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 Шигин Сергей

студент группы 1072

Руководители:

Мельникова О.И, Возвышаева Н.А

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 длинное 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

Программа представляет собой три окна с расположенными на них элементами (рис. 1, 2 и 3):

a) первое окно содержит: кнопку «запуск», при нажатии которой откроется второе окно в которое надо задавать параметры движения автомобиля;

б) второе окно содержит: множество пунктов, в которые надо забивать параметры движения и факторов, которые могут влиять на торможение автомобиля;

Рис.1. Рабочая форма 1

Рис. 2. Рабочая форма 2

в) третье окно содержит: окошечко, в котором выводится результат вычисление длины торможения и анимация торможения автомобиля.

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!».

Рис. 3. Рабочая форма 3

В программе легко разобраться, но пользователь может легко ввести некорректные значения скорости и массы, если он не прочел информацию о вводе данных, доступную при нажатии на «Помощь». На случай совершения пользователем ошибки программа имеет защиту и запустится со следующими данными: скоростью 20 км/ч и стандартной массой или если пользователь ввел значение больше максимума то со скоростью 300 км/ч и массой в полтора раза большей чем базовая.

Блок-схема программы

Нижеприведенная блок-схема описывает алгоритм действий программы (см. рис. 4).

программа автомобиль дорожный тормозной

Рис. 4. Глобальная блок-схема программы.

Блок-схема фрагмента программы

Далее представлена глобальная блок-схема программы (рис. 5).

Рис. 5. Блок-схема фрагмента программы

Листинг программы

Выбор значений переменных на основе введённых параметров

if (radioButton1.Checked == true && radioButton3.Checked == true && .Checked == true)

{scepl = 0.65;}(radioButton1.Checked == true && radioButton4.Checked == true && .Checked == true)

{scepl = 0.8;}(radioButton2.Checked == true && radioButton3.Checked == true && .Checked == true)

{scepl = 0.3;}(radioButton2.Checked == true && radioButton4.Checked == true && .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 && .Checked == true)

{scepl = 0.45;}(radioButton1.Checked == true && radioButton4.Checked == true && .Checked == true)

{scepl = 0.6;}(radioButton2.Checked == true && radioButton3.Checked == true && .Checked == true)

{scepl = 0.25;}(radioButton2.Checked == true && radioButton4.Checked == true && .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

= (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.      Управление автомобилем в разные погодные условия. 25.042012.

.        Размеры тормозного пути, дистанции между машинами, управление автомобилем в разных ситуациях. Экстренное торможение.