载货汽车多侧翻指标关联性分析与实用化表征方法研究

以优化载货汽车实用化侧翻预警指标表征方法为目的,针对3种侧翻指标(侧向加速度、侧倾角、横向载荷转移率)展开理论关联性分析和动力学仿真试验验证。基于简化的车辆侧倾动力学模型,推导3种侧翻指标关联模型,在Matlab/Simulink中建立基于某轻型载货汽车实际参数的非线性多自由度动力学模型,设置车速与转向角独立变化的2组阶跃转向工况,研究车辆侧翻指标定量关联性及实用化表征方法。通过最终稳定点的分布拟合得到侧倾角和横向载荷转移率与侧向加速度之间的线性数值化模型,进而验证了提出利用侧向加速度间接表征侧倾角和横向载荷转移率的实用化侧翻预警指标表征方法。结果表明:随着方向盘转角和车速的提高,侧倾角和横向载荷转移率与侧向加速度在整个仿真过程中能够快速趋于稳态。通过此法计算出的车辆侧倾角和横向载荷转移率,为后续车辆侧翻预警控制系统的设计提供了良好的指标基础。     

半挂液罐车弯道安全车速优化控制

为降低半挂液罐车驶过弯道路段过程中的侧翻事故风险,提出了基于最优控制的半挂液罐车弯道安全车速优化控制方法。该控制方法以侧翻事故防控为优先目标,以高效通行为辅助目标,帮助半挂液罐车在驶向弯道时提前获得无横向失稳隐患的最优车速控制方案,实现“预防式”的车辆主动安全控制。同时为提高控制方案有效性,利用正弦波动方程拟合罐内液体纵向转移过程,结合基于改进准静态法的罐内液体横向偏移规律,构建了具有纵横双维度描述能力的罐内液体晃动模型,提高了最优控制问题成本函数中半挂液罐车横向稳态表征指标的准确性。仿真结果表明：受控半挂液罐车驶过弯道过程中的瞬时横向载荷转移率始终处于[-0.7,0.7]的安全范围内;不同弯道半径下车辆瞬时横向载荷转移率均有下降,且在弯道半径61米时降幅最大;受控半挂液罐车最大瞬时横向载荷转移率最大降幅达到0.07;车速控制对道路通行效率的负面影响较小。该控制方法帮助半挂液罐车避免侧翻事故,适用于多种不同半径的弯道路段。     

基于Carsim的弯道路段行车轨迹研究

针对受驾驶人自身驾驶经验和习惯、视野、道路周边环境等因素影响的车辆行驶轨迹,探究了典型车辆行驶轨迹(正常轨迹、理想轨迹、切线轨迹、漂移轨迹、摇摆轨迹和修正轨迹)条件下的车辆动力学响应. 在Carsim环境中构建了以6种行车轨迹为道路中心线的弯道路段,并使车辆的左前轮始终沿道路中心线行驶,仿真过程中记录车辆动力学参数的时变曲线. 研究表明:车辆沿切线和正常轨迹行驶时,能够以安全、高效、舒适的理想状态通过弯道路段;而当车辆沿修正轨迹、摇摆轨迹等行驶时,行驶稳定性和舒适性较差.     

基于Trucksim的弯道安全车速模型研究

为提高车辆弯道行驶的安全性,针对汽车弯道行驶中侧滑、侧翻等侧向失稳问题,选用某型商用车为研究对象,考虑车辆悬架的动刚度特性和轮胎的非线性特性等,通过Trucksim软件建立了整车动力学模型,在平直路面上进行了不同弯道半径、不同附着系数与通过车速的交互仿真试验,然后在曲面函数拟合的基础上结合仿真实验数据建立了安全车速与附着系数、弯道半径的数学模型。通过Matlab仿真将本文模型与现有的弯道安全车速计算模型进行对比分析,该模型得到的弯道安全车速值在现有模型的计算值之间,同时在当路面附着系数在上升到某一定值后,通过模型计算出的安全车速值还呈现出车速峰值现象,反映出了通过弯道时的侧翻现象;最后,采用Trucksim软件对转弯半径为250 m、附着系数0.7的弯道仿真,使得出的安全车速值与该模型得到的安全车速值进行对比,本文模型将计算误差从传统计算模型的16%降低到了1.4%,提高了计算精度。该研究为车辆转弯时的侧翻、侧滑评价以及车辆转向行驶的主动安全控制提供了参考。     

驾驶员预瞄时间与公路弯道半径的耦合特征

为了研究驾驶员预瞄时间与公路弯道半径耦合特征对汽车操纵稳定性的影响,建立了人-车-路系统动力学模型,通过基于实际道路数据的仿真试验,分析了驾驶员预瞄时间和弯道半径对汽车动力学特征和路径跟踪情况的影响,验证了模型的正确性.利用相轨迹变化、轮胎侧向力、汽车行驶轨迹偏差、车身姿态变化、汽车状态变量(纵向速度、侧向速度、横摆角...     

基于主动转向与差动制动最优控制客车侧翻研究

客车载客量大、重心高,在高速转弯行驶工况下易发生翻车事故,客车防侧翻控制研究对提高其行驶安全性有着重要的现实意义.在建立客车整车多自由度系统模型、理想二自由度以及Dugoff非线性轮胎模型的基础上,利用横向载荷转移率作为侧翻危险状况的评价指标,基于差动制动和主动转向两种控制技术的防侧翻控制机理设计模糊控制器,通过叠加转角与各个车轮不同的制动力矩的共同作用,对客车进行快速有效的防侧翻控制.利用Matlab/Simulink软件建立最优控制力矩防侧翻控制系统仿真模型,分别针对不同附着系数路面、客车满载工况进行相关仿真.结果表明,该控制系统方案可行,可对大客车侧翻危险状况进行有效控制.     

汽车弯道防侧滑/侧翻控制器设计

对自动化公路系统弯道上汽车防侧滑/侧翻控制系统进行了研究.在汽车驶入弯道前计算安全车速,建立车辆运动学模型,采用积分反推方法设计了直道制动减速阶段的速度控制器,通过引入虚拟控制变量设计了弯道车道保持阶段的位姿控制器.根据车辆动力学简化模型设计了动力学控制器进行仿真试验,车辆以安全车速通过弯道.试验表明所设计的控制器具有快速、准确跟踪和全局稳定的特性,能有效避免发生侧滑/侧翻的危险工况,保证车辆行驶安全性和方向稳定性.     

基于感知悬架载荷的车辆防侧翻控制策略研究

车辆在弯道上行驶,造成车辆侧翻的严重事故日渐增多.本文将车辆簧载质量和整车加以分析,通过建立各自平衡力系,构建了车辆转弯时,外侧车轮悬挂簧载质量的预警和主动控制的临界压力解析式;采用位移传感器,侧向加速度传感器,侧向坡度传感器构建了基于感知悬架载荷的车辆防侧翻控制系统.     

车辆侧翻指标与侧翻风险因素分析

为了明确侧翻预警与防侧翻控制所需的侧翻指标和考察侧翻风险因素的影响程度,利用CarSim建立了SUV车辆的整车非线性动力学模型,基于仿真分析方法进行了鱼钩转向侧翻试验设计,并对试验结果进行了数理统计与分析.仿真试验结果表明:侧翻指标方面,轮胎载荷转移率指标在表征车辆侧翻方面具有较高的可信度;车辆的侧滑甩尾和转向能力与侧翻之间的关系取决于路面的附着情况;所提出的新的侧翻风险度量指标适于车辆复杂输入条件下分析了多个侧翻风险因素对侧翻风险的影响.     

半挂汽车列车行驶稳定性问题研究

为探究汽车列车行驶过程中牵引车单元和半挂车单元的相互影响机理,通过整车行驶稳定性动力学分析建立了半挂汽车列车11自由度动力学模型,并利用Matlab对建立的模型进行了仿真分析;采用汽车列车实车行驶稳定性检测试验验证了整车动力学模型和数值仿真的正确性. 研究结果表明:路况良好时,两车辆单元侧向加速度与横摆角速度大小接近,半挂车运动响应略有滞后;汽车列车发生侧翻的可能性较大,而不易发生侧滑和折叠事故;车辆侧翻时,半挂车车轴首先提升,其次是牵引车后轴,牵引车前轴最后提升.     

山区道路车辆转弯行驶稳定性分析与控制

山区道路由于技术等级较低,车辆转弯时容易发生侧翻事故。在考虑双向坡度的条件下,运用达朗贝尔原理,建立了车辆转弯行驶的力学模型,推导出侧翻稳定系数的表达式。在给定参数下,利用Matlab软件进行仿真,分析各因素对转弯稳定性的影响,并提出了山区道路车辆侧翻预防对策与控制措施,为提升车辆的行驶稳定性、防止侧翻事故的发生提供了理论依据。     

高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性分析研究

准确分析重载车辆在高速公路超长爬坡路段的行驶状态,能够保证车辆的主动安全控制,当前车辆形式状态安全稳定性分析大多采用单一集中卡尔曼滤波方法,存在容错性差的弊端,稳定性和可靠性不高。为此,从新的角度对高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性进行分析,通过失稳角对行驶状态安全稳定性进行分析,依据弯道路段事故特征分析重载车辆出现侧翻与侧滑的现象,得出高速公路路面情况、坡度和转弯半径对重载车辆行驶状态安全稳定性有影响的结论。引入加速度干扰概念,以更加有效的分析重载车辆行驶安全稳定性。实验结果表明,所提方法能准确分析重载车辆行驶状态的安全稳定性。     

高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性分析

准确分析重载车辆在高速公路超长爬坡路段的行驶状态,能够保证车辆的主动安全控制。当前车辆形式状态安全稳定性分析大多采用单一集中卡尔曼滤波方法,存在容错性差的弊端,稳定性和可靠性不高。为此,从新的角度对高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性进行分析,通过失稳角对行驶状态安全稳定性进行分析;依据弯道路段事故特征,分析重载车辆出现侧翻与侧滑的现象,得出高速公路路面情况、坡度和转弯半径对重载车辆行驶状态安全稳定性有影响的结论。引入加速度干扰概念,以更加有效的分析重载车辆行驶安全稳定性。实验结果表明,所提方法能准确分析重载车辆行驶状态的安全稳定性。     

汽车弯道行驶经济性车速优化方法

道路曲率影响汽车的燃油经济性.以汽车弯道行驶燃油经济性为目标,提出了基于弯道曲率信息的经济性车速优化方法.通过建立BIT-TFCM瞬时燃油消耗模型和车辆动力学模型,得到单一曲率圆周道路下的稳态经济性车速.利用动态规划算法求得汽车驶入和驶离弯道两种工况下的经济性车速轨迹.Matlab/Simulink与CarSim联合仿真结果表明,与典型驾驶员弯道行驶模式相比,该算法可节油5.69%~15.91%.该技术可以明显提高传统汽车弯道行驶燃油经济性,也可为无人驾驶车辆弯道速度控制提供决策依据.      

道路因素对车辆侧翻的影响分析

为了系统研究道路因素对车辆侧翻的影响,运用Matlab软件中的仿真模块Simulink建立了三自由度车辆动力学闭环仿真模型,提出了2个度量侧翻风险的指标——临界侧向加速度和横向荷载转移比.通过正交试验设计,研究了不同道路因素以及因素间交互作用对车辆侧翻的影响程度.结果表明,影响车辆侧翻的道路因素按其影响的强弱程度排序依次为:平曲线半径、平曲线半径与超高的交互作用、超高、缓和曲线设置、路面摩擦系数、平曲线半径与路面摩擦系数的交互作用、纵坡、平曲线半径与纵坡的交互作用,其中平曲线半径、超高、缓和曲线设置以及平曲线半径与超高交互作用对车辆侧翻具有显著性影响.     

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...     

重载货车挂档下坡速度变化特征仿真

为提高长大下坡道路大型车辆行车安全,建立了重载货车整车模型和道路模型,分析了载重量、挂档档位、路面坡度与挂档车速之间的关联和影响,探讨了挂档车速的波动特性及挂档机理,得到了不同坡度各档位挂档车速变化范围,提出了在挂档决策基础上结合驾驶人操纵行为特征谱的新型仿真模式。仿真结果表明:在挂档决策基础上结合驾驶人操纵行为特征谱分析长大下坡车辆行驶安全更具可靠性,从而为驾驶人挂档决策、道路行驶安全研究提供依据。     

基于模糊评价的安全感知与车速相关性分析

为研究道路安全水平的主观认知对运行车速的影响,进行了实车试验,通过50份问卷调查确定了对安全影响权重较高的道路评价指标,随机选取719位驾驶人对试验路段的平曲线、竖曲线以及行车视距进行了主观评价,统计并建立了被试人员对行驶路段安全性的模糊综合评价模型,同时采集了驾驶人在各评价路段的运行车速值.研究结果表明:基于模糊综合...     

基于临界值权重的大客车防侧翻及路径恢复控制研究

针对大客车在山区公路危险工况下不能兼顾防侧翻控制与路径偏离控制的问题,文章提出了一种大客车防侧翻及路径偏离恢复协调控制策略。利用防侧翻及路径偏离恢复临界值权重控制方法,对大客车在危险工况下侧翻危险系数及偏离车道危险系数进行了实时预估,并根据危险系数临界值进行控制方法的权重分析,利用Matlab/Simulink平台建立了多自由度整车模型,对所提出的大客车稳定性控制策略进行了仿真分析。分析结果表明,所提出的方法在一定程度上能实现大客车侧翻稳定性与路径偏离的协调控制,在降低大客车侧翻危险性的同时减少大客车路径偏离程度,有效提高了大客车在山区公路或其他工况下的行驶稳定性。     

半挂汽车TTR预警及防侧翻控制

为及时提醒驾驶员半挂汽车的侧翻危险状态并对车辆的侧翻危险状态进行控制,以TruckSim中的半挂汽车作为真实车辆,考虑汽车运行过程中的过程噪声以及量测噪声,利用Kalman滤波技术实时估计半挂汽车的运行状态。以车辆的横向载荷转移率为侧翻指标,建立了基于模型预测的TTR(time-to-rollover)侧翻预警算法,并结合最优控制算法,制定了基于TTR侧翻预警的防侧翻控制策略。通过仿真分析,此控制策略可以有效提醒驾驶员半挂汽车的侧翻危险状况,并有效控制半挂汽车的侧翻危险状态,防止侧翻危险的发生。