基于MOVES的小半径圆曲线路段载重柴油车碳排放预测模型

半径小于等于550 m的圆曲线路段是车辆易产生高碳排的路段。为揭示载重柴油车在这些小半径圆曲线路段的二氧化碳排放水平变化规律,以MOVES模型为基础,应用符合我国实际情况的道路、交通、车辆、燃油等信息,对MOVES模型中的参数做本地化修正及设置。通过采用MOVES模型进行载重柴油车碳排放模拟,得到了不同平面线形及行驶速度组合条件下的碳排量数据库。在此基础上,首先采用回归分析的方法分别建立了单位圆曲线长碳排量与圆曲线半径、圆曲线长度、车辆驶入圆曲线路段的初始速度3个参数的关系模型,其次采用迭代的方法建立了小半径圆曲线路段载重柴油车累积碳排放量预测模型。通过实地油耗试验,选用IPCC碳排放核算方法,将车辆油耗数据转换成碳排放数据,对比了碳排量核算值与模型预测值,验证了模型的预测精度。结果表明:单位圆曲线长碳排量以圆曲线半径、车辆驶入圆曲线路段的初始速度这2个参数分别为变量作二次函数形式的变化,以圆曲线长度为变量作幂函数形式的变化;累积碳排量以上述3个参数为变量作多元非线性函数形式的变化;经过参数本地化修正及设置的MOVES模型可以用于我国实际道路交通条件下的载重柴油车碳排放水平预测,以MOVES模拟为基础而建立的多元碳排量模型预测值与试验实测值的相对误差平均值为6. 02%,小于10%,具有较高的预测精度,可以在无需借助MOVES模型的情况下方便、快速地估算载重柴油车在小半径圆曲线路段的碳排量。     

基于车辆悬挂系统的高速路圆曲线极限最小半径路段车辆稳定性仿真

曲线路段较其他路段更易发生交通事故,曲线路段上车辆的行驶稳定性及其对交通安全的影响值得深入研究。为研究在高速路圆曲线极限最小半径情况下的车辆稳定性问题,提升道路安全水平,针对经典的公路圆曲线最小半径计算模型中(简称刚体模型)对稳定性与安全性考虑不充分的情况,根据实际市场上主流车型的分布特点及动力参数,创新性地引入车辆悬挂系统。结合车辆在圆曲线上行驶的稳定性指标,构建了基于车辆具有悬挂系统的公路圆曲线最小半径计算模型(简称悬挂模型)。以驾乘人员的舒适度为依据,对模型中横向力系数进行了修正,就各种设计速度对应的公路最小圆曲线半径给出推荐。最后,基于CarSim以及TruckSim创建的仿真,对刚体、悬挂模型稳定性参数的差异进行分析。结果表明:具有悬挂系统的车辆能保持稳定于小半径平曲线,对高速公路的过弯、转向情况适应能力更强。由悬挂模型计算的公路圆曲线极限最小半径偏小,且目前规范中极限最小半径能保证车辆按照设计速度安全行驶,且有足够的安全余量。     

一种附着系数-滑移率曲线的测定方法

汽车防抱死制动系统（ABS）依据附着系数-滑移率曲线对车辆轮速进行调节,使车辆达到最好的制动效果。但不同路面的附着系数-滑移率曲线不同,且附着系数的峰值和对应的最佳滑移率也不同。为便于车辆在不同路面均达到更好的ABS控制效果,文章提出一种附着系数-滑移率曲线的测定方法,可实时计算附着系数-滑移率曲线。     

半挂汽车列车高速公路弯道下坡路段运行安全研究

为提升半挂汽车列车在高速公路弯道下坡路段的运行安全,采用TruckSim仿真软件,构建了车辆模型、道路模型和驾驶人动力学仿真模型;基于蒙特卡罗可靠性分析法,分别建立了半挂汽车列车发生侧滑失效、侧翻失效、折叠失效和系统失效的功能函数,并选取设计速度80 km·h~(-1)的高速公路为研究路段,通过进行大量车辆动力学仿真试验,对不同圆曲线半径、纵坡坡度、路面附着系数、车速和车辆总质量对半挂汽车列车的运行安全的影响进行了数值分析。研究结果表明:半挂汽车列车发生侧滑和侧翻的概率随着圆曲线半径的增加而显著降低,在一般最小半径400 m的情况下,半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率趋近于0;随着下坡坡度的增加,半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率基本呈线性增长趋势;车速对于半挂汽车列车运行安全的影响尤为显著,当车速均值由60 km·h~(-1)增加到90 km·h~(-1)时,发生侧滑失效和侧翻失效的概率分别增加了634倍和336倍;车辆总质量的增加对半挂汽车列车侧翻有显著影响;在路面附着系数较低的条件下,半挂汽车列车的主要事故形态为侧滑和折叠,在路面附着系数较高的情况下,半挂汽车列车的主要事故形态为侧翻。因此,在道路设计中,应避免极限最小半径与陡坡组合,严格限速和限载可确保半挂汽车列车的运行安全性能。     

半挂汽车列车高速公路弯道下坡路段运行安全研究（双语出版）

为提升半挂汽车列车在高速公路弯道下坡路段的运行安全，采用TruckSim仿真软件，构建了车辆模型、道路模型和驾驶人动力学仿真模型；基于蒙特卡罗可靠性分析法，分别建立了半挂汽车列车发生侧滑失效、侧翻失效、折叠失效和系统失效的功能函数，并选取设计速度80 km·h^-1的高速公路为研究路段，通过进行大量车辆动力学仿真试验，对不同圆曲线半径、纵坡坡度、路面附着系数、车速和车辆总质量对半挂汽车列车的运行安全的影响进行了数值分析。研究结果表明：半挂汽车列车发生侧滑和侧翻的概率随着圆曲线半径的增加而显著降低，在一般最小半径400 m的情况下，半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率趋近于0；随着下坡坡度的增加，半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率基本呈线性增长趋势；车速对于半挂汽车列车运行安全的影响尤为显著，当车速均值由60 km·h^-1增加到90 km·h^-1时，发生侧滑失效和侧翻失效的概率分别增加了634倍和336倍；车辆总质量的增加对半挂汽车列车侧翻有显著影响；在路面附着系数较低的条件下，半挂汽车列车的主要事故形态为侧滑和折叠，在路面附着系数较高的情况下，半挂汽车列车的主要事故形态为侧翻。因此，在道路设计中，应避免极限最小半径与陡坡组合，严格限速和限载可确保半挂汽车列车的运行安全性能。     

大型客车横向稳定性仿真分析

为了给营运客车横向稳定状态监测提供理论依据,针对极限工况下状态参数的临界值仿真结果,进行了营运客车稳定区域边界条件的研究。基于非线性三自由度车辆模型建立了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的状态参数估计器,对营运客车的质心侧偏角和横摆角速度进行实时估计,并利用Trucksim验证估计值具有较好的一致性和状态跟随能力。基于MATLAB/Simulink建立非线性七自由度车辆模型,分析不同行驶状态参数对质心侧偏角-质心侧偏角速度（β-β）相平面稳定区域边界的影响,基于仿真数据确定了以车速、前轮转角和路面附着系数为变量的稳定区域边界条件,结合状态估计模型获得以β-β决定的控制变量。在Trucksim中进行连续正弦方向盘转角输入标准稳定性试验,通过分析营运客车行驶过程中控制变量的曲线变化趋势是否超出稳定区域边界确定车辆的运行状态。结果表明：营运客车以60 km·h^-1车速、小方向盘转角行驶在低附着系数（μ=0.3）路面和高附着系数（μ=0.85）路面时,横摆角速度对驾驶人的意图（方形盘转角曲线趋势）有很好的跟随能力,具有较小的延迟响应,车辆处于稳定状态,此时控制变量曲线一直处于稳定区域内;当相同工况下以大方向盘转角输入时,横摆角速度已经不能很好地跟随驾驶人意图,且低附着系数路面下,在3.5 s左右时方向盘转角已经回正,但横摆角速度仍位于最大值,具有较大的延迟,营运客车发生急转侧滑;高附着系数路面下第2.5 s和第6.2 s左右车辆发生严重偏移,车辆处于失稳状态,而对应时刻的控制变量曲线部分超出稳定边界,验证了营运客车横向稳定状态判据的准确性。     

基于相平面的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为提高分布式驱动电动汽车的操纵稳定性,提出一种基于相平面法的行驶稳定性控制策略。首先,建立非线性车辆2自由度模型,获得不同路面附着系数下车辆质心侧偏角相平面稳定域边界模型。其次,基于质心侧偏角相平面设计分区域控制器,当车辆处于稳定域内时,采用模糊神经网络控制器来决策横摆力矩,使车辆跟随目标变量;当车辆处于稳定域外时,设计失稳度和模糊神经网络联合控制器决策总横摆力矩,使车辆恢复稳定。最后,基于Simulink和CarSim仿真平台在蛇行绕桩和双移线工况下对稳定性控制方法进行仿真,并进行实车测试验证,结果证明了本文中所提控制策略的可行性和有效性。     

高速公路多心卵形曲线路段行车风险分析

为分析高速公路多心卵形曲线路段的行车风险，依托西部地区5条高速公路的交通事故数据资料，选取平面设计指标和车速作为行车风险分析的主要影响因素，利用UC-win/Road软件进行驾驶仿真试验；以车辆横向轨迹偏移值期望作为评价指标，基于数理统计理论分析各因素的显著性；最后运用MATLAB软件，建立多心卵形曲线路段行车风险评价模型。研究结果表明：圆曲线半径组合方式、车速、中间圆曲线半径、回旋线参数与半径比值和相邻圆曲线半径比值的影响显著性逐渐降低；当车辆横向偏移值期望大于205 mm时，可认为该多心卵形曲线路段处于危险状态。     

基于多参数自适应优化的智能车轨迹跟踪

为了在不同工况中，同时兼顾轨迹跟踪算法的跟踪精度，计算速度与车辆稳定性，提出基于不同车速和路面附着系数的参数自适应MPC算法。在线性时变MPC的基础上增加车辆稳定性控制，并基于路面附着系数设计2种控制策略：在高附着系数路面，针对不同车速优化预测时域与控制时域；在低附着系数路面，开启车辆稳定性控制并基于改进粒子群算法优化权重参数。2种策略在保证跟踪精度与车辆稳定性的基础上提高计算速度。设计基于前馈神经网络的路面识别算法从而为多参数自适应轨迹跟踪算法识别所在道路的路面附着系数，利用CarSim-Simulink平台进行联合仿真。研究结果表明：路面识别算法的平均绝对百分比误差为12.77%,足够满足多参数自适应轨迹跟踪算法的需求；相较于传统线性时变MPC跟踪算法，低速工况下参数自适应轨迹跟踪算法在高附着系数和低附着系数的路面上，横向平均绝对误差分别降低了20.7%和24.6%;高速工况下横向平均绝对误差分别降低了66.2%和50.7%;综合所有试验，算法的计算时间减少了40.2%;在保障车辆稳定性的同时降低算法的计算时间。研究成果针对不同车速与附着系数对轨迹跟踪算法参数进行优化，利用自适应预...     

车速和路面附着系数的滚动时域估计

基于Dugoff轮胎模型建立了车辆的非线性动力学方程,并给出了路面附着系数的约束条件.针对车速和路面附着系数约束的非线性估计,提出了一种基于滚动优化原理的滚动时域估计法(MHE),并给出了MHE法的具体步骤.在不同路面上对MHE法进行了多种工况的实验验证,并在同样条件下与扩展Kalman滤波法进行了比较.实验结果表明,MHE法的估计性能优于扩展Kalman滤波法.     

基于运行速度的高速公路超高设计方法探讨

基于运行速度,该文分析了如何检验高速公路圆曲线最大超高、一般路段超高、大纵坡路段超高设置的合理性,重点研究实际运行车速及横向力系数取值对超高取值的影响,并以深圳市东部过境高速公路典型路段为实例对超高的取值进行了分析,可供同行参考。     

基于自适应模型预测的智能汽车横向轨迹跟踪控制

当路面附着情况和车辆行驶状态不断变化时,基于恒定侧偏刚度的模型预测控制(MPC)不能考虑轮胎非线性特性的影响,难以保证车辆轨迹跟踪的适应性。为此,提出一种考虑轮胎侧向力计算误差的自适应模型预测控制(AMPC),以提高智能汽车在不确定工况下的轨迹跟踪性能。分析了路面附着系数和垂向载荷对轮胎侧向力的影响,基于平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)算法,设计了利用侧向加速度和横摆角速度作为测量变量的前后轮胎侧向力估计器。利用轮胎侧向力线性计算值与估计值的差值计算得到侧偏刚度修正因子,设计了前后轮胎侧偏刚度的自适应修正准则,进而提出了一种基于时变修正刚度的AMPC控制方法。基于CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真和硬件在环测试平台,对AMPC控制的有效性和实时性进行了验证。研究结果表明：在不同的路面附着情况和车辆行驶状态下,AMPC控制都能够降低横向位置偏差和航向角偏差,有效提高车辆的轨迹跟踪精度,其控制效果明显优于基于恒定侧偏刚度的标准MPC控制。尤其在低附着工况下,标准MPC控制会因为线性轮胎力的计算误差过大而导致车辆在轨迹跟踪时严重失稳,而AMPC控制通过估计轮胎力修正侧偏刚度依然能够保证车辆稳定有效的跟踪参考轨迹。所提出的AMPC控制在保证控制精度的同时具有良好的实时性,对智能汽车控制系统的设计与优化具有重要参考价值。     

超高速公路圆曲线半径参数的可靠性分析

为探究超高速公路路线设计确保车辆行车安全的圆曲线最小半径值,引入可靠度理论,以汽车在圆曲线路段行驶时不产生横向滑移为约束条件构建动力学模型,利用该模型对圆曲线半径进行分析,并提出圆曲线半径的可靠度功能函数.对功能函数中的车辆运行速度、路面横向摩擦系数、道路超高值等相关参数进行统计,并分析其分布规律.求解设计速度分别为1...     

公路平曲线设计用曲线元素的研究

在分析国内外横向力系数相关研究的基础上，确定适合我国的横向力系数μ标准，建立适合我国道路和交通特性的平曲线设计用元素。     

基于MPC的独立驱动电动汽车稳定性集成控制

针对独立驱动电动汽车在高附着系数路面高速急转时易发生侧翻事故,在低附着系数路面急转易发生侧滑失稳事故,且单一控制器在不同附着系数路面适应性较差等问题,根据独立驱动电动汽车特点设计了基于分层式结构的稳定性集成控制器。建立了整车动力学模型,并进行了车辆状态参数估计;设计了稳定性集成控制器的控制策略,对车辆的侧倾、横向稳定性状态判定条件和协调策略的制定进行了研究,分别设计了侧倾稳定性控制器和横向稳定性控制器;设置了路面附着系数0.9到0.2的对接路面仿真工况,并在此工况下对所设计的控制器的控制性能进行了仿真测试。结果表明,所设计的稳定性集成控制器相比于单一控制器具有更好的适应性,可有效降低车辆高速行驶过程中的横向载荷转移系数、质心侧偏角等状态量,提高车辆行驶的稳定性和安全性。     

车速鉴定中轮胎-路面附着系数估算方法研究

在交通事故鉴定中,车辆行驶速度是事故处理和诉讼的重要依据。其中,路面附着系数是事故车速鉴定的重要参数。本文在大量实验数据基础上,拟合出车辆制动过程的特性曲线,并简化出相应的车速估算模型。利用此模型对不同车型、路面类型、湿滑状况和不同车速情况下的路面附着系数e进行了估算研究。经估算实例验证,文中的估算方法对不同状况下的路面附着系数具有较好的估算能力。     

山区高速公路曲线超高与汽车行驶安全

山区高速公路的建设带动了我国山区经济的发展,加强了地区间的经济联系。但其运营的安全性也比较突出,山区公路事故率一直较高,重、特大事故多。通过对我国山区高速公路车辆运行情况的实际调查和分析,探讨了路面超高与汽车行驶安全性的关系,阐述了汽车在曲线上行驶的特性,分析了一般情况和超载情况下汽车轮胎受力的大小,计算了不同路面超高和不同超载情况下汽车内、外侧轮胎受力的不均衡度。计算结果表明,路面超高越大,越容易引起车辆(特别是超载车辆)轮胎受力不均匀,严重的时候引起车胎爆裂,甚至翻车,对车辆的行驶安全不利。最后,结合《公路路线设计规范》(JTG D 20-2006)和道路交通安全法,对改善山区公路车辆行驶安全性提出了几点建议。     

Lateral Stability of Towed Flexible Vehicles

The highway transport of mobile homes is a matter of concern for the increasingly safety-minded driving public. The low speeds of towed vehicles necessary to maintain stability, together with the requirements for excessive lane widths due to clearance for the lateral motion, result in increased likelihood of traffic accidents, impeded traffic flow, and reduced highway capacity. A safe increase in the stable cruising speed, coupled with a decreased amplitude in the pendular motion helps alleviate all three of the aforementioned problems. Energy input at hitch point and lateral forces between the road and tires permit lateral vehicular motions, which occur above a critical speed, to increase in amplitude until possibly a limit cycle or instability is reached. One would expect that structural dynamics could have a pronounced influence on the lateral response of towed vehicles with large and relatively flexible chassis, such as mobile homes. The objective of this research is to determine the influence of chassis structural parameters on the lateral stability of towed flexible bodies during transport. The mass of the towing vehicle is assumed infinitely large, thus eliminating any dynamic interconnection between the towing and towed vehicles. The assumed modes method is used to describe the lateral deflection of the flexible towed vehicle. Results of the study of this model indicate that increase in structural rigidity of towed vehicle increases the critical towing speed whereas increase in the tire cornering coefficient reduces the safe towing speed, which is true only for this simplified model where the dynamic interaction with the towing vehicle is not included.     

基于安全车速的北京冬奥会山地道路冰雪路面通行能力研究

复杂山地线形和道路冰雪路面结合条件下的安全车速设置及通行能力保障是交通管理面临的新挑战。针对北京冬奥会延庆赛区复杂山地道路冰雪路面场景，建立了安全车速与道路线形设计及路面附着系数之间的关系，以安全车速为依据得到了不同路面条件下山地道路的通行能力。依据道路平曲线、竖曲线和横断面数据建立了山地道路三维空间模型；分析了车辆在山地道路平纵组合路段的受力情况，构建了车辆安全行驶速度与圆曲线半径、道路超高、纵坡坡度和路面附着系数的关系模型，并分析了基于安全车速模型的道路通行能力。为了验证模型，选取2种常见的冰雪路面状况和2种常用的车辆类型，获得不同条件下山地道路冰雪路面的安全车速。采用VISSIM软件设计了20种仿真场景，结合道路实测数据验证了安全车速模型的对山地道路冰雪路面车辆安全行驶的提升作用。实测与结果表明:相比全程单一限速模型，所建立的安全车速模型在冰膜路面的行程时间缩短了约38%（小汽车）和32%（大客车），雪板路面的行程时间缩短了约26%（小汽车）和24%（大客车）。山地道路交通流量存在1个自由流到饱和流的相变过程，冰膜路面小汽车下行最大交通量为241辆/h（单向行驶）和231辆/h（双向行驶），大客车下行最大交通量为227辆/h（单向行驶）和222辆/h（双向行驶）；雪板路面小汽车下行最大交通量为319辆/h（单向行驶）和249辆/h（双向行驶），大客车下行最大交通量为301辆/h（单向行驶）和236辆/h（双向行驶）。