数学建模汽车刹车距离论文
汽车刹车距离---数学建模
汽车刹车距离---数学建模桓台一中2010级31班曲庆渝辅导老师：崔禹摘要：由于本县近段时间某些司机因判断刹车距离失误而酿成交通悲剧，为使这一现象得到缓解，使交通出行更加安全，本文就通常所说的“2秒准则”展开讨论，建立数学模型，通过理论来估计实际问题。
（由于“2秒法则”最初由北美流行而来，故以下部分数据采用美制即英制单位）关键词：2秒准则；刹车距离；反应距离；制动距离一、问题提出：背景：汽车驾驶员培训过程中的“2秒准则”是否有道理——给出合理性解释：正常驾驶条件下：车速（在原车速基础上）每增加16千米/小时，则后车与前车之间的距离就应增加一个车身长度：车身作用：后车刹车的距离与后车的车速有关，车速快，车子动能大，增加与前车的距离可以保证后车刹车的安全，不致于同前车相撞（尾追）。
具体操作办法：——“2秒准则”增加一个车长的简便办法即“2秒准则”——即，当前车经过某一标志时，后车司机开始计算2秒钟后也到达同一标志，不管车速如何，即可保证后车刹车时不致于撞上前车，即不至于发生“尾追”现象。
（此“2秒准则”不管车速如何都可这样操作）2．问题：“2秒准则”的合理性的质疑：（1）“2秒准则”是否合理性假如汽车速度16千米/小时，计算2秒钟所行走的距离16千米/时≈4.44米/秒，故“2秒”走过的路程为：S=4.44米/秒*2秒=8.88米而车身的平均长度为： 4.6米显然：2秒准则走过路程8.88米>4.6米≈2个车身长度。
所以“2秒准则”的合理性受到质疑， 为此要寻求更合理的刹车距离方案： （2）设计出合理的刹车距离方案二、建模机理分析与符号说明刹车机理分析：分析：刹车距离“d ”与时间“t ”的关系：刹车距离 = 反应距离 + 制动距离符号说明：反应距离1d = 司机决定刹车起到制动器开始起作用，这段时间汽车的行驶的距离 制动距离2d = 以制动器开始起作用到汽车完全停止时刻，这段时间内汽车所行驶的距离。
刹车距离 数学建模
刹车距离数学建模刹车距离是指车辆从发现需要停车的信号或情况到完全停下来所需的距离。
在驾驶中，我们常常需要根据道路情况和车速合理判断刹车距离，以确保安全停车。
本文将从数学建模的角度出发，探讨影响刹车距离的因素，并介绍一种常用的数学模型来计算刹车距离。
刹车距离受到车速的影响，一般来说，车速越高，刹车距离就会越长。
这是因为车辆在高速行驶时具有更大的动能，需要更长的距离来消耗这部分能量，才能停下来。
因此，在高速行驶时，我们需要提前做好刹车准备，以避免刹车距离过长导致事故发生。
刹车距离还受到刹车系统的性能和状态的影响。
刹车系统包括刹车片、刹车盘、刹车液等部件，它们的磨损程度和工作状态会直接影响刹车的效果。
如果刹车片磨损严重或刹车盘存在问题，会导致刹车距离增加。
因此，定期检查和维护刹车系统是确保刹车距离符合要求的重要措施之一。
刹车距离还与路面情况和天气条件有关。
在湿滑或结冰的路面上刹车，由于附着力减小，刹车距离会明显增加。
此时，驾驶员需要根据实际情况调整刹车力度，以减少刹车距离。
针对刹车距离的计算，数学建模提供了一种有效的方法。
常用的刹车距离计算模型是基于物理学中的运动学原理建立的。
根据运动学原理，刹车距离与车速的平方成正比，与刹车加速度的倒数成正比。
具体来说，刹车距离可以表示为刹车时间乘以车速的一半，即：刹车距离 = 时间× 速度 / 2。
在实际应用中，为了更加准确地计算刹车距离，需要考虑到刹车系统的响应时间。
刹车系统的响应时间是指从踩下刹车踏板到刹车系统开始工作的时间间隔。
在这段时间内，车辆仍然以原有的速度行驶，因此需要额外的距离来消耗动能。
因此，最终的刹车距离计算公式应为：刹车距离 = 响应时间× 速度 + 时间× 速度 / 2。
需要注意的是，刹车距离的计算模型只是一个理论模型，实际情况可能会受到多种因素的影响。
在实际驾驶中，驾驶员应根据实际情况综合考虑车辆性能、道路条件和天气因素，合理判断刹车距离，并采取相应的措施确保安全驾驶。
中北大学汽车刹车距离研究
目录摘要 (2)关键词 (2)问题提出 (3)问题分析 (3)符号说明 (3)模型假设 (4)模型建立与求解 (4)结果分析修正 (14)模型应用 (14)模型优缺点及改进 (14)参考文献 (14)摘要本文从影响汽车刹车距离的两个方面：行驶速度和摩擦力入手研究三类大众化的汽车在公路的刹车情况，进而对这三类汽车的车主提出安全驾驶建议。
在模型的建立过程中，本文主要从影响汽车刹车距离的两个主要因素：初速度、刹车的制动力入手。
对于影响刹车距离的其他因素如：路面类型和状况、天气状况、驾驶员的操作技巧和身体状况等都视为相同的状态。
在对于刹车过程的具体分析，主要分成三种情况：刹车没踩到底、没踩刹车、完全踩刹车这三种情况进行研究。
根据题目所给公式：20.82762000dv M v f dt=---，详细讨论三种情况下初速度和制动力对刹车距离的影响。
再者从所收集得来的数据中matlab 计算数据，通过计算得出刹车的速度与距离关系式，并绘制出图像。
进而给驾驶者提出安全驾驶建议。
关键词：制动力（滑动摩擦力） 制动（刹车）距离功能原理 牛顿三定律问题提出质量为M 的汽车在城市公路上行驶，初始速度为0v ，刹车和引擎熄火时刻是0t ，此后汽车的滑动方程为：20.82762000dv Mv f dt=---说明：()v t 是t 时刻的速度（/m s ），右边第一项是空气阻力，第二项是轮胎滚动摩擦力，第三项是刹车的摩擦力。
在做汽车百公里刹车的测试前，请模拟分析汽车在不同的行车速度、不同的刹车方式下时，汽车的制动距离s （即当速度降到零时，汽车行驶的距离，注意：ds v dt=）。
问题分析问题要求建立刹车距离与车速、摩擦力之间的数量关系，一方面，车速是刹车距离的主要影响因素，车速越快，刹车距离越长；另一方面，不同的刹车习惯也是刹车距离的主要影响因素。
还有其它很多因素会影响刹车距离，包括车型、车重、刹车系统的机械状况、轮胎类型和状况、路面类型和状况、天气状况、驾驶员的操作技术和身体状况等。
数学建模汽车刹车距离
数学建模汽车刹车距离1. 前言汽车刹车距离在车辆的安全行驶和驾驶过程中起着至关重要的作用。
单独考虑车辆的马力、制动能力和路面情况都是不够的，需要将这些因素综合考虑，以保证行驶的安全性。
本文通过建立模型，探究车辆刹车距离的影响因素，以及如何优化车辆的行驶效率。
2. 模型的建立在考虑汽车刹车距离时，需要综合考虑车辆的制动性能、车速、路面状态等多个因素。
为了更好地探究这些因素之间的关系，我们建立了如下的数学模型。
设汽车在行驶过程中的车速为v，制动的加速度为a，路面的摩擦系数为μ，刹车距离为d。
根据牛顿第二定律可得：$$F=ma$$其中F为刹车制动力，m为车辆质量，a为制动加速度。
由于制动力与车速、制动器摩擦系数均有关系，因此可以通过以上参数进行表达。
可得到如下公式：$$F=C_{f}+C_{r}mg(v)$$式中，Cf和Cr分别为车轮前后制动器产生的制动力，g(v)为与车速有关的函数，m为车辆质量。
在刹车的过程中，系统对车辆施加一定的制动力，车速逐渐降低，直到最终停止。
设t为刹车的时间，可得如下公式：$$d=\frac{1}{2}at^{2}+\frac{1}{2}vt$$式中，第一项为制动过程加速度造成的路程，第二项为刹车前车辆的行驶路程。
将制动加速度a代入上述公式，可以得到：代入刚才的F公式，可以得到：这便是本文研究的汽车刹车距离的数学模型。
从中可以看出，刹车距离与车速、制动力、摩擦系数等参数均有关系，需要综合考虑。
3. 模型的应用和分析在上一章节中，我们得到了汽车刹车距离的数学模型。
下面将具体分析模型中的各个参数。
3.1 制动加速度制动加速度是指行驶中车辆的减速度，即刹车踏板产生的力作用在车辆质量上所产生的减速度。
制动加速度越大，车速下降的速率就越快，刹车距离也就相应越短。
反之，制动加速度越小，刹车距离就越长。
3.2 车速3.3 摩擦系数摩擦系数是路面与轮胎之间的摩擦力系数。
摩擦系数越大，所产生的摩擦力也就越大，车辆制动效果就越好，刹车距离就相应更短。
数学建模论文（车辆的停止距离）
数学建模论文（车辆的停止距离）数学建模论文车辆的停止距离姓名专业班级学号指导教师日期车辆的停止距离一、情景：正常的驾驶条件对车与车之间的跟随距离的要求是每10英里的速率可以允许一辆车的长度的跟随距离，但是在不利的天气或道路条件下要有更长的跟随距离。
做到这点的一种方法就是利用2秒法则，这种方法不管车速为多少，都能测量出正确的跟随距离。
看着你前面的汽车刚刚驶过的一个高速公路上涂有柏油的地区或立交桥的影子那样的固定点。
然后默数“一千零一，一千零二”；这就是2秒。
如果你在默数完这句话前就到了这个记号处，那么你的车和前面的车靠的太近了。
二、识别问题：行驶中的汽车，在刹车后由于惯性的作用，要继续往前滑行一段距离后才会停下，这段距离就叫刹车距离。
研究刹车距离对于安全行车及分析交通事故责任都有一定的作用。
据此建立车辆的停止距离模型。
三、假设：用关于总的停止距离的一个相当显然的模型：总的停止距离=反应距离+刹车距离来开始进行分析。
我们认为反应距离就是从司机意识到要刹车的时刻到真正刹车的时刻期间车辆所走过的距离。
刹车距离就是刹车后使车辆完全停下来所滑行的距离。
四、模型的建立、求解：首先对反应距离研究一个子模型。
反应距离是许多变量的函数，从列出其中的两个变量开始：反应距离=f（反应时间，速率)反应时间既受个体驾驶因素也受车辆操作系统的影响。
系统时间就是从司机接触到刹车踏板到刹车从机械上起作用之间的时间。
对于现代的车辆来说，大概可以忽略系统时间的影响，因为比之与人的因素，它是相当小的。
不同司机的反应时间取决于诸如反射的本能、警觉程度和能见度等许多事情。
现在假设从司机决定需要停车到刹车起作用的时间里车辆继续以常速行驶，在这个假设下反应距离d只是反应时间t和速度v的乘积：d =t*v画出测量得到的反应距离对速度的图形：反应距离和速率的比例性得到的图形近似于一条过原点的直线，我们就能估计斜率t，从而得到子模型：d=1.1v其次考虑刹车距离，车辆的重量和速率肯定是要考虑的重要因素。
数学建模汽车刹车距离论文
数学建模汽车刹车距离论文数学模型姓名：班级：学院：指导老师：摘要：司机在驾驶过程中遇到突发事件会紧急刹车，从司机决定刹车到汽车完全停止住汽车行驶的离称为刹车距离，车速越快，刹车距离越长。
就要对刹车距离与车速进行分析，它们之间有怎样的数量关系？美国的某些司机培训课程中有这样的规则:在正常驾驶条件下车速每增加10英里/小时,后面与前面一辆车的距离应增加一个车身长度。
又云，实现这个规则的一种简便方法是所谓“2秒规则”，即后车司机从前车经过某一标志开始默数2秒钟后到达同一标志，而不管车速如何。
试判断“2秒规则”与上述规则是否一致？是否有更好的规则？并建立刹车距离的模型。
汽车在10英里/小时（约16千米/小时）的车速下2秒钟下行驶多大距离。
容易计算这个距离为：10英里/小时*5280英尺/英里*1小时/3600秒*2秒=29.33英尺（=8.94米），远远大于一个车身的平均长度15英尺（=4.6米），所以“2秒准则”与上述规则并不一样。
所以我们还要对刹车距离与速度做更仔细的分析，通过各种分析（主要通过数据分析）以及各种假设，我们提出了更加合理的准则，即“t秒准则”。
在道路上行驶的汽车保持足够安全的前后车距是非常重要的，人们为此提出各种五花八门的建议，就上面的“一车长度准则”，“2秒准则”以及我们提出的t秒准则。
这些准则的提出都是为了怎样的刹车距离与车速的关系来保证行驶的安全。
所以为了足够安全要做仔细的分析。
关键字：刹车距离；车速；t秒准则。
一问题分析问题要求建立刹车距离与车速之间的数量关系。
制定这样的规定是为了在后车急刹车情况下不致撞到前面的车，即要确定汽车的刹车距离。
刹车距离显然与车速有关，先看看汽车在10英里/小时（约16千米/小时）的车速下2秒钟下行驶多大距离。
容易计算这个距离为：10英里/小时*5280英尺/英里*1小时/3600秒*2秒=29.33英尺（=8.94米），远远大于一个车身的平均长度15英尺（=4.6米），所以“2秒准则”与上述规则并不一样。
停车距离问题——数学建模案例
停车距离问题——数学建模案例摘要：汽车在行驶中，为规避险情，常常需要急刹车。
怎样实施刹车操作，最大限度地规避险情，保障司乘人员、车辆、障碍物的安全呢？在交通事故发生后，交管部门对事故现场的勘探，也常常需要还原驾驶人员刹车的操作是否规范？车辆是否在事故发生时超速行驶？以便公正、公平地进行事故责任认定。
所以，研究汽车刹车问题就具有现实意义。
本文旨在通过对行驶中的汽车刹车距离问题的探索，用数学模型刻画影响汽车刹车距离的关键因素，及各因素之间的数量关系。
为驾驶人的安全驾驶及交管部门的事故责任认定，提供有价值的参考。
关键词：距离、速度、参数、假设、检验、线性回归、数学建模。
一、符号说明驾驶人在实施刹车前，要根据险情判断何时开始刹车及刹车力度。
从做出判断到实施刹车这段时间，我们定义为反应时间，记作，这段时间汽车滑行的速度记作，滑行的距离定义为反应距离，记作；从汽车刹车到汽车停车滑行的这段时间，定义为制动时间，记作，这段时间汽车滑行距离定义为制动距离，记作；从做出需要刹车得判断到汽车停止滑行的这段时间定义为停车时间，记作，这段时间汽车滑行的距离定义为停车距离，记作；汽车刹车时，车辆轮胎与路面的滚动摩擦力记作；汽车的质量记作；刹车时汽车滑行的加速度记作。
二、基本假设2.1.在反应时间段内，驾驶人在判断需要刹车时，一般都会松开油门踏板。
此时，汽车滑行仅受轮胎与地面滚动摩擦力的较小影响，我们假设这期间汽车保持油门踏板松开的那一时刻的瞬时速度匀速行驶。
由于在现实生活中，因人而异，很难确定的具体数值，因此，最终只能确定与成正比。
2.2.在制动时间段内，驾驶人在实际操作中，刹车受力大小一般是由小逐渐快速增大的，增大的速度也并不均匀，在汽车停止滑动的瞬间，受力又突然变为零。
车辆的防抱死系统也是为了避免急刹车时，因驾驶人瞬间踩死刹车，使车辆仅受轮胎与路面的巨大滑动摩擦力控制，造成更大的危险（如爆胎、侧翻、方向盘失灵等）。
这里，我们仅研究假设这期间刹车受力F的大小为定值，其近似等于车辆轮胎与路面的滚动摩擦力。
汽车刹车距离问题数学建模
汽车刹车距离问题数学建模
汽车刹车距离问题可以使用物理学的运动学理论进行建模。
假设汽车从某一速度开始制动，刹车过程中速度逐渐减小，直到停止。
要求建立汽车刹车距离与初始速度、制动时间和摩擦系数之间的数学模型。
假设汽车的制动过程是匀减速运动，即加速度恒定。
设汽车的初始速度为v0（m/s），制动时间为t（s），加速度为a（m/s²），刹车距离为d（m），摩擦系数为μ。
根据物理学的等加速度运动公式，可以得到刹车距离和其他参数之间的关系为：
d = v0t - 0.5at²
其中，刹车距离d与初始速度v0、制动时间t和加速度a有关。
此外，根据牛顿第二定律，摩擦力与摩擦系数μ成正比，可以得到：
F = μmg = ma
其中，F为摩擦力，m为汽车的质量，g为重力加速度。
根据摩擦力的定义，可以将摩擦力表示为：
F = μmg = m * a
代入等加速度运动的公式中，得到：
d = v0t - 0.5(m * a)t²
综上，可以得到汽车刹车距离与初始速度、制动时间和摩擦系数之间的数学模型为：
d = v0t - 0.5(m * a)t²
其中，a = μg。
根据实际情况，可以通过实验或者经验数据获取摩擦系数μ的值，进而计算刹车距离。
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司机在驾驶过程中遇到突发事件会紧急刹车，从司机决定刹车到汽车完全停止住汽车行驶的离称为刹车距离，车速越快，刹车距离越长。
就要对刹车距离与车速进行分析，它们之间有怎样的数量关系？
美国的某些司机培训课程中有这样的规则:在正常驾驶条件下车速每增加10英里/小时,后面与前面一辆车的距离应增加一个车身长度。
又云，实现这个规则的一种简便方法是所谓“2秒规则”，即后车司机从前车经过某一标志开始默数2秒钟后到达同一标志，而不管车速如何。
试判断“2秒规则”与上述规则是否一致？是否有更好的规则？并建立刹车距离的模型。
汽车在10英里/小时（约16千米/小时）的车速下2秒钟下行驶多大距离。
容易计算这个距离为：10英里/小时*5280英尺/英里*1小时/3600秒*2秒=29.33英尺（=8.94米），远远大于一个车身的平均长度15英尺（=4.6米），所以“2秒准则”与上述规则并不一样。
所以我们还要对刹车距离与速度做更仔细的分析，通过各种分析（主要通过数据分析）以及各种假设，我们提出了更加合理的准则，即“t秒准则”。
在道路上行驶的汽车保持足够安全的前后车距是非常重要的，人们为此提出各种五花八门的建议，就上面的“一车长度准则”，“2秒准则”以及我们提出的t秒准则。
这些准则的提出都是为了怎样的刹车距离与车速的关系来保证行驶的安全。
所以为了足够安全要做仔细的分析。
关键字：
刹车距离；车速；t秒准则。
一问题分析
问题要求建立刹车距离与车速之间的数量关系。
制定这样的规定是为了在后车急刹车情况下不致撞到前面的车，即要确定汽车的刹车距离。
刹车距离显然与车速有关，先看看汽车在10英里/小时（约16千米/小时）的车速下2秒钟下行驶多大距离。
容易计算这个距离为：10英里/小时*5280英尺/英里*1小时/3600秒*2秒=29.33英尺（=8.94米），远远大于一个车身的平均长度15英尺（=4.6米），所以“2秒准则”与上述规则并不一样。
为了判断规则的合理性，需要对刹车距离做教仔细的分析。
一方面，车速是刹车距离的主要影响因素，车速越快，刹车距离越长；另一方面，还有
其他很多因素会影响刹车距离，包括车型.车重，刹车系统的机械状况，轮胎类型和状况，路面类型和状况，天气状况，驾驶员的操作技术和身体状况等。
为了建立刹车距离与车速之间的函数关系，需要提出哪几条合理的简化假设呢？ 可以假设车型，轮胎类型，路面条件都相同；
假设汽车没有超载;
假设刹车系统的机械状况，轮胎状况，天气状况以及驾驶员状况都良好；
假设汽车在平直道路上行驶，驾驶员紧急刹车，一脚把刹车踏板踩到底，汽车在刹车过程没有转方向。
这些假设都是为了使我们可以仅仅考虑车速对刹车距离的影响。
这些假设是初步的和粗糙的，在建模过程中，还可能提出新假设，或者修改原有假设。
首先，我们仔细分析刹车的过程，发现刹车经历两个阶段：
在第一阶段，死机意识到危险，做出刹车决定，并踩下刹车系统开始起作用，汽车在反应时间行驶的距离称为“反应距离”；
在第二阶段，从刹车踏板被踩下，刹车系统开始起作用，到汽车完全停止，汽车在制动过程“行驶”（轮胎滑动摩擦地面）的距离称为“制动距离”。
二 模型假设
基于上述分析，做以下假设：
1） 刹车距离d 等于反应距离1d 和制动距离2d 之和。
2） 反应距离1d 与车速v 成正比，比例关系为反应时间1t
3） 刹车时使用最大制动力F ，F 作的功等于汽车动能的改变，且F 与车质量m 成正比。
三 模型的建立及求解
由假设2）
11d t v = （1）
由假设3，在F 作用下行驶距离2d 做的功2212
Fd mv =，使使车速从v 变到0，而F=ma ，
则2d = 212
av ，按照牛二定律可知，刹车时的减速度a 为常数，于是 22d kv = （2）
其中k 为比例系数，实际上k=a/2。
由假设1，刹车距离为
21d t v kv =+ （3）
为了将这个模型用于实际，需要知道其中的参数1t 和k 。
通常有经验估计和数据拟合两种方法，这里采用反应时间1t 的经验估计值（按多数人平均计算）0.75秒，而利用交通部门提供的一组刹车距离的实际数据（下表）来拟合k 。
表（1） 车速和刹车距离（第三列括号内是最大值）
利用上表的第三2,3列数据和1t =0.75秒，可以得到模型（3）中k=0.0256，于是
2
d v v
=+（4）
0.750.0256
表中第4列是按（4）式计算的刹车距离下图给出了实际刹车距离和计算刹车距离的比较，表1最后一列刹车时间是按最大刹车距离（第三列括号内）计算的。
表2 实际计算刹车距离的比较
四结果分析
按照上述模型可以将所谓“2秒准则”修改为“t秒准则”，即后车司机从前车经过某一标志开始默数t秒钟后到达同一标志，t由表3给出。
0~10 车速(英里/小时)
0~10 0~10 0~10
t (秒) 1 2 3 4
表3 修正后的“t秒准则”
五 模型评价
考察误差，发现当车速不超过104.6千米/小时，实际值都微小于理论值，但是当车速更快时，实际值就会大于理论值，而且随着车速的增加误差会越来越大。
误差分析说明制动距离子模型2d = 2kv 的模型假设适合较低的车速范围内；当车速更高时，可能由于我们漏了考虑某些不容忽视的因素，导致模型解答不那么令人信服。
讲述准备：周英涛 李正福
材料收集：李正福 艾孜海尔江.艾合买提
材料整理及排版：周英涛
[参考文献]1: 姜启源 谢金星等 高等教育出版社 2003年
2: 任善强 雷宁 数学模型 高等教育出版社 2003年。