Моделирование торможения автомобиля
Международный университет природы,
общества и человека «Дубна»
Кафедра распределенных информационных
вычислительных систем
Курсовая работа
по программированию на языке высокого
уровня
на тему: «Моделирование торможения
автомобиля»
Выполнил студент группы 1072
Шигин Сергей
Руководители: Васильев В. А.
Шевцов В. Ф.
Дубна 2012
Оглавление
Введение
Теоретическая
часть
Описание
структуры программы
Блок-схема
программы
Блок-схема
фрагмента программы
Листинг
программы
Вывод
Список
используемой литературы
Введение
Моделирование - это исследование объектов познания на их моделях;
построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или
явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания
явлений, интересующих исследователя.
Модель - объект произвольной природы, который отражает главные, с точки
зрения решаемой задачи, свойства объекта моделирования.
Моделирование - создание, применение, использование модели.
Главные функции модели - упрощение получения информации о свойствах
объекта; передача информации и знаний; управление и оптимизация объектами и
процессами; прогнозирование; диагностика.
Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения
сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их
возможности проводить точные вычислительные эксперименты, в тех случаях когда
реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий
или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность
компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства
изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности,
исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и
начальных условий.
Цель
работы
Данная курсовая работа посвящена разработке программы на языке C#, которая моделирует торможение
автомобиля. Тормозной или остановочный путь, можно вычислить с помощью ряда
физических формул. Для решения этой задачи мы воспользуемся методами расчёта
используемыми в ГИБДД при дорожно-транспортных происшествиях.
Целью курсовой работы является разработка программы на языке C#, такой, чтобы при работе с этой
программой пользователь имел возможность:
a)
узнать тормозной путь пройденный автомобилем до полной остановки;
в) ввести с клавиатуры его скорость перед началом торможения и изменение
массы относительно базовой;
б) выбрать погодные условия, резину, тормозную систему, дорожное покрытие
и мастерство водителя;
г) наглядно увидеть результат моделирования на экране в удобном для
восприятия виде с отображением пройденного автомобилем тормозного пути
графически и числового результата в метрах.
Программа должна отвечать следующим требованиям:
a)
иметь простой интерфейс;
б) иметь защиту от некорректно введенных данных.
Актуальность реализации программы на компьютере заключается в простом
использовании и быстром вычислении тормозного пути.
Теоретическая
часть
Далеко не все водители знают, что в зависимости от условий торможения со
скорости 60 км/ч остановочный путь может составлять как 25, так и 150 метров.
От чего зависит его длина?
Способность автомобиля снижать скорость до требуемого значения (вплоть до
остановки), при этом сохраняя устойчивость и управляемость, зависит от его
тормозных свойств.
В теории автомобиля для оценки тормозных свойств используется ряд
показателей: максимальное замедление, тормозной путь, время срабатывания
тормозных механизмов, диапазон и алгоритм изменения тормозных усилий, падение
эффективности вследствие продолжительной работы (нагрева).
Эти показатели определяются конструкцией систем и механизмов автомобиля.
Основная система - тормозная, а если точнее, тормозные. Да, фактически у
автомобиля три тормозные системы. Первая - рабочая (или основная) - приводится
в действие педалью тормоза. Вторая - стояночная - используется для удержания
машины на стоянке, а в случае выхода из строя основной системы помогает
замедлять движущийся автомобиль. Третья, вспомогательная - двигатель. Ведь
когда снимаешь ногу с педали газа, автомобиль переходит в режим торможения
двигателем.
Следующие «влиятельные» элементы - системы регулирования и распределения
тормозных усилий, подвеска (амортизаторы + пружины) и шины.
Тормозной путь - это расстояние, которое проходит автомобиль с момента
нажатия на педаль тормоза до полной остановки. От чего он зависит? Естественно,
от времени срабатывания тормозной системы, а также от начальной скорости
движения и максимального замедления, которое может развивать автомобиль.
Обратите внимание на ряд моментов в формуле расчёта тормозного пути,
приведённой ниже. Первое слагаемое говорит о том, что после нажатия на педаль
тормоза автомобиль начнет замедляться не сразу, а через некоторое время. Для
автомобилей с гидроприводом тормозов (все легковые и часть грузовых) это время составляет
0,1-0,3 с. Еще некоторое время (0,36-0,54 с) понадобится для нарастания
тормозного усилия от нуля до максимума. Во второе слагаемое скорость входит «в
квадрате». Это значит, что если скорость увеличить вдвое, тормозной путь
увеличится в четыре раза!
Хотя замедление автомобиля зависит от конструкции и исправности тормозных
механизмов, также на него влияет состояние шин и амортизаторов (с неисправными
амортизаторами колесо не может на неровностях сохранять постоянный контакт с
дорогой). Коэффициент сцепления с поверхностью зависит от шин и состояния
дорожного покрытия. На величину замедления влияет тип шины (зимняя или летняя),
ширина и рисунок протектора, степень его износа. В ходе тестирований различных
шин было установлено, что тормозной путь одних и тех же машин с шинами разных
производителей может отличаться на несколько метров. Об изменении тормозного
пути в зависимости от дорожного покрытия и говорить нечего, достаточно сравнить
сухой асфальт и лед.
Кроме тормозного пути, существует понятие остановочного пути. Это длина
участка, который пройдет автомобиль с момента обнаружения водителем препятствия
до полной остановки.
Другими словами, водитель, увидев какое-либо препятствие, должен осознать
опасность, принять решение об остановке или замедлении скорости, перенести ногу
с педали газа на педаль тормоза и нажать ее. На это уходит от 0,3 до 1,7 с!
Первое число - это показатель спортсменов, второе - неопытного водителя, в
некоторых ситуациях оно может быть еще больше - например, водитель испугался, запутался
в педалях и т. д.
В теории автомобиля длина тормозного пути описывается (в упрощенном виде)
следующей зависимостью:
где
V - начальная скорость движения, t -
время срабатывания тормозной системы, a - замедление автомобиля.
Максимальное
замедление, которое может быть достигнуто автомобилем, определяется по формуле:
где
g - ускорение свободного падения (примерно 9,8 м/с2), µhf
- коэффициент сцепления шин с дорогой.
Остановочный
путь описывается формулой:
где
tрb - время реакции водителя, Sт - тормозной путь, V - начальная
скорость движения.
Описание
структуры программы
моделирование торможение автомобиль
Программа представляет собой три формы с расположенными на них элементами
(рис. 1, 2 и 3):
a)
первая форма содержит:
) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода к главной форме для
задания параметров.
) один элемент для вставки текста (типа Label).
) структурное меню программы (типа MenuStrip).
Рис.1. Рабочая форма 1
б) вторая форма содержит:
) пятнадцать элементов (типа RadioButton) для выбора параметров.
) два элемента (типа NumericUpDown): один для ввода скорости, второй для ввода увеличения массы.
) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода к третьей форме.
) десять элементов (типа label) для названий параметров и описания их свойств.
) шесть элементов (типа GroupBox) для разбития данных по группам.
) структурное меню программы (типа MenuStrip).
Рис.2. Рабочая форма 2
в) третья форма содержит:
) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода ко второй форме для
ввода новых данных.
) четыре элемента для вставки текста (типа Label).
) один элемент (типа PictureBox) для графического моделирования.
) один элемент (типа TextBox) для вывода численного результата.
) структурное меню программы (типа MenuStrip).
Рис.3. Рабочая форма 3
Для запуска программы пользователю необходимо выбрать скорость автомобиля
до начала торможения, увеличение массы относительно стандартной и выбрать по
одному параметру из групп данных, после этого нужно нажать на кнопку «Старт!».
Блок-схема
программы
Далее представлена глобальная блок-схема программы (рис. 4).
Рис. 4.
Глобальная блок-схема программы.
Блок-схема
фрагмента программы
Нижеприведенная блок-схема описывает алгоритм вычисления определенного
интеграла методом модифицированных прямоугольников (см. рис. 5).
Рис.5. Блок-схема фрагмента программы
Листинг
программы
Выбор значений переменных на основе введённых параметров
if (radioButton1.Checked == true && radioButton3.Checked == true
&& radioButton10.Checked == true)
{scepl = 0.65;}(radioButton1.Checked == true && radioButton4.Checked
== true && radioButton10.Checked == true)
{scepl = 0.8;}(radioButton2.Checked == true &&
radioButton3.Checked == true && radioButton10.Checked == true)
{scepl = 0.3;}(radioButton2.Checked == true &&
radioButton4.Checked == true && radioButton10.Checked == true)
{scepl = 0.45;}(radioButton3.Checked == true &&
radioButton12.Checked == true)
{scepl = 0.2;}(radioButton4.Checked == true &&
radioButton12.Checked == true)
{scepl = 0.1;}(radioButton1.Checked == true &&
radioButton3.Checked == true && radioButton11.Checked == true)
{scepl = 0.45;}(radioButton1.Checked == true &&
radioButton4.Checked == true && radioButton11.Checked == true)
{scepl = 0.6;}(radioButton2.Checked == true &&
radioButton3.Checked == true && radioButton11.Checked == true)
{scepl = 0.25;}(radioButton2.Checked == true &&
radioButton4.Checked == true && radioButton11.Checked == true)
{scepl = 0.4;}(radioButton13.Checked == true)
{driv = 1.5;}(radioButton14.Checked == true)
{driv = 0.6;}(radioButton15.Checked == true)
{driv = 0.3;}
Вычисление тормозного пути и его изменение в зависимости от
выбранной тормозной системы
Sost = (s / 3.6 * 0.3 +(s/3.6) * (s / 3.6) / (2 * scepl * 9.8) + s/3.6 *
driv)*m;(radioButton6.Checked == true)
{= Sost - Sost * 0.2;//дисковые тормоза
}(radioButton9.Checked == true)
{= Sost + Sost * 0.7;//двигателем
}(radioButton8.Checked == true)
{= Sost + Sost * 0.4;//ручник
}
Вывод
Итогом данной курсовой работы является программа, реализованная на языке C#,
с помощью которой возможно смоделировать торможение автомобиля с учётом
большинства факторов влияющих на длину тормозного пути.
В качестве перспектив развития данной программы можно отметить такие
нереализованные возможности, как вычисление скорости автомобиля до начала
торможения, если известен его тормозной путь, и факторы влияющие на его длину.
Можно увеличить количество параметров для более точной модели торможения, а так
же визуально улучшить интерфейс программы.
Список
используемой литературы
1. Дьяконов
В.П. Новые информационные технологии. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
2. http://www.avtovodila.ru/
. http://gai-net.kzpa.ru/