P_4,k - скорость движения;

P_5,k - тангенциальное ускорение;

P_6,k - нормальное ускорение;

P_7,k - время, прошедшее с момента формирования автомобиля;

P_8,k - курсовой угол автомобиля в системе координат ХОУ (рис. 2.1);

P_9,k - угол наклона;

P_10,k - крен автомобиля;

P_11,k - угол поворота управляемых колес;

P_12,k - угловая скорость поворота рулевого колеса;

P_13,k - угловая скорость поворота управляемых колес;

P_14,k, P_15,k - координаты автомобиля, соответственно по оси OX и OY;

P_16,k, P_17,k - скорость движения, соответственно по оси OX и OY;

P_18,k, P_19,k - ускорение автомобиля, соответственно по оси OX и OY;

P_20,k - а) угол поворота управляемых колес, при котором водитель прекращает вращение рулевого колеса в процессе поворота, если P_13,k ? 0;

б) курсовой угол автомобиля, при котором автомобиль прекращает круговое движение, если P_13,k = 0 и P_11,k ? 0;

в) не определен, если P_13,k = 0 и P_11,k = 0.

P_21,k - угол поворота управляемых колес, при котором водитель прекращает поворот рулевого колеса на 1-ом и 7-ом этапе маневра обгона (или на 1-ом этапе перестроения);

P_22,k - то же самое, но на 4-ом и 10-ом этапе обгона (рис. 2.11);

P_23,k - угловая скорость поворота управляемых колес при обгоне;

P_24,k - длина прямолинейного участка на 3-м и 9-ом этапе обгона;

P_25,k - тип водителя по скорости свободного движения;

P_26,k - время реакции водителя на изменение режима движения лидера;

P_27,k - время реакции водителя при появлении помехи на перекрестке;

P_28,k - время, оставшееся до истечения времени реакции водителя на изменение режима движения лидера;

P_29,k - то же самое, но после наступления другого события;

P_30,k - коэффициент использования грузоподъемности;

P_31,k - угловая скорость поворота управляемых колес на 3-м этапе поворота;

P_32,k - P_36,k - резерв (используются для решения конкретных задач, в зависимости от которых могут означать дополнительные характеристики автомобиля k).

Под координатами автомобиля понимаются координаты середины задней оси автомобиля.

б) Q_p,k (p=1ч30) принимают целые значения:

Q_1,k - номер элементарного участка дороги или перекрестка, на котором находится автомобиль в данный момент времени;

Q_2,k - индекс, указывающий марку автомобиля;

Q_3,k - индекс, указывающий тип автомобиля;

Q_4,k - индекс состояния в процессе обгона (1 - обгоняющий, 0 - обычный, -1 - обгоняемый);

Q_5,k - количество обгоняемых автомобилей, находящихся впереди;

Q_6,k - номер автомобиля в пачке;

Q_7,k - номер передачи КПП;

Q_8,k - направление дальнейшего движения после перекрестка (-1 - налево, 0 - прямо, 1 - направо);

Q_9,k - индекс состояния сигналов поворота (-1 - включен сигнал левого поворота; 0 - выключен, 1 - включен сигнал правого поворот);

Q_10,k - индекс состояния стоп-сигналов (1 - включены, 0 - выключены);

Q_11,k - индекс следования за лидером (0 - свободное движение; 1 - меж ду d_вл и d_max; 2 - между d_max и d_сл; 3 - между d_сл и d_min; 4 - ближе, чем d_min; 5 - столкновение) (см. п. 2.3, ситуации 14);

Q_12,k - номер ближайшего встречного автомобиля;

Q_13,k - номер ближайшего встречного автомобиля, который находится в зоне видимости;

Q_14,k - номер автомобиля - лидера, за которым следует данный автомобиль;

Q_15,k - номер этапа в процессе поворота (всего 3 этапа);

Q_16,k - номер этапа в процессе обгона (всего 11 этапов);

Q_17,k - индекс приоритетов (1 - помеха справа, -1 - помеха слева, 0 - помехи отсутствуют);

Q_18,k - тип водителя по реакции на ограничение скорости движения (1 - нарушает правила дорожного движения (ПДД), 0 - не нарушает ПДД);

Q_19,k - тип водителя по реакции на дорожный знак «Обгон запрещен» (1 - нарушает требования дорожного знака; 0- не нарушает);

Q_20,k - тип водителя по дистанции следования (1 - «осторожный», 0 - «обычный», -1 «рискованный»);

Q_21,k - тип водителя по оценке обстановки около перекрестка (0 - изменение скорости движения заранее до безопасной величины, 1 - изменение скорости движения только при появлении в зоне видимости помехи справа);

Q_22,k - тип водителя по включению сигналов поворота (0 - включает, 1 - не включает);

Q_23,k - номер ситуации, после наступления которого, водитель принял решение изменить режим движения;

Q_24,k - а) номер полосы движения, куда попадет автомобиль после перекрестка, если автомобиль находится на перекрестке;

б) номер элементарного участка перекрестка, если автомобиль находится на нечетной полосе движения;

в) не определен, если автомобиль находится на четной полосе движения (если моделируется дорожная сеть, то Q_24,k - номер элементарного участка следующего перекрестка);

Q_25,k - индекс наличия встречного автомобиля на своей полосе движения (0 - отсутствует; 1 - присутствует).

Q_26,k - Q_30,k - резерв (используется для решения конкретных задач).

3. Векторами и задается приоритет проезда через перекресток:

показывает количество помех справа у автомобиля под номером K_{min l} +k на полосе движения l;

показывает количество помех слева у автомобиля под номером K_{min l} +k на полосе движения l;

4. Векторами и задаются номера всех автомобилей - помех справа и слева у автомобиля под номером K_{min l}+k на полосе движения l, где i=1,…,, j=1,…, .

5. Вектором e_l задается количество еще не формировавшихся автомобилей, ожидающих для появления в начале полосы движения l.

В зависимости от необходимого объема выходной информации задается время моделирования t_мод, которое в дальнейшем по мере работы модели уменьшается до нуля. Вместо истечения времени моделирования предусмотрены также другие правила остановки модели: прохождение через заданный участок дороги определенного количества автомобилей; накопление определенного количества статистической информации и т.д.

С начала работы модели задается период разогрева t_раз. В течение времени t_раз система выходные сигналы не выдает. Необходимость ввода времени разогрева вызвано тем, что в момент начала работы модели на моделируемом фрагменте дорожной сети автомобили отсутствуют. Для того чтобы транспортные потоки принимали те параметры, которые были введены в качестве исходных данных, необходим некоторый промежуток времени, за которое самый медленный автомобиль проедет через самый длинный (продолжительный по времени) маршрут на рассматриваемой дорожной сети. Только после этого можно считать, что модель «разогрелась».

2.2 Моделирование свободного движения автомобилей по двухполосным автомобильным дорогам

В транспортном потоке каждый автомобиль движется либо под влиянием со стороны других участников движения, либо в отсутствии их влияния. Движение автомобиля будем называть свободным, если ни один из участников дорожного движения не оказывает влияния на движение этого автомобиля, а также на мнение водителя о дорожно-транспортной обстановке, в результате изменения которого он мог бы изменить режим движения своего автомобиля. Скорость движения такого автомобиля будем называть скоростью свободного движения на данном участке дороги.

Основанием для моделирования свободного движения автомобиля явились:

Уравнения теории эксплуатационных свойств автомобиля:

а) тягово-скоростные и тормозные свойства автомобиля;

б) уравнения криволинейного движения и устойчивости автомобиля.

Натурные наблюдения за параметрами движения автомобилей на двухполосных дорогах.

Математическая модель свободного движения автомобиля имеет следующую концептуальную основу:

Мера воздействия на органы управления автомобиля, а также мнение водителя о ДТС могут измениться только при наступлении одного из ситуаций, перечисленных ниже.

На каждом участке дороги водитель стремится поддерживать оптимальную с его точки зрения (базовую) скорость движения, которая зависит от цели и дальности поездки, вида перевозимого груза (количества пассажиров), состояния здоровья и степени утомления водителя и других факторов. Базовая скорость в модели задается случайным законом распределения, полученным в результате натурных наблюдений.

Если базовая скорость движения автомобиля на следующем участке дороги отличается от базовой скорости на текущем участке, то водитель заранее изменяет скорость движения автомобиля таким образом, чтобы к моменту въезда на новый участок скорость движения достигла величины базовой скорости на новом участке.

Водитель может через органы управления автомобиля воздействовать на параметры движения следующими способами:

а) изменить скорость движения и ускорение нажатием на педаль тормоза или акселератора (выдвижением рейки);

б) изменить передаточное число КПП, что позволяет изменить диапазон значений скорости движения автомобиля;

в) изменить направление движения автомобиля, вращением рулевого колеса.

Кроме перечисленных действий водитель может включить стоп-сигналы (нажатием педали тормоза) или сигналы поворота, что может служить причиной изменения режима движения других автомобилей.

С точки зрения обеспечения базовой скорости движения автомобиля в конкретных дорожных условиях могут возникнуть следующие характерные обстоятельства:

возможность водителя увеличить скорость движения автомобиля до базовой скорости ограничена тягово-динамическими характеристиками автомобиля;

возможность водителя уменьшить скорость движения автомобиля в режиме торможения (экстренное торможение) ограничена коэффициентом сцепления шины с дорогой и/или тормозными характеристиками автомобиля;

возможность водителя изменить скорость движения автомобиля до базовой скорости не ограничено ни тягово-динамическими или тормозными характеристиками автомобиля, ни сцепными качествами поверхности дороги.

Рассмотрим подробнее, каким образом моделируется движение автомобиля в перечисленных выше случаях.

В первом случае движение автомобиля моделируется на основе известных в теории автомобиля дифференциальных уравнений, полученными на основе уравнения силового баланса автомобиля:

P_т = P_п + P_к + P_в + P_и, (2.5)

где P_т - тяговая сила при установившейся скорости автомобиля;

P_п - сила сопротивления подъему;

P_к - сила сопротивления качению;

P_в - сила сопротивления воздуху;

P_и - сила сопротивления разгону (приведенная сила инерции).

Существуют различные зависимости, аппроксимирующие внешние характеристики двигателя. В рассматриваемой модели дифференциальные уравнения движения автомобиля получены на основе аппроксимации внешней характеристики двигателя, приведенной в работе [25]:

; (2.6)

, (2.7)

где N_e, N_max - соответственно, мощность и максимальная мощность двигателя, квт;

M_k - крутящий момент двигателя, Нм;

M_kN - крутящий момент двигателя, при максимальной мощности, Нм;

a, b, c - постоянные коэффициенты для данного двигателя;

n - угловая скорость коленчатого вала двигателя, об/мин;

n_N - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности двигателя, об/мин.

После замены всех членов уравнения (2.5) на соответствующие значения и некоторых преобразований получается:

, (2.8)

; (2.9)

;(2.10)

;(2.11)

;(2 12)

Где m_a - масса автомобиля, кг;

m₀ - масса автомобиля, с номинальной нагрузкой, кг;

u_{k i}- передаточное число коробки передач;

v - скорость движения автомобиля, м/с;

_тр- коэффициент полезного действия трансмиссии;

k_p - коэффициент коррекции двигателя;

- номинальная скорость движения автомобиля при i-й передаче, м/c;

G_a- сила тяжести, действующий на автомобиль, Н;

k_f - параметр учета влияния скорости движения на коэффициент сопротивления качению колеса;

W - фактор обтекаемости автомобиля, кг/м;

f₀ - коэффициент сопротивления качению при малой скорости движения;

б - продольный уклон дороги.

Уравнение (2.8) определяет ускорение автомобиля в зависимости от скорости движения. Для рассматриваемой имитационной модели зависимости вида “ускорение - скорость”, “путь разгона - скорость” и т. д. непригодны, поскольку при пересчете векторов-координат автомобилей через интервал времени t_min (см. блок 12 на рис 2.16) возникает необходимость определения этих параметров в зависимости от времени.

С целью определения зависимости скорости движения от времени при полной подаче топлива можно проинтегрировать выражение (2.8). Пусть начальным условием будет v = v₀ при t=0. Тогда после интегрирования получим:

.(2.13)

Проинтегрируем (2.13) еще раз, при начальных условиях t=0 и s=s₀. Получим:

,(2.14)

где v₀ - начальная скорость движения автомобиля;

s₀ - начальное положение автомобиля;

v₁ и v₂ - корни уравнения .

Для того чтобы получить зависимость a = a(t) нужно найти производную выражения (2. 13) по времени. Получим:

.(2.15)

Выражения (2.13) - (2.15) позволяют пересчитать параметры движения автомобиля через произвольный промежуток времени t_min, в условиях ограничения параметров движения тягово-динамическими характеристиками автомобиля.

Во втором случае моделирование движения автомобиля осуществляется при следующих допущениях:

силы реакции R_x достигают максимального значения одновременно для всех колес;

коэффициенты сцепления _x всех колес с дорогой, а следовательно, и ускорение автомобиля j_з остаются неизменными за весь период установившегося замедления.

При таких допущениях процесс торможения может быть описан тормозной диаграммой j_з= j(t) (рис. 2.3) [25]. Весь процесс торможения с момента обнаружения опасности до полной остановки автомобиля состоит из следующих этапов:

время реакции водителя t_рв;

время запаздывания t_з;

время нарастания тормозного усилия t_н;

время установившегося замедления t_уст;

время растормаживания t_р.

В случае торможения при полном использовании сил сцепления (экстренное торможение) j_уст зависит только от коэффициента сцепления шин с дорогой и продольного уклона дороги, а значение ускорения можно считать постоянным:

.(2.16)



На горизонтальном участке можно считать

.(2.17)

Скорость движения и пройденный путь автомобиля в произвольный момент времени t легко определяются интегрированием выражений (2.16) и (2.17):

, (2.18)

(2.19)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.3 Тормозная диаграмма автомобиля

И, наконец, в третьем случае водитель имеет возможность придавать автомобилю тот режим движения, который по его мнению является наиболее безопасным и целесообразным в сложившейся дорожно-транспортной ситуации. В этом случае значение ускорения находится в интервале

j_уст < a < a_max, (2. 20)

и определяется водителем.

С целью упрощения расчетов предполагается, что в таком режиме автомобиль движется равноускоренно до следующего особого состояния. Скорость движения и пройденный путь автомобиля через промежуток времени t в таком случае определяются следующим образом:

,(2. 21)

.(2. 22)

Теперь рассмотрим движение автомобиля в условиях изменения направления движения.

В модели предусмотрены следующие виды траекторий движения автомобилей:

прямолинейное движение;

круговое движение (угол поворота управляемых колес не изменяется);

криволинейное движение при постоянной угловой скорости поворота управляемых колес;

Маневрирование автомобилей (обгоны, перестраивания по полосам движения, повороты и т.д.) являются опасными, но в то же время неотъемлемыми элементами движения автомобилей. С изменением направления движения автомобилей связаны многочисленные конфликтные ситуации и ДТП, поскольку такие маневры, часто совершаемые внезапно для других участников дорожного движения, создают возмущения в транспортном потоке. Несмотря на это, в существующих имитационных моделях дорожного движения различных отечественных и зарубежных исследователей упрощенно описываются движение автомобиля и траектории отдельных его точек при изменении направления движения. Часто положение автомобиля на дороге задается только продольной координатой; при этом подразумевается, что в поперечном направлении автомобиль не движется, а изменение полосы движения при обгонах или маневрах перестроения происходит скачкообразно. В тех моделях, где учитывается поперечное движение, в лучшем случае движение автомобиля рассматривается как плоскопараллельное движение, при котором продольная ось автомобиля остается параллельной относительно продольной оси дороги. Такое упрощение оправдано при решении некоторых задач, таких, как определение скорости сообщения, определение пропускной способности участка дороги, при решении проблем экологии и т. д., потому что значительно упрощает модель и уменьшает объем расчетов. Однако при решении задач оценки уровня безопасности движения такое упрощение не оправдано.

Криволинейное движение автомобиля в рассматриваемой имитационной модели определяется:

координатами расчетной точки автомобиля относительно неподвижной системе координат;

курсовым углом движения автомобиля;

углом поворота управляемых колес автомобиля;

угловой скоростью поворота управляемых колес.

Расчетной точкой, относительно которого производятся все расчеты по определению координат автомобиля, в модели принята середина задней оси автомобиля. В таком случае уравнения, определяющие координаты имеют наименее громоздкий вид.

В модели движение автомобиля рассматривается как чередование прямолинейного движения, кругового движения и криволинейного движения переменного радиуса. Первые два достаточно хорошо описываются сравнительно простыми аналитическими выражениями. Рассмотрим подробней криволинейное движение (рис. 2.4). В дальнейшем будем принимать следующие допущения:

углы поворота обоих управляемых колес автомобиля равны между собой;

у колес автомобиля отсутствует боковой увод;

угловая скорость поворота управляемых колес постоянна;

расчетная точка автомобиля движется с постоянным ускорением;

автомобиль движется на плоскости (плоское движение);

отсутствует буксование колес;

крен автомобиля не влияет на траекторию.

Для оценки уровня безопасности движения первые два допущения мало значимы. Если в процессе движения значение угловой скорости поворота управляемых колес либо ускорение расчетной точки автомобиля существенно изменяется, то траектория автомобиля разбивается

на несколько участков, на каждом из которых значения указанных величин принимается постоянными.

Рис. 2.4 Схема криволинейного движения автомобиля

Таким образом, в пределах приемлемой точности вышеуказанные допущения значительно упрощают расчеты.

В работах приводятся уравнения, которые позволяют определить траекторию движения автомобиля. Так, в работе приведены следующие формулы, определяющие курсовой угол и координаты движения середины задней оси автомобиля:

,(2.23)

, (2.24)

, (2.25)

где x_в, y_в - координаты середины задней оси автомобиля;

C₁ и C₂ - постоянные, определяемые начальными условиями;

- угол поворота управляемых колес автомобиля;

v_o - скорость движения автомобиля;

_k - угловая скорость поворота управляемых колес автомобиля;

L₀ - база автомобиля;

k_p - режимный параметр, характеризующий режим криволинейного движения:

.(2.26)

Аналогичные формулы, но относительно движения центра масс автомобиля приведены в работе:

,(2.27)

,(2.28)

,(2.29)

где x_ц.м., y_ц.м. - координаты центра масс автомобиля;

C₁, C₂, C₃ - постоянные, определяемые начальными условиями;

v_a - скорость движения автомобиля;

v_y- скорость бокового смещения центра масс автомобиля;

_a - угловая скорость продольной оси автомобиля в горизонтальной плоскости.

Траектории точек автомобиля, находящихся на продольной оси, могут быть заданы зависимостью ее кривизны от времени. Однако, моделирование криволинейного движения автомобиля в неподвижной системе координат через x_в, и y_в, а также угла гораздо удобнее.

В уравнениях (2.23) - (2.26) скорость движения автомобиля предполагается постоянной величиной. В реальном процессе движения автомобиля в транспортном потоке часто сочетаются криволинейное движение с изменением скорости движения. Это происходит, в частности, в следующих ситуациях:

перед остановкой автомобиль одновременно уменьшает скорость движения и криволинейным движением приближается к правой кромке проезжей части;

после трогания с места автомобиль увеличивает скорость движения и по криволинейной траектории приближается к середине полосы движения;

во время обгона, особенно в первой фазе обгона с ожиданием, автомобиль меняет полосу движения и одновременно увеличивает скорость движения;

на перекрестках, после запрещающего сигнала светофора, или после пропуска помехи справа, поворачивающие автомобили двигаются криволинейно и с ускорением и т.д.

Сочетание криволинейного движения с изменением скорости движения является потенциальным источником конфликтных ситуаций, т.к. оно часто заставляет других участников движения изменить режим движения. Криволинейное движение автомобиля обязательно необходимо моделировать с учетом ускорения.

Уравнения, приведенные в разных исследованиях для определения траектории криволинейного движения, чаще всего выражают параметры движения автомобиля в виде дифференциальных уравнений или интегралов. Как правило, подынтегральные выражения имеют сложный аналитический вид и в явном виде не интегрируются. Поэтому, либо такие уравнения решаются численными, приближенными методами с применением компьютеров, либо траектория движения строится графическим или графоаналитическим методом. При решении многих конкретных задач эти методы оказываются целесообразными, особенно первый из них, при помощи которого можно рассчитать траекторию движения практически с любой точностью. Однако это достигается за счет больших затрат машинного времени счета. В течение имитационных экспериментов на задаваемом участке дороги одновременно могут находиться сотни автомобилей, каждый из которых совершает различные маневры, в том числе и криволинейное движение с ускорением. При использовании итерационных методов с целью расчета траектории движения большие затраты машинного времени неизбежны. Это резко замедляет работу имитационной модели в реальном масштабе времени. Поэтому здесь более целесообразным представляется разложение подынтегральных выражений в степенной ряд с требуемой точностью. Далее, после интегрирования полученных многочленов можно получить искомые параметры криволинейного движения в аналитическом виде.

Пусть автомобиль движется с постоянным ускорением a. Тогда выражение (2.23) принимает следующий вид:



.(2.30)

Разложим в степенной ряд подынтегральное выражение, содержащееся в правой части (2.30) и возьмем столько членов, сколько требуется для обеспечения необходимой точности. Обозначим

и .

Тогда (2.30) можно переписать в следующем виде:

.(2.31)

Приближенные аналитические решения уравнений (2.24) и (2.25) также будем искать, разлагая в степенной ряд функции f()=cos(()) и g()=sin( ()), где курсовой угол определяется из выражения (2.31). Производные от упомянутых функций первых нескольких порядков приведены в табл. 2.1.

Пусть в начале криволинейного движения курсовой угол автомобиля ₀=0. Тогда:

,

или

(2.32)

,

или

(2.33)

Теперь можно определить траекторию движения точки B автомобиля (рис. 2.4). Выражения (2.24) и (2.32) позволяют после интегрирования (2.24) получить

(2.34)

Аналогично, из выражений (2.25) и (2.33) после интегрирования (2.25) можно получить

(2.35)

Выражения (2.34) и (2.35) вполне приемлемы для расчета траектории движения автомобиля, если за время криволинейного движения курсовой угол автомобиля изменяется не более чем на 90°. В реальных дорожных условиях такое изменение практически никогда не превышает

Таблица 2.1

Производные от функций f(и) и g(и) первых нескольких порядков

Порядок производной n	f(n)(и), при и=0	g(n)(и), при и=0
0	1	0
1	0	0
2	0	-B
3	0	2•D
4	-3•B2	-2•B
5	20•B•D	8•D
6	-30•B2-40•D2	15•B3-16•B
7	308•B•D	-210•B2•D+96•D
8	105•B4-588•B2-896•D2	420•B3-272•B+1120•B•D2
9	-2520•B3•D+8160•B•D	-8064•B2•D-2240•D3+2176•D
10	6300•B4-18960•B2+25200•B2•D2-31104•D2	-945•B5+16380•B3-7936•B+57120•B•D2

Таблица 2.2

Значения функций f(и) и g(и), описывающие процесс поворота автомобиля ГАЗ-24 при v₀=10 м/с, _k=0,05 рад/с, L₀=2,8 м, 45°.

и, град	г(и), по формуле (2.23), град	f(и), по формуле (2.23)	f(и), по формуле (2.32)	g(и), по формуле (2.23)	g(и), по формуле (2.33)
0.00	0.0	1.000000	1.000000	0.000000	0.000000
3.00	5.1	0.996013	0.996013	0.089204	0.089204
6.00	20.5	0.936691	0.936691	0.350158	0.350158
9.00	46.2	0.691955	0.691959	0.721940	0.721941
12.00	82.4	0.132210	0.132242	0.991222	0.991238
15.00	129.2	-0.632668	-0.637330	0.774423	0.773951
18.00	187.0	-0.992555	-1.131632	-0.121794	-0.156958

В табл. 2.2 приведены значения функций f() и g(), которые описывают процесс поворота автомобиля ГАЗ-24 при v₀=10 м/с, _k=0,05 рад/с, L₀=2,8 м. Вычисления проводились с одной стороны с применением выражения (2.23), а с другой стороны - выражений (2.32) и (2.33). При <90° расхождения в значениях функций не превышает 0,1%, что вполне обеспечивает требуемую точность вычислений.

Координаты любой другой точки E автомобиля (рис. 2.4), находящейся от точки B на расстояниях a и b, соответственно по продольной и поперечной оси автомобиля, можно определить следующим образом:

;(2.36)

.(2.37)



Рассмотрим, каким образом происходит процесс поворота в имитационной модели в режиме свободного движения. До начала криволинейного движения водитель уменьшает скорость движения до значения базовой скорости свободного движения v_св на участке поворота. С такой скоростью он завершает поворот, а после поворота при необходимости опять увеличивает скорость движения. Значение скорости движения v_св определяется на основе натурных наблюдений.

Модель процесса поворота представляет собой последовательность трех этапов (рис. 2.5):

водитель с постоянной угловой скоростью _р1 вращает рулевое колесо по/против направления часовой стрелки, при правом/левом повороте. Управляемые колеса совершают поворот с угловой скоростью _k1. Автомобиль совершает криволинейное движение. Радиус кривизны траектории движения уменьшается от + до R_п (участок E₁);

водитель держит рулевое колесо в неподвижном состоянии. Автомобиль двигается по круговой траектории с постоянным радиусом поворота R_п относительно центра поворота С. Этот этап в процессе поворота может отсутствовать (участок E₂);

водитель вращает рулевое колесо в обратном направлении с постоянной угловой скоростью _р2. Управляемые колеса поворачиваются с угловой скоростью _k2. Автомобиль снова движется по криволинейной траектории. Радиус кривизны траектории движения увеличивается от R_п до + (участок E₃).

Первая часть неравенства (2.38) объясняется стремлением водителя удержать автомобиль на своей полосе движения. При < S_0min водитель не в состоянии предотвратить выезд автомобиля за пределы своей полосы движения, если ускорение не изменять (если ускорение изменится, то S_0min тоже изменится).



E3 O ц E2 S 0 min R = S'0 R =Rп S 0 max E1 C R =

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.5 Схема к описанию модели процесса поворота автомобиля

Вторая часть неравенства объясняется тем, что, если в начале поворота > S_0max, и в дальнейшем водитель не изменит параметры движения автомобиля (_k и a), то автомобиль либо выедет за пределы проезжей части дороги, либо пересечет биссектрису OC угла ц под острым углом, т.е. в дальнейшем опять-таки выедет за пределы полосы движения. Поэтому, для предотвращения этого, водитель вынужден приближаться к повороту до тех пор, пока не выполнится второе условие неравенства (2.38) и только после этого начинать поворот.

Водитель начинает поворот на некотором расстоянии до центра O перекрестка. является случайной величиной. При принятых выше ограничениях значение величины находится в пределах:

S_0min < < S_0max(2.38)



Угловая скорость поворота управляемых колес _k, которая определяется как отношение угловой скорости поворота рулевого колеса _р на передаточное число рулевого механизма, рассматривается как случайная величина и определяется следующим образом:

определяется минимальное значение _kmin угловой скорости поворота управляемых колес, при котором автомобиль в процессе поворота не выедет за пределы полосы движения с противоположной стороны от центра поворота С (рис. 2.6а);

определяется максимальное значение _kmax угловой скорости поворота управляемых колес, при котором автомобиль в процессе поворота не выедет за пределы полосы движения со стороны центра поворота (рис. 2.6б);

определяются значения _{р min} и _{р max} угловой скорости поворота рулевого колеса, соответствующие значениям _kmin и _kmax;

между значениями _{р min} и _{р max} генератором случайных чисел по заранее заданному закону распределения разыгрывается случайное число _k', которое и является значением угловой скорости поворота управляемых колес на первом этапе поворота.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 2.6 Схема к вычислению угловой скорости поворота управляемых колес автомобиля в процессе поворота

Закон распределения случайной величины _k', определяется в результате натурных наблюдений (см. п. 3.2, рис. 3.12). На третьем этапе значение угловой скорости поворота управляемых колес _k'' определяется аналогично.



Глава 3. Функциональная модель

Функциональная модель разрабатывается с помощью такого мощного CASE средства, как BPWin.

На рис. 3 показана основная контекстная диаграмма IDEF0, модель (TO-BE), а на рис. 3.1 показана эта же диаграмма, но модель (AS-IS).

Рис. 3

Рис. 3.1

Декомпозиция диаграммы на рис. 3.1 изображена на рис. 3.2.

Рис 3.2

Декомпозиция контекстной диаграммы изображена на рис.3.2.

Рис. 3.2

Декомпозируя первый функциональный блок диаграммы второго уровня, мы получаем дочернюю диаграмму, которая показана на рис.3.3

Рис. 3.3

Таким же образом мы получаем декомпозицию третьего функционального блока диаграммы второго уровня, она изображена на рис. 3.4.

Рис. 3.4

Декомпозируя четвертый функциональный блок диаграммы второго уровня мы получим дочернюю диаграмму, которая показана на рис.3.5.

Рис. 3.5



Глава 4. Информационная модель. Описание таблиц

Физическая модель, то есть представление базы данных для конкретной СУБД с учётом её системы типов данных изображена на рис.4:

Рис. 4

Логическая модель, описание семантики (смысла) предметной области, то есть смысл, который мы вкладываем в поля базы данных показана на рис.4.1:

Рис. 4.1

Описание таблиц:

Таблица Roads (дороги):

RoadID - идентификатор таблицы (первичный ключ), по которому идет логическая связь с другими таблицами, тип данных - int (целое число).

RegionID - идентификатор таблицы (вторичный ключ), по которому идет логическая связь с таблицей Regions (Регионы), тип данных - int (целое число).

Width1 - количество полос туда, тип данных- int (целое число).

Width2 - количество полос обратно, тип данных - int (целое число).

Ks - коэффициент сцепления, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Pu - продольный уклон дороги, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Start - начало дороги, тип данных - int (целое число).

Finish - конец дороги, тип данных - int (целое число).

Таблица Roads (Дороги) соединена с таблицей Transports (Виды транспорта) связью один ко многим (1 : n).

Таблица Transports (Виды транспорта):

TranspID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), тип данных - int (целое число).RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Speed - средняя скорость транспортного средства, тип данных -float (вещественный, с плавающей точкой).

FluidUsing - расход топлива транспортного средства, тип данных -float (вещественный, с плавающей точкой).

PathTime - время сообщения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица MovingFactor (Факторы движения), которая соединена связью один к одному (1 : 1) с таблицей Roads (Дороги):

MFID - идентификатор таблицы (первичный ключ), тип данных - int (целое число).RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Intensity - интенсивность движения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

MovingStructure - состав движения, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Regions (Регионы) соединена с таблицей Roads (Дороги) связью один ко многим (1: n).

RegionID - идентификатор таблицы (первичный ключ), по которому идет логическая связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Name - название региона, тип данных - char (255) (символьный).

Population - население региона, тип данных - bigint (целое число).

Таблица Roads (Дороги) соединена с таблицей TonnelsAndBridges (Тоннели и Мосты) связью один ко многим (1 : n), в которую входят:

TonelID - идентификатор таблицы (первичный ключ), тип данных - int (целое число).

RoadID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

Length - длина моста или тоннеля, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Неight - высота моста или глубина тоннеля, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Roads (Дороги) связью многие ко многим (n: n):

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Roads (Дороги), тип данных - int (целое число).

x - координата x, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

y - координата y, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

z - координата z, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Objects (Объекты окружения) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

ObjID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

OTID - идентификатор таблицы, (вторичный ключ), по которому идет связь с таблицей ObjectTypes (Виды объектов), тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

X - координата x, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Y - координата y, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Name - название региона, тип данных - char (255) (символьный).

FlowDef - прирост транспортного потока, тип данных - int (целое число).

Таблица ObjectTypes (Виды объектов) соединена с таблицей Objects (Объекты окружения) связью один ко многим (1: n):

OTID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

ObjectType - тип объекта, тип данных - char (255) (символьный).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Rotates (Повороты) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

RotID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).

Radius - радиус поворота, тип данных - float (вещественный, с плавающей точкой).

Таблица Points (Узлы) соединена с таблицей Surface (Рельеф) связью один ко многим (1: n), в которую входят:

SurfID - идентификатор таблицы, тип данных - int (целое число).

PointID - идентификатор таблицы, (первичный ключ), по которому идет связь с таблицей Points (Узлы), тип данных - int (целое число).



Заключение

В рамках данной работы были рассмотрены следующие вопросы:

- Безопасность движения, а также различные методы оценки уровня безопасности движения на автомобильных дорогах и городских улицах, такие как:

статистические;

вероятностные;

методы, основанные на анализе режима движения автомобиля на оцениваемом участке;

метод конфликтных точек;

метод технических транспортных конфликтов (конфликтных ситуаций).

- Теоретические основы моделирования движения автомобилей на двухполосных автомобильных дорогах, конкретно:

-концептуальная модель компьютерной имитации транспортных потоков на двухполосных автомобильных дорогах.

- моделирование свободного движения автомобилей по двухполосным автомобильным дорогам.

- Функциональное обеспечение моделирования

- Информационное обеспечение моделирования

Литература и ссылки

1. Бадалян А.М., Еремин В.М., Компьютерное моделирование конфликтных ситуаций для оценки уровня безопасности движения на двухполосных автомобильных дорогах. Научная монография.

2. Карпович Е.Е., Федоров Н.В., Автоматизированное проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий. Часть 1. Структурный подход к проектированию информационных систем. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2007 - 157 с.

3. Карпович Е.Е., Федоров Н.В., Автоматизированное проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий. Часть 2. Современные CASE-технологии. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2007 - 134 с.

Размещено на Allbest.ru