公路客车横向加速度实验研究

为提供不同类型公路几何线形参数的计算依据,在12条不同地形环境、不同等级的公路上采集了小客车和大客车的横向加速度、行驶速度和轨迹曲率半径数据,评估了试验公路的行驶舒适性,给出了六车道、四车道、双车道3类公路的横向加速度特征分位值,针对不同公路类型和车型,建立了横向加速度-曲率半径和横向加速度-速度的均值模型、极限值模型和85分位值模型.研究结果表明:（1）车道数越少,行驶舒适性越差,设计速度低于30 km/h的双车道公路部分路段的行驶舒适性极差;（2）横向加速度累计频率曲线的拐点在第90~92分位,双车道公路的横向加速度最大值大于8 m/s2;（3）行驶轨迹越缓和、车道数越多,横向加速度分布越集中,且大客车的横向加速度分布要比小客车集中;（4）第85分位值模型可用于公路几何参数的最大值与最小值控制,均值模型可用于几何参数的一般值控制.      

基于CarSim仿真软件的匝道路面摩擦系数研究

为了研究匝道路面的摩擦系数,基于车辆动力学理论,采用CarSim仿真软件,建立了匝道上的车-路模型;设计了不同速度下正常行驶及制动2种典型行驶工况,选取了评价车辆行驶状态的3个安全性指标——制动距离d、侧向偏移距离l、峰值附着系数μ_max,及3个舒适性指标——侧向加速度a_y、横摆角速度ω及制动减速度(即纵向加速度)a_x,确定了各指标阈值;根据仿真模拟试验获得的车辆行驶数据进行安全性和舒适性分析,得到了峰值附着系数μ_max与车速V、坡度i的关系曲线;采用线性和非线性回归分析法对匝道路面摩擦系数μ₀进行拟合计算,得到了基于V-i二元因素的匝道路面摩擦系数拟合公式。结果表明：匝道路面摩擦系数随着车速的增大而增加且增幅不断加大,随着匝道坡度的增大而减小但变化幅度较为稳定;拟合公式可以较为准确地预测匝道路面摩擦系数。     

螺旋匝道（桥）小客车横向行驶特性实测研究

螺旋匝道和螺旋桥的数量近年来与日俱增,但其驾驶行为模式和汽车运行特征一直未得到明确,为此,在涪陵长江一桥、乌江二桥、重庆融侨大道和涪陵金凯装饰城环形高架4处地点开展了螺旋匝道实车驾驶实验,采集了自然驾驶状态下的汽车连续行驶轨迹、横向加速度以及周围行驶环境等信息. 基于自然驾驶数据,得到了螺旋匝道范围内汽车横向加速度的变化模式、幅值特性、影响因素,以及驾驶人的车道使用特性. 研究结果表明:汽车横向加速度幅值在螺旋匝道范围内的变化趋势有多种模式,包括保持恒定、单调上升、单调下降、鼓型等;内圈匝道的横向加速度高于外圈;在单向行驶匝道上,横向加速度实测值远高于规范中的推荐值甚至超出可忍受范围,导致一部分被试行驶时横向舒适性较差;匝道半径和行驶空间对横向加速度幅值有显著影响,行驶空间保持一定时,横向加速度与匝道半径成负相关关系;单幅混合双向行驶的螺旋匝道,横向加速度幅值最低;对于单向双车道螺旋匝道,不管是上行方向还是下行方向,使用内侧车道是占主要比例的驾驶行为.      

运行车速预测新方法及其应用

为了在道路设计阶段预测车速,保证公路几何线形的协调性,建立了考虑侧向容许加速度、纵向加速度、制动减速度、制动热衰退和环境速度与线形参数关系的模型,计算了期望速度;建立了公路-驾驶者-车辆-环境仿真系统,对在三维路面上的行驶车辆进行仿真,得到并分析了试验道路的运行速度曲线.结果表明:(1)为有效控制速度波动,应取相近的曲线半径和直线长度,且直线不宜过长;(2)出弯道加速长度大于进弯道减速长度,且二者都大于回旋线长度;(3)山区路线由多个急弯构成时,速度曲线频繁波动的部分原因是车辆自身旋转动能和平动动能的相互转化;(4)运行速度协调性方法不适用于四级公路的线形评价;(5)偏角越小,轨迹对弯道的切角作用越大,弯道车速越高.     

基于SIMPACK仿真的高速公路连续反向曲线行驶速度探讨

为了保证山区高速公路连续反向曲线路段的安全性、舒适性等服务性能,本文采用SIMPACK多体动力学仿真软件建立9质量6自由度的典型小汽车模型,通过模拟雅康高速公路典型连续反向曲线路段上汽车行驶的动力响应,筛选提取不同行驶速度下该路段各曲线半径的最大横向加速度并进行对比分析。数据结果表明:雅康高速公路以80 km/h为设计速度很科学合理,满足我国横向加速度舒适性合理取值要求;但在实际行驶中,道路及天气情况良好时,在曲线半径大于1 200 m并设置超高路段,最大行驶速度可放宽至100 km/h。     

计及安全性与舒适性的智能车辆换道轨迹规划研究

针对当前智能车辆在换道过程中的安全性以及乘员舒适性问题,本文提出一种基于风险场评估轨迹的二次筛选方法。首先,在Frenet坐标系下,将车辆运动解耦为横向和纵向两个维度,基于五次多项式生成所有横向d-t曲线簇和纵向s-t曲线簇;其次,由车辆的动力学特性和三圆碰撞模型设计轨迹初筛评价函数,选取合格轨迹作为候选轨迹;最后,参考人工势场理论的思想,引入行车过程中风险场的概念,根据换道效率,换道风险值和横、纵向冲击度建立总损失函数评价候选轨迹以进行二次筛选,选取最佳轨迹并完成可视化。为检验算法的可行性,通过搭建双车道的道路环境,设计障碍车不同速度和加速度的多场景进行弯道换道的仿真验证。研究结果表明,本文所提算法能够满足换道的安全性和舒适性需求。同时,在正常换道场景下,乘员在换道过程的97.5%时间处于舒适状态,在紧急避障场景下也能达到平衡安全性与舒适性的目标。     

驾驶员心率变化率与公路横向力系数的相关性

通过山区双车道公路实地行车试验,选取不同曲线半径的弯道路段作为试验路段,对驾驶员在不同曲线半径处行驶过程中的心率和加速度进行了测量。试验结果表明:驾驶员在不同曲线半径下的心率变化率随车速的增加而增加,驾驶员的心率变化率随横向力系数的增加呈线性增加趋势,得出心率变化率与横向力系数的关系。     

基于轨迹预瞄的智能汽车变道动态轨迹规划与跟踪控制

为实现实际动态交通环境下智能汽车的变道控制, 提出了基于轨迹预瞄的智能汽车变道动态轨迹规划与跟踪控制策略; 针对实际交通环境下目标车道车速和加速度的动态变化, 提出了智能汽车变道动态轨迹规划算法, 获得了能够避免智能汽车发生碰撞的变道轨迹的动态最大纵向长度; 设计了兼顾变道效率和乘员舒适性的优化目标函数, 优化获得了在变道轨迹最大纵向长度范围内的实时动态最优变道轨迹; 利用轨迹预瞄前馈和状态反馈相结合的类人转向控制方式, 实现了智能汽车变道动态轨迹跟踪和乘员舒适性的最优控制, 并利用硬件在环试验台验证了所提控制策略的正确性。研究结果表明: 定速工况下实际与参考轨迹的侧向位移误差、航向角误差和最大侧向加速度分别为1.4%、4.8%和0.59 m·s-2; 定加速度工况下实际与参考轨迹的侧向位移误差、航向角误差和最大侧向加速度分别为1.1%、4.6%和0.48 m·s-2; 变加速度激烈工况下实际与参考轨迹的侧向位移误差和最大侧向加速度分别为1.7%和0.80 m·s-2, 航向角超调后能迅速重新跟踪动态轨迹航向角; 所提控制策略可以很好地跟踪控制实际交通环境下目标车道汽车在定车速、定加速度和变加速度工况下的智能汽车动态变道轨迹, 从而能实现智能汽车最优变道, 可确保变道过程中不与目标车道汽车发生碰撞, 并兼顾变道效率和乘员舒适性。      

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

基于模型预测控制的智能车横纵向控制器设计

针对智能车横纵向控制中路径跟踪精度、行驶稳定性以及乘坐舒适性等问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的横纵向综合控制方法.速度规则系统根据参考路径曲率与车辆跟踪位移误差计算出期望速度曲线,速度跟踪控制采用分层式控制器,上层控制器利用MPC算法计算期望加速度,下层控制器利用车辆逆纵向动力学模型对车辆的驱动和制动进行协调控...     

浅谈沥青混凝土路面平整度

路面平整度是影响公路的使用性能 ,反映道路综合质量指标的主要因素之一。车辆公路上行驶 ,平整度能直接反映公路通车后的整体效果。路面的不平整分纵向和横向两类 ,纵向表观为坑槽和波浪 ,横向表现为车辙和隆起     

山区低等级公路弯坡组合路段安全性仿真

以山区低等级公路弯坡组合路段为研究对象,在考虑非线性汽车动力学特征的基础上,根据车身运动、轮胎力学特性及弯坡组合路段道路特征的内在联系,建立适用于山区低等级公路弯坡组合路段汽车转向制动稳定性的非线性动力学分析模型.运用仿真实验的方法分析汽车在不同弯坡组合路段上的行驶工况,得到山区低等级公路的圆曲线半径、超高、坡度值以及车速之间的耦合影响关系:随着车速减小,公路超高值增大,纵坡值减小,汽车稳定安全行驶最小半径极限值减小;当超高值达到8％ 时,随着纵坡变化,圆曲线半径极限值不变.     

一种新型道路缓和曲线的线形分析与评价

缓和曲线作为一种空间过渡曲线,其设计的合理与否直接关系到车辆行驶的平稳性和旅客舒适性。介绍了利用缓和曲线边界条件确定其代数方程式的一种通用方法：根据边界条件列出曲率待定方程,并利用曲率边界条件确定出缓和曲线曲率方程,然后对曲率方程二次积分得到缓和曲线的方程。此方法适用于推导缓和曲线方程,可为公路缓和曲线线形设计提供参考。采用此方法设计出了一种连接直线与直线的新型缓和曲线,并建立5种不同工况,以横向加速度及其时变率为评价指标,对新型缓和曲线和回旋线进行了行驶动力学性能评价,通过比较分析得出这种新型缓和曲线在行驶动力学性能上明显优于回旋线,为高速公路缓和曲线的线形选择提供参考。     

双车道公路平曲线段径向加速度相关实验研究

车辆的径向加速度是车辆在弯道上行驶时驾驶行为的重要表征,通过对加速度的分析,可对驾驶员加速和刹车的行为进行定量描述.通过对双车道公路平曲线处的车辆运行车速现场进行行车实验,获得车辆转弯时的径向加速度,利用Matlab软件建立了车辆加速度与平曲线线形之间的数学模型.实验结果表明,平曲线处车辆行驶时的加、减速行为：车辆从直线进入到曲线时逐渐以较大的减速度减速至该圆曲线半径所对应的运行车速;当汽车离开曲线时,会适当加速至期望车速,然后做匀速行驶.     

一种中央分隔带分离式改进混凝土护栏的研究

路面加铺导致中央分隔带分离式混凝土护栏高度不足时,需要加高护栏,以提升护栏的防护性能.提出了一种在混凝土护栏上安装钢构件的改进混凝土护栏;采用小轿车、大型客车及大型货车3种车型进行了仿真碰撞分析及实车碰撞试验,研究了小轿车碰撞后乘员加速度a、车辆重心高度HG的变化及大型客/货车碰撞后改进混凝土护栏支撑梁和横梁变形情况.结果表明:小轿车碰撞后,车辆乘员加速度的纵向和横向分量均不大于200 m/s2;大型客/货车碰撞后,改进混凝土护栏的支撑梁和横梁变形出现了部分损坏,车辆能正常导出;改进混凝土护栏的防护等级可达到SAm级.     

公路超高渐变方式探讨

公路超高设计是公路几何设计中十分重要的方面,合理的超高设计是保证曲线路段行驶车辆的横向稳定和行车舒适安全的主要措施.在介绍近年来公路设计中常用的几种超高渐变方式的基础上,结合对公路路线设计规范相关条文的理解,分析了各种方式的利弊,以期为实际工作提供参考.     

高速公路平竖曲线组合行车舒适性研究

公路线型最终是以平面线型和纵断面线型组合成的三维立体线型而表现出来的,平纵面线型组合的好坏,直接影响到公路线型的优劣和行车的舒适性。选用横向加速度及其时变率作为评价指标,根据平曲线与竖曲线不同的重叠情形,建立不同工况的分析模型,考虑汽车速度变化的影响,推导出不同工况下的车体横向加速度及其时变率的一般计算公式,同时选用AD—AMS／CAR软件进行整车仿真。通过对比分析,工况4的平曲线、竖曲线重叠设置为最优。     

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。     

基于轨迹-速度耦合策略的复杂道路汽车行驶速度决策

为了提供复杂道路上汽车自动驾驶的目标速度,提出了基于前视轨迹曲率的速度决策算法:首先决策出前视断面的轨迹点,算出每个点位的轨迹曲率并将其作为输入数据;然后从时间最省、驾驶最舒适、定速巡航以及混合模式中选择其一作为决策目标;在速度界限以及纵向/侧向舒适性约束下进行滚动时域优化,决策出前视断面上的期望速度值,随着车辆的行驶前视断面依次向前滚动,最终得到沿行驶距离变化的速度曲线.用复杂山区道路的实测数据验证了模型的精度,以2条公路和1条赛道作为仿真算例,结果表明:(1) 通过组合不同的轨迹决策目标和速度决策目标,能够得到多种驾驶模式的速度曲线,进而模拟出多种实际驾驶行为;(2) 由于前视轨迹是在通道边界内生成,弯道半径、转角、回旋线、路宽、偏转方向等用于确定通道边界的道路变量,都会改变轨迹特性进而影响行驶速度,因此,本文算法能够适应复杂的道路几何条件.      

山区高速公路长大下坡避险车道选址研究

阐述了重型货车行驶在长大下坡路段的制动失效机理以及美国开发的坡度严重度分级系统原理(GSRS),提出应用GSRS模型原理对避险车道进行规划选址研究。使用纵向加速度模拟汽车在纵坡路段上沿路线方向行驶的运动行为,求得重型货车在长大下坡段的运行速度,根据制动器温升模型计算得制动器的温升曲线,即可确定避险车道的规划选址位置,并依托贵州仁赤高速公路进行了实例计算。