На простом уровне ускорение в автомобиле пытается минимизировать время, необходимое для преодоления расстояния, используя базовое соотношение:
Таким образом, для заданного расстояния время должно быть обратно пропорционально скорости: чем быстрее вы едете, тем меньше времени требуется.
Мой вопрос: с практической точки зрения, действительно ли это помогает вам добраться до места назначения намного быстрее? Скажем, вы едете в среднем на 5 миль в час (извините за единицы измерения, отличные от СИ, поскольку американец, ездящий в километрах в час, просто кажется неправильным) превышает ограничение скорости, которое часто считается «безопасным» для избежания штрафа за нарушение правил дорожного движения. Сокращает ли это время в пути на несколько секунд? Минуты?
Я считаю, что трафик можно смоделировать с помощью гидродинамики (на самом деле я сам не видел этих моделей, просто мне сказали, что это так), так как же это происходит при превышении скорости? Мне кажется, что это будет зависеть от того, где вы превысите скорость, а не от того, насколько быстро, т.е. превысите скорость, чтобы не застрять на светофоре.
Буду признателен за любые идеи или расчеты, спасибо!
Хорошо, давайте начнем с вашего прямого вопроса. С время, необходимое для преодоления определенного расстояния, обратно пропорционально вашей скорости , и поэтому дробное изменение времени пропорционально отрицательному дробному изменению вашей скорости.
Но. Давайте попробуем рассмотреть дополнительные затраты на ускорение. Чем быстрее вы едете, тем выше сопротивление ветра, поэтому вашему автомобилю требуется больше мощности для поддержания скорости. Больше мощности — больше энергии, больше энергии — больше топлива, больше топлива — больше денег.
Если мы рассмотрим только вклад сопротивления ветра, мы знаем, что для автомобилей, а мощность поэтому мощность, потребляемая сопротивлением, идет как . Энергопотребление , так что если мы рассмотрим диск фиксированной длины, так как мы имеем за вклад аэродинамического сопротивления, . Теперь энергия, которую вы получаете от топлива, пропорциональна количеству галлонов, которые вы покупаете, а стоимость зависит от количества галлонов, поэтому . Таким образом, относительное изменение расхода топлива из-за сопротивления ветра равно:
Естественно, аэродинамическое сопротивление — не единственный способ расхода топлива для поддержания движения автомобиля, в автомобиле бывают всевозможные потери, от неэффективности самого двигателя до трения в различных компонентах двигателя и т. д. Для простой модели допустим, что мощность, потребляемая автомобилем, представляет собой сумму сопротивления воздуха и постоянного члена, не зависящего от скорости: для некоторых подходящих вариантов а также Это означало бы, что наше потребление энергии по-прежнему будет , так что для езды на постоянном расстоянии мы говорим
Здесь я показал рисунок, а также пример соответствия нашей модели:
Подгонка выделена красным цветом и соответствует . Обратите внимание, что наша простая модель работает довольно хорошо и соответствует автомобилю, скорость которого составляет около 25 миль в час по шоссе. Обратите внимание, что на высоких скоростях мы наблюдаем масштабирование, которое мы ожидаем, только из-за сопротивления воздуха, поскольку на высоких скоростях наши эксплуатационные расходы зависят от сопротивления воздуха, но было полезно создать простую модель и выполнить подгонку в этом случае, потому что область интерес представляет область перекрытия.
Теперь, когда мы знаем, как эффективность нашего автомобиля зависит от скорости, зная среднюю цену бензина в /галлон (от wolfram alpha ) мы можем вычислить стоимость эксплуатации среднего автомобиля на заданной скорости:
В частности, мы можем рассчитать дополнительные затраты в час на увеличение скорости на 5 миль в час как функцию скорости:
Здесь я показал эксплуатационные расходы в зависимости от времени, проведенного за рулем, чтобы дать стоимость в час, что, я думаю, полезно для длительных поездок и что-то, с чем люди могут справиться из других сфер жизни.
Если вместо этого мы хотим рассматривать его как функцию пройденного расстояния, мы можем рассматривать эффективность автомобиля как стоимость проезда 10 миль как функцию скорости.
Или мы можем снова рассмотреть изменение, вызванное увеличением скорости на 5 миль в час при фиксированном расстоянии перемещения.
Где здесь становится ясно, что для фиксированного расстояния движения, если вы едете со скоростью менее 40 миль в час (что для нашей модели было максимальной скоростью топливной экономичности, и варьируется в зависимости от автомобиля, но данные, кажется, указывают на то, что скорость составляет около 40 миль в час). по всем направлениям), вы всегда можете оправдать превышение скорости на 5 миль в час с чисто экономической точки зрения, но на чем-то вроде скоростей на шоссе это будет стоить вам дополнительных 15 центов или около того за каждые 10 миль, чтобы проехать 5 миль.
Итак, до сих пор мы рассматривали эффективность превышения скорости с экономической точки зрения при условии, что мы беспрепятственно движемся по дороге. Как люди просили в комментариях, давайте попробуем выяснить, насколько эффективно превышение скорости в более городской среде. Эту проблему трудно решить, поскольку светофоры могут иметь довольно сложные контроллеры. В частности, в некоторых регионах есть Зеленые волны , где огни предназначены для того, чтобы люди, движущиеся с надлежащей скоростью, могли беспрепятственно проезжать длинные участки дороги. Очевидно, что в этом случае вы хотели бы путешествовать со скоростью зеленой волны, и превышение скорости не помогло бы вам, а даже навредило бы вам.
Но сложные светофорные контроллеры не так уж распространены за пределами богатых крупных городов. Итак, давайте попробуем применить приближение к светофорам в виде сферической коровы и предположим, что светофоры независимы и просто работают по некоторому фиксированному циклу зеленого и красного цветов. будет доля времени, в течение которого в среднем светофор горит зеленым светом, будет длина красного света, будет среднее расстояние между светофорами. Если все светофоры работают независимо, то распределение времени ожидания при приближении к светофору можно смоделировать как
Теперь, если мы путешествуем блоков, мы будем иметь среднее время, затрачиваемое
Так, например, с миля между огнями в среднем, секунды и мы получаем для средней городской скорости как функции целевой скорости:
Таким образом, для целевой скорости около 45 миль в час на главной дороге в городе мы получаем среднюю скорость около 28 миль в час, что, кажется, довольно хорошо согласуется с наблюдениями .
Теперь, как мы смоделировали, если вы превысите скорость, вы доберетесь туда быстрее, но то, с чем мы должны сравнивать, — это внутренняя изменчивость, вызванная светофорами, и можно было бы доказать, что превышение скорости на 5 миль в час действительно того стоит, только если выигрыш, который вы получаете во времени, больше, чем естественные вариации времени, которые вы бы дали свету, иначе вы вряд ли заметите эффект. Так, в частности, мы можем сравнить частичное сокращение вашего времени в пути при превышении скорости 5 миль в час с частичным изменением вашего времени в пути из-за внутренней вариации из-за случайного времени освещения. для разного количества блоков. Мы получаем:
Здесь сплошная линия показывает незначительное изменение времени в пути, которое вы получите, превысив целевую скорость на 5 миль в час внизу. Обратите внимание, что он масштабируется как как раз в самом верху поста. Пунктирные линии показывают частичное изменение времени в пути, вызванное отклонением в 1 сигма в поведении светофоров, для разного количества кварталов. Обратите внимание, что при скорости около 40 миль в час время, которое вы сократите, разогнавшись до 5 миль в час, сравнимо с естественными изменениями, которые вы ожидаете во времени в пути из-за вашей удачи со светофором, если вы проедете 10 кварталов, и оба они на около уровня 10%. В этот момент становится трудно оправдать превышение скорости, поскольку его эффект будет трудно заметить по сравнению с естественным изменением. Но обратите внимание, что если вы путешествуете на большее расстояние, есть явный выигрыш от превышения скорости, поскольку колебания времени в пути начинают подавляться за счет усреднения. С другой стороны, для очень коротких поездок на несколько кварталов
Здесь я смоделировал путешествие на 5, 15 или 50 кварталов в соответствии с нашей моделью, как со скоростью 45 миль в час, так и со скоростью 50 миль в час. Я запускал симуляцию 10 000 раз, и здесь я показываю время, полученное от превышения скорости в различных испытаниях. Здесь мы действительно можем видеть, что нет заметного выигрыша от прохождения 5 блоков через 5, он полностью размыт нашей удачей со светом, но заметное изменение в нашем ожидаемом времени более 50 блоков.
Код, используемый для этого ответа, доступен в виде блокнота ipython.
Приложение: в этом более свежем ответе я исследовал более реалистичную модель потерь мощности в автомобилях.
Помимо воздействия на одного водителя, вы можете учитывать влияние на трафик в целом, что происходит, когда все нарушают ограничение скорости. Что касается гидродинамики, побочные эффекты вашего превышения скорости (если таковые имеются) ощущаются людьми позади вас.
Расстояние реакции увеличивается линейно со скоростью, но тормозной путь должен включать член, пропорциональный квадрату скорости, так как при постоянном замедлении мы знаем
«Официальные» тормозные пути в любом случае являются номинальными, поскольку даже при фиксированных условиях вождения они не учитывают различия между автомобилями. Однако правительство Великобритании определяет «тормозной путь» как куда составляет 0,015 метра / мили в час 2 [я знаю, что мы тоже не полностью в метрической системе], затем округляем его.
Это означает, что если автомобили разделяются тормозным путем (которого на самом деле нет, но если ), то это увеличение скорости на 7,7% увеличивает расстояние на 15,7%, так что за заданное время на 8% меньше автомобилей проезжает любой заданный путь. балл на полосу движения. Более быстрое движение снижает пропускную способность дороги.
На самом деле автомобили не различаются по тормозному пути (или даже по его фиксированной части), так что на самом деле происходит некий компромисс между уменьшением пропускной способности и тем, что вся система становится все более зависимой от времени реакции людей, которое является не совсем надежен. Это несколько более опасно, но даже при условии отсутствия столкновений все равно влияет на общий ход трафика. Водителям, скорее всего, придется нажимать на якоря, когда человек перед ними делает что-то неожиданное, потому что они едут пропорционально ближе к своей чистой дистанции реакции.
Это одна из областей, где вступает в действие гидродинамика. Внезапное торможение заставляет человека позади вас делать то же самое, что превращает плавный (ламинарный) поток движения в турбулентный поток. Через ту же точку проходит гораздо меньше трафика, и трафик резервируется за ней. Говорят даже, что просто перестроение в быстром перегруженном потоке может привести к остановке движения через какое-то время и, конечно, к тому, что позади вас будет много машин. Однажды образовавшись одна из таких спонтанных беспричинных пробок, они сохраняются довольно долго и замедляют движение каждого. Однако у меня нет данных о величине эффекта.
Все это говорит о том, что я не думаю, что скорость 65/70/75 миль в час является критической областью в перегруженном трафике. Великобритания использует переменные ограничения скорости в реальном времени, например, 50 миль в час, чтобы улучшить общую пропускную способность на загруженных дорогах. Таким образом, разница между 65 для всех и 70 для всех, вероятно, незначительна, поскольку 65 уже вызывает много турбулентности, когда дорога «заполнена». Вы, скорее всего, обнаружите, что при временном ограничении скорости почти невозможно использовать любую скорость, кроме той, что и у всех остальных, что является своего рода идеей.
[Редактировать: для экономистов это неэффективный рынок. Каждый водитель выигрывает от того, что едет немного быстрее, но проигрывает, если все ездят немного быстрее. Все они «должны» сокращаться, чтобы придерживаться скорости ниже установленного предела, но у них нет для этого средств. Только владелец дороги (правительство) обладает информацией, позволяющей выбрать «лучший» предел (ближе к парето-оптимальной точке) или средствами сообщить об этом водителям. Гипотетические частные дороги, конечно, также могут налагать на водителей любые правила и условия, которые они выбирают, включая запрет или дополнительную плату за несоблюдение мер по борьбе с заторами, и, возможно, могут быть более чувствительными к отзывам клиентов, чем правительство :-)]
Если ограничение скорости составляет 60 миль в час, то для того, чтобы проехать 60 миль, потребуется 60 минут. Чтобы проехать те же 60 миль со скоростью 65 миль в час, требуется 55,4 минуты. Экономия времени 4,6 минуты. Стоит ли ускоряться, если все, что вы собираетесь сэкономить, это несколько минут (даже меньше на коротких дистанциях).
Гидродинамические модели могут иметь практическое значение в сильно перегруженных районах, но тогда вы не сможете ускориться, за исключением некоторых случайных коротких битов после сигналов светофора, что делает их неактуальными. Думаю, это скорее модели распределения трафика, меньшие дороги будут привлекать больше трафика, если противодавление (заторы) станет выше на главной трубе (дороге).
Это действительно зависит от того, сможете ли вы поддерживать среднюю скорость выше, что не интуитивно понятно. Если вы едете далеко, ускорение может иметь большое значение. В поездках на 400 миль по дорогам со скоростью 60 миль в час даже постоянные +5 миль в час сэкономят около получаса, если вы можете поддерживать среднее значение. Я не знаю, ограничена ли скорость ваших грузовиков 50 милями в час (80 км/ч), но обгон одного из них в начале также может сэкономить 1 час 20 минут.
В частично загруженных районах, где вы можете время от времени ехать со скоростью +5, но затем проводить столько же времени позади кого-то на пределе, средняя скорость меньше +2,5. Скажем, ваша поездка составляет 25 миль, и вы тратите в общей сложности 15 минут на скорости 50 миль в час (покрывая половину расстояния), а между этими участками едете со скоростью 55 миль в час, вы добираетесь до пункта назначения только на 1 минуту 20 секунд раньше, и в среднем меньше 52,4 миль в час (на самом деле даже немного меньше, потому что ваша скорость не меняется мгновенно 50-> 55.
Если предел еще ниже и есть перекрестки, контролируемые сигналом, местные условия начинают играть более важную роль. Если вы знаете, что дополнительная скорость на каком-то участке сэкономит вам один красный сигнал светофора, или это случается случайно (либо находясь там непосредственно перед сменой светофора, либо занимая более выгодное положение в очереди, чтобы вам не приходилось останавливаться дважды ), вы можете сэкономить дополнительно 30-90 секунд на каждом таком пересечении. Если та же 25-мильная поездка находится в зоне 40 миль в час, и вы каждый раз останавливаетесь на 10 красных светофоров на 40 секунд, ваша средняя скорость составляет 33,9 (при условии мгновенного изменения скорости). Если бы вы проехали 45 и избежали трех последних красных светофоров, среднее значение зависело бы от расстояния от 7-го светофора до пункта назначения; при равномерно распределенных сигналах средняя скорость может составлять 41,6 мили в час, при условии, что вам пришлось бы ждать больше (65 секунд, так что такая дорога могла бы существовать) в первых семи сигналах, т.е. вы бы проехали один и тот же сигнальный цикл. Это 44 минуты против 36 минут. В крайнем случае, если сигналы достаточно далеко друг от друга, а +5 поможет вам избежать остановки на всех из них, вы доберетесь до пункта назначения чуть более чем за 33 минуты. Однако обычно они пытаются синхронизировать сигналы близко друг к другу, чтобы любое «разумное» ускорение не позволяло вам проходить последовательные сигналы быстрее, чем те, которые догоняют вас в следующем зеленом цикле от предыдущих сигналов. Точно так же, если переход +5 позволил бы вам обойти еще три сигнала на пути, в зависимости от того, как и если их время взаимосвязано и как долго циклы,
[Вступление не совсем отвечает на вопрос: Звучит почти как вопрос классической философии. Чтобы изменить ситуацию, вы можете спросить, стоит ли ехать с ограничением скорости на 5 миль в час медленнее. И на 5 миль в час медленнее, чем это. Или нужно просто ходить? "]
Принятый ответ вычисляет экономию времени и стоимость топлива.
В авиационной отрасли это оформляется определением «индекса стоимости авиакомпаний». Это соотношение «цена времени», деленное на «цену топлива», является входным сигналом для компьютера управления полетом.
Таким образом, игнорируя юридические вопросы, связанные с ограничением скорости, уравнение сопротивления означает, что чем выше цена времени, тем быстрее мы должны двигаться.
Мне кажется, то же самое относится и к вождению автомобиля.
Экономия 5 минут на вечеринке, которая длится весь вечер, отличается от экономии 5 минут на то, чтобы вовремя попасть на собеседование или доставить кого-то в больницу.
Помимо этого, есть вопросы безопасности. Тормозной путь примерно квадратичен по скорости, поэтому увеличение скорости на 10% означает увеличение тормозного пути на 20%. Это, в свою очередь, относится к вашему вопросу о том, «где вы развиваете скорость». Ускорение только для того, чтобы проехать на светофоре, возможно, не самое безопасное место для этого.
Ник Стаунер
джкеулен
Дэвид З.
Пранав Хосангади
Дэвид З.
299792458
пользователь10851
Филипп
Канадский Люк
Km/h
, а неkph
.храповик урод
Джон Алексиу
Джон Алексиу
jpmc26
БезнадежныйN00b
Дэвид Боштон
ребенок
Майк Данлави
Джим
Джим
Джим
Джим
Зибадава Тимми
Джим