基于横向稳定性的风区高速公路运行安全研究

高速行驶的车辆经常会受到外界风的作用,极大增加了车辆侧移和倾覆的可能性,严重影响着车辆的稳定性和行驶安全性。从车辆不发生侧倾、侧移的两种失稳的极限状态出发,综合考虑道路线形、路面状况以及交通流组成等多种因素,通过风险分析中事故树分析法综合考虑车辆侧翻、侧滑等多种事故类型,建立在风—车—路三者耦合条件下车辆行车安全性的评价方法体系,用于强横风条件下的道路横向安全性的定量评价以及潜在危险路段的识别。通过实例分析实现了强横风条件下的不同路段间相对安全性比较,为高速公路强横风区间防风设施的设计提供参考依据。     

高速公路特殊气象环境的管理

针对浓雾、沙尘、暴雨、大雪、强烈侧风等气象环境严重影响高速公路行驶车辆稳定性的问题,通过在特殊气象环境下对高速公路车辆行驶稳定性的各项影响因素的分析,得出了高速公路管理部门必需对气象条件、环境和道路条件进行实时检测,并且根据检测结果采取各种有效相应的措施.     

汽车侧风响应影响的仿真与试验研究

为对车辆在侧风条件下的动态响应特性进行研究,首先依据ISO 12021进行车辆侧风条件下的动态响应试验,研究车辆在道路试验场侧风条件下侧向位移、偏航角等车辆侧风动态响应指标的变化规律,然后对车辆流场和所受气动力进行分析,找出影响气动力的关键因素,并采用双向耦合方法进行侧风响应仿真与试验对比分析,最后,分析气动力对车辆侧风响应的影响及机理,结果表明,在气动分力中,侧向力是影响车辆侧风动态响应的关键因素,通过优化外形减小车辆所受侧向力可提高车辆的抗侧风性能。     

风屏障对桥上车辆行驶安全性的影响

风屏障已成为保障大风灾害环境中车辆行驶安全性的重要措施之一。为优化风屏障设计方案,首先采用CFD模拟方法分析了风屏障设计参数对公铁组合桥梁桥面流速分布特性的影响;其次,采用风-汽车-桥梁耦合振动分析方法,进一步分析了风屏障设计参数对车辆行驶安全性的影响程度。结果表明:风屏障对保障强风区过桥车辆的安全性具有重要的意义,透风率50%、高度2m的风屏障能达到最优的防风效果。     

燃料电池汽车抗侧风稳定特性预测及分析

应用ADAMS软件Car模块,建立了某型燃料电池轿车的整车模型,研究轿车在高速行驶状态中行驶轨迹对侧风影响的敏感性,分析了影响车辆侧风稳定性的主要因素。     

侧风作用下山区高速公路行车稳定性仿真分析

为研究山区高速公路在侧风作用下的行车安全问题,基于CarSim仿真软件构建特定道路模型和侧风模型,选取车辆滑移角和侧向加速度作为行车风险评价指标,将圆曲线半径、路面摩擦系数、行驶速度分别作为单一变量,系统地模拟了侧风作用下山区高速公路行车稳定性.结果表明,降低车速、增大路面摩擦系数和圆曲线半径,可以有效地减小车辆的滑移角和侧向加速度.以7级侧风为仿真条件进行定量分析可知:80 km/h设计速度对应的圆曲线半径极限值应为280 m;路面摩擦系数为0.4和0.18时,分别限速70 km/h和60 km/h可维持车辆稳定性;105 km/h是车辆危险驾驶的临界车速,如进一步考虑舒适性,则应适当减速.      

风环境下高墩大跨连续刚构桥的行车安全性分析

基于风-车-桥耦合系统振动理论,建立风-车-桥耦合系统的运动方程。运用自编风-车-桥耦合程序,计算不同路面、不同车速和不同风速下车轮竖向接触力,分析路面等级、车速和风速对车辆行驶安全性的影响;以车轮折算压力为标准,采用概率统计方法建立车辆侧滑和侧倾事故模型,提高事故分析的可靠性,并结合工程实例,对风环境下车辆的动力响应进行了分析。计算了车辆行驶在不同车速下侧倾临界风速、不同风速下侧倾临界车速和4种不同路面状况下侧滑临界风速,为车辆在桥上行驶安全风速和车速确定提供依据。     

大跨悬索桥桥面风致行车安全评价与对策

在较大的侧风作用下汽车行驶在桥面时易发生行驶偏向问题,尤其在桥塔区域,风速的剧烈变化极易导致车辆事故。本文以虎门二桥工程中的泥洲水道大跨悬索桥为背景,通过风致车辆侧偏动力响应分析和风致侧偏响应评价标准,建立了不同车速条件下代表车型的车辆侧偏安全临界风速;采用虚拟风洞针对主桥、引桥二维绕流及桥塔区桥面的三维绕流进行了模拟,提取了表征桥面风环境的风速影响系数,对设置风障前后情况的对比分析,证明了风障的有效性;通过风致侧偏安全评估给出了代表车型不同车速下的安全行车临界风速,通过风障结构措施和交通管理措施的结合,可使运营期桥面通行安全风速达到9级及以上,并建议了大桥风雨天运营安全控制标准,研究成果可为类似工程借鉴和参考。     

高速公路隧道洞口平面线形一致性/安全性评价方法

隧道口由于行驶环境突变,为了保障行车安全,洞门位置的线形参数需要满足3s行程一致性。关于隧道洞口是否能够设置在缓和曲线范围内具有较大的争议,目前缺乏一种直观、可信的判别方法。为此提出了一种评价高速公路隧道洞口平面线形一致性/安全性的方法:运用仿真手段模拟车辆行驶过程,以驾驶员在洞门位置握住方向盘3s不动时的车辆横向偏移量为衡量指标,提出了判别洞口线形一致性的两个标准,第一个标准是车辆跟踪行车道中线行驶时不会偏出车道,第二个标准是横向偏移量低于同侧的路缘带宽度,需要同时满足两个标准才能判定为一致性满足要求。最后,以某高速公路拟建的棚洞隧道工程为实例,进行公路3种典型车型的运行仿真,获取了驶入/驶出洞门时的横向偏移量,结果表明小客车驶入隧道时的偏移量较大,存在碰撞检修道的事故风险,洞门位置的线形一致性不满足要求。     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

队列行驶领航车辆尾流的粒子图像测速试验研究

为了研究队列行驶时不同的车间距对领航车辆气动阻力的影响,采用风洞试验方法,分别测量了队列行驶工况下领航车辆和领航车辆单独行驶时的阻力系数.又运用粒子图像测速技术对以上工况中领航车辆尾部纵对称面内的流场进行了测量与分析.结果表明:随着车间距的缩短,领航车辆阻力值降低,降幅最大达41.66%,并且尾部流场的涡的拖曳距离、扩...     

风环境下大跨度斜拉桥上的车辆驾驶舒适性评价

建立了风环境下行驶于大跨度桥梁上的车辆驾驶舒适性评价体系.在综合考虑汽车-桥梁系统空间耦合关系的基础上,提出了能够考虑桥梁的静风响应、抖振响应、汽车-桥梁耦合振动、系统的时变特性以及结构几何非线性和气动荷载非线性影响的风-汽车-桥梁系统空间耦合分析模型,该模型可以预测风环境下桥梁上通行车辆的行驶安全性及驾驶舒适性;建立了车辆驾驶员位置处驾驶舒适性评价方法,并采用ISO 2631-1-1997标准对不同路面粗糙度下行驶于杭州湾跨海大桥的车辆驾驶舒适性进行了评价.评价结果表明:路况越差,车辆的驾驶舒适性越差,且所计算工况下车辆的竖向和侧向驾驶舒适性均满足ISO 2631-1-1997标准.     

跨海长桥风致行车安全研究

基于风作用下车辆模型行驶极限状态分析获得了相应的安全行驶临界风速,应用概率统计方法建立了桥位风速统计和极值风速概率分布模型,桥面风环境测速风洞试验给出了自然风与桥面行车风环境的关系,进而评估了自然风作用下车辆不同车速条件下的桥面行驶安全性。采用上述评估方法针对杭州湾跨海大桥的研究,表明了风障措施提高桥面行车安全的有效性。     

基于主动行车安全的智能诱导系统在多雾山区高速公路上的应用

多雾山区高速公路因天气时常出现团雾造成局部能见度过低,直接对车辆安全行驶造成影响.在雾区路段设置智能诱导系统,路侧设置气象监测站、透雾摄像枪、车检器等外场设备对交通环境数据进行实时采集,通过与路段监控一体化平台相关联的雾区监控子系统进行联动和数据分析,自动调用控制策略对路侧诱导灯的闪烁频率和颜色进行控制,实时对行驶的车...     

非稳态侧风条件下车辆气动特性研究

为揭示车辆在侧风下的气动特性,通过编写用户自定义函数(UDF)实现来流方向按正弦函数规律变化,模拟了车辆的非稳态侧风工况。计算结果表明:通过UDF连续改变来流方向的方法可实现对车辆非稳态侧风的模拟;非稳态侧风中,尾部流场结构和车身表面气流分离位置的变化,以及车身上、下部的速度差是气动力波动的主要原因。对不同尾部造型车辆的气动特性研究表明,尾部造型对车顶负压区范围的影响是气动升力差异较大的主要原因。     

侧风影响下大跨桥梁行车安全驾驶模拟研究

随着经济的发展,大跨桥梁数量增加,跨度不断增大。大跨桥梁通常位于开阔的水面上或狭窄的山谷间,桥面高度较高,同样天气条件下桥面风速比地面高度处的风速大。特别是对于东部、南部沿海地区,台风频发,风环境复杂多变。相比于一般墩式桥梁,大跨桥梁柔性更大,在风的作用下会出现比较明显的振动。当车辆行驶在大跨桥梁上并遭遇较强的侧风时,同时受到桥梁振动的影响,车辆运动复杂。采用驾驶模拟的方法研究大跨桥梁行车安全问题,基于多自由度驾驶模拟器建立外力激励下的驾驶模拟平台,建立大跨桥梁视觉场景,并将侧风和桥梁振动融合到驾驶模拟平台中,完成了侧风影响下考虑桥梁振动的驾驶模拟实验。     

高速公路团雾产生机理及交通安全设计

团雾由于突发性强、能见度低及可预测性差,经常导致高速公路行驶车辆发生恶性连环碰撞,给国民生命财产造成巨大损失。通过调查团雾引发的典型高速公路交通事故,对国内外关于团雾对交通安全影响的研究成果进行分析,总结了高速公路团雾的成因、特征及对交通安全的影响。并基于此,提出了针对于高速公路团雾区段的交通安全设计,包括限速方案设计、客货车分道行驶、安全设施设计。     

基于交通状况及行驶速度的高速公路换道时间研究

换道行为是影响高速公路运营安全的重要因素之一,而换道时间为交通安全分析模型中的关键参数,在换道时间标定中应考虑不同交通状况和不同行驶速度的影响。为此,在交通状况不同的多条高速公路进行了一系列的现场实车试验,通过行车记录仪采集连续的行车视频,采用计算机视觉技术中的Canny算法识别行车视频图像中的车道边缘线,获取精确的车辆轨迹与车道边缘线的偏移值,实现对车辆换道行为的准确识别。根据车载辅助驾驶装置记录的试验车辆换道时的行驶速度,以及换道影响区域内试验车辆邻近的各种车辆,对车辆换道时所处的不同交通状况和行驶速度组合条件下的车辆换道时间进行分析研究。结果表明:不同交通状况下的高速公路换道时间均服从对数正态分布;换道时间与车辆换道影响区域内的交通状况存在显著联系,车辆在处于低密度交通状况下的换道时间比在中、高密度交通状况下的换道时间长;当车辆在处于低密度交通状况和低行驶速度下换道时,换道时间比其他交通状况和行驶速度组合下的长,而在中、高密度交通状况下车辆的换道时间并不受车辆行驶速度的影响。本研究成果可为自动驾驶、微观交通仿真等相关模型的换道行为参数标定提供参考。     

桥墩附近桥面局部风环境数值研究

桥墩的存在改变了主梁的空气绕流特征,容易使桥面形成局部风场,可能导致桥上运行车辆气动力的突然变化而直接威胁行车安全。然而,目前对于桥墩影响下桥面的局部风环境少有研究。为探明桥墩影响下桥面的局部风场特性,本研究以数值模拟方为基础开展了研究。以某跨海大桥桥墩—主梁侧风绕流为对象,采用CFD数值分析方法建立模型,探究桥墩附近桥面不同行车道上局部风环境特征,通过有无风屏障的模拟分析风屏障对桥面风环境突变效应的影响,考察了桥墩影响下桥面局部风场沿桥轴向的变化。通过与风洞试验结果进行对比,验证了所采用数值模型及计算方法的准确性。通过不同风速条件确定了雷诺数对有无风屏障下桥面风场的影响,以桥墩-主梁绕流的流线明确了局部风场特征,采用风速变化率量化桥墩影响下桥面风环境的突变效应。分析表明:对于所采用的桥墩-主梁对象与风屏障,桥面风环境对雷诺数不敏感;桥墩的出现导致了桥面出现大的漩涡与分离流动从而形成了桥面局部风场,使得车辆高度范围内迎风侧车道风速总体大于背风侧车道;桥墩沿桥轴向对桥面局部风场的影响随车道与高度的不同而存在差异,背风侧车道受影响高度大于迎风侧车道;风屏障弱化了风速在桥墩附近的突变效应,有利于桥面行车安全。     

高速公路横风条件下安全行车速度研究

利用车辆动力学模型,分析了高速公路横风条件下车辆的侧滑问题,在综合考虑横风风速、车型、路面状况和车速的基础上,对我国4种典型汽车的行驶稳定性进行了分析;同时计算了不同类型车辆在不同横风速度下的安全行驶速度。结果表明:在横风作用下,车辆行驶速度越大,侧滑风险越大。因此,在高速公路上需要设置适当的横风限速,以保证横风条件下的行车安全。