專利名稱：交通車輛道路行駛安全分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安全分析方法，特別涉及交通車輛道路行駛安全分析方法，屬于道路交通車輛行駛安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在行車安全分析方面，國(guó)內(nèi)外的研究主要是從駕駛員運(yùn)動(dòng)視覺特性，駕駛員應(yīng)激情緒狀態(tài)，路面狀況，交通安全設(shè)施的合理性以及規(guī)章制度方面入手，亦有分析車輛制動(dòng)性及車輛超載對(duì)行車安全影響的。其中制動(dòng)性對(duì)行車安全的影響，主要是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝載下車輛在無輔助制動(dòng)和淋水降溫輔助制動(dòng)兩種情況下，通過對(duì)長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)后剎車轂溫度變化和相應(yīng)行駛距離的關(guān)系曲線進(jìn)行分析來展開研究的。在分析超載對(duì)行車安全的影響方面，定性的總結(jié)出其影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)超載導(dǎo)致車輛制動(dòng)距離延長(zhǎng)，制動(dòng)器制動(dòng)強(qiáng)度增大，引起熱衰退，甚至完全失靈引起碰撞。(2)超載會(huì)導(dǎo)致車輛轉(zhuǎn)向器不能輕便靈活轉(zhuǎn)向，出現(xiàn)側(cè)滑、輕飄、擺振、抖動(dòng)、阻滯等現(xiàn)象。(3)超載常導(dǎo)致汽車重心過高、過后，行駛時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移過大，引起汽車的行駛穩(wěn)定性、操縱穩(wěn)定性變壞，急轉(zhuǎn)彎時(shí)臨界速度下降。
《超重型特種車輛行駛安全性分析與研究》(朱學(xué)斌，陳喜寶，高炬，高峰《導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)》，2006年第6期)一文，將超重型特種車輛的行駛安全性問題研究歸納為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩個(gè)方面，并以HTF系列七軸超重型特種車為例，介紹了整車非線性動(dòng)力學(xué)模型和典型的瞬態(tài)特性分析。提出改善和提高超重型特種車輛的行駛安全性需要將總體設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)向、懸架、輪組等底盤分系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，在穩(wěn)態(tài)分析確定的初步總體參數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)整車進(jìn)行轉(zhuǎn)向性能、角階躍響應(yīng)、轉(zhuǎn)彎制動(dòng)等瞬態(tài)響應(yīng)特性的動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的合理匹配，達(dá)到安全提高機(jī)動(dòng)能力的要求。該方法以理論分析為主，僅考慮車輛本身的機(jī)動(dòng)性能對(duì)車輛行駛安全的影響，并未考慮不同的路況下車輛的行駛安全問題；也未進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)對(duì)模型的有效性進(jìn)行分析判斷；無法分析車輛在超重時(shí)的具體行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)(行駛速度，重心變化，舵機(jī)轉(zhuǎn)角等)，給不出具體的數(shù)值動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)在多數(shù)路段，尤其是山區(qū)或橋梁等路段均沒有對(duì)不同車輛在這些路段行駛的安全性進(jìn)行具體的分析的不足，本發(fā)明提出了一種交通車輛道路行駛安全分析方法，通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證及修正，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊路段下車輛行駛安全性的判斷。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種交通車輛道路行駛安全分析方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟 (a)建立裝載車輛運(yùn)動(dòng)模型 式中 V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風(fēng)阻系數(shù)[kg/m]； Rg總傳動(dòng)比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Rfd主減速比； ωe發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Trr滾動(dòng)阻力矩[n·m]； Trr自動(dòng)變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動(dòng)轉(zhuǎn)矩[n·m]； Tg上下坡阻力矩[n·m]；Tg＝M·g·sin(θ)·r，(θ道路傾角)； u車輛速度在x軸方向上的分量[m/s]；v車輛速度在y軸方向上的分量[m/s]； w車輛速度在z軸方向上的分量[m/s]； α速度在OXY平面內(nèi)的投影與x軸夾角；β車輛速度與法向z軸夾角； (b)將速度量模型修正為 式中，f(Tover，Tnon)是因車胎不平衡以及車輛超載造成的影響； (c)通過舵機(jī)取代駕駛員來控制方向盤、油門以及剎車，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制進(jìn)而達(dá)到用軟件控制車輛行駛； (d)在車輛上安裝GPS，位置傳感器等傳感器，記錄車輛的姿態(tài)，速度，位置等信息； (e)實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)模型獲得進(jìn)行一定量的直、彎道行駛實(shí)驗(yàn)，上、下坡行駛實(shí)驗(yàn)，利用記錄的數(shù)據(jù)獲得速度模型，進(jìn)而建立不同狀態(tài)下的實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)模型； (f)將車輛模型的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行變化，對(duì)車輛行駛的穩(wěn)定性進(jìn)行分析； (g)通過實(shí)驗(yàn)分別對(duì)超重車輛、車胎失衡車輛及路面不平整時(shí)的車輛運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行修正，得到最符合實(shí)際的模型； (h)根據(jù)獲得最符合實(shí)際的車輛運(yùn)動(dòng)模型，展開對(duì)不同路面，不同超重等級(jí)，不同轉(zhuǎn)彎半徑，不同上下坡度等狀況下的車輛行駛分析仿真，尋找到在不同路面路段下的車輛安全行車速度，道路安全坡度或者道路安全轉(zhuǎn)彎半徑等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛安全的分析。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證及修正，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特殊路段下車輛行駛安全性的判斷。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。



圖1是本發(fā)明交通車輛道路行駛安全分析方法流程圖。
圖2是本發(fā)明交通車輛道路行駛安全分析方法建立的車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型圖。
圖3是本發(fā)明交通車輛道路行駛安全分析方法應(yīng)用的地面三維坐標(biāo)系。

具體實(shí)施例方式 參照?qǐng)D1～3。
首先，結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)方程及其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，建立一般狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)裝載車輛模型。車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型包括五部分發(fā)動(dòng)機(jī)模型、液力變矩器模型、自動(dòng)變速器模型、車輛驅(qū)動(dòng)模型和剎車系統(tǒng)模型。分別對(duì)這四部分建模，綜合即可得到車輛的縱向動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)一步建立地面三維坐標(biāo)系(見圖3)，結(jié)合縱向動(dòng)力學(xué)模型即可寫出車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，從而得到標(biāo)準(zhǔn)裝載車輛運(yùn)動(dòng)模型 其中 V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風(fēng)阻系數(shù)[kg/m]； Rg總傳動(dòng)比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Tfd主減速比； ωe發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Trr滾動(dòng)阻力矩[n·m]； Ttr自動(dòng)變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動(dòng)轉(zhuǎn)矩[n·m]； Tg上下坡阻力矩[n·m]；Tg＝M·g·sin(θ)·r，(θ道路傾角)； u車輛速度在x軸方向上的分量[m/s]；v車輛速度在y軸方向上的分量[m/s]； w車輛速度在z軸方向上的分量[m/s]； α速度在OXY平面內(nèi)的投影與x軸夾角；β車輛速度與法向z軸夾角。
在實(shí)際道路交通中，車輛往往存在超載，車胎不平衡等問題，而且道路路面也存在不平整問題，為了對(duì)車輛不同路面路段的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行全面分析，需要對(duì)上述模型中的速度模型進(jìn)行修正。當(dāng)車胎不平衡時(shí)，需要在模型中考慮因不平衡引起的額外轉(zhuǎn)向力矩；當(dāng)車輛超載
權(quán)利要求
1.一種交通車輛道路行駛安全分析方法，其特征在于包括下述步驟
(a)建立裝載車輛運(yùn)動(dòng)模型
式中
V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風(fēng)阻系數(shù)[kg/m]；
Rg總傳動(dòng)比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Rfd主減速比；
ωe發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Ttr滾動(dòng)阻力矩[n·m]；
Ttr自動(dòng)變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動(dòng)轉(zhuǎn)矩[n·m]；
Tg上下坡阻力矩[n·m]；Tg＝M·g·sin(θ)·r，(θ道路傾角)；
u車輛速度在x軸方向上的分量[m/s]；v車輛速度在y軸方向上的分量[m/s]；
w車輛速度在z軸方向上的分量[m/s]；
α速度在OXY平面內(nèi)的投影與x軸夾角；β車輛速度與法向z軸夾角；
(b)將速度量模型修正為
式中，f(Tover，Tnon)是因車胎不平衡以及車輛超載造成的影響；
(c)通過舵機(jī)取代駕駛員來控制方向盤、油門以及剎車，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制進(jìn)而達(dá)到用軟件控制車輛行駛；
(d)在車輛上安裝GPS，位置傳感器等傳感器，記錄車輛的姿態(tài)，速度，位置等信息；
(e)實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)模型獲得進(jìn)行一定量的直、彎道行駛實(shí)驗(yàn)，上、下坡行駛實(shí)驗(yàn)，利用記錄的數(shù)據(jù)獲得速度模型，進(jìn)而建立不同狀態(tài)下的實(shí)際車輛運(yùn)動(dòng)模型；
(f)將車輛模型的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行變化，對(duì)車輛行駛的穩(wěn)定性進(jìn)行分析；
(g)通過實(shí)驗(yàn)分別對(duì)超重車輛、車胎失衡車輛及路面不平整時(shí)的車輛運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行修正，得到最符合實(shí)際的模型；
(h)根據(jù)獲得最符合實(shí)際的車輛運(yùn)動(dòng)模型，展開對(duì)不同路面，不同超重等級(jí)，不同轉(zhuǎn)彎半徑，不同上下坡度等狀況下的車輛行駛分析仿真，尋找到在不同路面路段下的車輛安全行車速度，道路安全坡度或者道路安全轉(zhuǎn)彎半徑等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛安全的分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交通車輛道路行駛安全分析方法，屬于道路交通車輛行駛安全技術(shù)領(lǐng)域，用于在山區(qū)或橋梁等路段對(duì)不同車輛行駛安全性進(jìn)行分析。本發(fā)明交通車輛道路行駛安全分析方法首先建立車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型發(fā)動(dòng)機(jī)模型、液力變矩器模型、自動(dòng)變速器模型、車輛驅(qū)動(dòng)模型和剎車系統(tǒng)模型分別建模，綜合得到車輛的縱向動(dòng)力學(xué)模型。再結(jié)合車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，建立一般狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)裝載車輛運(yùn)動(dòng)模型。在車輛一般狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)裝載運(yùn)動(dòng)模型基礎(chǔ)上，修正車輛在輕載、重載、超重時(shí)的運(yùn)動(dòng)模型，分析其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本發(fā)明通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證及修正，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特殊路段下車輛行駛安全性的判斷。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101739816SQ20091021916
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者史忠科, 楊雋楠 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)