基于交通仿真的高速公路桥隧结合段交通安全评价方法

针对高速公路桥隧结合段特有行车环境,考虑行驶速度、桥面侧风、天气条件、车辆类型、道路线形等影响因素,根据车辆动力学性能确定仿真试验的响应指标,建立安全评价指标体系;采用TruckSim、CarSim车辆动力学仿真软件对车辆驶出隧道进入桥梁这一过程进行模拟分析,获取不同车型在不同天气下的侧向偏移量、偏航角、横摆角速度、侧向加速度、最大偏移量位置等响应指标的变化规律;采用组合赋权法确定各响应指标权重,通过模糊综合评价方法计算多场景下的综合风险值,划分安全风险等级;基于响应面法建立行车安全风险预测模型,并对河南省渑池—洛宁高速公路桥隧结合段进行交通安全性分析。研究结果表明：在桥隧结合段行驶过程中,对小型车行车安全而言,行驶速度影响最大,其次是天气条件,桥面侧风影响最小;对大型车行车安全而言,桥面侧风影响最大,其次是天气条件,行驶速度影响最小。提出的安全车速建议值可为制定动态车速限制策略提供技术支持。     

基于纵向力分配的轮边驱动电动汽车稳定性控制

采用层次化整车稳定性控制方法和加权二乘法优化分配算法,通过纵向力在约束范围内的合理分配形成直接横摆力矩,改善车辆的行驶姿态.实车试验结果显示,控制器根据各轮状态实现了四轮纵向力有效分配,车辆横摆角速度能够很好地跟踪参考横摆角速度;通过控制,降低了车辆横摆角速度与侧向加速度,提高了车辆的操纵稳定性.     

横摆角速度反馈对车辆操纵稳定性的影响

为了改善装有电子助力转向系统（EPS）的车辆操纵稳定性，分析研究了EPS中引入横摆角速度负反馈对车辆操纵稳定性的影响，建立了包含EPS的人-车系统数学模型，并利用SIMU—LINK工具箱进行了仿真分析。结果表明：该模型在EPS中引入横摆角速度负反馈，可以显著改善前轮角阶跃输入下车辆的横摆角速度的瞬态响应；EPS助力矩响应曲线上升平稳缓慢，有利于汽车在低附着系数路面高速转向行驶的操纵，从而提高了汽车的行驶安全性。     

公路施工便道圆曲线半径与加宽设计指标

为补充便道线形设计指标选择依据,提高便道建设质量和通行安全,从便道运输车辆特点出发,研究便道半径与加宽2个平曲线关键指标。首先,调研中国9条高速公路及1条省道建设工程中的便道建设情况,选用挖掘机、自卸车、半挂汽车列车和运梁车作为代表车型。然后,根据车辆结构与道路几何关系计算车辆空间通过性,得到自卸车、半挂车和运梁车3种代表车型加宽值设置要求和半径通过性限值,提出基于重型车辆重心后移的自卸车和半挂汽车列车横向稳定性验算方法。最后,对比横向摩擦因数为0.3和0.8的2种便道在不同超高条件下受横向稳定性限制的圆曲线半径值与采用公路横向力系数计算所得的半径值,并推荐出对应代表车型的平曲线关键指标以供便道设计参考。研究结果表明：自卸车与半挂汽车列车半径通过性限值为12 m,整体式运梁车为48 m,牵引式运梁车为14.5 m,具体车型要求的便道半径与加宽值差别较大;影响车辆横向稳定性主要因素为速度、重心位置和路面摩擦因数,在路面横向摩擦因数为0.3情况下,车辆较容易发生横向滑移,在路面横向摩擦因数为0.8情况下,车辆较容易发生横向倾覆;提高超高可显著降低一般最小半径值,对横向稳定性影响较小;自卸车...     

基于复合滑移轮胎模型的车辆横纵协同优化控制

极限工况下,车辆纵向侧向运动存在严重的耦合,传统的纵向或侧向主动安全控制技术难以保证车辆的操纵性能。基于复合滑移LuGre轮胎模型,提出了一种车辆横纵耦合协同优化控制器。建立了车辆侧向动力学模型,它能够反映出轮胎滑移率和侧偏角耦合特性对汽车侧向力的影响。然后,在预测控制框架下,设计车辆横纵耦合协同优化控制器,跟踪期望的横摆角速度和侧向速度,抑制滑移率,保证低附着路面下的车辆操纵稳定性。通过CarSim和MATLAB/Simulink的联合仿真,与基于纯侧偏轮胎模型的控制器控制性能进行对比,结果表明:所提出的控制器能够通过更少的输出扭矩更好地跟踪期望横摆角速度,抑制侧向速度,降低滑移率。     

重型汽车横摆稳定性的差动制动模糊控制方法

针对重型汽车研究了横摆稳定性差动制动模糊控制方法,以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标,利用差动制动产生适当的横摆力矩,提高车辆的横摆稳定性。根据具体车型建立了重型汽车的虚拟样机整车模型,并利用Matlab/Simulink搭建了差动制动模糊控制系统,通过ADAMS-Matlab联合仿真分析了不同车速、制动减速度、路面附着系数和转弯半径下的车辆响应。结果显示,应用差动制动模糊控制方法,在各种工况下均能使车辆的横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度明显减小,且制动减速度、转弯半径越大控制效果越明显,在低路面附着系数下也能达到明显的控制效果,表明该方法可有效提高重型汽车在转向操纵下的横摆稳定性。     

汽车侧风稳定性的双向耦合方法研究

基于汽车空气动力学与系统动力学双向耦合提出了一种Fluent与Matlab的在线耦合算法.并对侧风工况下某微型面包车的气动以及稳定性进行研究.汽车在9 m/s的稳定侧风环境下行驶1 s,双向耦合方法相对于传统的单向耦合方法计算得到的汽车侧向位移、侧向力、横摆力矩分别减小3.3%,4.8%,17.8%,相应的汽车侧向速度、横摆角速度等的差距都超过了6.0%.并且这种差距会随着作用时间的增加逐渐增大.结果表明:车辆运动状态受气动力的影响不能忽视;汽车的侧向力并不一定随着横摆角变大而增大,要综合考虑汽车的侧向速度与横摆角速度的影响;双向耦合方法建立了汽车空气动力学与系统动力学之间的紧密联系,得到的结果更加切合实际.      

互通式立交出口匝道分流鼻端平纵组合指标研究

为研究不同平纵线形指标条件下的互通式立交出口匝道分流鼻端行车安全性,采用小客车行车动力学仿真的方法,建立人、车、路仿真模型.通过改变分流鼻端的圆曲线半径、纵坡坡度,模拟不同条件下的行驶工况,分别对分流鼻端进行了平面线形和纵断面线形研究,得出不同工况条件下的车辆侧向加速度的响应输出,分析不同线形指标参数对分流鼻端行车安全的影响.研究结果表明:在匝道出口分流鼻端处,长缓和曲线+小半径圆曲线线形组合安全性优于短缓和曲线+大半径圆曲线线形组合.当主线设计速度为120 km/h(分流鼻处的设计速度为70 km/h),纵坡为-5%时,车辆的侧向加速度最大值为0. 58g,此时车辆侧滑危险性较大,建议设计中分流鼻端纵坡小于等于-4%.为保障分流鼻端行车安全,主线设计速度为120 km/h时,分流鼻端圆曲线半径为350 m,则纵坡应小于-3. 5%;当圆曲线半径为300 m,则纵坡应小于-3%.主线设计速度为100 km/h时,分流鼻端圆曲线半径为300 m,则纵坡应小于-4%;圆曲线半径为250 m,则纵坡应小于-3. 5%.     

直圆连接路段K型线与回旋线对比分析

为了从多个维度对比直圆连接路段回旋线与K型线的差异,分析对比K型线与回旋线在横向运动、侧倾运动和横摆运动3个自由度下的动力学差异,验证K型线作为缓和曲线的可行性的同时,研究分析车辆在基于K型线的直圆连接路段上的行车稳定性。利用K型线航向角特点,从微分和解析几何角度分析验证K型线和回旋线的曲率及曲率变化率状态。利用动力学软件CarSim对5种基于不同设计速度建立的道路模型进行仿真模拟,选取车辆横向加速度、车辆侧倾角、车辆横摆角及车辆方向盘转角4个指标作为评价依据,分析车辆在由2种不同缓和曲线连接的直圆连接路段上行驶时,其行车稳定性、驾驶人舒适性的状态差异。采用熵值法对各指标进行赋权,综合比较由K型线和回旋线连接的直圆路段的优劣。研究结果表明：K型线具有曲率及曲率变化率连续的优点;在设计指标相同条件下,K型线上车辆的各维度稳定参数均满足现有《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)要求,且优于回旋线;随着设计速度的减小,K型线与回旋线之间的差异愈加明显,K型线在行车稳定性和舒适性方面的优势愈显著;在设计速度相同的前提下,K型线在驾驶稳定性、驾驶人行车舒适性方面整体优于回旋线;在设计速...     

四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制

针对四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制问题,建立了七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型.基于滑模控制理论,选择质心侧偏角和横摆角速度两者为联合控制变量,并以汽车车速和路面附着系数为输入,运用模糊控制理论确定联合控制变量的联合控制参数,设计了四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制策略.在Matlab/Simulink环境下选取不同车速、不同路面附着系数进行了连续转向行驶和突然转向行驶的仿真分析.结果表明,所设计的控制策略能够将质心侧偏角和横摆角速度控制在稳定范围内,使车辆在任意转向行驶工况下保持稳定,最大限度地提高轮毂电动汽车的转向稳定性.     

质心侧偏角相图在车辆ESC系统稳定性控制的应用

通过车辆七自由度模型和Uni-tire轮胎模型,对车辆质心侧偏角相图稳定区域边界进行研究,得到边界随车速及路面摩擦因数变化的关系. 建立了基于质心侧偏角相图稳定区域的车辆电子稳定性控制系统控制方法. 通过与基于理想横摆角速度的控制方法进行比较,文中确定的质心侧偏角稳定区域边界能够对车辆稳定性控制效果进行评价,也能够对车辆轨迹进行跟随.      

大客车行驶安全性仿真与评价模型

为了对大客车道路行驶过程中的侧翻行为进行动力学分析,基于Matlab/Simulink搭建了驾驶人-大客车-道路仿真模型,利用该模型对某二级公路长3.6km路段进行了驾驶人的行驶仿真,采用方向盘转角、侧向偏移距离、侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角、车辆侧倾角、侧向载荷转移率7种动力学指标来评价大客车行驶安全性。研究结果表明:利用侧向载荷转移率对大客车侧翻趋势进行评价更加合理;相比于单纯的平曲线半径较小路段,在多弯道路段,车辆由于需要连续适应道路线形的变化,更易引起车辆侧向运动的不断累积,从而更容易引发道路交通事故;若弯道路段的前、后均为较长直线路段,驾驶人有足够的空间对车辆进行调整,从而在一定程度上降低了事故发生的概率。     

汽车主动前轮转向与直接横摆力矩协调控制

为充分利用路面的纵横向附着力,改善车辆的操纵稳定性,提出基于自抗扰解耦技术的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩(DYC)集成控制方法。基于仿真实验确定发生侧滑时的车辆前轮转向临界角,并用来划分AFS与DYC各自的工作区域。对AFS与DYC的控制进行加权,使AFS控制的退出与DYC控制的介入渐变进行。基于线性二自由度车辆模型设计了AFS与DYC的自抗扰(ADR)集成控制器。在CarSim中建立车辆模型,由Simulink的控制模型进行控制,进行了高低附着路面的双移线实验。AFS与DYC集成控制相对于AFS、DYC分别单独作用,在高附着路面,其横摆角速度最大值分别下降20%和11.8%,质心侧偏角最大值分别下降28.1%和17.9%,侧向加速度最大值分别下降26.1%和20.7%;在低附着路面,其横摆角速度最大值分别下降14.5%和13.3%,质心侧偏角最大值分别下降6.7%和1.4%,侧向加速度最大值分别下降9.7%和3.5%。实验结果表明,该文协调控制策略及集成控制方法能够提高车辆在高低附着路面行驶的稳定性。     

基于改进LQR方法的汽车横摆稳定性控制研究

为提高极限工况下汽车行驶的横摆稳定性,提出了一种改进的LQR横摆稳定性控制方法,考虑了路面附着极限的影响。在轮胎特性处于线性区域时,以二自由度线性模型作为参考模型,其稳态横摆角速度及质心侧偏角作为理想状态,当轮胎特性处于非线性区域时,以由路面附着系数决定的横摆角速度作为理想状态。根据线性二次型调节器(LQR)理论计算出维持汽车稳定所需要施加的附加横摆力矩。最后利用所建立的七自由度非线性模型,在正弦转向输入以及单移线工况下对控制方法进行了仿真验证,结果表明所设计的算法能够合理地控制横摆角速度及质心侧偏角,提高行驶的横摆稳定性。     

基于改进线性二次型调节器方法的汽车横摆稳定性控制研究

为提高极限工况下汽车行驶的横摆稳定性,提出了一种改进的线性二次型调节器(LQR)横摆稳定性控制方法,考虑了路面附着极限的影响。在轮胎特性处于线性区域时,以二自由度线性模型作为参考模型,其稳态横摆角速度及质心侧偏角作为理想状态,当轮胎特性处于非线性区域时,以由路面附着系数决定的横摆角速度作为理想状态。根据LQR理论计算出维持汽车稳定所需要施加的附加横摆力矩。最后利用所建立的七自由度非线性模型,在正弦转向输入以及单移线工况下对控制方法进行了仿真验证,结果表明所设计的算法能够合理地控制横摆角速度及质心侧偏角,提高行驶的横摆稳定性。     

K型线与回旋线在卵形曲线上行车稳定性分析

为研究K型线作为公路缓和曲线的可行性,对比分析K型线和回旋线在卵形曲线中车辆横向加速度、横摆角速度、横向荷载偏移率及横向加速度变化率4种指标的差异,分析车辆在K型线上行驶的行车稳定性.根据K型线数学模型和设置方法,求解K型线的逐桩坐标,并将其导入动力学仿真软件CarSim,建立小客车在K型线上行驶的仿真模型.通过改变缓...     

时滞对人—车闭环系统操纵稳定性的影响

对以往具有横摆角速度反馈控制的电动助力转向模型进行了研究分析,考虑反馈控制中时滞的存在,基于合适的驾驶员模型和汽车转向运动模型建立含时滞的横摆角速度反馈控制电动助力转向模型,利用matlab/simulink建立了人—车闭环系统动力学模型,通过改变时滞参数分析了时滞对车辆操纵稳定性的影响.研究结果表明,时滞对车辆的侧向速度、横摆角速度、前轮转角和驾驶员力矩都会产生不良影响,使汽车的稳定性变差甚至使汽车失稳.     

地铁曲线段轮轨接触三维有限元分析

建立曲线段地铁线路的轮轨接触三维有限元模型,研究行车速度、曲线半径、轴重、钢轨超高、轮轨接触位置和摩擦系数等因素对轮轨接触状态的影响,结果表明:钢轨最大等效应力先随行车速度的增加而减小,且一旦行车速度超过设计速度,等效应力就随之增大;改变钢轨的曲线半径和超高不会影响最大等效应力谷值的变化,但轴重的增加会使等效应力的谷值升高;曲线半径和超高的增加或速度的降低,将会导致接触位置为靠近轮缘一侧工况下的钢轨最大等效应力下降,远离轮缘一侧工况下的钢轨最大等效应力上升;不同摩擦系数因数下的钢轨最大等效应力变化不大。     

基于可靠度的隧道行车视距影响因素分析

为了研究隧道中曲线半径、路面摩擦系数、横净距及净高等不同设计参数对隧道行车视距的影响,将车辆运行速度、路面摩擦系数、驾驶人反应时间、隧道横净距及设计净高作为随机变量,以可靠度理论为基础,构建了隧道中平、竖曲线段的行车视距功能函数.通过改变隧道行车视距影响参数的设置,分析了隧道中行车视距的安全可靠性,并提出了隧道中行车视距的可靠性求解步骤.研究结果表明,隧道内行车视距失效概率随着曲线半径、路面摩擦系数、设计净高、隧道横净距的增加而减小,随着运行速度的增加而增大;设计净高、侧墙也对隧道内的行车视距产生影响.     

四轮转向汽车后轮转角控制因子控制效果研究

采用汽车的"自行车"模型,建立了四轮转向汽车的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,对四轮转向汽车的前轮转角输入控制因子和横摆角速度反馈输入控制因子对汽车操纵稳定性的影响进行了仿真分析.研究表明,两控制因子均能显著降低汽车质心侧偏角和侧向加速度,提高车辆操纵稳定性,但同时又降低了车辆的横摆角速度,降低了驾驶员的转向感觉;横摆角速度反馈输入控制因子对汽车质心侧偏角的影响还表现出了二重性,在四轮转向设计阶段应根据具体情况合理选取两控制因子.