло вниз, добавьте оборотов двигателю и увеличьте скорость — этим вы восстановите управляемость.

Эксперименты с подъемами следует начинать в тех местах, где у основания склона нет ям, канав, деревьев и всего того, что может стать препятствием при скатывании назад.

Перед штурмом не поленитесь осмотреть склон. Убедитесь, что в траве нет камней и крупных корней деревьев: в самый неподходящий момент они могут перекосить автомобиль так, что одно из колес оторвется от грунта и потеряет с ним контакт. Выберите самый короткий путь наверх — «в лоб». Только так можно избежать больших кренов и максимально снизить риск бокового опрокидывания. Завалиться вперед или назад (через передний или задний бамперы) можно не бояться: такое возможно лишь на уклонах свыше 50°. Выясните, что вас ждет на вершине подъема — нет ли там обрыва?

Итак, рекогносцировка закончена, теперь — вперед. На крутом подъеме возможна значительная разгрузка передней оси, поэтому — обязательно блокируем дифференциал. Выбираем ту передачу, на которой автомобиль гарантированно заберется наверх (переключения на подъеме чаще всего приводят к скатыванию на «стартовую линию»). Слишком «высокая» передача приведет к тому, что мотор не вытянет и «задохнется», а заведомо «низкая» не позволит как следует разогнаться (чем хуже сцепление колес с грунтом, тем больший разгон требуется перед подъемом) и может привести к буксованию колес от избытка мощности. Как правило, оптимальной является вторая передача при нижнем ряде раздаточной коробки.

Штурмовать серьезный подъем старайтесь по кратчайшему пути

Как только почувствовали, что Нива справляется с препятствием и двигателю стало легче, сбросьте газ, дабы не «ухнуть» с перегиба на вершине, а дальнейшие активные действия предпринимайте, только когда опустившийся «на землю» капот позволит вам рассмотреть рельеф местности.

Часто случается, что передача выбрана неверно. Рассмотрим возможные варианты.

Случай первый: мотор «задохнулся» и заглох. В такой ситуации главное — не паниковать. Выжмите сцепление и быстро нажмите на педаль тормоза. Удерживая автомобиль рабочей тормозной системой, запустите двигатель и включите заднюю передачу. После этого плавно отпустите педаль тормоза и чуть позже (или одновременно) — педаль сцепления. Очень плавно (!) притормаживая, позвольте автомобилю съехать назад, удерживая его рулем на линии кратчайшего спуска. Ни в коем случае не скатывайтесь на нейтрали или с выжатой педалью сцепления! Неизбежный разгон и малейшая ошибка в рулении могут развернуть машину поперек склона и опрокинуть. Резкое торможение тоже может кончиться переворотом на крышу. Помните, что при блокировке хотя бы одного из задних колес автомобиль начинает вести себя подобно Ваньке-встаньке: двигатель, как самая тяжелая часть, будет заставлять машину повернуться «носом» вниз, и уже никакая сила не сможет противостоять закону всемирного тяготения. А вот включенная передача и работающий на принудительном холостом хода двигатель удержат автомобиль от разгона и предотвратят блокировку колес при торможении. И еще одно. Не стоит на крутых склонах пользоваться стояночным тормозом. Как правило, его эффективности хватает чтобы удержать автомобиль на уклонах не более 30%. А вот сослужить дурную службу и заставить скользить задние колеса «ручник» может запросто. К чему это может привести, вы уже знаете.

Случай второй: автомобиль, буксуя, «завис» на подъеме, так как двигатель выдает тяги больше, чем способны реализовать колеса. Если пробуксовка началась на сырой траве, можно выждать 2—3 секунды, пока протектор срежет травяной покров и колеса зацепятся за крепкий грунт. Если это не помогает, попробуйте «поиграться» педалью акселератора: надо поймать положение между «много» (автомобиль не движется из-за пробуксовки колес) и «мало» (машина останавливается изза нехватки мощности). При этом постарайтесь не переусердствовать, а то заглушите двигатель.

Если у вас так ничего и не получилось, выжимайте сцепление, удерживайте машину описанным выше способом и осторожно спускайтесь назад.

Случай третий, самый неприятный. Подъем неожиданно оказался настолько скользким, что Нива не только забуксовала, но даже при заторможенных колесах не желает удерживаться на склоне и с нарастанием скорости сползает вниз. Не пытайтесь в такой ситуации удержать контроль над автомобилем с помощью руля, вспомните Ванькувстаньку! Выход единственный — как только машина поползла, немедленно включаем заднюю передачу и молниеносно анализируем поведение автомобиля. Если колеса способны цепляться за грунт — съезжаем вниз, если же Нива все равно продолжает скользить и бесконтрольно набирает скорость, заставьте себя плавно добавить газ (психологически это сделать очень непросто). Этим вы прекратите скольжение и вернете машине управляемость.

ПОПЕРЁК СКЛОНА

Как мы уже выяснили, подъемы и спуски следует преодолевать по кратчайшей линии, дабы избежать кренов. В реальных условиях может сложиться так, что движение возможно только наискось или поперек склона. Что делать в такой ситуации?

Прежде, чем рассматривать конкретные случаи и давать рекомендации, коснемся теории. Итак, движение автомобиля поперек склона неизбежно вызовет боковой крен. Насколько он опасен? Предельный угол, при котором у Нивы начинают проявляться симптомы бокового опрокидывания, составляет 37° . Получается, что тольяттинский внедорожник способен завалиться на бок лишь на том склоне, крутизна которого ему не подвластна (вспомним, что величина максимального преодолеваемого подъёма для Нивы составляет 30°). Казалось бы, бояться нечего, однако есть очень важная оговорка. Дело в том, что пресловутые 37° — величина статическая. В реальных условиях следует остерегаться не опрокидывания как такового, а бокового скольжения вниз по склону и динамических поперечных раскачиваний кузова. При поперечном сползании автомобиля нижние (по склону) колеса могут задеть за ямку или бугорок, либо просто оказаться на покрытии с высоким коэффициентом сцепления — и вот тогда появится реальная опасность лечь на крышу.-

Передвигаясь поперек склона, помните о риске опрокидывания

Теперь перейдем к практике. Если вы вынуждены преодолевать склон поперек, придерживайтесь следующих правил. Прежде всего, еще будучи на ровном месте, заблокируйте межосевой дифференциал. Начав движение, старайтесь исключать пробуксовку колес и сползание автомобиля, а дабы избежать раскачивания кузова, двигайтесь с минимально возможной скоростью — на первой пониженной передаче. Чем круче склон и больше на нем неровностей, тем ваши действия должны быть аккуратней.

Старайтесь ставить автомобиль на склоне как можно круче, то есть ближе к кратчайшей линии скатывания, а в случае сползания или опасного увеличения крена быстро направляйте Ниву вниз и добавляйте газ.

Камни и бугры проезжайте «нижними» по склону колесами, а вот ямы и канавы — «верхними». При такой тактике крен автомобиля будет не увеличиваться, а уменьшаться.

При движении поперек склона не забудьте снять груз с багажника на крыше («задранный» центр тяжести автомобиля только увеличит вероятность опрокидывания), а вещи в багажном отделении расположите равномерно. Если везете что-то тяжелое, то позаботьтесь о надежной фиксации поклажи: внезапное перемещение груза может «помочь» вам опрокинуть машину.

Видео

math — Как найти азимут/угол места от транспортного средства до цели?

Сначала найдите вектор относительного положения dPT от транспортного средства до цели:

  целевой вектор мирового пространства dPT = T - P
  

Поскольку положение автомобиля P и положение цели T находятся в мировых координатах, результирующий вектор dPT также будет представлен в мировых координатах. Таким образом, вы должны использовать кватернион ориентации транспортного средства для поворота dPT из мировых координат в координаты транспортного средства.Правильный способ сделать это зависит от соглашений, используемых тем, что сгенерировало ваш кватернион, но математика, скорее всего, будет одной из следующих:

  Целевой вектор транспортного средства U = vector_part( vehQ * quaternion(0,dPT) * conjugate(vehQ))
                 или
                      U = часть_вектора (сопряжение (vehQ) * кватернион (0, dPT) * vehQ )
  

Поскольку вы не предоставили никакой информации о своем кватернионном соглашении, я не могу узнать, какой из них подходит для вашего приложения.Однако весьма вероятно, что ваш источник кватернионов также предоставляет функции или методы для использования своих кватернионов для поворота векторов. Итак, на самом деле вам следует найти эти функции, прочитать их документацию и попробовать использовать их, прежде чем запускать свою собственную.

Когда у вас есть вектор цели в транспортных координатах, вы можете использовать стандартные формулы для определения азимута и углов места. Это зависит от ваших соглашений о координатах, но, например, если ваше соглашение о координатах правостороннее с осью Z в качестве направления «вверх»:

  азимут = atan2(U.2))
  

Это должно вычислить высоту в радианах в диапазоне от -PI/2 до +PI/2 и азимут в радианах в диапазоне от -PI до +PI , с 0 по оси +x и увеличивается против часовой стрелки (пока возвышение не является вертикальным…).

Что такое вираж и как он делает дороги более безопасными?

Когда автомобилист едет по повороту, проезжая часть часто наклонена или наклонена под углом, что облегчает движение по повороту на безопасной скорости без заноса или опрокидывания.Это вираж в работе.

Superelevation помогает автомобилистам поддерживать безопасность и оптимальную скорость на кривых дорогах. Без виража многие транспортные средства будут скользить или скользить на поворотах или даже опрокидываться и переворачиваться, особенно во влажных или обледенелых условиях или на высоких скоростях. Это также позволяет движению поддерживать определенную скорость на поворотах, предотвращая чрезмерное замедление при каждом повороте дороги.

Что такое вираж?

Вираж — это метод строительства инфраструктуры, используемый на изгибах проезжей части, когда внешний край тротуара приподнят над внутренним краем.Аспект вертикального выравнивания или «профиля» дороги, рассматриваемой в поперечном сечении, является важным элементом безопасности в критериях проектирования любой дороги с поворотами.

Проект надземной дороги должен быть строгим. Его строительство требует инвестиций в тяжелое оборудование, обширные материалы и значительную рабочую силу. Но если это сделано правильно, большинство людей даже не замечают его наличия.

Вираж более известен как «наклон» или «кренинг», как на трассе с уклоном на гоночной трассе.

Как работает вираж?

Superelevation работает с несколькими взаимодействующими физическими силами, помогая водителям поддерживать скорость и оставаться в безопасности на дороге в поворотах. Сложная комбинация центробежной и центростремительной силы, трения, инерции, веса и скорости или скорости — все это взаимодействует, чтобы определить необходимость виража на дороге или шоссе.

Силы, действующие на вираж

То чувство, когда ты въезжаешь в поворот и тебя тянет в сторону? Это центростремительная сила, боковая сила, действующая на объект, которая заставляет его двигаться по кругу.Если вы привяжете конец веревки к теннисному мячу и начнете вращать его вокруг себя, вы создадите центростремительную силу.

На дороге центростремительная сила притягивает движущиеся транспортные средства к внутреннему краю тротуара, когда они движутся по кривой. Это может ощущаться как скольжение или опрокидывание, или и то, и другое. Это противоположность центробежной силе, которая тянет вас от центра к внешнему краю (а также толкает вас на сиденье), когда ваш автомобиль проходит поворот.

Вираж на проезжей части уравновешивает эти две силы в сочетании с несколькими другими, действующими в различных направлениях.

Согласно закону инерции Ньютона, любой объект, движущийся по прямой линии, будет продолжать двигаться в том же направлении (по прямой линии), если только на него не воздействует неуравновешенная сила или что-то, что меняет направление его движения. В данном случае это «что-то» — поворот, или, точнее, решение водителя повернуть руль и изменить курс автомобиля.

Но вам нужна тяга или трение, чтобы изменить инерцию и безопасно изменить направление. Трение в данном случае — это сопротивление, создаваемое между резиновыми шинами вашего автомобиля и поверхностью дороги.Его действие заключается в том, чтобы препятствовать движению, замедляя автомобиль, поддерживая его в постоянном контакте с дорогой (что также помогает предотвратить его скольжение или занос).

Вес транспортного средства может повлиять на его сцепление с дорогой. Более тяжелые автомобили обычно прижимают шины к поверхности дороги с большим давлением, что приводит к лучшему сцеплению с дорогой, чем у более легких автомобилей.

Скорость или скорость также является фактором, который может в сочетании с влажностью противодействовать трению на дороге. Это противодействие особенно заметно на эстакадных автомобильных мостах, как и на большинстве типов мостов, где холодный воздух может превратить влагу в лед.

Если вы движетесь на низкой скорости в сухую погоду, поддержание сцепления с дорогой при движении по кривой, скорее всего, не будет большой проблемой. Однако чем быстрее вы едете, тем больше трения вам потребуется, чтобы компенсировать степень скорости, которую вы набрали, когда двигались по прямой.

А на мокрой или обледенелой дороге, например, вы вообще не сможете получить достаточное сцепление с дорогой, поэтому ваш автомобиль может продолжать скользить прямо вперед вместо того, чтобы менять направление при повороте руля.

По этой же причине водители должны снижать скорость, прежде чем менять направление движения на ровной поверхности: центробежная сила может унести автомобиль наружу, за пределы дороги, на повороте. Но вираж меняет это уравнение.

На плоской поверхности единственное, что действует против инерции, если вы едете прямо, — это трение, создаваемое вашими шинами. Однако кривая с наклоном использует центростремительную силу, чтобы перенаправить часть этой скорости к центру и позволить вам безопасно проходить поворот.

Вираж на высоких скоростях

Если вы когда-либо видели трассу с наклоном на гонках NASCAR или Indy, то кривые с наклоном являются примером этого принципа в действии.Вираж с углом наклона 31 градус, впервые установленный в 1959 году на международной гоночной трассе Daytona International Speedway, позволяет мчащимся автомобилям поддерживать большую скорость, направляясь в поворот с меньшим риском аварии, и придает им дополнительный импульс при выезде с другой стороны.

Кривые на гоночной трассе Martinsville Speedway в Вирджинии, напротив, имеют крен всего в 12 градусов, потому что это более короткая трасса, и водители не набирают большую скорость на прямых участках. Проще говоря, чем быстрее движутся автомобили, тем выше должен быть крен, чтобы поглощать более сильную инерцию транспортных средств на более высоких скоростях.

Конечно, дороги и шоссе тоже требуют поворотов. Типичными примерами являются переходные кривые или повороты дорог, такие как въезд и съезд с клеверного листа на автостраде. Однако максимальный вираж для хорошо проезжих открытых автомагистралей составляет от 10% до 12%, что намного ниже, чем на таких автострадах, как Дейтона, где транспортные средства движутся с более высокими скоростями.

Что происходит без виража?

Вираж является важнейшим элементом конструкции проезжей части. Без него кривые должны проходить намного медленнее в целях безопасности.В противном случае может произойти занос, поскольку трение не сможет компенсировать продолжающееся движение вперед и центробежную силу на повороте.

Конечно, внимание и знание водителя о том, насколько тормозить, тоже важны. Вот почему съезды на автострады и извилистые горные дороги оборудованы ограждениями и несут знаки, предупреждающие о поворотах впереди, часто с рекомендуемой максимальной скоростью. Есть даже предупреждающий знак, который показывает, что грузовик опрокидывается на два колеса, потому что он едет слишком быстро.

Если вы двигаетесь слишком быстро по ненаклонному повороту влево, вы можете съехать с двухполосной дороги. Если, с другой стороны, вы подходите к повороту без уклона вправо, инерция может отправить вас в разделительную полосу или через центральную линию на встречный транспорт. Или, если вы находитесь в медленной полосе на многополосной дороге (в зависимости от количества полос), это может вытолкнуть вас на путь движения на более быстрой полосе.

Крупногабаритные транспортные средства, как уже упоминалось, особенно уязвимы для столкновений с опрокидыванием из-за их высокого центра тяжести.Если они попытаются преодолеть ненаклонную кривую на слишком большой скорости, они могут перевернуться на бок.

Другим последствием неадекватного виража может быть повреждение дороги, вызванное неравномерным распределением нагрузки, что приводит к более высоким затратам на содержание криволинейных участков дорог.

Факторы, влияющие на потребность в виражах

То, как и где используется вираж, может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, многие из которых связаны с вероятной скоростью движения транспортных средств.

Например, при слишком большом угле виража медленно движущиеся автомобили могут скользить вниз по склону поворота на мокрой или обледенелой дороге. Напротив, для транспортных средств, движущихся по таким дорогам слишком быстро, может произойти аквапланирование. Там, где факторами являются снег и лед, может потребоваться максимальный вираж 8 процентов.

Также стоит учитывать тип дорожного покрытия. На более неровных дорогах, где транспортные средства, вероятно, будут двигаться медленнее, потребуется меньше виража. Интенсивность движения (например, в городских районах, где скорость, вероятно, будет ниже) также является фактором, наряду с рельефом местности.

Еще одним фактором, который следует учитывать, является размер задействованного транспортного средства. Грузовики, внедорожники, тяжелая строительная техника и другие машины с высоким центром тяжести с большей вероятностью опрокидываются или переворачиваются на поворотах, которые не имеют достаточного виража.

Определения виража и родственных терминов

Как и в любой ситуации проектирования, связанной с несколькими физическими силами и элементами конструкции, полезны визуальные представления, такие как чертежи. Для сопровождения рисунков также рекомендуется определить и понять соответствующие термины.

Вираж определяется как «поворот покрытия на подходе к горизонтальной кривой и через нее». Другие термины включают:

  • Ось вращения — Продольная ось, вокруг которой поворачивается проезжая часть для изменения горизонтального выравнивания и создания желаемого виража.
  • Выпуклость или поперечный уклон — Боковой уклон поперек проезжей части, который отводит воду от тротуара вниз к краям, часто в канавы или стоки.
  • Корона — Самая высокая точка дорожного покрытия. Центральная корона представляет собой слегка приподнятую точку в центре дороги, из которой вода стекает в обоих направлениях.
  • Радиус кривой (также известный как кривизна) — Радиус измеряется путем представления полной круговой кривой с последующим измерением расстояния от центра круга до его внешнего края. Чем меньше радиус, тем больше задействована центростремительная сила.
  • Полный вираж — Точка на кривой, когда весь участок проезжей части подвергается виражу, обычно в вершине кривой.
  • Максимальный угол виража — Максимальный процент угла, позволяющий предотвратить опасность опрокидывания транспортных средств. Выражается в формулах как e max.
  • Минимальный вираж — Наименьший процент угла, допустимый для дренажа дорог, особенно на горизонтальной кривой большого радиуса. Обычно от 2% до 4%.
  • Длина стока (также известная как длина стока виража) — Расстояние, необходимое для перехода внешней полосы проезжей части от плоского поперечного уклона до полного виража.Обычно проходит от конца касательного биения до полного участка виража.
  • Боковое трение (также известное как боковое трение) — Сопротивление между поверхностью дороги и резиновыми шинами транспортного средства, которое препятствует движению и замедляет транспортные средства.
  • Уклон — Измерение крутизны, уровня уклона или уклона вверх или вниз, как при уклоне тротуара.
  • Спиральный съезд — Участок автомагистрали, который имеет переходный угол и ширину между участком прямого съезда и участком полного виража, что облегчает водителям навигацию при изменении кривизны и угла.
  • Вираж — Степень крена, применяемая к горизонтальной кривой для безопасного уравновешивания центробежной силы транспортного средства на кривой.
  • Выбег по касательной — Расстояние, необходимое для перехода от нормального участка гребня дороги к точке, где неблагоприятный поперечный уклон устранен и внешняя полоса движения ровная.

Формула виража: Расчет для дорог

При проектировании и строительстве дорог крайне важно рассчитать правильные значения для каждого аспекта проекта.Конечно, в этом процессе используются многочисленные формулы, в том числе формулы для минимального/максимального виража , максимальной расчетной скорости для обеспечения безопасности и необходимой длины перехода виража.

Здесь представлены формулы для полного виража и базовой нормы виража . Подробные сведения и формулы для расчета виража можно найти в руководстве «Политика геометрического проектирования автомагистралей и улиц», широко известном как «Зеленая книга», выпущенном Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO).

Чтобы рассчитать формулу для полного виража, вам нужно знать радиус кривой и скорость или скорость, с которой транспортное средство может двигаться. Также узнайте ширину дороги (насколько она широка) и скорость ускорения (которая является постоянной величиной 9,8 метра в секунду2).

Чтобы определить вираж, умножьте ширину на квадрат скорости автомобиля, затем умножьте скорость ускорения на радиус кривой.Разделите первое число на второе, чтобы получить полный вираж.

В качестве альтернативы, сумма скорости виража и коэффициента трения равна квадрату скорости (или скорости), деленному на сумму, которую вы получите, умножив скорость ускорения силы тяжести на радиус кривой.

Заключение

Даже если вам никогда не приходилось выполнять расчеты по этим формулам, вы, вероятно, очень скоро будете наслаждаться их результатами — в следующий раз, когда вы будете ехать по шоссе и по повороту с уклоном, безопасно и быстро продолжая свой путь.В этом вся прелесть виража в действии.

Похожие сообщения










Добавить автомобиль в сценарий вождения

В сценариях вождения актер представляет собой прямоугольный (коробчатый) объект определенной длины, ширины, и высота. Актеры также имеют диаграмму поперечного сечения радара (RCS), указанную в dBsm, которую вы можно уточнить, задав угловой азимут и координаты возвышения. Позиция актера определяется как центр его нижней грани.Эта центральная точка используется как точка вращения актера. центр, его точка контакта с землей и его начало в локальной системе координат. В эта система координат:

  • Ось X указывает вперед от актера.

  • Ось Y указывает слева от актера.

  • Ось Z направлена ​​вверх от земли.

Крен, тангаж и рыскание положительны по часовой стрелке, если смотреть в прямом направлении. осей X , Y и Z соответственно.

Транспортное средство — актер, который движется дальше колеса. Транспортные средства имеют три дополнительных свойства, которые управляют размещением их передней и задней осей.

  • Колесная база — Расстояние между передней и задней частью мосты

  • Передний свес — Расстояние между передней частью автомобиля и передний мост

  • Задний свес — Расстояние между задним мостом и задней автомобиля

В отличие от других типов акторов, положение транспортного средства определяется точкой на земле ниже центра его задней оси.Эта точка соответствует естественному центр вращения автомобиля. Как и в случае с актерами, не являющимися транспортными средствами, эта точка является источником местная система координат автомобиля, где:

  • Ось X указывает вперед от автомобиля.

  • Ось Y указывает налево от автомобиля.

  • Ось Z направлена ​​вверх от земли.

Крен, тангаж и рыскание положительны по часовой стрелке, если смотреть в прямом направлении. осей X , Y и Z соответственно.

В этой таблице показан список общих действующих лиц и их размеры. Чтобы указать эти значения в объектах Актер и Транспортное средство , установите соответствующие показанные свойства.

90 351
Актер Классификация Актер Объект Актер Свойства
Длина Ширина Высота FrontOverhang Задний свес Колесная база RCSPattern
Пешеходный Актер 90.39324 м 0,45 м N / A N / A N / A N / A N / A -N / A -8 DBSM -8
автомобиль автомобиль 4,7 м 1,8 м 1,4 м 0,9 м 1,9 м 1,8 м 2,8 м 10 dbsm
Motorcycle автомобиль 22 м 0,6 м 1,5 м 0,37 м 0,32 м 1.51 м 0 дБсм

Понимание азимута и высоты | Фототаблетки

Почему азимут и высота так важны для нас… фотопиллеров? Ответ прост: потому что нам нужно рассчитать и настроить их, чтобы воспользоваться опцией «Найти» Планировщика, чтобы спланировать наши идеальные снимки солнца и луны всего за несколько секунд.

Азимут и высота — это две координаты, которые определяют положение небесного тела (солнца, луны) на небе, если смотреть из определенного места в определенное время.

Предположим, вы хотите, чтобы солнце или луна находились в определенном положении на небе… потому что вам нравится композиция. Это положение на небе определяется азимутом и высотой.


Изображение азимута и высоты солнца.

Что такое азимут?

Азимут — это угол между севером, измеряемый по часовой стрелке вокруг горизонта наблюдателя, и небесным телом (солнцем, луной).

Определяет направление небесного тела.Например, небесное тело, направленное на север, имеет азимут 0º, одно на восток 90º, одно на юг 180º и одно на запад 270º.


Представление карты, представляющее азимуты: 0º, 90º, 180º и 270º.

В Планировщике вы найдете азимут и высоту солнца/луны для выбранной даты и времени на одной из верхних панелей. Азимут также представлен на карте линиями азимута и высотой на шкале времени.

Чтобы помочь вам лучше понять, как азимут представлен на PhotoPills, я нарисовал север и угол азимута солнца для двух разных моментов на следующих снимках экрана.

Первый говорит вам, что 11 февраля 2014 года в 10:17 солнце было на азимуте 136,5º; и второе, что 11 февраля 2014 года в 15:01 солнце было на азимуте 214,6º.


Солнце на азимуте 136,5º.
Солнце на азимуте 214,6º.

Узнайте больше о том, как информация о солнце и луне отображается в Планировщике, посмотрев следующий видеоурок:

СОВЕТЫ
  • Обратите внимание, что вид карты в Планировщике всегда ориентирован на север.

Какая высота?

Высота – это вертикальное угловое расстояние между небесным телом (солнцем, луной) и местным горизонтом наблюдателя или, также называемым, локальной плоскостью наблюдателя.

Для нас высота солнца — это угол между направлением геометрического центра видимого диска солнца и местным горизонтом наблюдателя.

Мы будем говорить, что солнце/луна находятся на высоте 12º, когда их геометрический центр расположен на 12º над местным горизонтом или локальной плоскостью наблюдателя.

Следующие две картинки показывают высоту солнца в двух разных положениях наблюдателя.


Наблюдатель на уровне моря, местной плоскости и высоте солнца.
Наблюдатель на вершине горы, местный план и высота солнца.

После того, как вы определились с положением солнца/луны, которое хотите видеть на изображении, вычисление высоты иногда является самой сложной частью при планировании снимка.

Лучший способ научиться вычислять и устанавливать азимут и угол места, которые вам нужны, – это посмотреть на нескольких реальных примерах. Следующие видеоуроки научат вас делать это в различных ситуациях шаг за шагом:

Если вы предпочитаете читать, я уверен, вам понравятся эти статьи с практическими рекомендациями:

В заключение, освоение азимута высота над уровнем моря даст вам возможность спланировать любую фотографию с солнцем и луной, которую вы себе представляете, в том числе: полную луну, садящуюся под секретной каменной аркой, восход солнца между двумя гигантскими скалами, расположенными на волшебном пляже, закат над главной улицей в вашем родной город или драматическая полная луна, появляющаяся из-за близлежащего холма…

Все под контролем… просто дайте волю своему воображению!

Удачной стрельбы!

границ | Беспроводная связь для летающих автомобилей

1 Введение

Полеты обещают безграничную свободу, о которой всегда мечтало человеческое общество. Чтобы осуществить эту мечту, авиационная и автомобильная промышленность раздвинули границы инноваций, представив электрические, вертикальные, взлетающие и посадочные транспортные средства (eVTOL). По сравнению с инфраструктурными наземными транспортными системами, такими как дороги, мосты, железнодорожные пути и туннели, сети eVTOL, скорее всего, будут иметь низкие затраты Ullman et al.(2017 г.); Балак и др. (2019 г.); Чой и Хэмптон (2020). В ближайшем будущем эти eVTOL повысят мобильность «по требованию» для внутригородских и междугородних перевозок, улучшив сообщение между центрами мегаполисов и аэропортами Moore et al. (2013). Из-за растущего интереса к разработке eVTOL более дюжины компаний усердно работают над тем, чтобы воплотить мечту о eVTOL в реальность. Некоторые из текущих проектов eVTOL включают Uber Air VTOL Taxi Uber (2020a), Airbus Vahana Airbus (2020), Kitty Hawk Cora Hawk (2020), Toyota SkyDrive Toyota (2020), Terrafugia Terrafugia (2020) и AeroMobil Aeromobil (2020). (Фигура 1).На данный момент технология eVTOL сталкивается с рядом проблем, включая необходимость сертификации со стороны регулирующих органов, нехватку эффективных аккумуляторов для дальних перевозок, вмешательство в существующие системы управления воздушным движением, необходимость развития системы связи, несколько соображений безопасности, высокий уровень шума транспортных средств и необходимость вертикальных портов Rajashekara et al. (2016 г.); Сазерленд (2019); Пан и Алуини (2021). Все это открытые исследовательские вопросы. Несколько исследований были сосредоточены на устойчивости, мощности и потребностях в энергии eVTOL Kasliwal et al.(2019), а в существующих работах не удалось определить роль технологий беспроводной связи в eVTOL. Несмотря на отсутствие исследований, AT&T и Uber создали совместное предприятие для обеспечения подключения 4G и 5G к своим eVTOL Uber (2020b). Этот проект все еще находится на самой ранней стадии, но в ближайшем будущем он может стать вариантом использования 5G. Более того, развивающиеся сети беспроводной связи в направлении шестого поколения (6G) предполагают, что к 2030 году eVTOL будут обслуживать Dang et al. (2020 г.); Джордани и др.(2020). Сосредоточив внимание на важности беспроводных сетей для eVTOL, мы сообщаем о различных возможных решениях для подключения, которые обеспечивают как безопасность, так и автономную работу.

РИСУНОК 1 . Некоторые текущие проекты, использующие технологию eVTOL для городской воздушной мобильности.

Чтобы решить проблему связи в летающих автомобилях, нам необходимо кратко рассмотреть технологии, используемые наземными интеллектуальными транспортными системами (ИТС). Например, выделенная связь ближнего действия (DSRC), которая работает на частоте 5.Частота 9 ГГц была принята для обеспечения безопасности автомобильных сетей во многих частях мира Zhou et al. (2020). Хотя DSRC является хорошо зарекомендовавшей себя технологией, она имеет малый радиус действия, низкую скорость передачи данных и высокую задержку, а также подвержена помехам в условиях плотной городской застройки. Из-за низкой надежности и значительной задержки DSRC не может поддерживать автономное вождение Wang et al. (2019). Однако сотовые технологии, такие как долгосрочная эволюция транспортного средства (LTE-V), которые предназначены для автомобильной связи, имеют большую дальность передачи, низкую задержку и более высокую скорость передачи данных Ahmad et al.(2019), что делает их гораздо более благоприятными для автономного вождения. LTE-V — это технология четвертого поколения (4G), поддерживающая высокоскоростное автономное вождение. LTE-V работает в двух режимах: 1) прямая связь между транспортными средствами, не задействующая сотовую инфраструктуру, и 2) связь между транспортными средствами, при которой транспортные средства направляют свои данные через сотовую сеть. Среди шести уровней автономии, определенных Обществом автомобильных инженеров (SAE) от 0 (полный контроль с водителем) до 5 (полностью автономная), существующая система LTE-V может поддерживать уровень 2 (частичная автоматизация) Chen et al.(2020). Однако фундаментальные свойства технологии 5G, такие как высокая пропускная способность, гибкость, чрезвычайно малая задержка и более короткие длины волн, могут проложить путь к полностью автономным и подключенным транспортным средствам Nizzi et al. (2019). Кроме того, технология 5G, наряду с программно определяемыми сетями и виртуализацией сетей, может сделать технологию 5G чрезвычайно удобной для автономных автомобилей Yaqoob et al. (2020).

Все эти коммуникационные технологии для наземных подключенных транспортных средств могут выйти из строя или потребовать значительных модификаций, чтобы обеспечить возможность подключения для летающих автомобилей, поскольку эти технологии имеют недостаточное воздушное покрытие.Крейсерская высота eVTOL составляет около 300 метров, что требует новых бортовых сетей или модификаций существующих наземных сотовых сетей для обеспечения связи, безопасности и надежности eVTOL и побуждает нас исследовать новые технологии для обеспечения воздушной связи для eVTOL. Следовательно, мы описываем различные возможные решения, которые могут обеспечить подключение к сетям eVTOL. Мы проектируем связь между eVTOL и базовой станцией (БС), где БС может быть как на земле, так и в воздухе (рис. 2).На земле мы используем сотовые БС, тогда как бортовые БС могут быть привязными аэростатами (ТБ), высотными платформами (НАР) или спутниками. В рамках нашего анализа мы рассматриваем достижимую пропускную способность, отношение сигнал-шум и принимаемую мощность в качестве ключевых показателей эффективности. Сначала мы проектируем связь между eVTOL и трехмерной сотовой BS с точки зрения принимаемой мощности на eVTOL. Затем мы обсудим связь между TB и eVTOL для различных расстояний до 20 километров. Далее мы анализируем канал связи между HAP и eVTOL с точки зрения достижимой пропускной способности на различных частотах.Наконец, мы проектируем связь между спутниками и eVTOL с точки зрения рабочей частоты и высоты спутников. Более подробная информация доступна в разделах «Методы» и «Результаты».

РИСУНОК 2 . Потенциальные решения для подключения eVTOL.

2 Материалы и методы

В этом разделе описаны различные решения беспроводной связи для летающих автомобилей. Мы рассматриваем достижимую пропускную способность, отношение сигнал-шум и принимаемую мощность в качестве ключевых показателей производительности для различных схем соединений.

2.1 Схема соединения БС сотовой связи с eVTOL

Рассмотрим БС наземной сотовой сети с дополнительными антеннами, направленными в небо для покрытия с воздуха, как показано на рис. 2. Пусть hb — высота БС, а θb — луч антенны. ширина. Расстояние между eVTOL и наземной БС можно рассчитать как

, где r — проекционное расстояние eVTOL-BS на земле, а he — высота eVTOL. В городском сценарии для беспроводного канала между eVTOL и наземной базовой станцией существуют компоненты как LoS, так и NLoS.В связи с этим потери на пути можно выразить как (Colpaert et al. (2018)):

PLebx=Axdeb−αx=Ax(r2+(he−hb)2)−αx2,(2)

, где x=L x=N для компонентов LoS и NLoS соответственно. Следовательно, AL и AN являются константами, представляющими потери на трассе при d=1, а α является показателем степени потерь на трассе. В отличие от TB и HAP, канал eVTOL-BS страдает от мелкомасштабных замираний с усилением канала ΩL и ΩN для компонентов LoS и NLoS соответственно. Как правило, это обычная практика использования замирания Накагами для характеристики беспроводного канала, где функция плотности вероятности (PDF) мощности сигнала, подвергающегося замиранию Накагами, соответствует гамма-распределению Parsons (2000).Таким образом, в случае линии BS-eVTOL мелкомасштабное замирание может быть хорошо смоделировано распределением Накагами-m со следующей PDF: ; x∈{L,N},(3)

, где mL и mN — целые числа, представляющие параметры замираний для компонентов LoS и NLoS соответственно. На основании уравнений. 2, 3, принимаемая мощность на eVTOL для компонентов LoS и NLoS представлена ​​следующим образом (Goddemeier and Wietfeld (2015)):

Pr[дБ]={Pt[дБ]+Gt[дБ]+Gr[дБ] −PLebL[дБ]−ΩL[дБ]; для LoSPt[дБ]+Gt[дБ]+Gr[дБ]−PLebN[дБ]−ΩN[дБ]; для NLoS, (4)

, где Gt и Gr — коэффициент усиления антенны для БС и эВВП соответственно.Обратите внимание, что в случае обычных БС антенны наклонены в сторону наземных пользователей для лучшего покрытия. Однако в этом случае пользователь, являющийся eVTOL, находится выше BS; поэтому мы предполагаем всенаправленное покрытие. Теперь отношение сигнал/шум рассчитывается как γc=Pr[дБ]−N0c[дБ], где N0c — мощность шума.

2.2 Проект соединения TB-to-eVTOL

Канал связи между TB и eVTOL можно смоделировать с учетом крупномасштабных и мелкомасштабных замираний.Крупномасштабные замирания в основном происходят из-за потерь на трассе в свободном пространстве (FSPL) и затухания в атмосфере. Таким образом,

, где c — скорость света, d — расстояние между TB и eVTOL, а f — рабочая частота. Поскольку канал TB-eVTOL состоит из преобладающего пути прямой видимости (LoS), эффект многолучевости можно смоделировать с помощью распределения Райса. Амплитуда замираний r в момент времени i выражается как

, где xi и yi — гауссовские случайные процессы с нулевым средним и дисперсией σ2.Соотношение между доминирующим путем прямой видимости и рассеянным путем вне прямой видимости (NLoS) выражается через коэффициент Райса K следующим образом (Abdi et al. (2001)):

В лучшем случае сценарий с явным преобладанием трассы прямой видимости K=∞, тогда как в наихудшем сценарии без трассы прямой видимости K=0, что приводит к релеевским замираниям. Как мы уже отмечали, из-за отсутствия препятствий в атмосфере линия связи TB-eVTOL будет состоять из сильного пути прямой видимости; следовательно, канал будет следовать распределению Райса, заданному следующим образом:

p(r)=rσ2exp(−r2−ρ22σ2)I0[rρσ2],(8)

, где I0[⋅] — модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.В дополнение к многолучевому замиранию доплеровский сдвиг частоты также важен для моделирования связи TB-eVTOL. Движение между TB и eVTOL вносит доплеровский сдвиг несущей частоты fc. Максимальный доплеровский сдвиг определяется как

, где v — скорость eVTOL. Если eVTOL движется прямо к TB, то результирующий доплеровский сдвиг положительный; однако, когда eVTOL удаляется от TB, доплеровский сдвиг отрицательный. Основываясь на этих релевантных эффектах, модель канала, описываемая принимаемой мощностью на eVTOL от TB, выражается следующим образом (Khuwaja et al.(2018)):

Pr[дБ]=Pt[дБ]−FSPL[дБ]−s[дБ]−Al[дБ]−Af[дБ],(10)

, где Pt — мощность передачи ТБ, s — потери на мелкомасштабные замирания, Al — потери в атмосфере, а Af — дополнительные потери из-за фидерной линии и доплеровского сдвига. Достижимая пропускная способность по формуле Шеннона может быть записана как

, где B — доступная полоса пропускания, а γ=Pr[дБ]−N0[дБ] — отношение сигнал-шум (SNR) принятого сигнала на эВВОЛ. N0=kTB — мощность шума, где k — постоянная Больцмана, а T — шумовая температура.

2.3 Схема соединения HAP-eVTOL

На рис. 2 показана архитектура сети HAP в стратосфере, обеспечивающая подключение к eVTOL. Учтите, что HAP находится на высоте 90 248 A 90 249, имея зону покрытия радиусом 90 248 R 90 249 на высоте eVTOL. Тогда для eVTOL в любой точке P в R угол места относительно HAP определяется как

, где r=CP, C — точка ниже HAP, то есть θ=90∘. Для максимальной зоны покрытия, то есть R , минимальное значение θ равно

. ):

PL=20log10(Asinθ)+20log(f)+92.35[дБ].(14)

Атмосферные потери для линии HAP-eVTOL в точке A задаются как

, где An(f) — атмосферные потери в точке надира. Обратите внимание, что уравнение 15 верно только для частот от 1 ГГц до 350 ГГц. На основе этих потерь принимаемая мощность на eVTOL определяется как (ITU (2019)):

Pr[дБ]=Pt[дБ]+Gt[дБ]+Gr[дБ]−PL[дБ]−PLa[дБм ]−s(θ)[дБ]−Af[дБ],(16)

где Pt — мощность передачи HAP, Gt — усиление антенны HAP, Gr — усиление антенны eVTOL, с представляет собой мелкомасштабные потери на замирания, а Af представляет другие потери, включая потери в фидере и доплеровский сдвиг.

2.4 Проектирование линии связи спутник-eVTOL

Спектральная плотность энергии на бит/шум для линии связи спутник-eVTOL в основном зависит от бюджета линии, который может быть выражен как (Saeed et al. (2020) ):

, где Pt представляет собой передаваемую мощность, а Gt и Gr — усиление спутника и антенны eVTOL соответственно. T представляет температурный шум системы, k — постоянная Больцмана, Rb — целевая скорость передачи данных, а L — общие потери.Общие потери состоят из следующих потерь при распространении сигнала от спутника к eVTOL:

• Потери на трассе в свободном пространстве, Lp, которые возрастают обратно пропорционально квадрату расстояния распространения;

• Атмосферные потери, La, из-за атмосферного поглощения и рассеяния распространяющегося сигнала, например ослабление сигнала, вызванное дождем;

• Потеря поляризации, Lpol, в результате неправильной настройки антенны eVTOL и поляризации сигнала, что приводит к несоответствию поляризации;

• Потеря смещения антенны, Laml, вызванная трудностью правильного наведения на антенну eVTOL.

На основе этих потерь общие потери Lt могут быть выражены как

Lt[дБ]=Lp[дБ]+La[дБ]+Lpol[дБ]+Laml[дБ].(18) , угол места между спутником и eVTOL также является важным фактором. Когда спутник находится выше eVTOL, то есть угол возвышения спутника составляет 90°, потери на трассе минимальны, тогда как при углах выше или ниже 90° потери на трассе могут быть более высокими. Это в основном связано с увеличением длины пути между спутником и eVTOL.

3 Результаты

Этапы полета eVTOL состоят из взлета, зависания, набора высоты, крейсерского полета, снижения и посадки. Каждый тип eVTOL имеет свой профиль полета с особым стилем крейсерского полета и взлета/посадки. Типичный профиль полета eVTOL показан на рисунке 3. Во время взлета, набора высоты, снижения и посадки eVTOL могут обмениваться данными с использованием обычных наземных сетей. Однако значительная часть профиля полета eVTOL состоит из крейсерской фазы, на которой наземные сети связи выходят из строя.Поэтому наши первичные результаты рассматривают возможные решения по проектированию линии связи на крейсерском этапе. Обратите внимание, что основные входные параметры для результатов приведены в таблице 1.

РИСУНОК 3 . План полета eVTOL в мегаполисе.

ТАБЛИЦА 1 . Параметры модели канала.

3.1 Связь с использованием сотовых сетей

Одной из технологий, которая потенциально может обеспечить возможность подключения eVTOL, являются наземные сотовые сети.Поскольку наземные BS размещаются на более низкой высоте, чем крейсерская высота eVTOL, линия связи BS-eVTOL будет состоять как из компонентов прямой видимости (LoS), так и за пределами прямой видимости (NLoS). . Компонент NLoS возникает из-за таких препятствий, как высотные здания; следовательно, мы должны вычислить принимаемую мощность как для компонентов LoS, так и для компонентов NLoS канала BS-eVTOL. В качестве иллюстрации рассмотрим eVTOL, летящий на крейсерской высоте (330 м) и осуществляющий связь с модифицированной наземной базовой станцией, имеющей трехмерное покрытие, обеспечивающее связь по воздуху.Мы анализируем eVTOL на трех различных расстояниях проекции от BS, то есть , 0,5, 1 и 1,5 км соответственно. На рис. 4 показано, что по мере увеличения проекционного расстояния между eVTOL и BS (черный и синий цвета представляют максимальное и минимальное проекционные расстояния соответственно), принимаемая мощность уменьшается из-за обратной зависимости между длиной пути и принимаемой мощностью. Кроме того, на рис. 4 показана мощность принимаемого сигнала в точке eVTOL для трактов LoS и NLoS на разных частотах.Из рисунка 4 видно, что препятствия окружающей среды снижают принимаемую мощность, например, на частоте 20 ГГц и длине пути 1 км принимаемая мощность для компонента LoS составляет −97 дБ, тогда как для компонента NLoS она значительно ниже — 200 дБ. Более того, рисунок 4 демонстрирует, что потери в тракте увеличиваются на более высоких рабочих частотах из-за большего затухания.

РИСУНОК 4 . Полученная мощность в зависимости от рабочей частоты и расстояния.

3.2 Связь с использованием привязных аэростатов

На рис. 5 показано соотношение между достижимой пропускной способностью (Гбит/с) в зависимости от расстояния (в километрах) для линии связи между eVTOL и привязным аэростатом.Принимаемая мощность на eVTOL существенно зависит от частоты, используемой ТБ. Если предположить, что на TB установлен приемопередатчик беспроводной связи, рабочая частота может быть либо в диапазоне долгосрочного развития (LTE) (от 600 МГц до 6 ГГц), либо в диапазоне миллиметровых волн (24–86 ГГц) GSMA (2019). Таким образом, для ТБ мы используем две частоты-кандидата, определенные ITU, то есть 24 и 28 ГГц. Согласно спецификациям ITU, ширина полосы для диапазона 24–86 ГГц равна 400 МГц. Мощность беспроводных сигналов обратно пропорциональна квадрату расстояния.В этом контексте длина пути играет значительную роль в потерях распространяющегося сигнала на пути распространения. На рисунке 5 показано, что каналы связи TB-eVTOL, работающие на частоте 24 В ГГц и имеющие длину пути 4 км и 12 км, могут достигать 3,7 и 2,5 Гбит/с соответственно. Помимо расстояния от TB до eVTOL, еще одним важным параметром является рабочая частота; результаты на рисунке 5 предполагают, что более высокие частоты приводят к лучшей пропускной способности канала. Чтобы уточнить, на рисунке 5 показано, что для фиксированной длины пути 8 км частоты 24 и 28 ГГц достигают 3 и 3.2 Гбит/с пропускной способности соответственно.

РИСУНОК 5 . Емкость и рабочая частота для канала TB-eVTOL

3.3 Связь с использованием высотных платформ

Из-за большей высоты полета высотные платформы (HAP) имеют более широкое покрытие, чем TB. Чтобы упростить услуги связи для всей сети eVTOL в большой зоне покрытия, необходимо использовать сеть HAP. HAP имеют межплатформенные каналы связи (IPCL), которые можно использовать либо с использованием оптической связи миллиметрового диапазона, либо в свободном пространстве.В Miura and Oodo (2001), Miura et al. демонстрируют, что сеть из 16 HAP может обеспечить покрытие всей территории Японии.

В дополнение к другим типам потерь в канале, которые мы рассмотрели для канала TBs-eVTOL, в случае каналов HAP-to-eVTOL важно смоделировать влияние угла места. Большая высота HAP приводит к тому, что угол места между HAP и eVTOL значительно влияет на достижимую пропускную способность. Чтобы уточнить, мы показываем влияние угла места и рабочей частоты на пропускную способность HAP на высоте 20 км, взаимодействующей с eVTOL.На рисунке 6 показано, что пропускная способность канала HAP-eVTOL максимальна, когда eVTOL находится ниже центральной точки HAP; однако, когда угол места увеличивается или уменьшается с 90 °, пропускная способность уменьшается. В основном это происходит из-за большей длины пути при меньших углах места, и наоборот . Кроме того, рисунок 6 говорит нам о том, что более высокие частоты обеспечивают лучшую пропускную способность; например, при угле места 90° пропускная способность 0,51 и 0,39 Гбит/с может быть достигнута при использовании частот 28 и 24 ГГц соответственно.

РИСУНОК 6 . Пропускная способность и угол места для канала HAP-eVTOL

3.4 Связь с использованием спутниковых сетей

В отличие от TB и HAP, высота спутников намного выше, от нескольких сотен километров (LEO) до тысяч километров (GEO). ). Из-за большей высоты спутников длина пути намного больше, чем у TB и HAP. Помимо большей длины трассы, дополнительные потери, такие как атмосферные потери, рассогласование антенн и поляризационные потери, влияют на каналы связи спутник-eVTOL.Высота спутника и угол возвышения между спутником и eVTOL также играют ключевую роль при проектировании каналов связи спутник-eVTOL.

На рис. 7 вычислена длина пути между eVTOL и спутниками на разных высотах (200, 500 и 1000 км). Когда спутник расположен чуть выше eVTOL под углом места 90°, длина пути минимальна. Однако, когда спутник движется к горизонту, длина пути связи спутник-eVTOL значительно увеличивается.Например, в случае спутника на высоте 1000 км и под углом 90° длина пути составляет минимум 1000; однако она достигает примерно 2500 км при 20 и 160°. При угле места ниже 10° и выше 170° видимость между спутником и eVTOL пропадает.

РИСУНОК 7 . Длина пути связи спутник-eVTOL в зависимости от высоты спутника и угла места.

На рис. 8 показано влияние угла места спутника, рабочей частоты и высоты на потери на трассе в канале спутник-eVTOL.Для связи спутник-eVTOL мы используем частоты 1260 МГц и 1090 МГц в L-диапазоне с тремя разными высотами спутников (1000, 500 и 200 км) и переменными углами места. В таблице 2 указаны параметры, используемые для результатов в этом разделе. На рисунке 8 показано, что потери на трассе минимальны при угле места 90° из-за минимальной длины трассы; например, при рабочей частоте 1260 МГц и высоте 100 км потери на трассе под углом 90° составляют 97 дБ, тогда как в точках горизонта (10 или 170°) потери на трассе достигают около 103 дБ.Кроме того, потери в тракте увеличиваются на более высоких рабочих частотах; например, при фиксированном угле места 90 и высоте 1000 км потери на трассе для 1260 МГц составляют 97 дБ, а для 1090 МГц — 95 дБ, что на 2 дБ меньше. Более того, из-за большей длины пути потери на пути увеличиваются по мере увеличения высоты спутников.

РИСУНОК 8 . Потери на трассе для канала связи спутник-eVTOL на НОО для разных частот, высот и углов места.

ТАБЛИЦА 2 .Параметры расчета отношения энергии на бит к спектральной плотности шума для линии связи спутник-eVTOL.

На рис. 9 мы вычисляем отношение энергии на бит к спектральной плотности шума для канала связи спутник-eVTOL в зависимости от высоты спутника, угла места и рабочей частоты. Из рисунка 9 видно, что качество сигнала в eVTOL сильно зависит от этих трех параметров. По мере увеличения высоты спутника или рабочей частоты качество сигнала ухудшается. Это происходит главным образом из-за большей длины пути на больших высотах спутника и большего затухания сигнала на более высоких частотах.Кроме того, как упоминалось ранее, углы места ближе к горизонту могут привести к ухудшению качества сигнала. Например, при фиксированной рабочей частоте 1260 МГц и высоте спутника 200 км угол места 90° дает 18 дБ, а угол места 20° дает только 10 дБ, что на 45% меньше.

РИСУНОК 9 . Отношение энергии на бит к спектральной плотности шума для линии связи спутник-eVTOL на различных частотах, высотах и ​​углах места.

4 Обсуждение

Мы представили различные решения беспроводной связи для летающих автомобилей.Из нашей оценки можно сделать следующие ключевые выводы.

Во-первых, существующие системы сотовой связи не гарантируют сплошного покрытия с воздуха и оптимизированы для наземных пользователей Azari et al. (2019). Например, антенны на базовых станциях (BS) наклонены к земле, чтобы обеспечить высокое усиление антенны в этом направлении, уменьшая зону покрытия для пользователей антенн. Следовательно, наземные базовые станции потребуют значительных модификаций, чтобы обеспечить связь с eVTOL.Установление каналов связи «земля-eVTOL» является более сложной задачей, чем создание обычных сотовых систем, поддерживающих наземную связь, из-за различной высоты и характеристик каналов eVTOL. Одно из решений состоит в том, чтобы оборудовать наземные БС дополнительными антеннами, направленными в воздух, что улучшит зону покрытия с воздуха. В частности, трехмерная массивная технология с несколькими входами и несколькими выходами (3D MIMO) в 5G идеально подходит для обеспечения воздушного покрытия для eVTOL.

Во-вторых, привязные аэростаты в прошлом широко использовались для метеорологических исследований, наблюдения и обеспечения связи в пострадавших от стихийных бедствий регионах. Этим ТБ требуются легкие и сверхпрочные тросы для поддержки их воздушных платформ. Эти тросы могут обеспечивать как коммуникационные, так и силовые возможности TB. TB обычно работают на высоте 200–400 м, что делает их подходящими кандидатами для обеспечения связи с eVTOL, летящими на высоте около 300 м. Существуют различные типы ТБ, в зависимости от их структуры и развертывания.Самым известным среди них является Геликит, который имеет форму сплюснутого сфероида и наполнен гелием. Геликиты могут работать в суровых погодных условиях и выдерживать большие высоты благодаря своей прочной аэродинамической конструкции. На рисунке 2 показана модель нашей системы, состоящая из TB, подключенных к земле через тросы , выступающих в качестве воздушных базовых станций для eVTOL.

В-третьих, высотные платформы представляют собой еще одну альтернативу воздушной связи для eVTOL. В зависимости от основного физического принципа, используемого для подъема бортового транспортного средства, HAP можно разделить на два основных типа: аэростатические (легче воздуха) HAP, которые используют плавучесть для плавания в воздухе; и аэродинамические (тяжелее воздуха) HAP, которые используют динамические силы в воздухе для обеспечения устойчивости.HAP преодолевают недостатки как спутниковых, так и наземных сетей связи, включая небольшие зоны покрытия, большие задержки распространения, поэтапное развертывание и высокие затраты на техническое обслуживание. В отличие от TB, HAP работают на больших высотах в стратосфере, что обеспечивает более широкий охват Mohammed et al. (2011). Текущие развертывания HAP сосредоточены только на расширении наземного покрытия существующих сотовых систем, особенно в сельской местности. Что касается связи, Международный союз электросвязи (МСЭ) недавно выделил 24.Полосы частот 25–27,5 ГГц и 38–39,5 ГГц для HAP Новости МСЭ (2019 г.).

Наконец, спутниковая связь может обеспечить безопасность eVTOL, обеспечивая связь между спутниками и eVTOL. Как правило, контроллеры наземных станций используют диапазон C (4–8 ГГц) для связи со спутниками Zolanvari et al. (2020). Напротив, для обеспечения безопасности связи, такой как план полета и обновления погоды, eVTOL могут связываться со спутниками, используя L-диапазон (1–2 ГГц). Кроме того, спутниковые сети могут предоставлять информацию о местоположении в режиме реального времени, включая скорость, направление и высоту полета eVTOL.Спутники сообщают эту информацию контроллеру наземной станции для постоянного отслеживания eVTOL. Кроме того, в отличие от TB, HAP и сотовых сетей, спутниковые сети обеспечивают глобальное покрытие; поэтому они также могут поддерживать голосовую связь в критических сценариях, когда другие решения не работают. Наконец, последние разработки в области малых спутниковых систем связи, работающих на низкой околоземной орбите (НОО), таких как SpaceX Starlink (2020 г.), OneWeb Oneweb (2020 г.), Telesat LEO Telesat (2020 г.) и Kuiper Amazon (2020 г.), также могут предоставлять услуги широкополосной связи. для бортовых пассажиров в eVTOL.

Заявление о доступности данных

Первоначальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал; дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

Вклад авторов

Работа была разработана в результате сотрудничества всех авторов. NS разработал исследование и разработку системы. Рукопись в основном была составлена ​​Н.С. и пересматривалась и исправлялась всеми авторами. Все авторы читали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Управлением спонсируемых исследований (OSR) Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST). Рисунок 2 был подготовлен Ксавьером Пита, научным иллюстратором KAUST.

Ссылки

Абди, А., Tepedelenlioglu, C., Kaveh, M., and Giannakis, G. (2001). Об оценке параметра K для распределения увядания риса. IEEE Комм. лат. 5, 92–94. doi:10.1109/4234.913150

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ахмад И., Мд Нур Р. и Реза Заба М. (2019). Эффективность LTE при использовании в системах информирования о трафике: стабильная кластеризация с учетом интересов. Междунар. Дж. Комм. Сист. 32, 38–53. doi:10.1002/dac.3853

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Азари М.М., Росас Ф. и Поллин С. (2019). Сотовая связь для БПЛА: сетевое моделирование, анализ производительности и рекомендации по проектированию. IEEE Trans. Беспроводная связь. 18, 3366–3381. doi:10.1109/twc.2019.22

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Балак М., Ротфельд Р. Л. и Хёрль С. (2019). Перспективы городской воздушной мобильности по требованию в Цюрихе, Швейцария. На конференции IEEE Intelligent Transportation Systems. ITSC), 906–913.

Google Scholar

Чен С., Ху Дж., Ши Ю., Чжао Л. и Ли В. (2020). Видение C-V2x: технологии, полевые испытания и проблемы китайской разработки. IEEE Internet Things J. , 1–20. doi:10.1109/JIOT.2020.2974823

Google Scholar

Чой В. и Хэмптон С. (2020). Сценарное стратегическое планирование будущего гражданского транспорта с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП). J. Авиационно-космическое образование. Рез. 29, 1–32. doi:10.15394/jaaer.2020.1808

Google Scholar

Colpaert, A., Виноградов Э. и Поллин С. (2018). Анализ воздушного покрытия сотовых систем на частотах LTE и Mmwave с использованием 3D-моделей городов. Sensors 18, 4311. doi:10.3390/s18124311

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Данг С., Амин О., Шихада Б. и Алуини М.-С. (2020). Каким должен быть 6G? Нац. Электрон. 3, 20–29. doi:10.1038/s41928-019-0355-6

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Диссанаяке А., Оллнатт Дж.и Хайдара Ф. (1997). Модель прогнозирования, которая объединяет затухание в дожде и другие нарушения распространения на трассах Земля-спутник. IEEE Trans. Распространение антенн. 45, 1546–1558. doi:10.1109/8.633864

Полный текст CrossRef | Google Scholar

FCC (1997). Распространение миллиметровых волн: последствия управления спектром. Фед. коммун. Комиссия (Технический отчет.

Google Scholar

Гальярди, Р. М. (2012). Спутниковая связь .Берлин: Springer Science.

Джордани М., Полезе М., Меццавилла М., Ранган С. и Зорзи М. (2020). К сетям 6G: варианты использования и технологии. IEEE Комм. Маг. 58, 55–61. doi:10.1109/mcom.001.1

1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Годдемайер, Н., и Витфельд, К. (2015). Исследование характеристик канала «воздух-воздух» и конкретное расширение модели риса для БПЛА. В семинарах IEEE Globecom (GC Wkshps) . 1–5. дои: 10.1109/glocomw.2015.7414180

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грейс Д., Цзян Т., Аллсопп С., Рейно Л. и Мохорчич М. (2011). Седьмая рамочная программа Европейской комиссии (Технический отчет).

ВТКЛ (2019). Пробная версия базовой станции 5G и пользовательского оборудования, работающего в диапазонах 26/28 ГГц и 3,5 ГГц . Hutchison Telephone Company Limited (Технический отчет).

МСЭ (2019 г.). Расчет затухания в свободном пространстве. Женева: МСЭ.Технический отчет.

Google Scholar

Касливал А., Фурбуш Н. Дж., Гаврон Дж. Х., Макбрайд Дж. Р., Уоллингтон Т. Дж., Де Кляйн Р. Д. и др. (2019). Роль летающих автомобилей в устойчивой мобильности. Нац. коммун. 10, 1–9. doi:10.1038/s41467-019-09426-0

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хувая А. А., Чен Ю., Чжао Н., Алуини М.-С. и Доббинс П. (2018). Обзор моделирования каналов для связи с БПЛА. IEEE Комм.Surv. Учебники 20, 2804–2821. doi:10.1109/comst.2018.2856587

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Миллиган, Т. (1996). Потери поляризации в бюджете линии связи при использовании измеренных коэффициентов усиления круговой поляризации антенн. Распространение антенн IEEE. Маг. 38, 56–58. doi:10.1109/74.491291

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Миура Р. и Оодо М. (2001). Система беспроводной связи с использованием стратосферных платформ. Дж. Комм. Рез.Лаб 48, 33–48.

Google Scholar

Мохаммед А., Мехмуд А., Павлиду Ф.-Н. и Мохорчич М. (2011). Роль высотных платформ (HAP) в глобальной беспроводной связи. Проц. IEEE 99, 1939–1953. doi:10.1109/jproc.2011.2159690

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Moore, MD, Goodrich, K.H., Viken, J., Smith, J.C., Fredericks, B., Trani, T., et al. (2013). Высокоскоростная мобильность за счет авиации по требованию. В Техническая конференция AIAA .1–27. doi:10.2514/6.2013-4373

Google Scholar

Ницци Ф., Пекорелла Т., Капуто С., Мукки Л., Фантаччи Р., Бастианини М. и др. (2019). Распространение данных на транспортные средства с использованием 5G и VLC для умных городов. АЭИТ Междунар. Анну. конф. , 1–5. doi:10.23919/AEIT.2019.8893380

Google Scholar

Пан Г. и Алуини М.-С. (2021). Транспортная система на летающих автомобилях: достижения, методы и проблемы. Доступ IEEE 9, 24586–24603. дои: 10.1109/access.2021.3056798

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Парсонс, Дж. Д. (2000). Канал распространения мобильной радиосвязи . Уайли.

Попеску, О. (2017). Бюджеты мощности для радиостанций Cubesat для поддержки наземной связи и межспутниковой связи. Доступ IEEE 5, 12618–12625. doi:10.1109/access.2017.2721948

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Раджашекара К., Ван К. и Мацусе К. (2016). Летающие автомобили: проблемы и стратегии движения. IEEE Электрик. Маг. 4, 46–57. doi:10.1109/mele.2015.2509901

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Саид Н., Эльзанати А., Алморад Х., Дахрудж Х., Аль-Нафури Т.Ю. и Алуини М.-С. (2020). Cubesat Communications: последние достижения и будущие задачи. IEEE Комм. Surv. Учебники 22, 1839–1862 гг. doi:10.1109/comst.2020.29

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ульман Д. Г., Гомер В., Хорган П. и Уэллете Р.(2017). Сравнение представлений Electric Sky Taxi. Технический отчетdoi:10.5194/gmd-2016-220-ac1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Дж., Лю Дж. и Като Н. (2019). Сети и коммуникации в автономном вождении: обзор. IEEE Комм. Surv. Учебники 21, 1243–1274. doi:10.1109/comst.2018.2888904

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Якуб И., Хан Л. У., Казми С. М. А., Имран М., Гуизани Н. и Хонг К. С. (2020). Автономные автомобили в умных городах: последние достижения, требования и проблемы. Сеть IEEE. 34, 174–181. doi:10.1109/mnet.2019.10

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Чжоу Х., Сюй В., Чен Дж. и Ван В. (2020). Эволюционные технологии V2X в направлении Интернета транспортных средств: вызовы и возможности. Проц. IEEE 108, 308–323. doi:10.1109/jproc.2019.2961937

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Золанвари М., Джейн Р. и Салман Т. (2020). Потенциальные кандидаты на канал передачи данных для гражданских беспилотных авиационных систем: обзор. IEEE Комм. Surv. Учебники 22, 292–319. doi:10.1109/comst.2019.2960366

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Автомобильная лазерная система для создания цифровых моделей рельефа с высоким разрешением

Шероховатость поверхности почвы является основным фактором, влияющим на ветровую и водную эрозию почвы. Для изучения шероховатости поверхности требуются точные данные цифровой модели рельефа (ЦМР). Для получения данных ЦМР с высоким разрешением была разработана автомобильная система лазерных измерений. Система состояла из пяти блоков: лазерного линейного сканера для измерения высоты поверхности, гироскопического датчика для контроля положения транспортного средства, кинематического GPS в реальном времени для обеспечения географического позиционирования, рамно-рельсового механизма для поддержки датчиков, и блок сбора данных и управления.Была разработана программа пользовательского интерфейса для управления лазерной системой и сбора данных датчиков через полевой ноутбук. Были проведены лабораторные эксперименты для оценки эффективности лазерного датчика на различных типах целей. Результаты показали, что лазерное измерение на белой бумаге имело наименьшую изменчивость, чем на других мишенях. Лазерное измерение расстояния было откалибровано с использованием данных, полученных на белой бумаге. Испытания статической точности датчика гироскопа на платформе, допускающей двухосное вращение, показали, что погрешности измерения угла, наблюдаемые при комбинированном вращении по тангажу и крену, были больше, чем при одиночном вращении.В пределах ±30° одиночных оборотов погрешности измерения углов тангажа и крена находились в пределах 0,8° и 0,4° соответственно. Также была разработана модель для изучения влияния ошибки измерения пространственного положения на измерение высоты. Модели DEM были созданы путем интерполяции необработанных лазерных данных с использованием двумерного алгоритма трех ближайших соседей, взвешенного по расстоянию. Модели ЦМР можно использовать для идентификации форм различных объектов. Точность лазерной системы при измерении высоты оценивалась путем сравнения данных ЦМР, полученных лазерной системой для неизвестной поверхности, с данными, полученными более точной лазерной системой для той же поверхности.В четырех повторностях наивысший коэффициент корреляции между измеренной и эталонной ЦМР составил 0,9371. Коэффициенты корреляции между четырьмя повторностями превышали 0,948. После применения медианного порогового фильтра и медианного фильтра к необработанным лазерным данным до и после интерполяции, соответственно, коэффициент корреляции между измеренной и эталонной ЦМР улучшился до 0,954. Коэффициенты корреляции более 0,988 были достигнуты среди четырех повторов.Изображения в градациях серого, созданные на основе данных об интенсивности, предоставленных лазерным сканером, продемонстрировали возможность идентификации растительных остатков на поверхности почвы. Результаты теста с окружающим освещением показали, что ни солнечный свет, ни флуоресцентный свет не повлияли на измерение высоты лазерной системы. Испытание на вибрацию рельса показало, что линейный рельс слегка наклонен к лазерному сканеру, что вызвало небольшие колебания угла наклона. Предварительное испытание на голой поверхности почвы было проведено для оценки способности лазерной системы измерять ЦМР поверхностей с географической привязкой.Алгоритм перекрестной проверки был разработан для удаления выбросов. Результаты показали, что система способна предоставлять данные ЦМР с географической привязкой.

Аэрофотосъемка

Введение

Аэрофотосъемка является одной из самых ранних форм дистанционного зондирования и до сих пор остается одним из наиболее широко используемых и экономически эффективных методов дистанционного зондирования. До разработки мультиспектральных датчиков и компьютеров люди использовали традиционную фотографию для получения аэрофотоснимков.С момента своего создания аэрофотосъемка прошла путь от воздушных шаров и воздушных змеев до самолетов, спутников, а теперь и беспилотных авиационных систем (БАС). В то время как качество, разрешение и платформы развивались, аэрофотосъемка по-прежнему остается краеугольным камнем дистанционного зондирования и становится дешевле и доступнее, чем когда-либо. Аэрофотосъемка полезна как для регионального анализа, так и для оценки конкретных участков. Это также может обеспечить историческую перспективу, которая позволяет нам просматривать изменения в ландшафтах с течением времени.

Как мы узнали ранее в этом курсе, первые аэрофотоснимки были сделаны с воздушных шаров, воздушных змеев и даже голубей. Аэрофотосъемка быстро расширилась с развитием аэронавтики. Военный потенциал аэрофотосъемки был очевиден, и аэрофотосъемка широко использовалась в Первую и Вторую мировые войны. Первые невоенные программы аэрофотосъемки были разработаны в 1930-х годах в рамках Закона о регулировании сельского хозяйства. В Соединенных Штатах Министерство сельского хозяйства США (USDA) занимается приобретением, использованием и распространением аэрофотоснимков уже более 65 лет.Аэрофотосъемка имеет множество применений и используется картографами, инженерами и учеными для анализа всего, от расширения городов до последствий изменения климата.

История в США

В Соединенных Штатах Министерство сельского хозяйства США (USDA) уже более 65 лет занимается приобретением, использованием и распространением аэрофотоснимков. Самая ранняя аэрофотосъемка сделана в 1937 году Геологической службой США и Агентством по безопасности ферм. Позже были созданы Национальная программа аэрофотосъемки (NAPP) и Национальная программа цифрового ортофотосъемки (NDOP), чтобы сделать больше снимков сельскохозяйственных угодий в национальном масштабе и обеспечить постоянное освещение.

Национальная высокогорная программа

Национальная высокогорная программа (NHAP) представляла собой межведомственную федеральную инициативу, координируемую Геологической службой США и действовавшую с 1980 по 1989 год. Целью программы было предоставление безоблачных аэрофотоснимков всех 48 нижних штатов. Изображения были получены на высоте 40 000 футов. Коллекция NHAP включает черно-белые аэрофотоснимки в масштабе 1:80 000 и цветные инфракрасные аэрофотоснимки в масштабе 1:58 000. Узнайте больше о NHAP.

Национальная программа аэрофотосъемки

Национальная программа аэрофотосъемки (NAPP) началась в 1987 году в качестве замены NHAP с целью получения полного единого фотоизображения 48 совпадающих штатов в течение 5-7 лет. Фотографии NAPP включают черно-белые и цветные инфракрасные изображения, и все изображения имеют масштаб 1:40 000 (1 дюйм равен примерно 0,6 мили). Узнайте больше о NAAP.

Национальная программа сельскохозяйственных изображений

Начиная с 2003 года Национальная программа сельскохозяйственных изображений (NAIP) и получение аэрофотоснимков во время сельскохозяйственных вегетационных периодов в континентальной части США.S. Основная цель программы NAIP — сделать цифровую ортофотографию доступной для государственных учреждений и общественности в течение года после приобретения. Изображения NAIP имеют разрешение на расстоянии 1 метра от образца земли (GSD). Узнайте больше о НАИП.

Виды аэрофотосъемки

Угол фото

Аэрофотосъемка может производиться в вертикальном положении, под малым или большим углом наклона. Большинство аэрофотоснимков, которые мы используем в дистанционном зондировании, — это вертикальные фотографии.

Вертикаль

Вертикальные фотографии сделаны с видом прямо вниз. Вертикальный (или почти) угол к поверхности земли, т. е. камера направлена ​​прямо вниз. Вертикальные фотографии часто используются в картографии и фотограмметрии.

Косой

Любые аэрофотоснимки, сделанные под углом, называются перспективными. Есть два вида косых фотографий:

  • Высококосая — Показывает поверхность, горизонт и часть неба.
  • Малонаклонный — Показывает только поверхность, горизонт не показывает.

Пленочный или цифровой

Ранняя аэрофотосъемка была основана на пленке и оставалась доминирующим средством на протяжении 20-го века до появления цифровых камер. Есть несколько различных типов пленки, обычно используемых в аэрофотосъемке.

Типы пленки

Черно-белая пленка

  • Черно-белая панхроматическая (Ч/Б) пленка в основном состоит из черно-белого негативного материала с диапазоном чувствительности, сравнимым с диапазоном чувствительности человеческого глаза.Он имеет хороший контраст и разрешение с низкой зернистостью и широким диапазоном экспозиции.
  • Черно-белая инфракрасная (BIR) пленка, за некоторыми исключениями, чувствительна к спектральному диапазону от 0,4 микрометра до 0,9 микрометра. Иногда ее называют пленкой ближнего инфракрасного диапазона, потому что она использует только узкую часть всего инфракрасного спектра (от 0,7 микрометра до 0,9 микрометра).
Цветная пленка
  • Пленка естественного цвета (также называемая обычным или нормальным цветом) содержит три слоя эмульсии, чувствительных к синему, зеленому и красному (трем основным цветам видимого спектра).Эта пленка воспроизводит цвета, видимые человеческому глазу.
  • Пленка
  • CIR (цветная инфракрасная), первоначально называвшаяся пленкой для обнаружения камуфляжа, отличается от обычной цветной пленки тем, что ее эмульсионные слои чувствительны к зеленому, красному и ближнему инфракрасному излучению (от 0,5 микрометра до 0,9 микрометра). Используемая с желтым фильтром для поглощения синего света, эта пленка обеспечивает четкое изображение и проникает сквозь дымку на больших высотах. Цветная инфракрасная пленка также называется пленкой с искусственным цветом.
Цифровой

Цифровая фотография использует датчик CCD (устройство с зарядовой связью) или CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник) для захвата изображения, в отличие от экспонирования на фотопленке.Оба датчика улавливают свет и преобразуют его в электронные сигналы. Захваченное изображение затем оцифровывается и сохраняется в виде компьютерного файла, готового для цифровой обработки. Цифровая фотография заменила традиционную пленочную фотографию во многих приложениях, например, изображения NAIP, собранные Министерством сельского хозяйства США, теперь полностью собираются с помощью цифровых датчиков

.

Информация об аэрофотосъемке

Часто значительный объем информации содержится на самом аэрофотоснимке. Это может включать:

  • Дата
  • Название миссии и детали
  • Номер ролика и рамы
  • Реперные знаки
  • Высота

Нажмите на аэрофото справа, чтобы увеличить изображение

Определяющая шкала

Масштаб аэрофотоснимка зависит от конкретных характеристик камеры (фокусного расстояния) и высоты полета, на которой был сделан снимок.Существует несколько методов расчета масштаба аэрофотоснимка. Какой метод вы используете, зависит от того, какая информация уже известна.

Фокусное расстояние и поле зрения

Масштаб фотографии определяется фокусным расстоянием камеры и высотой полета над землей. Фокусное расстояние — это расстояние от середины объектива камеры до фокальной плоскости. Фокусное расстояние точно измеряется при калибровке камеры и обычно выражается в миллиметрах (мм).Фокусное расстояние линзы определяет увеличение и угол светового луча. Чем больше фокусное расстояние, тем больше увеличение изображения. Объективы с коротким фокусным расстоянием покрывают большие площади. Область, захваченная камерой, известна как поле зрения (FOV), которое обычно выражается в градусах. Поле зрения зависит от фокусного расстояния объектива и размера (иногда называемого форматом) цифровых датчиков.

Более короткие фокусные расстояния имеют более широкое поле зрения, в то время как более длинные фокусные расстояния имеют меньшее поле зрения.Следовательно, объектив камеры с большим фокусным расстоянием будет создавать изображение с меньшей площадью по сравнению с объективом с более коротким фокусным расстоянием.

Масштаб фотографии равен отношению между фокусным расстоянием камеры и высотой фотографируемого самолета над уровнем земли (AGL). Если известно фокусное расстояние и высота полета над поверхностью, масштаб можно рассчитать по следующей формуле:

 

Высота полета над уровнем земли (AGL) и высота над средним уровнем моря (MSL)

Во всех масштабных расчетах важно знать высоту полета над поверхностью или над уровнем земли (AGL).Иногда указывается высота над уровнем моря или MSL, и вам может понадобиться оценить среднюю высоту полета над землей. Например, GSP на беспилотном летательном аппарате (БПЛА) может регистрировать высоту или высоту над уровнем моря, а не над уровнем земли (AGL). Чтобы оценить AGL, вам нужно будет определить среднюю высоту местности и вычесть ее из высоты над уровнем моря. Это даст вам среднюю высоту полета над землей.

Пример: Камера с фокусным расстоянием 152 мм делает аэрофотоснимок с высоты полета 2280 м над уровнем земли.Каков масштаб фотографии?

Элемент известного размера

Масштаб аэрофотоснимка также можно определить, если на изображении появляется объект известного размера земли. Один из методов состоит в том, чтобы найти объект известного размера (например, футбольное поле или стандартное поле для проведения мероприятий) в фото для расчета масштаба. Масштаб можно определить, измерив расстояние или длину объекта на фотографии и сравнив его с реальным или наземным расстоянием.

Пример: Вы измеряете прямую длину гусеницы, которая составляет 2,5 мм, и вы знаете, что реальное расстояние до земли составляет 100 метров. Каков масштаб фотографии?

Расстояние выборки земли в цифровых фотографиях

Ground Sampling Distance (GSD) относится к тому, насколько велик каждый пиксель на земле. Это линейное измерение представляет ширину пикселя на земле и обычно выражается в метрах. Фактически это масштаб цифрового изображения. Размер датчика, фокусное расстояние объектива и высота полета над поверхностью определяют GSD изображения.

Как и в пленочной камере, расстояние до земли или размер пикселя земли связаны с высотой полета над землей, объективом камеры (фокусным расстоянием) и характеристиками датчика.

Для определения GSD необходимо знать высоту полета над землей (не над уровнем моря), а также размер сенсора цифровой камеры и фокусное расстояние объектива. Обычно эту информацию можно получить у производителя камеры.

Фокусное расстояние для цифровых камер

Фокусное расстояние цифровых камер такое же, как и у аналоговых пленочных камер.Фокусное расстояние обычно выражается в миллиметрах (мм). Для цифровых камер может быть указано эквивалентное фокусное расстояние 35 мм и реальное фокусное расстояние. При определении GSD или других расчетах вы захотите использовать реальное фокусное расстояние.

Размеры сенсора цифровой камеры и количество пикселей

Цифровые камеры используют ПЗС (устройство с зарядовой связью) или КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник) для улавливания света и преобразования его в электронные данные. Датчик камеры представляет собой прямоугольную сетку, содержащую миллионы крошечных квадратных пикселей.Каждый из этих пикселей определяет и записывает количество полученного света. Датчики определяются их физическим размером (площадью поверхности для захвата световой информации), размером пикселей и количеством пикселей в датчике. Физический размер датчика может быть выражен в дюймах или сантиметрах. Размер или ширина каждого отдельного пикселя обычно выражаются в микрометрах, поскольку каждый пиксель на сенсоре чрезвычайно мал. Размеры пикселей датчиков различаются в зависимости от камеры, но обычно составляют 1-2 микрометра.Количество пикселей, которое имеет датчик, иногда называют разрешением камеры. Например, камера может иметь сенсор размером 3000 x 2000 пикселей. Это означает, что прямоугольная сетка датчика состоит из 3000 пикселей в ширину и 2000 пикселей в высоту, что в сумме составляет 6 миллионов пикселей или 6 мегапикселей.

Расчет расстояния и площади

Расстояние и длина

Если известен масштаб аэрофотоснимка, можно легко вычислить расстояния, длины и площади объектов.Вы просто измеряете расстояние на фотографии (фото расстояние) и умножаете расстояние на масштабный коэффициент. Помните, что масштаб всегда равен отношению расстояния фотографии к расстоянию до земли.

Пример: Масштаб аэрофотоснимка 1:15 000. На фотографии вы измеряете длину моста как 0,25 дюйма, какова длина моста в футах в реальной жизни?

Район

Важно помнить, что площадь измеряется в квадратных единицах.Чтобы определить прямоугольную площадь, нужно умножить длину на ширину, поэтому, если вы измеряете оба и конвертируете эти расстояния, помните, что если вы перемножаете их вместе, полученные единицы возводятся в квадрат. Например, если площадь 100 м на 500 м, это 50 000 квадратных метров. Теперь, если вы хотите изменить это число на квадратные футы, вы не будете умножать на 3,28 (в метре 3,28 фута), вы должны умножить на 10,76 (3,28 x 3,28).

Пример: Аэрофотоснимок имеет масштаб 1:10 000.На фото длина поля измерена как 10 мм, а ширина 7 мм. Насколько велико (в гектарах) поле в реальной жизни? Обратите внимание, что 10 000 квадратных метров = 1 га.

Расчет высоты объекта

Как и в случае расчета масштаба, существует несколько методов определения высоты высоких объектов (например, деревьев или зданий) на аэрофотоснимках. При съемке одиночных аэрофотоснимков используются два основных метода: метод рельефа/радиального смещения и теневые методы.

Метод рельефа/радиального смещения

Величина смещения на изображении между верхом и низом объекта называется его рельефным смещением и связана с высотой объекта и расстоянием объекта от главной точки.Этот метод можно использовать только в том случае, если измеряемый объект находится достаточно далеко от главной точки для измерения смещения, а на фотографии видны верхняя и нижняя части объекта.

Пример: длина смещенного здания равна 2,01 мм, а радиальное расстояние до главной точки равно 56,43 мм. Если высота полета над поверхностью 1220 м, какова высота здания?

Теневой метод

Если вы можете измерить длину тени и знать угол наклона солнца, высоту объекта можно вычислить с помощью простой тригонометрии.

Если вы знаете, когда и где был сделан аэрофотоснимок, вы можете определить угол наклона солнца с помощью солнечного калькулятора NOAA. При использовании этого калькулятора вы хотите использовать угол возвышения солнца (El) для своих расчетов. Это угол наклона солнца в указанное время и в указанном месте.

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.