Изобразите и сравните силы действующие на автомобиль когда он
Силы, действующие на автомобиль
Силы, действующие на автомобиль
Кимстач В.В. 11ГБПОУ ЛО "Мичуринский многопрофильный техникум"
Козырева А.Г. 11ГБПОУ ЛО "Мичуринский многопрофильный техникум"
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Нашу современную жизнь трудно представить без автомобиля. Нет такой профессии на Земле, представитель которой не нуждался бы в автомобиле. На автомобиле или на автобусе мы добираемся до места назначения. Когда выходишь из дома, то почти сразу мы видим автомобиль.
Первый автотранспорт был изобретен много лет назад. Он восхищал своей эксклюзивностью и новаторством. Сейчас в мире представлены тысячи различных моделей машин, которые рассчитаны на разных потребителей. Но часто ли водители задумываются над следующими вопросами.
Каковы причины движения автомобиля? Какие силы действуют на автомобиль?
В нашей работе мы попытаемся ответить на это вопросы, используя специальную литературу. Рассмотрим какие внешние силы действуют на автомобиль во время движения по прямой и наклонной поверхности. Определим какие силы препятствуют, а какие способствуют движению автомобиля. Отдельное внимание уделим процессу торможения, так как с помощью тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую канаву или выбоину.
Силы, действующие на автомобиль
Автомобиль, преодолевающий подъем, одновременно движется вверх и вперед. В общем случае на подъеме при ускоренном перемещении автомобиля на него действуют силы, движущие его, силы оказывающие сопротивление движению автомобиля, и силы, составляющие нормальные реакции дороги на передние Zп и задние Zз колеса, вызванные перпендикулярной плоскости дороги составляющей силы тяжести автомобиля.
Покрышка соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из этих точек на покрышку действует бесконечно малая сила - элементарная реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, которая действует со стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги.
Силы, движущие автомобиль, возникают в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с дорогой и называются силами тяги Fт (рис. 1).
К силам, оказывающим сопротивление движению автомобиля, относятся силы сопротивления качению передних Рск.п. и задних Рск.з. колес, действующие в плоскости дороги; сила сопротивления подъему Рсп, сила сопротивления воздуха Fсв, сила инерции Fи , приложенная к центру масс ЦМ автомобиля и называемая силой сопротивления разгону.
Силы Zп и Zз составляют нормальные реакции дороги на передние и задние колеса соответственно. Они вызваны перпендикулярной плоскости дороги, составляющей GN силы тяжести G автомобиля с полной нагрузкой.
Рис.1
Рис.1
Рис.1. Внешние силы, действующие на автомобиль во время движения: ЦМ- центр масс; G - Сила тяжести автомобиля с полной нагрузкой;
GN - составляющая силы тяжести, перпендикулярная плоскости дороги; Рсп_ сила сопротивления подъему; Рск.п , Рск.з - сила сопротивления качению передних и задних колес; Fсв - сила сопротивления воздуха; Fт - сила тяги; Fи- сила инерции; a - угол, характеризующий крутизну подъема; Н- превышение дороги; S- заложение дороги; Zn, Zз- нормальные реакции дороги на передние и задние колеса.
Сила сопротивления качению
Сила сопротивления качениюРск постоянно мешает движению и представляет собой целую совокупность сил. Это силы, деформирующие и перемещающие грунт; деформирующие шины; силы трения колес о колею; силы, образующиеся при преодолении выбоин, и т. п.
Принято считать, что:
Рск = f·G,
где: Рск - сила сопротивления качению;
f = 0,015 - 0,3 - коэффициент сопротивления качению, учитывающий состояние дороги, давление в шинах и пр.;
G - сила тяжести автомобиля.
Сила сопротивления качению Рск составляет подобающую долю от силы тяжести автомобиля.
Сила сопротивления подъему
Сила сопротивления подъемуРсп - Крутизну подъема охарактеризовывают углом в градусах (см. рис. 1) или же уклоном дороги i, который представляет собой отношение превышения Н дороги к заложению S, т. е. Силу тяжести G автомобиля, преодолевающего подъем, можно разложить на две составляющие: на силу Рсп, параллельную дороге, и силу Gn=G-cosα, перпендикулярную ей.
Силу Рсп= G-sinα, называют силой сопротивления подъему, где
Также силу сопротивления подъему выражают формулой
При перемещении на спуске сила Рсп ориентирована в сторону перемещения автомобиля и, следовательно, меняет свой знак (рис. 1, в) и, в отличие от силы сопротивления качению, может стать и движущей. Вследствие этого угол а и уклон дороги i считают положительными при перемещении автомобиля на подъеме и отрицательными при его перемещении на спуске.
При перемещении автомобиля на подъеме силу Рсп можно объединить с Рск, а поскольку обе эти силы пропорциональны силе тяжести автомобиля, то:
При перемещении автомобиля под уклон
Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление)
Сила сопротивления воздуха Fсв- данная сила считается следствием давления встречных частиц воздуха на движущийся автомобиль, разрежения, образующегося позади автомобиля, завихрения воздуха вокруг автомобиля и трения воздуха о поверхность автомобиля. В каждой точке поверхности автомобиля в итоге соприкосновения его с воздушной средой появляются элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха FCB. Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха равна
kв — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля 0,20 - 0,30H·m4;
Sл — лобовая площадь автомобиля;
V — скорость движения автомобиля.
Из формулы видно, что сопротивление воздуха находится в зависимости от скорости автомобиля, его обтекаемости, величины площади поперечного сечения, плотности воздуха. Существенное значение Fсв приобретает только при высоких скоростях, так как зависит от квадрата скорости.
Сила, разгоняющая автомобиль.
Для автомобиля характерным считается неравномерное движение. Показателями разгона являются ускорение, время и путь разгона. В общем случае перемещения автомобиля сила тяги Fт уравновешивается силами сопротивления перемещения:
При разгоне автомобиля, т. е. при перемещении автомобиля с ускорением а, появляется сила инерции Fи автомобиля, противодействующая разгону, равная
где m - масса автомобиля;
а - ускорение автомобиля.
Влияние инерционного момента вращающихся масс учитывается коэффициентом относительного увеличения массы автомобиля, предусматривающим воздействие вращающихся масс, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.
В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону
Величина ≈1,05 + 0,05·nкп,
nкп - передаточное число коробки передач, на которой производится разгон.
Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляет собой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам.
Мощность, важная для перемещения автомобиля с ускорением
V — скорость автомобиля.
Из приведенной формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение получится развить при схожей мощности мотора.
В случае если автомобиль движется без разгона (Fp = 0 и Fи = 0), вся сила тяги тратится на преодоление сил сопротивления, и равна:
В случае, когда автомобиль замедляет ход, сила тяги становится меньше суммарной величины сил, препятствующих перемещению.
Сила тяги автомобиля.
Энергия от мотора к ведущим колесам передается через трансмиссию: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент Мкр на ведущих колесах автомобиля больше момента мотора Мдв.
Крутящий момент Мкр вызывает в месте контакта колеса с дорогой касательную реакцию дороги, движущую автомобиль, т. е. силу тяги. На теоретическом уровне ведущее колесо взаимодействует с дорогой в одной точке (практически же - в «пятне контакта»). Активной в этой точке является сила, с которой колесо «толкает» дорогу. Вот тут-то и появляется ответная (реактивная) сила FT реакции дороги, которая «толкает» машину. Величина силы тяги равна отношению крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес, т. е., Мкр -крутящий момент на колесе,
R - статический радиус колеса.
Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать радиус R ведущего колеса и момент Мкр. Так как на колеса автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то радиус колеса во время движения изменяется под влиянием действующих на колесо сил. Различают статический радиус колеса ( расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, значение которого приводится в технической характеристике шины), динамический радиус колеса (расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса) и радиус качения колеса (радиус условно недеформирующегося кольца, имеющего с данным эластичным колесом схожую угловую и линейную скорости). Для простоты расчетов силы тяги считают радиус колеса постоянным и равным статическому радиусу колеса.
Сила сцепления шины с дорогой
Сила сцепления покрышки с дорогой Рсц. Для того чтобы автомобиль имел возможность стабильно ехать, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление покрышек с дорогой. Сила сцепления Рсц находится в зависимости от сцепного веса автомобиля и скорости перемещения автомобиля, а также от состояния дороги и покрышек: где:
Gсц — сцепной вес автомобиля,
ᵠсц— коэффициент
Коэффициент сцепления покрышек с дорогой определяет проходимость автомобиля при перемещении по влажному грунту и по скользкой дороге.
Сцепной вес автомобиля возможно, увеличить, увеличивая количество ведущих колес или смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.
От сцепления колес с дорогой зависят максимально вероятные силы тяги и торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.
Если сила тяги приложенная к колёсам превышает силу сцепления, то при попытке тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают. Если тормозная сила колеса больше силы сцепления, колесо блокируется. И в том и в ином случаях возникает юз - проскальзывание колеса относительно опоры. Юз наступает тогда, когда скорость точки касания колеса с дорогой не равна нулю относительно дороги. В случае если эта точка неподвижна относительно дороги, колесо не будет проскальзывать до тех пор, пока действующие на него в точке касания силы не превысят силы трения покоя.
Автомобиль движется благодаря наличию силы трения покоя. Ведь, если бы этого трения не было, колеса всегда проскальзывали бы относительно опоры, т. е. прокручивались бы при попытке разогнать автомобиль и блокировались бы при попытке его остановить. И если на льду колесо буксует или скользит, это означает, что соответственно силы тяги или торможения превышают силу трения (Рсц применительно к автомобилям). Очевидно, что условием движения автомобиля без юза являются соотношения:
FT < Рсц - для движения под действием силы тяги;
Рторм < Рсц - для движения под действием тормозной силы.
При полной загрузке автомобиля положение улучшается, зато при уменьшении значения коэффициента сцепления ᵠсц, а оно может уменьшиться в 10 раз (например, в гололед), максимально допустимая сила тяги также уменьшается в 10 раз. Значение коэффициента сцепления зависит прежде всего от типа и состояния дороги, рисунка и степени износа протектора покрышек, давления в шинах и скорости вращения колес. При управлении автомобилем следует учитывать все эти факторы.
Торможение.
Торможение это процесс, во время которого кинетическая энергия движущегося автомобиля в результате трения преобразуется в теплоту и рассеивается в окружающем пространстве. Трение создается тормозными механизмами, установленными на каждом колесе.
Во время торможения на колесо одновременно происходят два взаимо-связанных явления: во-первых, в результате работы тормозного механизма создается тормозной момент Мт, который препятствует вращению колеса; во-вторых, в результате взаимодействия покрышки с дорогой возникает момент сцепления Мсц, стремящийся поддержать вращение колеса.
При торможении элементарные силы трения, возникающие в паре трения «колодки — тормозной барабан », создают момент трения Мт, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормозная сила Рторм -
При полном торможении колесо блокируется и происходит рассеивание энергии в месте контакта покрышки с дорогой. В случае экстренного торможения на горизонтальной дороге, движущей силой является сила инерции автомобиля, а основной силой сопротивления движению является суммарная тормозная сила всех колес.
При рабочем торможении колесо вращается, а энергия рассеивается в тормозном механизме.
При идеальном торможении вся энергия движения автомобиля (mV2/2) превращается в тепло. Максимально возможное при торможении замедление:
g — ускорение свободного падения.
Но это лишь теоретически возможное замедление. Реально же значение замедления а меньше по многим причинам.
Во время экстренного торможения тормозной путь окажется равен:
V — скорость автомобиля, измеряемая в м/с, в момент начала торможения;
а — максимально возможное замедление автомобиля при торможении.
Формулы наглядно демонстрируют, что, если в результате изменения дорожных или погодных условий значение ᵠсц упало, во столько же раз снижаются максимально возможные сила торможения и замедление автомобиля.
Длина тормозного пути прямопропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения.
Из практики известно, что юз задних колес наступает чаще юза передних так как при торможении у автомобиля опускается передняя часть.
Это объясняется тем, что при торможении автомобиля сила инерции FH, которая приложена к ЦМ, действуя на плече Н (рис. 2, б), и тормозные силы Рторм, лежащие в плоскости дороги, образуют относительно ЦМ тормозной момент Мторм, который вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передним и задним мостами. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому нормальные реакции Zп и Zз, действующие соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагрузок Gп и Gз, которые они воспринимают в статическом состоянии
Во время резкого торможения автомобиля реакция на переднюю ось у легковых автомобилей может возрасти в 1,5 - 2 раза, а на заднюю ось уменьшиться в 0,5 - 0,7 раза.
Степень распределения суммарной нагрузки по осям при торможении зависит от высоты расположения центра масс и от расстояния между осями. С уменьшением нагрузки на заднюю ось допустимые тормозные усилия на задних колесах уменьшаются, а на передних - увеличиваются; следовательно, при торможении задние колеса более склонны к юзу.
Рис.2
Рис.2. Силы, действующие на автомобиль при торможении и остановке: ЦМ - центр масс; Н - расстояние между ЦМ и плоскостью дороги; Рторм - тормозная сила; Мторм - тормозной момент; G - вес автомобиля;Gсц - сцепной вес автомобиля
Рис.3
Рис.3. Силы сцепления колеса с дорогой, действующие в пятне контакта колеса: Fт -сила тяги; F́т- сила тяги при интенсивном разгоне; Рторм -сила торможения;
Р́торм - сила торможения при интенсивном замедлении; Р́бок.сц. - поперечная сила сцепления при интенсивном разгоне или торможении; Рбок.сц. - поперечная сила сцепления; Рсц - сила сцепления.
В процессе торможения реакция на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому для полной реализации силы сцепления при экстренном торможении необходимо, чтобы тормозные силы были пропорциональны нормальным реакциям. Исходя из этого делают так, чтобы передние колеса тормозили настолько сильнее, насколько больше при торможении они прижимаются к дороге. Это позволяет при торможении получить наибольшую тормозную силу, поскольку сила сцепления каждого колеса пропорциональна приходящейся на него нагрузке.
Для того чтобы предотвратить блокировку задних колёс применяется регулирование давления в тормозном приводе, которое обеспечивает ограничение роста давления в тормозных механизмах задних колес при уменьшении реакции на задние колеса автомобиля. Клапан регулятора давления перекрывает подвод жидкости к тормозным механизмам задних колес в случае, когда давление в ее тормозном контуре возрастает до предельного, угрожающего блокировкой колес. Более совершенные антиблокировочные системы с электронными датчиками скорости вращения колес предотвращают блокировку колес при любых значениях коэффициента сцепления.
Заключение
В настоящей работе были рассмотрены силы, действующие на автомобиль. К ним относятся:
Сила сопротивления качению, которая всегда препятствует движению и возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги;
Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сторону движения, так и против него. В процессе подъема она действует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направленная в сторону движения, становится движущей;
Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля;
Сила разгоняющая автомобиль, которая зависит от ускорения, времени и пути разгона;
Сила тяги автомобиля возникает при передачи крутящего момента с двигателя на колеса и для её определения необходимо знать радиус ведущего колеса;
Сила сцепления шины с дорогой зависит от сцепного веса автомобиля и скорости движения, она нужна для того, чтобы автомобиль мог устойчиво двигаться, тормозить и поворачивать.
Эти силы, действующие на автомобиль во время движения, влияют на изменения показателей эффективности работы автомобиля. К этим показателям можно отнести скоростные свойства автомобиля, топливная экономичность, износ деталей автомобиля, аэродинамические свойства.
Учет этих показателей позволит повысить эффективность использования автомобильного транспорта, и сократить число дорожно-транспортных происшествий.
Литература
Ваганов В.И. Вождение автотранспортных средств / Ваганов В.И., Рывкин А.А. - М.:Транспорт, 1990 – 224 с.
Горбачев М.Г. Безопасное вождение современного автомобиля / Горбачев М.Г. – м.: Рипол Классик, 2007 - 232
Калисский В.С. Автомобиль: Учебник водителя третьего класса / Калиссий В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. – 5-е изд.,стереотип. – М.: Транспорт, 1980. – 368 с.
Николенко В.В. Вождение автомобиля. Практическое пособие / Николенко В.В. – 1991 - 62 с.
Тимовский А.А. Основы управления автомобилем и безопасность дорожного движения / Тимовский А.А., Нестеренко В.Б. – Арий, - 2009, 146 с.
Шухман Ю.И. Основы управления автомобилем и безопасность движения / Шухман Ю.И. – м,: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2006.-160 с.
Интернет-источники
https://www.nkj.ru/archive/articles/9606/ (Наука и жизнь, О ТОРМОЗАХ И ТОРМОЖЕНИИ)
https://www.auto.sumy.ua/autofirm/advance/1
http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/sily-dejstvuyushhie-na-avtomobil-pri-dvizhenii/
http://www.znaypdd.ru/forces.php
Просмотров работы: 4938
Раздел 1 Сила и движение: практические проблемы
- Учебный ресурс
- Проводить исследования
- Искусство и Гуманитарные науки
- Бизнес
- Инженерная технология
- Иностранный язык
- история
- математический
- Наука
- Социальная наука
Топ подкатегорий
- Advanced Math
- алгебра
- Basic Math
- Исчисление
- Геометрия
- Линейная Алгебра
- Предварительная алгебра
- Предварительное исчисление
- Статистика и вероятность
- Тригонометрия
- другое →
Топ подкатегорий
- Астрономия
- Астрофизика
- Биология
- Химия
- Науки о Земле
- Наука об окружающей среде
- Наука о здоровье
- Физика
- другое →
Топ подкатегорий
- Антропология
- Закон
- Политология
- Психология
- Социология
- другое →
Топ подкатегорий
- Бухгалтерский учет
- Экономика
- Финансы
- Управление
- другое →
Топ подкатегорий
- Аэрокосмическая Техника
- Биоинженерия
- Химическая инженерия
- Гражданское строительство
- Компьютерные науки
- Электротехника
- Промышленный инжиниринг
- Машиностроение
- Веб-дизайн
- другое →
Топ подкатегорий
- Архитектура
- Связь
- английский
- Гендерные исследования
- Музыка
- исполнительских искусств
- Философия
- Религиоведение
- Написание
- другое →
За последние несколько лет в автомобили было добавлено все больше и больше автономных функций. И всего пару месяцев назад Тесла выпустил следующее видео, в котором он хвастался о достижении «Полного самостоятельного вождения».
В статье Techopedia сообщалось, что даже более ранние автомобили Tesla содержали «необходимое оборудование для автономного вождения», хотя активация этой способности зависела от обновления программного обеспечения.В статье также предполагалось, что разница между тем, как автономные автомобили, построенные сегодня, будут отличаться от тех, что будут созданы в будущем.
В настоящее время автомобили Tesla оснащены необходимым оборудованием для автономного вождения, но для полного включения этой функции необходимы обновления программного обеспечения. Хотя это позволит полностью автономное вождение, оно также позволит водителю-человеку контролировать ситуацию, когда ситуация требует вмешательства.
Следующее поколение автономных транспортных средств, однако, не будет нуждаться в руле, педалях или коробках передач.Преимущество таких автомобилей заключается в возможности снизить количество несчастных случаев и обеспечить необходимый транспорт для людей, которые не способны управлять автомобилем, как пожилые люди или люди с нарушениями зрения или физическими недостатками.
Но есть и потенциальный недостаток: необходимость в человеческом агентстве, которое настраивает программирование автомобиля, чтобы предвидеть все возможные сценарии и предписывать автомобилю делать такие суждения, которые должны делать люди, когда сценарий требует действий, которые неизбежно вызовут какая-то форма вреда.
Несмотря на то, что Tesla, возможно, является самым известным именем в области искусственного интеллекта для транспортных средств, это, конечно, не единственный игрок на этом растущем рынке. Некоторые намного более почтенные имена в промышленности также вошли в действие.
СВЯЗАННЫЕ: ИНТЕРЕСНАЯ ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ
Бернард Марр недавно написал о миллиардных инвестициях Toyota в автомобили с автоматическим управлением и ИИ. Компания поставила перед собой цели, которых она хочет достичь к 2020 году:
«Благодаря инвестициям Toyota в технологические стартапы, такие как Perceptive Automata, она надеется создать технологию, позволяющую автономным транспортным средствам становиться более похожими на человека, когда они в дороге более похожи на то, как водители-люди взаимодействуют с пешеходами.
послужной список безопасности вождения
Конечно, мы еще не там. Но вопрос заключается в том, является ли это конечной целью, и следует ли нам ее преследовать, не принимая во внимание все возможные последствия полностью независимой машины.
В каждой ДТП со смертельным исходом и с участием водителя есть девять несчастных случаев с участием автономных транспортных средств, только четыре из которых привели к гибели людей. Тем не менее, несмотря на заявления о названии, список неполон, так как после публикации статьи были несчастные случаи со смертельным исходом.
Последний несчастный случай, о котором сообщалось, произошел с участием Tesla Model X 23 марта 2018 года. Водитель автомобиля погиб, когда столкнулся с дорожным барьером. Тесла обвинил это во вмешательстве барьера в автономную систему вождения автомобиля:
"Причина, по которой авария была настолько серьезной, заключается в том, что аттенюатор аварии, барьер безопасности на шоссе, предназначенный для уменьшения воздействия на бетонную полосу, был разрушен в предыдущей аварии без замены", - говорится в заявлении Тесла.
Компания добавила: «Мы никогда не видели такого уровня повреждения Model X в любой другой аварии».
Однако, к сожалению, это не было концом фатальных аварий для самоходных автомобилей Теслы. Ряд из них произошел в этом году.
Среди инцидентов был один на 1 марта 2019 года. Национальным советом по безопасности на транспорте США (NTSB) было подтверждено, что полуавтономное программное обеспечение Autopilot было задействовано на Tesla Model 3, когда оно врезалось в тягач, пытающийся пересечь Флоридское шоссе, и водитель машины был убит.
Несмотря на то, что они все еще относительно редки по сравнению с автомобильными авариями, вызванными водителями-людьми, тот факт, что есть какие-либо аварии и смертельные случаи, вызванные автомобилями с самостоятельным вождением, заставляет людей беспокоиться о своей безопасности и программах. Фактически, в этом году Кварц поставил под сомнение требования безопасности Теслы.
Как и в случае с аварией Тесла, большинство автономных автомобильных аварий приводят к смерти человека, сидящего на сиденье водителя. Тем не менее, были случаи, когда люди, находившиеся вне машины, были сбиты и убиты автономными автомобилями.
Наиболее позорным инцидентом такого рода может быть случай с Убер в смерти Элейн Херцберг в марте 2018 года. 49-летняя женщина шла и толкала свой велосипед по проспекту Милле в Темпе, штат Аризона, когда машина Убер ударила ее.
Видео об инциденте, опубликованном полицией, можно посмотреть здесь:
В результате этого Uber принял политику, предусматривающую включение водителей-людей в свои автомобили. История была сообщена здесь: Uber возвращает автомобили к работе, но с людьми-водителями.
Это способ для Uber обойти проблему, с которой нам придется столкнуться, если и когда полностью автономные автомобили станут нормой: как запрограммировать их на включение инстинкта сохранения человеческой жизни.
Программирование ИИ с заботой об этике
Как мы видели в другой статье «Наш дивный новый мир: почему развитие ИИ порождает этические проблемы, и великая сила ИИ несет большую ответственность за то, чтобы удостовериться, что технологии не в конечном итоге ухудшают ситуацию во имя прогресса».Изучение этики ИИ привлекло внимание людей, которые думают о том, что нужно сделать перед внедрением автоматизированных решений.
Одним из таких людей является Пол Тагард, доктор философии, канадский философ и учёный-познаватель, который поднял некоторые проблемы, с которыми мы сейчас сталкиваемся в отношении программирования этики в ИИ, в статье «Как построить этический искусственный интеллект».
Он поднимает следующие 3 препятствия:
- Этические теории весьма противоречивы.Некоторые люди предпочитают этические принципы, установленные религиозными текстами, такими как Библия или Коран. Философы спорят о том, должна ли этика основываться на правах и обязанностях, на величайшем благе для наибольшего числа людей или на добродетельных действиях.
- Чтобы действовать этически, нужно удовлетворять моральные ценности, но нет единого мнения о том, какие ценности являются уместными или даже о каких ценностях. Без учета соответствующих ценностей, которые люди используют, когда действуют этично, невозможно привести ценности систем ИИ в соответствие с ценностями людей.
- Чтобы построить систему искусственного интеллекта, которая ведет себя этично, идеи о ценностях, правильном и неправильном должны быть достаточно точными, чтобы их можно было реализовать в алгоритмах, но в современных этических соображениях катастрофически не хватает точности и алгоритмов.
Тагард действительно предлагает подход к преодолению этих трудностей, говорит он, и ссылается на свою книгу « естественная философия: от социального мозга к знаниям, реальности, морали и красоте» . Тем не менее, в ходе этой статьи он не предлагает решения, которое конкретно касается программирования автомобилей без водителя.
Самостоятельные автомобили и проблема с троллейбусом
В идеале, водители избегают ударов ни о чем, ни о ком. Но можно оказаться в ситуации, в которой невозможно избежать столкновения, и единственный выбор - кого или людей ударить.
Эта этическая дилемма - это так называемая проблема тележек, которая, как и сама тележка, насчитывает более ста лет. Обычно это выглядит следующим образом:
Вы видите убегающую тележку, двигающуюся к пяти связанным (или иным образом выведенным из строя) людям, лежащим на гусеницах.Вы стоите рядом с рычагом, который управляет выключателем. Если вы нажмете на рычаг, тележка будет перенаправлена на боковую дорожку, и пять человек на главной дорожке будут сохранены. Однако на боковой дорожке лежит один человек.
У вас есть два варианта:
- Ничего не делать и позволить тележке убить пять человек на главной дороге;
- Потяните рычаг, отводя тележку на боковую направляющую, где она убьет одного человека.
Конечно, здесь нет действительно хорошего выбора.Вопрос в том, какой из двух вариантов меньше. Именно такую дилемму «Зеленый гоблин» представил «Человеку-пауку» в фильме 2002 года, пытаясь заставить его выбрать между спасением канатной дороги, полной детей, или женщиной, которую он любит:
Будучи супергероем, Человек-паук смог использовать свои способности и силу для вращения в сети, чтобы спасти обоих. Но иногда даже супергерои вынуждены делать трагический выбор, как это было в фильме 2008 года « Темный рыцарь », в котором Бэтмен решил оставить женщину, которую он любил, в взорвавшемся здании.
Таким образом, даже те, кто обладает превосходными способностями, не всегда могут спасти всех, и такая же ситуация может применяться к автомобилям с поддержкой ИИ.
Тогда возникает вопрос: какой кодекс этики мы применяем, чтобы запрограммировать их на такой выбор?
Что должен делать автомобиль с автоматическим управлением?
MIT Technology Review обратил внимание на некоторых исследователей, которые несколько лет назад работали над формулированием ответов в разделе «Как помочь самоходным автомобилям принимать этические решения». Среди исследователей в этой области - Крис Гердес, профессор Стэнфордского университета, который изучал "этические дилеммы, которые могут возникнуть при развертывании самостоятельного вождения транспортных средств в реальном мире"."
Он предложил более простой выбор: иметь дело с ребенком, бегущим на улицу, который заставляет машину врезаться в что-то, но позволяет ей выбирать между ребенком и фургоном на дороге. Для человека, который должен быть легким делом, защита ребенка важнее, чем защита фургона или самого автономного автомобиля.
Но что бы подумал ИИ? А как насчет пассажиров в транспортном средстве, которые могут получить травмы в результате такого столкновения?
Гердес заметил: «Это очень сложные решения, с которыми ежедневно сталкиваются те, кто разрабатывает алгоритмы управления для автоматизированных транспортных средств.”
В статье также цитируется Адриано Алессандрини, исследователь, работающий над автоматизированными транспортными средствами в Университете де Рома Ла Сапиенца в Италии, который возглавлял итальянскую часть европейского проекта CityMobil2 по испытанию автоматизированного транзитного транспортного средства. Смотрите видео об этом ниже:
Она суммировала задачу Троллейбуса для водителей и самоуправляемых автомобилей в этом суммировании:
«Вы можете увидеть что-то на своем пути, и вы решите сменить полосу движения, и, как вы делаете, что-то еще находится на этой полосе.Так что это этическая дилемма ».
Другим выдающимся экспертом в этой области является Патрик Лин, профессор философии в Cal Poly, с которым работал Гердес. TED-Ed Лина, посвященный этическим проблемам в программировании автономных автомобилей для принятия решений о жизни или смерти, представлен в виде мысленного эксперимента в этом видео:
Если бы мы ехали на этой машине в ручном режиме в ручном режиме, то, как бы мы ни отреагировали, мы будем понимать только реакцию, а не преднамеренное решение », - говорит Линь в видео.Соответственно, следует понимать, что это «инстинктивное паническое движение без предрассудков и злого умысла».
Очень реальная вероятность смерти в результате не неисправности, а в результате автомобилей, следовавших за их программированием, - вот что делает очень важным думать о том, как справиться с тем, что Лин описывает как «своего рода алгоритм нацеливания».
Он объясняет, что такие программы будут «систематически отдавать предпочтение или дискриминировать определенный тип объекта, в который врезаться."
В результате те, кто в «целевых транспортных средствах будут страдать от негативных последствий этого алгоритма не по своей вине».
Он не предлагает решения этой проблемы, но предупреждает, что нам нужно подумать о том, как мы будем с этим справляться:
«Распознавание этих нравственных поворотов теперь поможет нам маневрировать по незнакомой дороге технологической этики и позволит нам уверенно и добросовестно отправиться в наше смелое новое будущее».
Это, вероятно, окажется еще более сложной задачей для навигации, чем дороги, по которым должны ездить автономные транспортные средства.
,Задумывались ли вы когда-нибудь, в чем разница между старыми и новыми автомобильными двигателями? Как и в случае с любой технологией, эффективность и сложность постепенно улучшаются, как и следовало ожидать. Как оказалось довольно много.
Несмотря на то, что базовая концепция остается относительно неизменной, современные автомобили со временем претерпели ряд небольших улучшений. В следующей статье мы сосредоточимся на 4 интересных примерах.
Давайте посмотрим под капотом времени, не так ли?
Если это не сломано, не исправить это
Основные принципы самых первых автомобилей все еще используются сегодня. Одно из главных отличий заключается в том, что современные автомобили являются результатом необходимости повышения мощности двигателей и, в конечном итоге, эффективности использования топлива. Частично это было давление рынка со стороны потребителей, а также более крупные рыночные силы.
Может быть полезно подумать о аналогии между волком и собакой.Они имеют одно и то же наследие, имеют схожие характеристики, но в современном пригороде было бы непросто, а другой процветал бы.
Прежде чем мы начнем, мы дадим краткий обзор того, как работает двигатель внутреннего сгорания.
Герой Александрийского раннего паровоза. Источник: Research GateДвигатель внутреннего сгорания, по сути, берет такой источник топлива, как бензин, смешивает его с воздухом, сжимает и зажигает его. Это вызывает серию небольших взрывов, которые, в свою очередь, приводят в движение поршни вверх и вниз.Эти поршни прикреплены к коленчатому валу, который переводит возвратно-поступательное линейное движение поршней во вращательное движение, поворачивая коленчатый вал. Коленчатый вал, в свою очередь, передает это движение через трансмиссию, которая передает мощность на колеса автомобиля. Просто верно?
Ну, это намного сложнее, чем вы ожидаете.
Вот простое объяснение основ:
Интересно, что преобразование возвратно-поступательного усилия во вращательное усилие не является чем-то новым.Очень ранний паровой двигатель был разработан героем Александрии в 1-м веке нашей эры (на фото выше).
Предполагается, что даже более старые устройства коленчатого вала были созданы во времена династии Хань в Китае.
1. Современные двигатели более эффективны
Сжигание топлива, как и бензина, не особенно эффективно. Из всей потенциальной химической энергии в нем около , 14-30%, превращается в энергию, которая фактически движет автомобиль. Остальное теряется на холостом ходу, паразитных потерях, жаре и трении.
Современные двигатели прошли долгий путь, чтобы выделять как можно больше энергии из топлива. Например, технология прямого впрыска не позволяет предварительно смешивать топливо и воздух до достижения цилиндра, как старые двигатели. Скорее, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры. Это дает около 1% улучшения .
Турбокомпрессорыиспользуют выхлопные газы для питания турбины, которая выталкивает дополнительный воздух (то есть больше кислорода) в цилиндры для дальнейшего повышения эффективности до 8% .Изменение фаз газораспределения и деактивация цилиндров дополнительно повышают эффективность, позволяя двигателю использовать столько топлива, сколько ему действительно нужно.
2. Максимальная мощность
Как однажды сказал Джереми Кларксон: «В настоящее время все дело в MPG, а не в MPH» или, возможно, это был не он.
Усовременных автомобилей лучшая топливная экономичность, они также намного мощнее.
Например, Chevrolet Malibu 1983 года имел 3,8-литровый V-6 двигатель мог извергать 110 лошадиных сил .Для сравнения, версия 2005 года имела 2,2-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 144 лошадиных сил. Не слишком потертый.
3. Размер это все, или это?
Этот привод, без каламбура, для повышения эффективности двигателей также со временем уменьшил свои размеры. Это не совпадение. Производители автомобилей узнали, что вам не нужно делать что-то большее, чтобы сделать его более мощным.
Все, что вам нужно сделать, это заставить объект работать умнее. Та же самая технология, которая сделала двигатели более эффективными, имела побочный эффект от их уменьшения.
Ford F-серии грузовиков являются отличным примером. F-150 имел две версии в 2011 году. 3,5-литровый V-6 двигатель, который генерирует 365 лошадиных сил и 5,0-литровый V-8 , который генерирует 360 лошадиных сил .
Хорошо, вы могли бы сказать, но разве не было 6,2-литрового V-8 , который давал 411 лошадиных сил р? Почему, да, но факт, что V-6 двигатель может почти конкурировать с большим V-8 по мощности, говорит о многом.
4. Долой старый
Современные двигатели также являются результатом постепенной замены механических частей на электронные. Это связано с тем, что электрические детали, как правило, менее подвержены износу, как механические.
Они также требуют менее частой настройки, как таковой. Такие детали, как насосы, все чаще заменяются электронными, а не их аналоговыми предками.
Карбюраторыбыли заменены корпусами дросселей и электронными системами впрыска топлива.Распределители и крышки были заменены независимыми катушками зажигания, контролируемыми ЭБУ. Кроме того, датчики контролируют все, более или менее.
Вы также можете утверждать, что новые автомобили менее безопасны.
Последнее слово
Хотя на базовом уровне современные и старые автомобильные двигатели работают по одному и тому же принципу, современные двигатели претерпели много постепенных улучшений с течением времени. Основной движущей силой была борьба за эффективность, а не за власть. Хороший набор побочных эффектов привел к тому, что современные двигатели стали относительно более мощными и в целом меньше.Постоянно растущая зависимость от электронных систем управления и мониторинга постепенно заменяет аналоговые, в лучшую или в худшую сторону.
В целом современные автомобильные двигатели более эффективны, меньше, относительно мощнее, умнее и менее подвержены неизбежным механическим повреждениям. С другой стороны, ремонт и обслуживание теперь являются более высококвалифицированным и трудоемким делом. Если цена за повышение эффективности - это увеличение принятия сложности, только вы можете быть судьей.
Через: Team-BHP, HowStuffWorks
,