ОТЧЕТ
К лабораторной работе по курсу
«Теория эксплуатационных свойств»
Студент: Петров А.А.
группа: 5А3
Преподаватель: Шадрин С.С.
Москва, 2015
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | стр.3 |
| Подготовка и проведение эксперимента | стр.6 |
| Обработка экспериментальных данных | стр.8 |
| Результаты и выводы | стр.20 |
| Список используемой литературы | стр.20 |
ВВЕДЕНИЕ
Сенсорная часть современных смартфонов позволяет в реальном времени осуществлять запись множества параметров [1], среди которых выделим кинематические параметры движения самого устройства, а также навигационные данные.
В рамках курсовой работы магистрам предлагается самостоятельно выполнить ряд натурных испытаний различных транспортных средств и, тем самым, получить навыки планирования, подготовки, проведения эксперимента, а также обработки экспериментальных данных.
Цель эксперимента:
!!! выбрать или написать нужное!!!
- определить траекторию и показатели тяговой и тормозной динамики автомобиля, обосновать характер тормозной диаграммы
- определить траекторию и оценочные показатели безопасного вождения автомобиля в городе
- и т.д.
Для достижения поставленной цели сформулируем задачи:
!!! выбрать или написать нужное!!!
1) построение графика функции V(t), построение непрерывной функции;
2) построение графиков фактически записанных проекций ускорения в функции времени;
3) определение углов поворота координатных осей смартфона для их совмещения с осями, параллельными главным осям автомобиля;
4) построение графиков проекций ускорения в координатных осях, параллельных главным осям автомобиля;
5) построение траектории движения на плоскости по географическим координатам;
6) построение траектории движения в maps.google.ru;
7) расчет по географическим данным пройденного пути;
8) дополнительно определяются: время разгона до 100 км/ч, пройденный при разгоне путь, максимальное ускорение при разгоне, среднее значение ускорения при разгоне, максимальное ускорение замедления, среднее значение ускорения при торможении, тормозной путь.
ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Задание 1.1. Разгон с места по прямой с максимальной интенсивностью до 100 км/ч и последующее торможение с постоянной интенсивностью до полной остановки.
Используемое измерительное оборудование – смартфон Apple iPhone 4S
Программа записи данных с датчиков смартфона – SensorLog
Объекты испытаний: транспортное средство категории М1 – Land Rover Discovery 3, 2009 года выпуска, технические характеристики представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики объекта испытаний
| Параметр | Значение |
| Колесная формула | 4х4 |
| Двигатель | Дизельный ДВС с турбонаддувом |
| ДВС: тип, количество цилиндров | 6 цилиндров, V-образный, 4 клапана на цилиндр |
| ДВС: система питания | Common Rail |
| ДВС: рабочий объем, см3 | |
| ДВС: номинальная мощность, л.с. / об/мин. | 190 / 4000 |
| ДВС: максимальный крутящий момент, Н∙м / об/мин. | 440 / 1900 |
| ДВС: экологический класс | ЕВРО-4 |
| ДВС: применяемое топливо | Дизельное топливо |
| ДВС: расход топлива в смешанном цикле, л/100 км | 10,4 |
| Коробка передач | Автоматическая, 6 ступенчатая |
| Тип привода | Постоянный полный привод, раздаточная КПП с понижающим рядом, блокировка заднего дифференциала |
| Передняя подвеска | Пневматическая, независимая, на двойных поперечных рычагах со стабилизатором поперечной устойчивости |
| Задняя подвеска | Пневматическая, независимая, на двойных поперечных рычагах со стабилизатором поперечной устойчивости |
| Шины | 255/60R18 M+S (Good Year Wrangler) |
| Рулевое управление | Реечный рулевой механизм с гидроусилителем и системой servotronic |
| Рабочая тормозная система | Передние тормозные механизмы – дисковые, вентилируемые; задние – дисковые, вентилируемые; привод гидравлический |
| Запасная тормозная система | Каждый контур рабочей тормозной системы |
| Стояночная тормозная система | Электромеханическая, с приводом на тормозные механизмы задних колес |
| Масса автомобиля без нагрузки, кг | |
| Полная масса автомобиля, кг |
Записываемые в процессе экспериментов данные:
- ускорения (продольное, боковое, вертикальное);
- угловые скорости (по трем осям);
- долгота;
- широта;
- скорость движения по данным GPS/Glonass.
Фактическая частота записи данных составила: ** Гц
Формат записываемых данных – CSV (строчный с разделителями)
Крепление смартфона при испытаниях – неподвижно относительно объекта испытаний.
ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Обработка экспериментальных данных осуществлялась в MS Excel.
На Рисунке 1 показан график скорости в функции времени при выполнении разгона с последующим торможением. Движение прямолинейное, испытание проводилось на ровном, сухом асфальтобетонном покрытии при соблюдении мер предосторожности.
Рисунок 1. Разгон и последующее торможение транспортного средства
Отметим, что форма графика на Рисунок 1 носит ступенчатый характер. Данное обстоятельство обусловлено тем, данные скорости движения формировались набором навигационных данных GPS/Глонасс, которые, в свою очередь, записывались с частотой примерно в 1 Гц. При этом данные ускорений и угловых скоростей записывались с большей частотой дискретизации (** Гц).
На Рисунке 2 изображен обработанный график скорости движения автомобиля.
Рисунок 2. График скорости движения после обработки
Графики проекций ускорения в функции времени показаны на Рисунке 3. Отметим, что проекции ускорения записывались относительно координатных осей смартфона (Рисунок 4).
Рисунок 3. Графики проекций ускорения в координатных осях смартфона
Рисунок 4. Направления координатных осей смартфона
Определим ориентацию смартфона относительно вектора ускорения свободного падения по данным записи проекций ускорения в первоначальный момент времени, когда транспортное средство было неподвижным. Углы наклона (Рисунок 5) определим по зависимостям (1.1).
Рисунок 5. Углы наклона произвольного вектора к координатным осям
(1.1)
Далее начнем поворачивать координатные оси смартфона до достижения состояния, при котором данные оси (т.е. оси средства измерения) станут параллельны главным координатным осям объекта испытаний (т.е. транспортного средства / автомобиля) [2]. Для этого воспользуемся зависимостью:
(1.2),
где:
НСК – новая система координат;
ССК –старая система координат;
– проекция вектора ускорения на соответствующую ось;
– матрица поворота вокруг соответствующей оси на угол 
Матрицы поворота на угол вокруг координатных осей 
представлены зависимостями:
Результаты расчетов представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Расчет углов поворота координатных осей смартфона
| ax (м/с2) | ay (м/с2) | az (м/с2) | |
| Начальные данные, м/с2 | -0,11 | 8,39 | 4,83 |
| Абсолютное значение вектора g, м/с2 | 9,68 | ||
| Угол наклона вектора g к осям смартфона, º | 90,67 | 29,91 | 60,09 |
| Будем вращать оси координат смартфона вокруг оси Ox, рад | 1,05 | ||
| Проекции ускорений в новой системе координат, м/с2 | -0,11 | 0,00 | 9,68 |
| Угол наклона вектора g к осям смартфона, º | 90,67 | 90,00 | 0,67 |
| Будем вращать оси координат смартфона вокруг оси Oy, рад | 0,01 | ||
| Проекции ускорений в новой системе координат, м/с2 | 0,00 | 0,00 | 9,68 |
Исходя из полученных данных пересчитаем все значения проекций ускорения, записанных в координатных осях смартфона, в новую систему координат с осями, параллельными главным координатным осям автомобиля (транспортного средств). В нашем случае будем оперировать зависимостью:
Графики проекций ускорения в координатных осях, параллельных главным осям автомобиля (транспортного средства), показаны на Рисунке 6.
Во время проведения испытаний географическое положение транспортного средства определялось по данным спутниковой навигации GPS/Глонасс: происходила запись в реальном времени параметров широты, долготы, эллиптической высоты и других. Графическое пояснение к системе общепринятого геопозиционирования представлено на Рисунке 7.
Рисунок 6. Графики проекций ускорения в координатных осях объекта испытаний
Рисунок 7. Геопозиционирование объектов на поверхности Земли
Таким образом, приведем определения:
Широта – угол 
между местным направлением зенита и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0° до 90° в обе стороны от экватора. Географическую широту точек, лежащих в северном полушарии (северную широту), принято считать положительной, широту точек в южном полушарии — отрицательной.
Долгота – угол 
между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведётся отсчёт долготы. Долготы от 0° до 180° к востоку от нулевого меридиана называют восточными, к западу — западными. Восточные долготы принято считать положительными, западные — отрицательными. За нулевой меридиан принят Гринвичский меридиан.
Учитывая то обстоятельство, что заезды выполнялись на площадке не соизмеримо меньшей по размерам с масштабами поверхности Земли, пренебрежем сферической составляющей поверхности, построив траекторию рассматриваемого заезда, приняв за координаты по оси абсцисс значения измеренной долготы, а за координаты по оси ординат – значения географической широты, скорректированные соответствующими масштабными коэффициентами [3]:
(1.3)
Результат построения траектории движения на плоскости по географическим координатам с использованием масштабных коэффициентов (1.3) показан на Рисунке 8.
На Рисунке 9 показан результат сопоставления построенной траектории движения с картой местности maps.google.ru.
Рисунок 8. Построение траектории движения на плоскости по географическим координатам
Рисунок 9. Построение траектории движения на карте местности
Рисунок 9. Построение траектории движения на карте местности
Пройденный путь 
в каждый момент времени 
будем определять по полученным при построении траектории координатам 
и 
с помощью зависимости:
Таким образом, результаты расчетов основных оценочных показателей при выполнении испытания по заданию 1.1 приведены в Таблице 3.
Таблица 3. Результаты расчетов оценочных показателей
| Оценочный показатель | Задание 1.1. |
| время разгона до 100 км/ч, с | |
| пройденный при разгоне путь, м | |
| максимальное ускорение при разгоне, м/с2 | |
| среднее значение ускорения при разгоне, м/с2 | |
| максимальное ускорение замедления, м/с2 | |
| среднее значение ускорения при торможении, м/с2 | |
| тормозной путь, м | |
| общий, пройденный при испытании, путь, м |
!!! Для задания 1.2 вместо Таблицы 3!!!
Выборку положительных значений ускорений будем осуществлять по зависимости: 
Соответственно выборку отрицательных значений определим следующим образом: 
Таблица 3. Результаты расчетов оценочных показателей
| Оценочный показатель | Испытание 1 | Испытание 2 |
| время движения, с | ||
| среднее значение скорости на маршруте, км/ч | ||
| пройденный путь, м |
Анализ динамики движения автомобиля в продольном направлении.
| Ускорения, м/с2 | Испытание 1 | Испытание 2 |
| среднее значение ускорения | ||
| максимальное значение ускорения | ||
| минимальное значение ускорения | ||
| среднее значение положительных ускорений | ||
| среднее значение отрицательных ускорений |
Анализ динамики движения автомобиля в боковом направлении.
| Ускорения, м/с2 | Испытание 1 | Испытание 2 |
| среднее значение ускорения | ||
| максимальное значение ускорения | ||
| минимальное значение ускорения | ||
| среднее значение положительных ускорений | ||
| среднее значение отрицательных ускорений |
!!! Для заданий 1.3 и 2.1 вместо Таблицы 3!!!
Выборку положительных значений ускорений будем осуществлять по зависимости:
Соответственно выборку отрицательных значений определим следующим образом:
Таблица 3. Результаты расчетов оценочных показателей
| Оценочный показатель | Задание 1.3 |
| время движения, с | |
| среднее значение скорости на маршруте, км/ч | |
| пройденный путь, м |
Анализ динамики движения автомобиля в продольном направлении.
| Ускорения, м/с2 | Задание 1.3 |
| среднее значение ускорения | |
| максимальное значение ускорения | |
| минимальное значение ускорения | |
| среднее значение положительных ускорений | |
| среднее значение отрицательных ускорений |
Анализ динамики движения автомобиля в боковом направлении.
| Ускорения, м/с2 | Задание 1.3 |
| среднее значение ускорения | |
| максимальное значение ускорения | |
| минимальное значение ускорения | |
| среднее значение положительных ускорений | |
| среднее значение отрицательных ускорений |
РЕЗУЛЬТАТЫИ ВЫВОДЫ
При выполнении курсовой работы были:
1. Проведены натурные испытания такого-то автомобиля с целью... (см.стр.3 и вставляй нужное);
2. При проведении испытаний в качестве измерительного устройства использовался смартфон такой-то;
3. Освоены навыки работы с программой MS Excel;
4. Освоены навыки обработки экспериментальных данных;
5. Выбраны и рассчитаны оценочные показатели для проведенного испытания: такие-то, такие-то, такие-то с соответствующими значениями.
6. В исследовательской части работы были получены следующие результаты: **********
!!! А теперь лично от себя!!!
Лично мне... особенно хотелось отметить... я узнал... и сделал выводы о том, что... в свободной форме.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов А.М., Шадрин С.С. Разработка дополнительных сервисов с использованием интерфейса Vehicle-to-Person (V2P) // Автотранспортное предприятие. 2014. № 9. C. 16-18.
2. Шадрин С.С., Иванов А.М. Использование смартфонов в образовательном процессе МАДИ при проведении дорожных испытаний автотранспортных средств // Известия ВолгГТУ. Серия «Наземные транспортные системы». Вып. 9: Межвуз. сб. науч. ст. / Волгоград: ВолгГТУ, 2014. № 19 (146). C. 81-85.
3. Sergey Sergeevich Shadrin, Andrey Mikhailovich Ivanov, Vyacheslav Mikhailovich Prikhodko. Usage of Smartphones in the Education Process of MADI during Vehicle Road Tests Conduction // Modern Applied Science. 2015. Vol. 9, No. 1. P. 83-88.