半挂汽车列车单点预瞄驾驶员模型参数研究

以半挂汽车列车与单体车为研究对象,应用最优控制建立方向控制驾驶员模型,建立目标函数研究驾驶员模型参数预瞄时间的特点与操稳表现。结果表明:驾驶员模型操纵半挂汽车列车行驶时可找到最佳车速和最佳预瞄时间来提高跟踪能力与侧向稳定性,最佳预瞄时间低车速时与单体车差异小、高车速时较单体车更长。     

山区圆曲线路段半挂汽车列车行驶安全性分析

根据山区圆曲线路段的特点,分析了轮胎的受力和变形情况,建立了半挂汽车列车与山区圆曲线路段的耦合动力学模型。以牵引车和半挂车的轮胎侧偏角和折叠角为指标,运用提出的动力学仿真法分析了不同车速下圆曲线路段半径、超高、滑动附着系数对半挂汽车列车行驶安全性的影响,并与运行速度法和理论极限速度法的计算结果进行对比。仿真结果表明:当圆曲线半径为125m,路面超高为2%,滑动附着系数分别为0.20、0.35、0.50、0.80时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为20、35、55、72km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为50km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为18、20、25、30km·h-1;当圆曲线半径为250m,滑动附着系数为0.35,超高分别为0、2%、4%、6%时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为35、38、25、20km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为60km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为30、31、32、33km·h-1;当路面超高为6%,滑动附着系数为0.50,圆曲线半径分别为125、250、400、650m时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为58、62、70、72km·h-1,运用运行速度法求得的临界安全车速分别为50、60、68、71km·h-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为28、37、48、60km·h-1。可见,提出的动力学仿真法考虑了车辆悬架动力学特性、天气与路面条件,可以准确描述半挂汽车列车的运行状态。     

融合稳定性的高速无人驾驶车辆纵横向协调控制方法

提出了一种纵横向协调控制的路径跟踪控制方法; 建立了车辆预瞄误差模型和考虑路面地形的高速车辆等效动力学模型, 以此引入道路曲率地形因素; 基于模糊规则设计了预瞄距离发生器, 解决预瞄误差模型中固定预瞄距离的问题; 建立了预测时域与道路曲率的函数关系, 运用模型预测控制算法求解前轮转角, 从而建立路径跟踪控制器; 运用指数模型表示车辆期望车速, 设计了比例积分微分纵向控制器控制车速以改善路径跟踪精度; 运用质心侧偏角相平面图表征车辆稳定性特征, 设计比例积分微分稳定性控制器以改善车辆稳定性。研究结果表明: 提出的控制方法能在不同附着系数路面上对车辆跟踪性能进行优化, 在干燥沥青路面以车速90 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少33%;在潮湿沥青路面以车速70 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少30%;在冰雪路面以车速55 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少16%。可见, 所提出的控制方法能有效改善路径跟踪精度。      

混合模式下的多车型交叉甩挂调度优化

多车型是甩挂运输发展的新趋势,载重大的牵引车拖带不超过吨位限制的多 种挂车称之为交叉甩挂.为分析多车型交叉甩挂的优势和客户点分布规律的影响,本文建 立了轴辐式与网络型相结合的混合模式下的多车型交叉甩挂调度模型,针对该模型的特 点设计了混合模拟退火算法进行求解,并将其与其他3 种牵引车-挂车匹配策略进行对 比,验证了模型和算法的有效性,同时体现了多车型交叉甩挂在成本节约方面较之于其 他3 种甩挂匹配策略的优势.最后运用4 种策略求解改进的Solomon 经典算例,分析了客 户点分布对目标函数的影响,可为甩挂运输车辆调度提供决策支持.     

半挂汽车列车结构参数及模型处理方式对平顺性的影响

建立了6×4牵引车与3轴半挂车组成的半挂汽车列车11自由度半车动力学模型,在道路不平度的激励下通过频域方法研究了牵引车的驱动桥平衡梁及全浮式驾驶室的不同处理方法对半挂汽车列车平顺性仿真结果的影响。之后,进一步研究了悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度、牵引销前置距及挂车上货物质心位置变化对半挂汽车列车平顺性的影响,并按照其影响的大小进行了排序。这些工作为半挂汽车列车的设计及牵引车与半挂车的匹配提供了一定指导。     

基于强化学习的智能车人机共融转向驾驶决策方法

针对智能车人机共融驾驶系统中人和自主驾驶系统的驾驶权连续动态分配问题,尤其是因建模误差导致的权重分配方法适应性低的难题,提出了基于强化学习的人机共融转向驾驶决策方法;考虑驾驶人的转向特性,搭建了基于双点预瞄的驾驶人模型,并采用预测控制理论建立了智能车自主转向控制模型,构建了智能车人机同时在环的转向控制框架;基于Actor-Critic强化学习架构,设计了用于人机驾驶权分配的深度确定性策略梯度(DDPG)智能体,以曲率契合度、跟踪精确性和乘坐舒适性为目标,提出了基于模型的收益函数;构建了人机共融驾驶权分配强化学习框架,包含驾驶人模型、自主转向模型、驾驶权分配智能体以及收益函数;为了验证方法的有效性,招募了8位驾驶人开展共计48人次的模拟驾驶试验。研究结果表明:在曲率适应性验证中,人机共融-DDPG方法优于人工驾驶和人机共融-Fuzzy方法,跟踪性平均提升70.69%、39.67%,舒适性平均提升18.34%、7.55%;在速度适应性验证中,车速为40、60和80 km·h-1条件下,驾驶人权重大于0.5的时间占比分别为90.00%、85.76%、60.74%,且跟踪性相轨迹和舒适性相轨迹都能有效收敛。可见,提出的方法能够适应曲率和车速变化,在保证安全性的前提下提升了跟踪性和舒适性。      

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。      

高速条件下隧道出入口行驶速度特性

为明确山区隧道出入口区段的车辆运行特性和驾驶行为，揭示隧道洞口交通事故的发生机制，在高速公路和城市快速路各选择3座隧道，采集了小客车和货车在隧道出入口区段的断面速度，高速公路单个断面观测样本大于500 veh，快速路隧道单个断面样本大于1 100 veh，基于断面数据分析了车辆行驶速度的变化规律和影响因素，并建立了运行速度预测模型。分析结果表明:驾驶人临近隧道洞口时会减速，小客车速度降幅为12~21 km·h-1，货车速度降幅为2~10 km·h-1，货车速度降幅低于小客车；洞口位置小客车运行速度大于80 km·h-1，货车运行速度大于70 km·h-1；高速公路隧道出入口段的车速范围为75~110 km·h-1，快速路隧道出入口段的车速范围为60~88 km·h-1，高速公路隧道出入口段的车速普遍高于城市快速路隧道; 驾驶人进入隧道洞内适应环境之后会加速行驶，驶出隧道时有加速行为，但当隧道出口前方有小半径弯道和互通立交时，驾驶人会减速以适应前方的道路条件；隧道入口前100 m至洞口范围内的车辆减速度最大，货车减速度范围为0.23~0.58 m·s-2，小客车减速度范围为0.47~ 0.70 m·s-2；同一断面的速度观测值存在较强的离散性，表明车辆之间存在明显的纵向干涉，容易发生追尾事故。      

驾驶员行车紧张度评价试验

为了研究道路条件对驾驶紧张程度的影响,选择了33名驾驶员,选用驾驶员心率、眼球移动角速度和注视点分布范围3项测试指标,进行了多车型多工况实车试验.采用心电测试仪和眼动仪采集了3项测试指标试验数据,并进行回归分析,建立了不同车型的驾驶员测试指标隶属于不紧张区域、较紧张区域和很紧张区域的隶属度函数.在车速为80 km·h-1,侧向余宽为1.2 m的行车工况下,计算了各车型测试指标的隶属度.试验结果表明:大型车驾驶员3项测试指标的隶属度均属于较紧张区域,中型车驾驶员3项测试指标的隶属度均属于不紧张区域,与实车试验的驾驶员感受评价相符合.     

中置轴挂车列车操纵稳定性与参数优化

为了提高中置轴挂车列车的操纵稳定性, 分析了其横摆运动、侧倾运动、纵向运动、侧向运动的关系, 根据汽车动力学理论, 采用MATLAB/Simulink建立了列车四自由度动力学仿真模型, 采用TruckSim搭建了列车的多自由度复杂非线性仿真模型, 利用VBOX数据采集系统与RT陀螺仪构建了列车操纵稳定性测试系统, 根据试验标准开展了列车的单车道变换实车试验与仿真试验, 并对比分析了仿真与试验结果; 基于列车横摆角速度后部放大系数、铰接角速度、侧向加速度后部放大系数、载荷转移率, 建立了列车综合评价得分模型; 通过均匀试验和多元线性回归分析理论, 利用虚拟样机技术, 对显著影响列车操纵稳定性的相关参数进行了优化分析。优化结果表明: 优化后牵引车、中置轴挂车的相关参数都得到了不同程度的改善, 牵引车、中置轴挂车横摆角速度最大值分别由0.107 2、0.140 8rad·s-1降低到0.092 5、0.103 7rad·s-1, 中置轴挂车列车的横摆角速度后部放大系数减小了15.15%;牵引车、中置轴挂车侧向加速度最大值分别由0.21g、0.27g降低到0.19g、0.20g, 中置轴挂车列车的侧向加速度后部放大系数减小12.10%;中置轴挂车列车的最大铰接角速度减小23.01%, 最大载荷转移率减小了29.41%;列车综合评价得分由86.66提高到109.02, 综合性能得到提高。      

车辆超载对公路使用寿命的影响

分析了轴载与公路使用寿命的关系,根据路面不平度的频域模型和时域模型,建立了4自由度车辆动力学模型。利用Mathcad软件进行数值仿真计算,获得不同工况下车辆前后轮的最大动载荷,分析了车轮动载荷与车速、车轮载荷与超载、轮荷冲击系数与超载之间的关系,并预测了不同载荷条件下公路的实际使用寿命。研究结果表明:车轮动载荷和轮荷冲击系数与车速成线性增大关系,当车速由10km·h-1增大到100km·h-1时,车轮动载荷增大2.5～3.1倍,轮荷冲击系数增大17%～20%;超载降低了车辆的轮荷冲击系数,但使得车轮的实际最大载荷大幅增大;在超载100%的情况下,当以沥青层层底拉应力为设计指标时,公路实际使用寿命下降96%,当以半刚性材料层层底拉应力为设计指标时,公路实际使用寿命下降99%。     

城市区域物流无人机路径规划

针对城市区域物流无人机路径规划问题,采用栅格法进行环境建模,综合考虑无人机性能、任务性质和城市环境等影响要素,以航程、高度变化和危险度最小为目标函数,构建多约束物流无人机路径规划模型.改进A*(A-star)算法求解：为合理预估距离,采用欧氏距离与曼哈顿距离线性组合的方式设计启发函数;为提高搜索效率,引入双向搜索策略;为保证平稳飞行,采用B样条(B-spline)法进行路径优化.结果表明：模型可以实现多目标优化,具有有效性;算法与传统A*算法相比,规划时间少,规划路径航程短,高度变化少,飞行安全稳定.分析参数权重值得出：当3个子目标代价权重系数分别为0.4、0.1和0.5,2种距离权重系数分别为0.15和0.85时,规划路径最优.     

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。     

半挂汽车列车联合制动系统性能仿真分析

为研究半挂汽车列车联合制动系统性能,建立了七自由度的半挂汽车列车整车动力学模型、非线性轮胎模型和制动系统模型,对液力缓速器以及联合制动系统在不同使用工况下的半挂汽车列车制动稳定性的影响进行了仿真分析。仿真结果表明:路面附着系数越高,液力缓速器的制动稳定性越好;湿滑路面应慎用液力缓速器;列车高速行驶时,不可直接使用液力缓速器高档,防止半挂车对牵引车冲击过大造成牵引车侧滑和列车折叠;列车在空载状态下也不可使用液力缓速器高档,以免使驱动轴抱死侧滑;满载状态下可直接使用液力缓速器恒速档,在车速不高的情况下,可以使用液力缓速器高档制动;当制动强度需求不高时,联合制动系统可以有效提高列车的制动效能,并保持良好的制动稳定性;而当列车紧急制动时,液力缓速器对制动效能的提高不明显,且会加剧列车失稳。     

城市区域物流无人机路径规划

针对城市区域物流无人机路径规划问题，采用栅格法进行环境建模，综合考虑无人机性能、任务性质和城市环境等影响要素，以航程、高度变化和危险度最小为目标函数，构建多约束物流无人机路径规划模型.改进A*(A-star)算法求解：为合理预估距离，采用欧氏距离与曼哈顿距离线性组合的方式设计启发函数；为提高搜索效率，引入双向搜索策略；为保证平稳飞行，采用B样条(B-spline)法进行路径优化.结果表明：模型可以实现多目标优化，具有有效性；算法与传统A*算法相比，规划时间少，规划路径航程短，高度变化少，飞行安全稳定.分析参数权重值得出：当3个子目标代价权重系数分别为0.4、0.1和0.5，2种距离权重系数分别为0.15和0.85时，规划路径最优.     

高速公路直线路段突起路标间隔设置方法

基于驾驶人的视觉惰性、视觉警示频率和感觉特性,分析了突起路标的视觉警示作用,确定了突起路标的闪现频率,计算与修正了突起路标的初始间隔。应用ADAMS/Car仿真软件模块,建立了道路、车辆和突起路标模型,将车型设置为大型车和小型车,大型车的车速设置为60、80、100km·h-1,小型车的车速设置为80、100、120km·h-1,大型车和小型车的方向盘转角均设置为1°、3°、5°。分别对提出的12m间隔与现行规范推荐的15m间隔各进行243次仿真,分析振动警示效果。仿真结果表明:在12m间隔下,平均碾压率为93.1%,小型车和大型车对应的平均警示率分别为41.7%和5.6%;在15m间隔下,平均碾压率为93.7%,小型车和大型车对应的平均警示率分别为33.3%和28.9%;12、15m间隔对小型车都具有较好的振动警示效果,15m间隔对大型车的振动警示效果更好。当高速公路夜间交通流较大或需要加大交通设施的夜间安全效果时,可选12m间隔提供良好的视觉连续性和视觉警示效果;考虑施工维护的方便性和经济性或者大型车比例较大时,可选择15m间隔。     

城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题，在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段，开展噪声现场测试；通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果，分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性；基于有限元-边界元法，建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型，研究了箱梁-声屏障系统结构噪声的空间分布规律，探讨了车速和声屏障高度对箱梁-声屏障系统结构噪声的影响。研究结果表明:当列车以约93 km·h-1的速度通过时，直立式声屏障对高频轮轨噪声起到了很好的降噪作用，但会使低频结构噪声增大；声屏障结构噪声的影响主要集中于160 Hz以下的低频段，箱梁-声屏障系统结构噪声的峰值出现在63 Hz左右；箱梁-声屏障系统结构噪声呈现出近场随距离衰减较快，远场随距离衰减越来越慢的趋势，箱梁正上方和正下方的结构噪声均超过96 dB，距离桥梁中心线120 m处的结构噪声衰减至72 dB；声屏障结构噪声对于梁侧声场的影响较大，与无声屏障地段相比，设置了高度为3.15 m的直立式声屏障之后，梁侧结构噪声增大了2~5 dB；当车速由93 km·h-1增大到120 km·h-1时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加7 dB以上；当声屏障高度由3.15 m增大至6.3 m时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加3 dB以上。      

夜间不同车速下驾驶员动态距离知觉的研究

采用CTM-4型汽车拖拉机综合测试仪对夜间环境下驾驶员辨识距离和车速进行行车试验测试,并运用交通心理学理论进行分析发现:辨识距离与车速呈二次曲线关系:车速超过40km/h时,曲线开始出现拐点,产生"运动效应";远光灯照明产生的反射眩光使不同距离组驾驶员辨识距离误差值随车速的变化其趋势存在差异.     

融雪剂路面上汽车制动距离计算模型

分析了汽车制动过程前、后轮受力状况,建立了汽车制动距离与路面附着系数的数学模型。在冰雪路面和使用融雪剂路面上进行了制动试验,应用MATLAB软件仿真计算了汽车在不同制动初速度下的制动距离。试验结果表明:在冰雪路面上,当汽车制动初速度分别为10.8、24.4、31.4km.h-1时,制动距离分别为2.959、18.378、26.264m;在使用融雪剂路面上,当汽车制动初速度分别为11.0、22.9、31.0km.h-1时,制动距离分别为2.430、13.766、18.860m。使用融雪剂后,附着系数明显提高,测试制动距离减小了25%～28%,仿真计算制动距离减小了约30%,两者接近,因此,计算模型可靠。     

夜间不同车速下驾驶员动态距离知觉的研究

采用CTM-4型汽车拖拉机综合测试仪对夜间环境下驾驶员辨识距离和车速进行行车试验测试．并运用交通心理学理论进行分析发现：辨识距离与车速呈二次曲线关系;车速超过40km／h时,曲线开始出现拐点,产生“运动效应”;远光灯照明产生的反射眩光使不同距离组驾驶员辨识距离误差值随车速的变化其趋势存在差异。