车辆弯道行驶侧倾稳定性分析与侧翻预警研究

车辆在弯道上高速行驶易发生侧翻事故,为此研究了车辆弯道防侧翻预警算法.首先分析车辆弯道行驶的侧倾稳定性,进而导出车辆弯道行驶侧向加速度极限方程,结合弯道半径等道路信息计算车辆进入弯道的安全车速.通过硬件在环驾驶模拟试验台对该预警算法进行验证,结果表明:该算法能对驶入弯道且具有侧翻风险的车辆进行预警,以有效避免侧翻,同时提高弯道车辆通行效率.     

弯道行驶车辆瞬态气动特性的数值模拟

应用计算流体力学方法,采用重叠网格的策略,对直道行驶的简化模型进行瞬态数值模拟研究,然后进行风洞试验验证。在此基础上,对弯道行驶状态下简化模型周围流场的瞬态气动特性进行了数值模拟,得到了弯道行驶状态下模型周围的流场分布和气动阻力系数等气动特性,并与直道行驶状态下的结果进行对比分析。结果表明:弯道行驶车辆受到了瞬态侧向力及横摆力矩的作用,并且随着转弯半径的减小,侧向力和横摆力矩急剧增大,行使速度的变化也会带来侧向力和横摆力矩的改变,从而影响车辆的行驶稳定性。本文为进一步研究弯道行驶车辆的瞬态气动特性提供了理论参考。     

极限工况下的车辆转向避撞风险指数

转向避撞风险指数通常根据路面附着限制以稳态侧向加速度进行车辆转向避撞能力评估，忽略了车辆特性对车辆转向能力的影响以及高速转向过程的非线性和瞬态特性，对此，提出通过前轮转角阶跃实验模拟转向避撞过程直接获得车辆最大可达侧向位移作为转向风险指数.分析轮胎侧偏特性曲线和车辆特性，确定车辆的临界稳定侧向加速度；根据前馈控制算法建立“侧向加速度-纵向速度-前轮转角”MAP；提出考虑横向载荷转移的转向前馈控制方法，以提高车辆进行阶跃转向实验时的前馈前轮转角精度；根据MAP建立车辆临界稳定的角阶跃转向工况，采用非线性二自由度车辆模型进行阶跃转向仿真，得到车辆的最大可达侧向位移图.通过蒙特卡洛法对提出的风险指数和转向风险指数（STN）进行对比、验证.仿真结果表明，相比STN，所提转向风险指数在车辆极限工况可以更准确地判断车辆能否通过转向完成避撞.     

山区公路弯坡组合路段设计指标研究

针对现有规范中对山区公路弯坡组合路段设计指标协调性考虑不足的问题,本文以车辆行驶稳定性分析为基础,建立了长下坡路段、急弯路段以及长下坡接急弯路段的车辆行驶安全模型.采用运行车速预测模型作为弯坡组合路段前后线形单元设计指标协调性判别依据,分析比较了设计车速、大小车型、超高及坡长对设计指标阈值的影响及变化规律.结果表明:后线形单元急弯的最小半径与设计速度成正比,与弯道超高及前线形单元的坡度成反比,但在设计车速较小时,前线形单元坡度变化对后线形单元最小半径影响不明显.在考虑实际运行车速的情况下,后线形单元计算最小半径均大于现有规范最小半径.最后,利用Carsim仿真试验验证了理论分析结果.     

山区双车道公路运行速度预测模型的加速度标定

为标定运行速度模型中的汽车加速度值,在山区双车道公路上开展小客车连续行驶实验,采集轴向加速度的连续数据,并通过断面观测得到大客车和大货车的加速度值,获得峰值加速度的累积频率曲线以及统计分布特性,并建立加速度-道路几何参数关系模型.结果表明:小客车的入弯减速度幅值要比出弯加速度高一倍左右,不宜将加、减速度简化成同一个值,应该分别进行标定;加速度和减速度累积频率曲线的斜率突变点都不是发生在85~(th)百分位,而是临近95~(th),应重新考虑85~(th)百分位的使用价值;大客车的加、减速度幅值非常接近,而重载货车的减速度要明显大于加速度,同时,重载货车的加速度和减速度值要双双低于大型客车;小客车的加速度与弯道半径负相关,而与弯道转角正相关.     

基于扩展卡尔曼滤波的汽车行驶状态估计

在车辆行驶中,某些状态参量的准确获取对线控转向系统有着重要的作用,但状态参量测量成本高或难准确测量.因此,针对汽车线控转向系统,为了以较低成本获取准确的车辆运动状态,先建立一个三自由度的非线性车辆模型,搭建多传感器网络(转角传感器、加速度计)采集车辆行驶状态;应用扩展卡尔曼滤波理论建立信息融合算法,通过易测的车辆状态信息(转向盘转角、纵向加速度、侧向加速度)融合得出所需的难测车辆状态(横摆角速度、纵向车速);最后搭建仿真平台在双移线工况和角正弦工况下进行仿真验证,并且与无迹卡尔曼滤波算法估计结果进行对比.结果表明,该估计算法能够准确的估计出车辆行驶过程中的状态参数.     

智能车辆弯道速度与转向自适应耦合控制

针对车辆在弯道高速行驶时的轨迹跟踪精度低和转向稳定性差的问题,提出了一套基于车辆运动学模型的横纵向耦合控制算法.采用不同于纯跟踪的预瞄式期望前轮转角计算方法,并利用横向加速度约束进行纵向控制,同时设计了高速条件下的预瞄二级减速控制算法,实现转向与速度联合控制.为了提高算法的工况适应性,采用麻雀搜索算法根据道路曲率和车速优化预瞄时间,并基于Simulink和Prescan联合仿真,验证算法在不同曲率弯道下的控制效果.结果表明：采用基于麻雀搜索算法寻优的预瞄式横纵向耦合控制算法能够较好地改善轨迹跟踪精度和转向的平顺性,且算法对不同曲率道路场景的适应性很强.将仿真结果和驾驶模拟数据对比,结果显示,该算法和自然人驾驶方式吻合度较高.     

基于ADAMS的公路大件货物运输仿真及绑扎加固分析

为了有效地分析大件货物在运输过程中的安全性,利用ADAMS建立公路大件货物运输整车模型,针对随机路面设置不同运输工况,分析车辆行驶速度及货物重量对货物振动加速度的影响情况,利用MATLAB生成加速度均方根值拟合曲面,得出货物振动加速度随车辆行驶速度和货物重量变化的曲面拟合公式,最后通过拟合公式对某大件货物运输案例进行安全绑扎校核。研究结果验证了曲面拟合公式的可行性,可为公路大件货物绑扎加固校核提供理论依据。     

基于实际换挡规律的卡车列队行驶起步控制

为了解决卡车列队行驶起步过程中的控制问题,在车辆行驶3.5万公里的实验数据中提取456段起步过程的挡位数据,对该数据中各挡位的使用情况进行统计与分析.根据统计结果制定相应的换挡规则,利用自适应模糊控制算法设计车辆列队行驶的控制模型,在模型中通过跟随车辆的挡位信息对模糊控制器的输入量进行加权系数调整,提高控制算法的自适应性,通过TruckSim和Matlab的联合仿真,将实车实验数据作为头车模拟工况,模拟3辆卡车在车联网环境下的列队起步过程,仿真结果表明起步过程中的行驶间距误差可以控制在车辆单位时间内行驶距离的5%以内,具有一定的控制精度.     

复杂道路智能汽车运动综合控制策略

针对复杂道路场景，设计出一种集路径跟踪、避障和漂移于一体的智能汽车综合控制器.路径跟踪和避障控制器的设计采用模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)原理，漂移控制器采用线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)原理.车辆路径跟踪行驶时，若遇到障碍物，启动避障控制器进行局部路径规划，以完成避障，还可以在指定弯道区域进行极限漂移运动，使车辆漂移过弯.基于Matlab对控制器进行仿真验证，结果表明：在满足行驶安全性的前提下，该控制器能在复杂道路场景下实现车辆自主跟踪、局部避障和漂移过弯.     

基于扩展卡尔曼滤波的车辆行驶状态参数估计算法研究

针对车辆行驶状态参数估计问题,论文基于扩展卡尔曼滤波(EKF)理论设计了对车辆横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速参数的估计算法。建立了估算用车辆非线性三自由度模型,根据纵向加速度、侧向加速度和方向盘转角低成本传感器信号,估计算法实现了对车辆行驶状态参数的准确估计,并通过CarSim与Matlab/Simulink联合仿真对算法进行了仿真实验验证。结果表明:算法能够准确估计车辆的纵向车速、横摆角速度和质心侧偏角。     

双车道公路弯道左右转行车安全与舒适性分析

为定量分析双车道公路弯道左右转车辆行驶安全与舒适度的差异性,以小型客车为研究对象,使用无人机拍摄车辆的自然转弯过程,并用After Effects软件和AutoCAD软件处理视频和图像,进而获取车辆的速度值和左前轮的轨迹偏移值。根据实测数据和弯道路段的几何参数,建立车辆轨迹偏移模型和行车速度模型;采用配对样本T检验法,对比分析左右转车辆弯道行驶过程中的安全性与舒适性。结果表明:基于车辆入弯时运行状态、入弯距离、行车位置和弯道几何参数构建的公路弯道左右转车辆轨迹偏移模型和行车速度模型能较好地反映车辆转弯特性;左转车辆的危险性等级和舒适性指标值分别比右转车辆大2.428和0.057km/(h·m)。应对弯道左转车辆增加安保措施,以提高道路行车安全性。     

基于Trucksim的双挂汽车列车瞬态侧翻状态

使用多体动力学软件Trucksim构建双挂汽车列车模型,并根据仿真结果进行瞬态侧翻状态研究。通过仿真不同车速下的瞬态阶跃响应,获得汽车列车的各个轮胎垂直载荷、侧向加速度、横摆角速度、车辆侧倾角以及铰接角等状态变量的变化规律。根据轮胎垂直载荷瞬态变动判断车辆各轴发生临界侧翻的先后顺序,并与侧向加速度阈值评价结果对比,发现第一节半挂车车轴最先发生临界侧翻危险。通过变化车速与转向盘转角,得到临界侧翻的稳定行驶速度域。     

冰雪路面公路平曲线路段限速仿真

为了提高冬季北方地区公路的行车安全,减少交通事故,对冰雪路面平曲线路段展开限速研究．应用车辆运动学理论,考虑驾驶员在弯道驾驶车辆的特点,分析车辆在冰雪路面转弯行驶特性,建立车辆在平曲线路段行驶时的运动学模型．选择载货汽车和轿车两种车型,松软雪路面、压实雪路面和冰路面3种路况,分别建立车辆行驶速度与平曲线设计指标的关系模型．选取6％、8％和10％ 3种超高值的平曲线路段,利用Matlab仿真技术对车辆限速模型进行求解,并对车速与圆曲线半径及超高的相关性进行分析．以此为基础,提出车辆在松软雪路面、压实雪路面和冰路面3种路况下,不同圆曲线半径的相应安全行驶速度,为科学合理地确定冰雪路面平曲线路段的车辆限速值提供理论依据．     

基于模糊聚类的西安市区轿车行驶工况构建

在行驶工况构建过程中,实验数据的解析与处理方法直接影响构建的代表性行驶工况的精度.由于城市道路交通结构复杂,车辆运行方式特殊,因此,引入模糊聚类方法对西安市区道路车辆运动状态数据进行处理,以建立能够反映交通流状况且与车辆行驶状态紧密相关的行驶工况.通过对平均速度和行驶速度标准偏差模糊聚类,将西安市区道路轿车行驶状态分为拥堵状态、稳定流动状态和畅通状态3类,在此基础上采用分类法和短行程法相结合构建了西安市区轿车代表性行驶工况.验证发现:利用模糊聚类方法构建的西安工况与实验数据相对误差较小,能够反映西安市区轿车真实的运行状态.     

快速路复杂立交桥区立交桥型指路标志对行驶速度的影响

为研究城市快速路不同立交匝道类型条件下立交桥型指路标志对行驶速度的影响,以立交桥型指路标志、立交桥匝道类型作为实验控制因素设计12个实验场景,通过驾驶模拟实验获得车辆行驶状态数据;以速度、速度标准差、加速度、加速度标准差为速度类指标,结合配对T检验的方法进行影响研究.问卷统计结果显示,31名被试中47.83%认为城市快速路出口指路标志系统中"立交桥型指路标志"指路效果最佳,61.9%被试认为指路标志将影响其行驶速度,主要使其速度变慢.数据分析结果表明,受匝道线形复杂程度作用,不同类型匝道条件下,与三级预告标志组合设置时立交桥型指路标志对速度类指标的影响不同:定向匝道条件下,驾驶员速度类指标未受影响;半定向、环形匝道条件下,立交桥型指路标志作用范围内车辆行驶速度变低,立交桥型指路标志降速作用的关键影响区域集中在相应匝道出口附近.半定向、环形匝道条件下,作用范围逐段内驾驶员受立交桥型指路标志显著性影响的速度类指标、关键区域不同.同时,立交桥型指路标志、三级预告标志组合使用时,两者效用间存在一定的耦合作用,这种耦合作用在半定向、环形匝道条件下具有不一致性.     

基于试验测量的瞬时行驶工况构建

以环卫车运行工况为研究对象,通过对西安市环卫车运行工况的试验测量,利用两阶段聚类法构建西安市环卫车典型行驶工况。引入运动区间的概念用于描述运动学片段的瞬时特征,以运动学区间相关参数为特征参数对片段类内的片段进行第二阶段的聚类,实现对类内特征片段的提取和组合,完成典型行驶工况的构建。最后,通过与单次聚类法构建工况的对比,验证使用两阶段聚类法构建车辆瞬时行驶工况的合理性。对比结果表明:两阶段聚类法与传统单次聚类法相比,在速度分布、加速度分布以及速度-加速度联合分布上分别有59.4%、81.7%和22.4%的改进。     

履带车辆自动变速系统的智能控制方法

分析了履带车辆复杂多变的行驶工况,针对车辆行驶状态参数、路面状况和驾驶员操纵信息的人-车-路闭环系统,确定了履带车辆智能换挡控制的主要原则.运用智能控制理论,提出了履带车辆自动变速系统实现模糊神经网络控制的总体方案和技术路线,系统可自动适应复杂多变的车内外行驶情况,以提高履带车辆的动力性和越野机动性.     

基于人车环境协同的车辆弯道行驶安全预警系统

为了解决车辆弯道行驶安全问题,在虚拟仪器LabVIEW开发环境下设计了一套基于人车环境协同的车辆弯道行驶安全预警系统. 通过分析影响车辆行驶安全性的人、车、路、环境等因素,运用层次分析法和权的最小平方法建立基于人-车-路-环境的车辆行驶安全度静态综合评价体系;引入安全系数k,结合车辆行驶安全临界车速和车辆行驶安全度评价模型,构建基于人车环境协同的车辆弯道行驶安全预警模型,运用TruckSim仿真验证了模型的有效性. 在虚拟仪器LabVIEW开发环境下,设计了一套车辆弯道行驶安全预警系统,并进行了仿真验证. 结果表明:该预警系统可对驶入弯道且有危险的车辆进行预警,能有效提高车辆行驶安全性.     

车路协同环境下交叉路口多车速度优化研究

为减少智能网联电动车辆在城市交叉路口工况下行驶的能耗,并制止车辆在车队中的碰撞,提出一种车路协同环境下的智能网联电动车辆速度优化与避撞分层耦合控制系统.上层模型基于交通信号灯相位时序与车辆动力学模型进行车辆速度优化;下层结合优化后速度和模型预测控制进一步优化车队内车辆车速,防止与前车发生碰撞.利用Matlab平台搭建控制系统仿真模型,并基于车辆队列通过交叉路口的工况对所提出的分层耦合控制系统进行有效性验证.仿真结果表明,分层耦合控制系统可根据交通工况不同,计算出能耗最低且避免碰撞的最优速度曲线,所提出的系统能够确保智能网联电动车辆更加节能、安全地稳定行驶.