山区道路车辆侧翻模型与安全分析

车辆侧翻是山区道路行驶车辆的主要事故形态之一.针对山区道路车辆的行驶安全,通过对车辆在坡弯结合路段的受力分析,建立了山区道路行驶的车辆动力学模型,根据横向载荷转移率研究了车辆侧翻与车辆运动状态之间的关系,给出了车辆在山区道路安全行驶的临界速度以及临界侧向加速度.通过车辆在山区道路的实验进行验证,结果表明当车辆自身参数以及道路信息确定时,可通过控制车速及侧向加速度来避免侧翻的发生,提高车辆的行驶稳定性.      

基于车辆侧向稳定性分析的弯道行驶安全评价

为提高车辆在弯道路段的行驶安全性,在分析弯道路段事故形态的基础上,提出弯道行驶安全性评价指标.同时,从车辆侧向稳定性分析角度,建立道路圆曲线半径与弯道路段行驶安全性的定量关系.通过TruckSim与Simulink的联合仿真实验,利用3种典型的弯道行驶工况,对现行规范中规定的标准弯道的行驶安全性进行评价.结果表明:道路圆曲线半径与车辆侧向稳定性呈正相关,车速与其呈负相关.在给定实验工况下,车速为120 km/h,圆曲线半径为500 m时,侧向加速度超过0.4g,横向载荷转移率达到0.7,车辆极易发生侧滑/侧翻;而当车速为40 km/h,圆曲线半径低于60m时,车辆动态响应的幅度虽有所增加,但车辆并不会发生侧滑与侧翻现象.      

立交匝道的超高与横坡

为配合建设部《城市道路交叉设计规程》的编写 ,本文根据目前道路超高与横坡设计的习惯做法 ,结合国内外已取得的成功经验 ,针对城市立交匝道 ,从道路条件和行驶舒适性分别阐述了最大横坡和横向摩阻系数的取用原则 ,对比了超高与横向摩阻系数在平衡车辆行驶于弯道所产生的侧向离心力的各种组合及协同作用 ,总结提出了适合我国的立交匝道超高与横坡设计的各项设计指标和设计方法。     

基于实车数据的高速公路行驶轨迹偏移和车道侧向余宽

为明确高速公路行驶环境下车辆在车道保持阶段的行驶轨迹特征，给车道宽度值确定提供参考，在重庆市主城区2段高速公路上开展了38名驾驶人的实车驾驶试验。使用车载设备采集自然驾驶状态下的车辆行驶速度、行驶轨迹和“车辆中心点-车道线”横向距离。基于以上数据，计算轨迹横向偏移值和“车身轮廓-车道线”侧向余宽等参数，分析高速公路直线/曲线路段的车辆轨迹横向偏移和侧向余宽变化特征及其影响因素。结果表明：曲线路段和直线路段的期望轨迹横向偏移存在差异，曲线路段行驶轨迹的本质特征是轨迹往曲线内侧偏移，而直线路段的车辆轨迹是倾向于往车道左侧偏移，但曲线路段紧贴车道线行驶的车辆占比要低于直线路段。直线路段车道左侧余宽最小值、期望值分别集中于[0.2 m, 0.6 m]和[0.3 m, 0.9 m],曲线路段车道左侧余宽的最小值和期望值主要分布在[0.2 m, 0.7 m]和[0.5 m, 0.9 m]范围内；车道位置对期望轨迹横向偏移和车道侧向余宽均有影响，左转弯路段的左侧余宽要低于直线路段和右转弯路段；在左转弯路段内侧车道行驶时车辆与中分带的距离更近，因此左转弯的事故风险更高；行驶速度增加时，内侧车道的车辆有...     

高速公路改扩建保通车道路断面布置研究

高速公路改扩建施工路段保通车期间,需保证道路交通组织作业安全和通行安全。以柳南改扩建施工路段为背景,为保证路段通行区和作业区合理分配,研究保通车道路断面优化布置。实测5种车道宽度路段的交通流,通过道路通行能力和车辆横向偏移分布研究车道断面布置;通过车速分布和驾驶人员行车心率研究内侧车道侧向宽度布置。此外,利用配对t检验验证交通流数据差异的显著性。结果表明：为保证组织交通安全运行,改扩建施工区保通车车道宽度不宜小于3.25 m,侧向宽度不宜小于0.5 m;车道宽度造成交通流显著差异。     

道路横向加速度变化率作为线形舒适性评价指标的探讨

该文通过对汽车在道路平曲线上行驶状况、受力情况的分析,从行驶力学的角度确定了横向加速度和轴向加速度的关系,进一步推导出综合了路线平、纵、横的横向加速度变化率模型。提出了以横向加速度变化率为指标来评价道路线形舒适性的方法,并结合实际工程,应用该评价方法的对路段线型舒适性进行了评价检验。     

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.      

基于道路线形的加速度干扰与行车舒适性分析

道路线形是行车安全舒适性的重要因素,在分析车辆行驶速度摆动大小对行车安全舒适性影响的基础上,提出了加速度干扰对舒适性的评价.根据道路平面线形的特点,建立了在直线、缓和曲线、圆曲线路段上的加速度干扰模型,通过仿真实例定量分析了加速度干扰在不同行驶速度、曲线半径情况下的变化趋势,以加速度干扰分析不同线形路段条件对行车舒适性...     

基于电子地图信息的车辆主动转向仿真

以驾驶员预瞄点处的横向偏移最小为目标，以道路曲率输入的车辆运动模型为基础，分析了车辆进行主动转向所需要的道路环境信息，并研究了利用电子地图及车辆定位传感器得到这些信息的方法。利用设计的转向控制器进行了恒定道路曲率及基于电子地图数据的实际道路信息输入下的主动转向仿真。仿真结果表明，利用电子地图提供的信息能够在投入较低成本的条件下进行主动转向，使车辆在道路曲率变化的情况下沿预定道路行驶并有着较小的侧向加速度；从而提高车辆在弯曲道路行驶的安全性、舒适性。     

山区公路弯坡组合路段铰接列车行车风险仿真分析

为了分析铰接列车在弯坡组合路段的行车风险,提升载重货车在山区公路的运行安全,文中综合考虑降雨、超速和道路几何线形等因素,利用Trucksim软件建立车辆动力学仿真模型,以稳态临界附着系数和横向荷载转移率作为行车风险评价指标,建立弯坡组合路段铰接列车行车风险评价模型.结果表明,应避免极限最小半径与陡坡组合,严格执行限速和...     

Slope Shift Strategy for Automatic Transmission Vehicles Based on the Road Gradient

Motivated by the development of high-precision digital maps for advanced driver assistance system (ADAS) in recent years, this study provides a new approach to solve the problems of the conventional automatic transmission vehicle travelling on sloping roads. Based on vehicle dynamics, shift problems on hilly roads are analyzed. A novel intelligent shift strategy is proposed, which consists of a dynamic shift schedule for the uphill, a safety shift schedule for the downhill, and a comprehensive economical shift schedule for the gentle slopes. A set of driver-in-loop co-simulation tests was conducted in a driving simulator that is equipped with a MATLAB/Simulink dynamics simulation platform. The test results verified the effectiveness of the new intelligent shift strategy. With the road information provided by a high-precision digital map, busy shifting can be eliminated, and improved dynamic performance can be achieved for a vehicle travelling on the uphill roads; undesired upshift can be prevented, and engine traction resistance can be used to relieve the load of braking system when a vehicle travelling on the downhill roads; also, fuel consumption can be reduced for a vehicle travelling on a gently sloped road. Consequently, this novel intelligent shift strategy offers a reliable and effective solution for improving a vehicle’s driving performance on a hilly road.     

Anticipatory speed control model applied to intersection left turns

This paper presents a new speed control model applicable to real-world driving. It is developed for intersection left turns and is based on anticipated acceleration reference (AAR) inputs. This addresses combined visual anticipation of lateral and longitudinal accelerations for the approach to an intersection where both stopping and turning outcomes are possible. The relationship between the AAR and the resulting vehicle accelerations are studied for both stopping and turning events using naturalistic driving data. A closed-loop model is developed, including braking to rest when the left turn is not attempted and for the turn and exit stages when it is. Parameter ranges are estimated, and as a demonstration of model applicability, Monte Carlo simulations are conducted to generate representative left turns using a full simulation model. Extension of the AAR model to other speed control problems, for example, driving on curved roads, is also discussed.     

换道操作对智能车辆乘客舒适性的影响研究

乘坐舒适性是决定乘客对智能车辆接受度的重要因素之一。为了提升智能车辆的舒适性,服务智能驾驶控制算法的设计和优化,开展了基于乘客主观感知的实车乘坐舒适性试验,试验中驾驶人驾驶传统车辆执行多次换道操作,获取了60名被试乘客对换道操作的舒适性评价数据,并采集了车辆的运动数据。选取换道时横向最大加速度、回正时横向最大加速度、横向最大加加速度、横向加速度转换幅值以及横向加速度转换频率这5个车辆运动参数作为研究对象。采用二元Logistic回归单因素分析法分析了这5个车辆运动参数对乘坐舒适性的影响,采用接收者操作特征(ROC)曲线分析法为不同晕车易感性的乘客分别确立了这5个车辆运动参数的舒适性阈值,并根据岭回归分析法确定了不同参数对乘坐舒适性的影响权重。结果表明：所选取的5个车辆运动参数对乘坐舒适性具有显著影响,易晕乘客的舒适性阈值小于不易晕乘客的舒适性阈值,在换道过程中,换道时横向最大加速度、回正时横向最大加速度和横向加速度转换幅值是影响乘坐舒适性的主要因素。最后根据车辆运动参数和乘客生理特征参数建立了基于动态时间归整(DTW)和K最近邻(KNN)算法的乘坐舒适性预测模型,该模型对乘坐舒适性的预测准确率为84%,可用于智能车辆控制算法的舒适性判断。     

基于路面影响因子的轮毂电机驱动车辆自适应转矩控制

为实现轮毂电机驱动越野车辆在附着条件多变、路面起伏不定的复杂环境中动力性和稳定性的多目标优化,提出一种基于路面影响因子的自适应转矩控制策略。以滚动阻力差异、空气阻力归一化比例、坡度阻力归一化比例、路面附着差异方差以及最小路面附着系数5个特征参数作为输入,并基于模糊理论方法搭建路面影响因子五参数辨识模型。基于辨识出的路面影响因子,开发整车动力性和稳定性多目标优化自适应转矩控制策略,构建了三层式控制架构：顶层引入路面影响因子对加速度紧迫程度进行判定,采用模型预测控制算法得到期望总驱动力;中层为目标决策层,以最优滑转率为目标决策驱动防滑力矩,并基于路面行驶阻力,决策期望前馈补偿力矩;下层为转矩分配层,以需求总驱动力及轮胎利用率作为控制目标,引入路面影响因子优化两者权重系数,以多约束条件的混合优化算法对转矩进行自适应控制。利用Matlab/Simulink-CarSim联合仿真平台进行仿真,基于实车进行验证。结果表明,在低附着路面,在0.2 s内快速完成滑转率抑制;在对开路面,侧向位移接近0;在大扭曲路面,避免腾空车轮出现大滑转率,滑转率最高0.2。     

A curving ACC system with coordination control of longitudinal car-following and lateral stability

The paper presents a curving adaptive cruise control (ACC) system that is coordinated with a direct yaw-moment control (DYC) system and gives consideration to both longitudinal car-following capability and lateral stability on curved roads. A model including vehicle longitudinal and lateral dynamics is built first, which is as discrete as the predictive model of the system controller. Then, a cost function is determined to reflect the contradictions between vehicle longitudinal and lateral dynamics. Meanwhile, some I/O constraints are formulated with a driver permissible longitudinal car-following range and the road adhesion condition. After that, desired longitudinal acceleration and desired yaw moment are obtained by a linear matrix inequality based robust constrained state feedback method. Finally, driver-in-the-loop tests on a driving simulator are conducted and the results show that the developed control system provides significant benefits in weakening the impact of DYC on ACC longitudinal car-following capability while also improving lateral stability.     

汽车列车电控制动系统制动力分配的控制算法

为汽车列车提出了一种基于滑移率的电控制动系统制动力分配算法,即根据不同情况,使牵引车后轮和半挂车车轮的目标滑移率随牵引车前轮滑移率而变化.运用Matlab/Simulink和Trucksim软件进行列车在高附着和低附着路面上行驶的联合仿真,结果表明该算法能缩短汽车列车的制动距离,提高了制动稳定性.     

AMT驱动构型对纯电动客车综合性能影响研究

为研究自动机械式变速器（AMT）驱动构型对纯电动客车综合性能的影响,以12 m电机直驱纯电动城市客车为研究对象,装备3挡AMT并对驱动电机重新选型,利用NSGA-Ⅱ多目标优化算法以0~50 km·h^-1加速时间最短和中国典型城市工况（普通道路和快速道路）下行驶能耗最低为目标对变速箱传动比进行优化,并制定基于车速和加速踏板开度的双参数动力性与经济性换挡规律,在中国典型城市工况不同道路下,采用2种换挡规律对整车驱动能耗与制动能量回收进行仿真,并利用最大爬坡度及加速时间对整车动力性能进行分析。研究结果表明：与原电机直驱构型下整车性能相比,AMT驱动构型在将驱动电机峰值转矩降低68.4%后,最大爬坡度从20.07%提高到20.3%,0~50 km·h^-1加速时间从14.19 s增加到18.69 s,整车动力性虽满足要求,但加速时间增加了31.7%;其驱动能耗有所降低,但制动能量回收能力有所减弱,且二者都受行驶工况和换挡规律的影响,普通道路行驶时,经济性和动力性换挡规律百公里驱动能耗分别降低了1.55%和0.55%,百公里制动能量回收分别减少了1.35%和1.53%,百公里综合能耗分别降低了-0.12%和1.62%,快速道路行驶时,经济性和动力性换挡规律百公里驱动能耗分别降低4.78%和3.72%,百公里制动能量回收分别减少了1.53%和5.1%,百公里综合能耗分别降低了5.63%和3.35%。可见,纯电动客车采用AMT驱动构型时,需综合考虑车辆设计要求及行驶工况与换挡规律的影响。     

认知分心对车辆跟驰过程操控安全性的影响

为了研究车辆跟驰过程中驾驶人认知分心与驾驶安全的关系,采用驾驶模拟器构建城市道路车辆跟驰场景,并设计3种难度等级的认知分心次任务,采集35名被试驾驶人在试验过程中的方向盘转角、油门开度、制动踏板力等操作参数,以及车辆位置、速度、加速度等车辆运动参数。采用重复测量一般线性模型,分析不同等级认知分心对上述参数的影响。研究结果表明：在横向操控方面,随着认知分心程度增高,方向盘回转率增大,但车辆横向位置标准差减小,表明驾驶人处于认知分心时,采取频繁修正方向盘的补偿方式,降低车辆横向位置波动,过度补偿车辆横向安全性,且该补偿行为与认知分心程度正相关;在纵向操控方面,认知分心时,油门开度、制动踏板位置方差增大,且制动踏板位置均值增大,同时车头间距及时距未观察到显著性变化,表明认知分心时驾驶人采取频繁操作油门、制动踏板,增大制动幅度等方式进行补偿,使车头间距及车头时距等表征车辆纵向跟车安全性参数处于正常驾驶水平,但加速度标准差增大,表明跟车稳定性降低。研究结果为涉及分心的人车交互装置优化设计及考虑分心状态的驾驶人状态管理系统开发提供了一定的理论依据。     

基于横向安全距离模型的主动避障算法

现有的安全距离模型是基于纵向相对车速或减速度值建立的,没有考虑移动目标的横向运动特性。本文利用移动目标横穿马路的速度、相对位置,建立横向安全距离模型,并提出一种基于横向安全距离模型的主动避障算法。首先,根据横向移动目标横穿马路的速度、相对位置和自车的制动距离建立横向安全距离模型,设计主动避障算法。接着,为计及路面条件对制动效果的影响,引入当前行驶路面估算的附着系数峰值估算最大制动减速度,约束目标避障减速度,并调整制动强度,以适应不同路况的安全避障行驶。最后,以典型横向移动目标骑行者作为研究对象,通过PreScan/Simulink/CarSim联合仿真验证避障算法的有效性。结果表明:基于横向安全距离模型的主动避障算法能有效避免与骑行者碰撞,提高行车的主动安全性。     

Lateral Collision Avoidance Robust Control of Electric Vehicles Combining a Lane-Changing Model Based on Vehicle Edge Turning Trajectory and a Vehicle Semi-Uncertainty Dynamic Model

This paper presents a new control scheme for lateral collision avoidance (CA) systems to improve the safety of four-in-wheel-motor-driven electric vehicles (FIWMD-EVs). There are two major contributions in the design of lateral CA systems. The first contribution is a new lane-changing model based on vehicle edge turning trajectory (VETT) to make vehicle adapt to different driving roads and conform to drivers’ characteristic, in addition to ensure vehicle steering safety. The second contribution is vehicle semi-uncertainty dynamic model (SUDM), which is SISO model. The problem of stability performance without the information on sideslip angle is solved by the proposed SUDM. Based on the proposed VETT and SUDM, the lateral CA system can be designed with H_∞ robust controller to restrain the effect of uncertainties resulting from parameter perturbation and lateral wind disturbance. Single and mixed driving cycles simulation experiments are carried out with CarSim to demonstrate the effectiveness in control scheme, simplicity in structure for lateral CA system based on the proposed VETT and SUDM.