高速公路养护成本预测模型

为了降低高速公路养护成本,运用边际成本管理原理,建立高速公路交通流量、道路长度与养护成本之间的多元回归分析数学模型,针对预防养护和专项工程养护方式,运用统计方法,推导了各项因素的边际成本表达式,提出高速公路养护作业成本的预测模型及成本管理的边际成本和弹性指数的概念,计算了交通流量、道路长度与养护成本相关的弹性指数,分析了与交通流量相关的高速公路养护费用经济指标。计算结果表明:交通流量和高速公路长度对养护维修成本起决定作用,维修费用随交通流量和道路长度成对数关系变化,而高速公路养护维修平均费用随着交通流量增加而降低。     

基于用地和交通特征的停车需求预测模型

为了解决城市停车难问题,对停车需求进行合理预测,考虑目前日益紧张的土地资源和快速增长的交通流量,分析了用地与交通影响预测模型建立的基本原理,采用用地特征函数描述了土地使用性质与停车生成率之间的关系,采用交通影响函数分析了路网流量增长率和停车率对停车需求的影响,在此基础上建立了停车需求预测模型。利用开发的软件系统,根据典型区域的土地资源规划和道路交通调查数据,进行了城市停车需求预测。预测结果表明:随着时间的变化,在各种因素影响下,停车需求近5 a增长较缓慢,而在随后的5 a中停车需求快速增长,且日停车需求量的增长速度明显高于高峰小时的增长速度。     

基于动态网格模型的航线自动生成算法

为了充分利用电子海图信息,进行航线设计,提出了基于动态网格模型的航线自动生成算法。采用一个判断网格模型中方格可航性的快速算法,对方格的可航性进行分类;给出了一个有效地使用8个字节表示邻接方格8个方向的编码方法,使邻接方格的连通性与字节的逻辑操作相对应;提出了网格路径权序列均匀度概念,给出了距离等长路径的优选方法,分析了路径与所对应的实际航路长度的差异;基于二分查找法,求出航线上所有转向点的路径方格序列。研究结果表明:基于动态网格模型所生成的航线可避开危险的障碍物,是合理、安全的。     

无信号平面交叉口安全服务水平计算模型

为了客观评价公路平面交叉口的安全状况,提出了交叉口安全服务水平基本概念,分析了影响无信号交叉口安全服务水平的客观因素,给出了安全服务水平评价方案,分别构建了基于机动车、非机动车、行人冲突点的安全服务水平主模型和基于交叉口几何特征、交通标志等次要影响因素的修正模型,并由此提出无信号平面交叉口安全服务水平计算模型。根据多个无信号交叉口数据,把安全服务水平分为1～4级,并验证了安全服务水平模型的合理性。验证结果表明:应用安全服务水平计算模型得到实例交叉口危险度为200.7,安全服务水平为3级,符合交叉口实际的安全状态,因此,交叉口安全服务水平模型能够有效评价交叉口的安全性。     

基于向量Liapunov函数的时滞车辆跟随系统稳定性分析

为了提高自动化高速公路车辆纵向跟随控制系统的稳定性,建立了关于车辆跟随误差的具有时间滞后的无限维非线性关联大系统模型,应用向量李雅普诺夫函数对大系统的稳定性进行了分析。以大系统的孤立子系统的稳定性条件为基础,在假定系统满足全局Lipschitz条件的情况下,得到了此类大系统指数稳定的充分性判据。该判据是与时间滞后量无关的显式判据,可方便地应用于车辆纵向跟随控制器的设计。     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

金属弹簧刚度频变分析及等效算法

为研究金属螺旋弹簧的动态特性及动刚度对频率的响应,利用有限元方法,建立了弹簧有限元模型,计算了弹簧的稳态响应,分析了其幅频特性曲线,并提出弹簧刚度的等效算法。计算结果表明:弹簧的动刚度随着激振频率的增大总体趋势是增大的,但是在共振频率处,动刚度极小,低于静刚度,而在反共振频率处,动刚度极大,远高于静刚度;两种算法的刚度-频率曲线几乎重合,因此,金属弹簧确实存在显著的动态特性,采用多自由度系统等效弹簧系统是可行的。     

车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真

为了提高车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真的逼真度,采用迹线法计算了车轮踏面接触轮廓面,以平面方式表现轮轨动态接触关系,钢轨以梁的形式参与振动,通过实时建立具有一定垂向、横向和扭转振动形态的钢轨模型来模拟钢轨的振动行为。仿真结果表明,在保证优良的实时性的同时,可以清晰地观察轮轨接触点的变化情况,免去了在复杂的三维场景中变换视点的操作,使轮轨动态接触关系更简洁,通过实时创建钢轨模型,使钢轨振动行为的模拟更逼真。     

车辆动力学仿真中关键元件的建模

为了提高车辆动力学模型中非线性元件数学模型的模拟精度,分析了一、二维干摩擦副、三大件转向架的摩擦楔块和带串联刚度阻尼器的动力学性能,建立了非传统的数学模型,即不含速度状态变量的模型,并设计了对应的Simulink程序,用典型例题与传统模型的性能进行了对比分析。分析结果表明:非传统数学模型能克服强非线性带来的数值计算问题,提高了计算精度和计算效率,一般根据不同模型的规模和非线性元件数,计算速度能提高2~10倍。