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

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:

1) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода к главной форме для задания параметров.

2) один элемент для вставки текста (типа Label).

3) структурное меню программы (типа MenuStrip).

Рис. 1. Рабочая форма 1

б) вторая форма содержит:

1) пятнадцать элементов (типа RadioButton) для выбора параметров.

2) два элемента (типа NumericUpDown): один для ввода скорости, второй для ввода увеличения массы.

3) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода к третьей форме.

4) десять элементов (типа label) для названий параметров и описания их свойств.

5) шесть элементов (типа GroupBox) для разбития данных по группам.

6) структурное меню программы (типа MenuStrip).

Рис. 2. Рабочая форма 2

в) третья форма содержит:

1) одна кнопка (элемент типа Button) для перехода ко второй форме для ввода новых данных.

2) четыре элемента для вставки текста (типа Label).

3) один элемент (типа PictureBox) для графического моделирования.

4) один элемент (типа TextBox) для вывода численного результата.

5) 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!».

В программе легко разобраться, но пользователь может легко ввести некорректные значения скорости и массы, если он не прочёл 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 ввёл значение больше максимума то со скоростью 300 км/ч и массой в полтора раза большей чем базовая.

Блок-схема программы

Далее представлена глобальная блок-схема программы (рис. 4).

Размещено на /

Рис. 4. Глобальная блок-схема программы.

Блок-схема фрагмента программы

Нижеприведенная блок-схема описывает алгоритм вычисления определенного интеграла методом модифицированных прямоугольников (см. рис. 5).

Размещено на /

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;}

if (radioButton1.Checked == true && radioButton4. Checked == true && radioButton10. Checked == true)

{scepl = 0.8;}

if (radioButton2.Checked == true && radioButton3. Checked == true && radioButton10. Checked == true)

{scepl = 0.3;}

if (radioButton2.Checked == true && radioButton4. Checked == true && radioButton10. Checked == true)

{scepl = 0.45;}

if (radioButton3.Checked == true && radioButton12. Checked == true)

{scepl = 0.2;}

if (radioButton4.Checked == true && radioButton12. Checked == true)

{scepl = 0.1;}

if (radioButton1.Checked == true && radioButton3. Checked == true && radioButton11. Checked == true)

{scepl = 0.45;}

if (radioButton1.Checked == true && radioButton4. Checked == true && radioButton11. Checked == true)

{scepl = 0.6;}

if (radioButton2.Checked == true && radioButton3. Checked == true && radioButton11. Checked == true)

{scepl = 0.25;}

if (radioButton2.Checked == true && radioButton4. Checked == true && radioButton11. Checked == true)

{scepl = 0.4;}

if (radioButton13.Checked == true)

{driv = 1.5;}

if (radioButton14.Checked == true)

{driv = 0.6;}

if (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;

if (radioButton6.Checked == true)

{

Sost = Sost — Sost * 0.2;//дисковые тормоза

}

if (radioButton9.Checked == true)

{

Sost = Sost + Sost * 0.7;//двигателем

}

if (radioButton8.Checked == true)

{

Sost = 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/

3. http://gai-net.kzpa.ru/