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。     

大型货车对路面的动作用力

为研究大型载重货车对路面的动作用力,建立了四轴拖挂车动力学模型,以路面随机不平度为激扰,研究车辆动载荷和动载系数随路面等级、车速、载质量、轮胎刚度、悬架阻尼和悬架刚度的变化规律.结果表明:如果路面等级下降或车速提高或轮胎刚度增大,拖挂车各轮动载荷都增大;挂车悬架阻尼的减小和悬架刚度的增大都能使挂车各轮动载荷增大,对拖车各轮的动载荷影响则不大;拖车后悬架阻尼的增大能引起拖车后轮动载荷的减小,但拖车后悬架刚度在原取刚度值的1.5倍附近时,能使拖车后轮动载荷最小;在模拟中,动载荷系数和动载荷具有相同的变化规律;而载质量的增加,拖挂车各轮的动载荷变化不大,但动载系数减小,对路面总作用力会逐渐增大.     

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.     

从动轮-悬架系统侧向自激振动影响因素分析

胎面侧向自激振动是轮胎多边形磨损现象产生的根源.对后悬架四自由度自激振动模型进行Simulink仿真,验证了轮胎侧向振动是一种硬自激振动.对系统自激振动状态影响较大的敏感参数主要有轮胎橡胶刚度及阻尼系数、垂向载荷、接地附着系数、接地块质量、轮胎前束角以及外倾角.对敏感参数的灵敏度计算确定了影响分岔车速的参数灵敏度排序.最后,给出了抑制轮胎侧向自激振动的主要有效措施:增大胎面—路面附着系数及减小轮胎前束角可以减小产生自激振动的车速范围或者将其从正常行驶车速范围移除,从而减少胎面磨损,延长轮胎使用寿命.     

轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况数值模拟

针对水泥混凝土路面抗滑性能缺乏定量分析和合理评价方法的问题,采用有限元分析方法,对轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况进行了数值模拟,分析了荷载、路表构造、胎压和行车速度等因素对轮胎与路面附着系数的影响。结果表明:荷载、刻槽宽度和槽间距均对路面附着系数影响显著,而刻槽深度几乎对路面附着系数没有影响;轮胎的充气压力越低,轮胎与路面之间的附着系数越大;车速越快,附着系数越小,并由此回归出路面附着系数与充气压力、荷载、行车速度以及路面构造参数之间的关系式。     

轮胎拖印分析道路交通事故车速的模型

道路交通事故发生前的车速(简称事故车速)是确定事故责任的依据,是研究事故再现的主要内容之一,也是目前国内外交通安全研究领域的一项重要课题。从事故现场的轮胎拖印出发,分析建立了根据轮胎拖印计算事故车速的模型。考虑到事故现场汽车各轮胎拖印的多样性和交警在事故现场采集数据快速准确的要求,运用能量守恒定律,将轮胎现场印迹分为胎印、擦印和拖印三阶段,将现场轮胎拖印测量起始点确定为轮胎胎印的起始点,并引入前后轴荷比和制动拖印修正系数。建立的事故车速分析计算模型综合考虑了事故车辆装载质量的变化、各车轮轮胎拖印长度的不等、制动过程轮胎与路面附着系数的变化等因素。     

交通事故再现中轮胎/路面附着系数估算方法

为提高估算交通事故再现时所需轮胎/路面附着系数的准确性,提出了1种轮胎/路面附着系数估算方法.基于模糊控制理论,分析了轮胎/路面附着系数的主要影响因素,建立了路况、胎压、胎况、车速和附着系数的隶属函数,并依据专家经验法制定了模糊规则库,最终建立轮胎/路面附着系数估算模型,并通过试验验证了该模型的有效性.试验结果表明:对于ABS车辆附着系数估算模型,最大相对误差为3.57%,最小相对误差为1.25%,相对误差均值为1.96%,相对误差均方差为0.80%;对于非ABS车辆附着系数估算模型,最大相对误差为3.03%,最小相对误差为1.49%,相对误差均值为2.24%,相对误差均方差为0.79%.     

基于 UKF车辆状态及路面附着系数估计的AFS控制

本文侧重于主动前轮转向(Active Front Steering,AFS)控制系统的应用性与可行性研究,针对紧急转向工况下轮胎呈现强非线性问题,以及AFS控制算法中部分状态量难以获取、路面附着系数对车辆稳定性有重要影响但难以直接测量等问题,设计非线性滑模控制器以综合考虑载荷转移、轮胎非线性及路面条件等对操稳性影响,同时,通过ESP系统现有的IMU传感器测量信息,运用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法为滑模控制器动态估计车辆状态信息和路面附着系数.在得到期望轮胎侧偏力后,通过非线性轮胎模型精确反求所需叠加转角,以在"轮胎-路面"附着能力范围内检验控制系统的有效性.最后,高附着系数情况下的鱼钩测试仿真及低附着系数时的角阶跃转向仿真共同表明,通过IMU与UKF结合的状态估计确保了AFS控制系统的可行性,有效提高了车辆操纵稳定性.     

考虑行驶稳定性的四轮转向车辆路径跟踪控制研究

为了改善高速和低附着路面上无人驾驶车辆的行驶稳定性和保障行车安全,以四轮转向车辆为研究对象提出了一种考虑行驶稳定性的路径跟踪控制方法。首先基于模型预测控制算法设计了四轮转向路径跟踪控制器,然后根据质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面稳定域和零质心侧偏角控制目标设计了车辆状态参数包络约束,在路径跟踪算法中加入轮胎侧偏角约束和车辆状态参数包络约束,保证车辆行驶时的稳定性。CarSim和Simulink联合仿真结果表明,采用基于包络线稳定性控制策略的车辆在高速行驶时或在低附着路面上行驶时能保持良好的路径跟踪能力并具有较好的行驶稳定性。     

基于线控制动的轮胎与地面附着系数实时检测

轮胎与地面间的附着系数是影响车辆安全性能的重要因素.在理论分析的基础上,提出了基于线控制动的路面附着系数检测方法,利用踏板位置传感器估计制动器制动力,采用MMA6260Q加速度传感器检测车辆制动减速度,由制动器制动力与地面制动力判断轮胎运动状态,根据车辆载荷转移公式得到车轮法向载荷,获得进入滑动区域的利用附着系数,并由此得到地面附着系数.分析显示该检测方法可以较准确地识别轮胎与地面附着系数,具有一定的实用价值.     

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。     

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。     

高等级路面上的车辆动载荷

为研究重型运输车辆对高等级路面作用的动荷载,建立1/2车辆动力学模型,研究了路面不平度、车辆速度、轴重和胎压等因素对车辆动载荷的影响。研究结果表明:车辆动载系数随着路面不平度、车辆速度和胎压的增加而增加,随着轴重的增加而减小;车辆动载荷随着各个参数的增加而增加;标准载荷下,A级路面动载系数为1.12~1.19,B级路面动载系数为1.23~1.38,C级路面动载系数为1.48~1.76,D级路面动载系数为2.00~2.52。     

不同形式路面表面功能对比研究

为改善路面行车舒适性与安全性,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于横向刻槽、纵向刻槽、露石、金刚石研磨水泥混凝土路面、开级配沥青混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究。结果表明:纵向刻槽水泥混凝土路面构造深度大于露石、金刚石研磨、横向刻槽水泥混凝土路面。车速增加,路面动态摩擦系数不断减小,其中纵向刻槽路面的动态摩擦系数稍高于横向刻槽及金刚石研磨路面。同时开级配沥青混凝土路面比刻槽、金刚石研磨、露石的混凝土4个形式路面的噪声水平降低5~10 d B,其降噪效果良好。     

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。     

大客车紧急状态纵向可控域模型研究

为提高车载避撞系统的工作效能,在充分考虑轮胎模型的情况下,针对不同路面附着系数建立相应的大客车紧急状态纵向可控域模型。首先通过车载DSP实时获取可控域模型参数,并在此基础上构建四轮八自由度的车辆模型,且结合大客车轮胎模型的特点,选取Gim轮胎模型作为大客车轮胎的简化模型,结合前后车辆运动关系构建了基于车速的紧急状态纵向可控域计算模型。依据不同天气条件发生的频次以及危险程度等级,将路面条件划分成晴天、雨天、冰天以及雪天四种典型路面,针对不同路面条件下附着系数的差异性建立相应的可控域模型,并与传统的基于制动过程的可控域模型进行了对比分析,最后,对两模型的有效性进行了验证。结果表明：考虑路面附着系数和轮胎模型的可控域模型能够准确的逼近真实的可控域范围。     

基于心生理反应的山区高速公路线形安全分析

山区高速公路受地理环境限制呈现地形高差大、线性组合多等特点,其复杂的线形使驾驶人的心生理发生变化,行车风险增大。为提高山区高速公路的行车安全性,选取16名驾驶员在典型山区高速公路纵坡路段、平曲线路段和弯坡路段进行驾驶试验,结合驾驶模拟技术和计算机仿真技术采集心率、速度等参数,探究心率增长率与坡度、平曲线半径、线形组合指标、速度差和交通量之间的关系。结果显示：纵坡路段坡度＞3%时,在下坡速度差大于17.6 km·h-1、上坡速度差大于18.5 km·h-1条件下驾驶员心率增长率均超过舒适阈值,处于紧张状态;平曲线路段平曲线半径>0.65 km时,心率增长率处于舒适阈值范围内,平曲线半径<0.65 km时,心率增长率处于紧张阈值范围内;弯坡路段上坡方向线性组合指标大于6、速度差大于14.8 km·h-1,下坡方向线性组合指标大于4.7、速度差大于16 km·h-1时,驾驶员均处于紧张状态。建立道路线形安全评价模型,并通过实测数据对模型进行验证,为山区高速公路的交通安全建设与管理提供了理论依据。     

四轮随机路面激励下的七自由度车辆响应特性

为了研究不同等级道路下车辆动态响应以及轮胎动载荷的变化情况,根据国家路面不平度分级标准,采用滤波白噪声法建立了随机路面时域模型并与标准路面的功率谱密度对比验证模型的准确性。通过四个车轮之间的传递函数建立了四轮随机路面时域激励模型;并以该模型作为不平路面激励,考虑悬架拉伸和压缩状态时的不同阻尼,建立七自由度整车行驶动力学模型。研究了车辆质心垂向加速度、俯仰角、侧倾角以及轮胎动载荷随路面等级的变化情况。结果表明:车辆和轮胎的动态响应随着路面不平度的增加而增加。可见,搭建的整车模型能够很好地反映不同路面下车辆的动态响应,为车路耦合的深入研究奠定基础。     

基于胎/路啮合作用的纹理化路面行车稳定性分析

为了给隧道水泥混凝土路面纹理设计提供指导,对路面进行纹理化参数设计试验,并以此来保证行车的稳定性,减少隧道行车的横向摆振效应。由于目前水泥混凝土路面纹理参数设计理论缺乏相应的依据,在分析轮胎与粗糙路面接触作用的基础上,基于压力胶片测试技术考虑胎/路啮合特性对车辆轮胎的转向阻力矩计算方法进行了优化。通过依托项目的隧道纹理化路面和室内试验,对四种不同路面的轮胎接触特性进行分析,提出一种基于实际测量的胎/路接触应力分布的原地转向阻力矩评价方法。结果表明:根据实测的轮胎接触应力计算得出汽车轮胎转向阻力矩,可有效地表征轮胎的转向阻力矩状态;纹理化水泥混凝土路面汽车转向阻力矩比沥青路面上高10%～20%,加之纹理化构造与轮胎纵向沟槽的啮合作用产生较大的侧向力矩,导致纹理化路面的行车稳定性较差;通过设置一定的刀组间距进而干涉轮胎与道路的接触界面,最终达到降低轮胎转向阻力矩的目的。