plik


1 Wzory Freneta[5, 4, 3, 1, 2] - !(t). Rozpatrzmy krzyw dan przez wektor poBo|enia r Niech droga wzdBu| krzywej bdzie oznaczana przez parametr s. Wwczas dBugo[ wektora prd- ds ko[ci wynosi v = . R|niczkujc wektor poBo|enia jako funkcj zBo|on - !(s(t)) po czasie tdt r otrzymujemy - - d! d! ds - r r ! = = v T , (1) dt ds dt - ! gdzie T jest jednostkowym wektorem stycznym do toru. Jako sprawdzenie mamy, |e elementarna zmiana dBugo[ci ds jest rwna - ! d r dBugo[ci prdko[ci pomno|onej przez elementarn zmian czasu dt, czyli dt 2 - d! r ds = dt, (2) dt wic rzeczywi[cie dBugo[ wektora prdko[ci to - d! ds r = . (3) dt dt Aby otrzyma przy[pieszenie musimy zr|niczkowa prdko[ po czasie, co daje - ! - d2! d T - dv r ! = v2 + T . (4) dt2 ds dt - ! d T Je|eli teraz zapiszemy wektor w postaci pewnego wektora jednostkowego ds - ! N pomno|onego przez jego dBugo[  otrzymamy - d2! - ! r ! - dv = N v2 + T . (5) dt2 dt - ! - - ! ! !- d T Kierunek wektora N = znajdziemy z warunku unormowania T T = 1. ds - ! - - - - ! !! ! d T R|niczkujc ten warunek dostaniemy T = N T = 0. Zatem wektor N ds - ! jest prostopadBy do wektora stycznego do toru T . WspBczynnik (funkcja)  nazywany jest krzywizn danej krzywej. Dla 1 przykBadu, dla ruchu po okrgu  = , gdzie R jest promieniem okrgu. R W oglnym przypadku krzywizna mwi jak bardzo zmienia si zakrzywienie krzywej, gdy poruszamy si wzdBu| niej. Wzr (5) jest sum dwch czBonw. Pierwszy jest przy[pieszeniem do- - ! [rodkowym, gdy| ma kierunek prostopadBy do prdko[ci ( kierunek N ), a 1 warto[ jest okre[lona przez kwadrat prdko[ci i krzywizn. Drugi czBon jest - ! styczny do toru ( kierunek wektora stycznego T ) i ma warto[ rwn warto[ przyspieszenia stycznego - czBon ten jest wBa[nie przyspieszeniem stycznym. W ten sposb zostaB okre[lony zestaw dwch prostopadBych wektorw - - ! ! { T , N } wzdBu| krzywej. Dla krzywej na pBaszczyznie te dwa wektory wy- starcz, natomiast gdy krzywa jest trjwymiarowa, wwczas trzeba doda trzeci wektor, ktry jest iloczynem wektorowym wspomnianych wektorw. 2 Krzywa przej[ciowa Przy projektowaniu zakrtw drogowych i kolejowych nale|y rozwiza na- stpujce zagadnienie. Niech samochd/pocig wchodzi w zakrt ze staB prdko[ci. W jaki sposb uksztaBtowa przej[cie od prostego odcinka drogi do jej koBowego elementu (przyspieszenie do[rodkowe ma staB warto[), aby to przy[pieszenie narastaBo w sposb Bagodny od zera do warto[ci maksymal- nej - zobacz rysunek 1. W przeciwnym wypadku, gdy warto[ przy[pieszenia do[rodkowego zmienia si nagle, mo|emy ryzykowa uszkodzenie samocho- du/pocigu lub nawet jego wywrcenie/wykolejenie. Wiemy, |e przy[piesze- nie do[rodkowe ma warto[ rwn v2. Poniewa| prdko[ jest cech pojazdu i nie mamy wpBywu na ni, wic mamy wpByw jedynie na krzywizn  toru, czyli na profil krzywej przej[ciowej. Aby odpowiedzie na to pytanie rozwa|my krzyw postaci: t - !((t)) = t r cos((u))du, sin((u))du , (6) 0 0 gdzie kt funkcji trygonometrycznych jest dany przez caBk z krzywizny t (t) = (u)du. (7) 0 Obliczajc prdko[ wzdBu| tej krzywej otrzymujemy - d! r = [cos((t)), sin((t))] . (8) dt - ! - ! d r DBugo[ wektora prdko[ci jest rwna jeden, czyli = T . Zatem przy[pie- dt szenie styczne wynosi zero. R|niczkujc prdko[ wzgldem czasu otrzymu- jemy przy[pieszenie (do[rodkowe) postaci - d2! d r = [-sin((t)), cos((t))] . (9) dt2 dt 2 Rysunek 1: Krzywa przej[ciowa Bczy odcinek prostoliniowy drogi z jej od- cinkiem okrgu, w taki sposb aby przy[pieszenie do[rodkowe wzrastaBo od warto[ci zerowej do maksymalnej w sposb Bagodny. To przy[pieszenie powinno by rwne rwnie| pierwszemu czBonowi wzoru (5), gdy| nie ma czBonu z przy[pieszeniem stycznym (prdko[ jest staBa, rwna jeden). Ze wzgldu na to, |e wektor [-sin((t)), cos((t))] jest jed- - ! nostkowy, wic jest on wBa[nie wektorem jednostkowym N ze wzoru (5). Dodatkowo prdko[ v = 1, wic zachodzi d = , (10) dt co si zgadza ze wzorem (7). Z tych obliczeD wynika, |e je|eli chcemy skonstruowa krzyw o zadanej krzywiznie  to mo|emy j obliczy ze wzoru (6). Wrmy teraz do konstrukcji toru o krzywiznie, ktra ro[nie wraz z dro- g przebyt wzdBu| tej krzywej. Wwczas przy[pieszenie do[rodkowe bdzie rwnie| rosBo w ten sposb - pierwszy czBon wzoru (5). Powiedzmy, |e krzy- wizna ro[nie liniowo z dBugo[ci przebytej drogi (s) = 2s. Wwczas wzr (7) daje zale|no[ ktow t (t) = 2udu = t2. 0 3 Wzr (6) daje w tym przypadku t - !((t)) = t r cos(u2)du, sin(u2)du . 0 0 Krzywa ta nazywa si spiral Eulera lub spiral Cornu ( klotoid ) - ry- sunek 2. Jako krzyw przej[ciow nale|y wykorzysta odpowiedni fragment tej spirali ( o odpowiedniej dBugo[ci ) aby interpolowaBa pomidzy zerowym przy[pieszeniem do[rodkowym, a jego staB warto[ci na wynikowym Buku okrgu. Jako krzyw przej[ciow stosuje si rwnie| inne krzywe, jak parabol sze[cienn postaci y = ax3, jednak wwczas promieD krzywizny ro[nie szyb- ciej ni| liniowo. Krzywe te maja przewag nad spiral Cornu, gdy| s dane w sposb [cisBy (bez potrzeby obliczania caBek). Jednak jedynie spirala Cornu umo|liwia liniowy wzrost krzywizny zakrtu od dBugo[ci przebytej drogi, a przez to liniowy wzrost przyspieszenia stycznego. Wszelkie zauwa|one bBdy prosz mi zgBasza ! Literatura [1] Edmund Kara[kiewicz  Zarys teorii wektorw i tensorw , PWN [2] John Oprea  Geometria r|niczkowa i jej zastosowania , PWN [3] Abraham Goetz  Geometria r|niczkowa , PWN [4] Jacek Gancarzewicz  Geometria r|niczkowa , PWN, Script [5] Harley Flandes  Teoria form r|niczkowych , PWN (1969) 4 t Rysunek 2: Spirala Cornu o parametryzacji x(t) = cos(u2)du, y(t) = 0 t sin(u2)du. Kropk zaznaczono pocztek ukBadu wspBrzdnych. Jest to 0 rwnie| punkt z ktrym nale|y zszy prostoliniowy odcinek drogi. Punkt z ktrym nale|y zszy okrg nale|y wybra tak, aby krzywizna spirali Cornu byBa rwna krzywiznie okrgu ( ich przy[pieszenia do[rodkowe bd wwczas takie same ). Podobnie nale|y podstpowa w druga stron - przy przej[ciu od Buku okrgu do odcinka prostoliniowego. 5

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
BDiA Prezentacja 3 Krzywa przejściowa
zabezpieczenie przejść BMA BMS 31
4 2 Przejście Podziemne budowlane konstrukcja II etap
Klucz przejscia KZiS
krzywa trapez
ZAŁĄCZNIK 1 Projekt rampy przechyłkowej na krzywej przejściowej – część obliczeniowa
24 Omów na wybranym przykładzie krzywą życia produktu modernizowanego
krzywa gotowa
Tworzenie przejsc w illustrator cs5
Krzywa wzorcowa

więcej podobnych podstron