碰撞前车速计算误差的成因及处理方法

为准确计算汽车碰撞事故碰撞前车速,基于动量守恒定理的汽车碰撞事故模型,在事故分析中采用反推法求解. 根据事故现场勘查信息,应用运动学公式计算碰撞后车速,再将碰撞后车速代入模型计算碰撞前车速. 以实车碰撞试验对模型计算结果进行检验后,发现用模型计算的碰撞前车速存在误差. 为此以实车碰撞试验为对象,根据模型的求解过程和误差的传递过程,研究了碰撞前车速误差的成因和处理方法,以提高交通事故分析的准确性. 首先,应用矩阵理论研究了碰撞前车速误差的形成原因;其次,应用反推迭代算法建立了碰撞前车速误差的处理方法;最后,通过实例应用验证了该方法的可行性. 研究结果和实例应用表明:用运动学公式计算碰撞后车速所产生的误差是造成碰撞前车速误差的决定性原因,只需对碰撞后车速误差进行简单的1次处理就能使应用该模型计算碰撞前车速所产生的误差归0.      

汽车碰撞模型中力学参数误差对碰撞前车速的影响

为了准确度量汽车碰撞模型中力学参数误差对碰撞前车速的影响,应用矩阵理论建立了影响程度分析方法.针对常见的误差形式,通过实例分析了以质心为坐标原点的碰撞模型和以碰撞中心为坐标原点的碰撞模型中力学参数误差对碰撞前车速的影响.结果表明,以碰撞前车速相对误差≤3%作为约束条件,以质心为坐标原点的碰撞模型和以碰撞中心为坐标原点的碰撞模型中,力学参数误差范围的最大值为±9.7%和±8.7%.     

汽车碰撞改进模型的参数敏感性分析

为了验证汽车碰撞模型病态性处理结果的有效性、克服原始模型在病态范围内不能控制结果误差的缺点,在原始模型的基础上,通过重组模型,建立了汽车碰撞改进模型,提出了基于矩阵理论的模型病态性处理结果检验方法——模型参数敏感性分析方法.实例分析表明,当两车质量比处于原始模型病态范围内、且碰撞前车速方向角和碰撞中心坐标的误差分别为1°和1%时,重组模型解的相对误差不超过2.9%.     

侧向碰撞风险对交织区汇合行为的影响

为研究高速公路交织区匝道车辆的汇合行为,基于梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree, GBDT)构建了交织区汇合加速度模型,利用美国 Next Generation Simulation (NGSIM)车辆轨迹数据提取汇合车辆与周围车辆之间的横纵向距离差、速度差及加速度等交通 参数作为候选变量,将1 s后的汇合加速度作为预测变量,对模型进行五重交叉训练和测试,获取 模型最佳参数组合,引入横向距离碰撞时间 TC 分析汇合过程中侧向碰撞风险对汇合加速度的影 响。研究发现：与基于视角的刺激-反应模型(VASR)相比,本文模型的预测精度更高;引入变量 TC 在均方误差(MSE)、平均绝对偏差(MAD)和R2这3个指标上均优于原模型;在各影响变量之中,汇 合车辆与目标车道领车的速度差 ΔVPL 和横向距离碰撞时间 TC 对汇合加速度的影响最大,相对影 响程度分别达到20.2%和12.1%。研究发现,GBDT模型能够准确预测车辆汇合加速度,深入挖掘 变量和汇合加速度之间的非线性关系,引入变量 TC 能够有效提高模型精度。     

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

基于视频图像的车速检测研究

基于视频图像计算车速的方法进行相关图像处理、运动目标特征点提取、摄像机标定、车速计算、误差分析等,并分析其应用条件。最后运用matlab软件编程得到一个可操作界面,具有较强的实用性。该方法能检测到车辆碰撞前后的真实车速,为交通事故鉴定提供依据。     

大风雨雪气象条件下高速公路车辆稳定行驶的临界车速研究

为保证车辆在大风及雨雪气象条件下的行驶安全,构建了车辆模型、气象环境模型和道路模型,利用Carsim软件进行仿真模拟分析,考虑不同风级条件下车辆在降雨积水路面、积雪路面和降雪结冰路面上,以特定线形组合为例,选取侧向力系数和侧向偏移量作为评价指标,研究车辆稳定行驶的临界车速.研究给出了不同气象条件下车辆在直线和圆曲线上的限速建议,结果表明:车辆在5级风以上的雨天积水路面,路段线形为直线时,车速应不高于80 km/h,当路段为圆曲线时,应将车速控制在50 km/h以下;车辆在5级风以上的积雪或结冰路面,路段线形为直线时,安全限速值为60 km/h;当路段为圆曲线时,应将车速控制在30 km/h以下.研究结果对恶劣天气下安全驾驶和道路限速提供一定参考,并提供风雨雪作用下车辆安全行驶临界车速的计算方法.     

y+值对MIRA模型气动参数计算精度的影响

为研究量纲为1的参数y+值对车辆气动参数计算精度的影响, 以阶梯背MIRA模型为基础, 在保证模型网格数量与质量相近的情况下调整近壁网格尺寸, 构建不同y+值的流场仿真模型; 考虑到不同的湍流模型对车辆外流场仿真的y+值具有不同的适用范围, 选取SST κ-ω和LES两种常用的湍流模型对阶梯背MIRA模型外流场进行稳态和非稳态仿真分析; 将气动参数仿真结果与试验结果进行对比分析, 得出合适的y+值取值范围; 结合仿真速度云图和车身表面受力曲线分析了边界层首层网格厚度对仿真精度的影响; 建立了方背MIRA模型在2种湍流模型下的外流场仿真模型, 进行不同流速下气动参数的计算, 从而对y+值取值范围进行验证。研究结果表明: 针对车辆外流场数值仿真, 采用SST κ-ω模型时对应的合适平均y+值取值范围为20~50, 而采用LES模型时对应的合适平均y+值取值范围为5~10;当边界层首层近壁网格厚度过大时, 数值仿真无法准确捕捉边界层中速度梯度的变化, 造成边界层流场流动信息丢失, 而当边界层首层近壁网格厚度过小时, 边界层网格会严重畸变, 2种情况下气动参数计算误差都超过5%, 从而影响车辆外流场数值仿真精度; 根据所获得的y+值取值范围, 方背MIRA模型计算的气动参数误差小于5%, 说明了2种湍流模型平均y+值取值范围的正确性。      

基于撞痕重合的汽车碰撞事故分析方法

对于某些难以确定碰撞地点的汽车碰撞事故,无法应用传统方法进行分析.为此,根据撞痕及最终停车位置等基本勘查信息,应用撞痕重合法再现事故车碰撞时相互啮合的状态.以最终停车位置反推碰撞后事故车质心可能的滑行轨迹,再用优化理论确定事故车碰撞位置.对一起汽车碰撞事故的分析表明,与根据常规二维碰撞理论计算的结果相比,用基于撞痕重合的方法计算的车速误差小于2%.     

汽车平顺性脉冲输入行驶试验中的车速计算

试验车速是汽车平顺性脉冲输入试验评价中的重要参数之一.根据汽车通过脉冲输入凸块时前后轮的振动响应互不影响的原理,利用速度的原始数学定义公式,提出的一种廉价而简单有效的试验车速计算模型,经误差分析,可得出其误差来源和影响因素.实车试验证明,该计算模型具有一定的合理性和有效性.     

基于比功率分布的排放因子速度修正误差控制研究

高分辨率的排放因子是进行交通能耗排放测算的重要参数，然而，由于数据采集与质量控 制问题，排放因子速度修正曲线常存在异常波动。为提高排放因子速度修正结果的准确性，本文 分别从比功率分布和排放率两个角度分析排放因子敏感性和区间容许误差，建立机动车工况数 据和PEMS排放数据需求量计算模型。敏感性分析结果表明，个别比功率区间分布误差是造成 排放因子速度修正曲线产生异常波动的重要原因；排放率误差会导致排放因子速度修正结果出 现整体性误差。数值模拟计算结果表明，在95%的置信水平下，平均速度在20~120 km·h-1内，控 制快速路CO2排放因子速度修正误差不超过1%：需采集40 min的排放数据，细化至1 kW·t-1 粒度 下各比功率区间数据需求量差异显著；各平均速度下需采集710 min工况数据，相同误差下，80~ 120 km·h-1 内工况数据需求量更低；为进一步消除曲线的异常波动，需大量增加平均速度为64~ 80 km·h-1 范围内的工况数据量。本文的研究结果对工况和排放数据的采集工作有实际指导意 义，可有效克服曲线异常波动问题，提高排放因子结果可靠性，为节能减排工作提供支持。     

基于有效路形的车辆振动模型

为了更加有效地分析车辆与路面突起的接触过程,将轮胎简化为刚性圆环,对现有有效路形的定义进行了改进,将有效路形从原有的轮心轨迹转换为轮胎最低点的轨迹,推导了有效路形的一般求解方程,建立了以有效路形作为路面激励输入的2自由度车辆振动模型,并进行了车辆平顺性仿真及试验验证。分析结果表明:以有效路形作为路面输入的仿真结果与实车道路试验结果有着良好的一致性,以有效路形为路面输入时,车轴加速度平均相对误差为5.17%,车身加速度平均相对误差为1.71%;以实际路形为路面输入时,车轴加速度平均相对误差为12.93%,车身加速度平均相对误差为28.48%。     

半挂汽车列车弯道行驶制动稳定性

为了研究弯道行驶中制动工况对半挂汽车列车稳定性的影响,运用动力学理论与虚拟样机仿真软件ADAMS,建立了具有21自由度的半挂汽车列车整车模型,分析了在弯道行驶极限工况下,半挂汽车列车折叠角、侧向加速度、横摆角速度、车速、轮速、轮胎侧偏角随时间的变化关系。通过整车系统的稳态转向试验与阶跃试验,验证了模型具有较好的仿真精度。仿真结果表明:转向后3 s实施制动,在3 s的时间内,牵引车侧向加速度变为0,横摆角速度达到极值33 rad.s-1后迅速减小,而半挂车侧向加速度达到极值4 m.s-2,横摆角速度逐渐减小为0;在制动过程中,牵引车后轴先抱死拖滑,由此引起半挂汽车列车发生折叠现象,从而导致弯道行驶制动稳定性降低。     

基于频率计算系杆拱桥吊杆张拉力的实用公式

为了分析频率对吊杆张拉力的影响,根据吊杆的振动力学特性,考虑到吊杆在振动过程中处于动平衡状态,建立吊杆的运动偏微分方程,推导出考虑抗弯刚度、转动惯量、剪切变形、转动惯量和剪切变形耦合影响下频率与索力的计算公式.通过不同吊杆长度及各自不同阶频率进行对比及频率差拟合分析,分析认为通过高阶频率差求基频会造成基频值识别变大,从而导致索力识别值偏大,得出基于一阶频率的频率修正值,同时得出了索力计算实用公式.通过算例,分析对比了弦振动公式、考虑抗弯刚度公式和本文公式.计算表明:采用实用公式确定的索力与实际张拉力相比,误差可控制在5%以内.证明了实用公式的正确性和实用性.      

基于车辆能耗状态的济南市道路行驶工况构建

为指导车辆设计及优化整车动力系统性能,对道路坡度、瞬时比功率、车速等反映车辆能耗的关键因素进行分析,在建立运动学片段特征值的基础上,运用主成分分析方法及快速聚类分析方法分析了运动学片段特征值,构建了候选工况,综合运用相关系数、相对误差及关键参数概率分布选出了代表性行驶工况,该代表性工况即为构建的济南市道路行驶工况.研究结果表明,以车速信息为基础的特征值与总体样本的相对误差平均值为2.82%,反映道路坡度和能耗状态的特征值与总体样本误差平均值为3.40%,表明构建的工况特征值能够表征车辆实际道路行驶状态.      

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿一拉夫森达代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。     

某越野车车架耐撞性仿真分析

依据C-NCAP中100%重叠正面冲击固定刚性壁障试验规定,应用HyperWorks软件建立某越野车车架正面碰撞仿真计算模型,并应用ANSYS/LS-DYNA软件进行求解计算。在此基础上,对某越野车车架进行耐撞性仿真研究,并从车架碰撞变形、碰撞加速度和碰撞速度等方面对仿真结果进行分析。结果表明,车架前部纵梁发生理想的纵向有序的褶皱变形,车架类S型梁的拐角部分发生弯曲变形,且碰撞加速度曲线和碰撞速度曲线并非理想,说明车架结构有改进空间。     

一系纵向定位间隙对磁流变耦合轮对车辆横向动力学性能的影响

为了合理控制车辆轮对定位间隙,提高磁流变耦合轮对车辆在高速时的横向动力学性能,建立该车辆的空间动力学模型,分析了轮对纵向定位间隙对车辆临界速度和曲线通过性能的影响。得出了纵向定位间隙的增大能使磁流变耦合轮对车辆的临界速度急剧下降,轮对横移量和冲角、轮轨横向力和车体横移加速度快速增大;只有在小间隙的条件下,车辆在高速铁路上才具有较高的临界速度和较好的曲线通过性能。     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型,结合车辆系统动力学,模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态,分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响,研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明:空气弹簧失气后车辆临界速度由623km.h-1大幅降低为351km.h-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小,轮重减载率增大,且失气过程越短,轮重减载率越大,失气过程为0.2s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300km.h-1时,车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显,当大于300km.h-1时,减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时,在圆曲线上失气最危险,轮重减载率最大为0.652。     

基于模糊扩展卡尔曼滤波的轮毂电机驱动车辆纵向速度估计算法

为了获取轮毂电机驱动车辆的纵向速度,设计了基于轮速信号和车身加速度信号的扩展卡尔曼滤波的估计算法,建立了研究对象的离散状态方程和测量方程,并采取不同的扩展卡尔曼滤波器对测量信号进行滤波去噪处理和车辆纵向速度估算.通过模糊控制器,对车速估计滤波器的估算参数进行实时动态调节,实现了估计算法的自适应性.研究结果表明,在路面附着系数为1.00的良好路面上,估算得到的车速和动力学模型输出的实际车速误差小于2%;在路面附着系数为0.25的路面上,最大估算误差小于10%.