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，國內(nèi)外的研究主要是從駕駛員運動視覺特性，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，亦有分析車輛制動性及車輛超載對行車安全影響的。其中制動性對行車安全的影響，主要是針對標準裝載下車輛在無輔助制動和淋水降溫輔助制動兩種情況下，通過對長時間制動后剎車轂溫度變化和相應(yīng)行駛距離的關(guān)系曲線進行分析來展開研究的。在分析超載對行車安全的影響方面，定性的總結(jié)出其影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面(1)超載導致車輛制動距離延長，制動器制動強度增大，引起熱衰退，甚至完全失靈引起碰撞。(2)超載會導致車輛轉(zhuǎn)向器不能輕便靈活轉(zhuǎn)向，出現(xiàn)側(cè)滑、輕飄、擺振、抖動、阻滯等現(xiàn)象。(3)超載常導致汽車重心過高、過后，行駛時的軸荷轉(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》(朱學斌，陳喜寶，高炬，高峰《導彈與航天運載技術(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力學模型和典型的瞬態(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)計和轉(zhuǎn)向、懸架、輪組等底盤分系統(tǒng)設(shè)計統(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，對整車進行轉(zhuǎn)向性能、角階躍響應(yīng)、轉(zhuǎn)彎制動等瞬態(tài)響應(yīng)特性的動力學分析，實現(xiàn)各分系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的合理匹配，達到安全提高機動能力的要求。該方法以理論分析為主，僅考慮車輛本身的機動性能對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；也未進行具體實驗對模型的有效性進行分析判斷；無法分析車輛在超重時的具體行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)(行駛速度，重心變化，舵機轉(zhuǎn)角等)，給不出具體的數(shù)值動態(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不同車輛在這些路段行駛的安全性進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，通過對車輛動力學模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計實驗對模型進行驗證及修正，可以實現(xiàn)對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，其特點是包括以下步驟 (a)建立裝載車輛運動模型 式中 V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風阻系數(shù)[kg/m]； Rg總傳動比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Rfd主減速比； ωe發(fā)動機轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Trr滾動阻力矩[n·m]； Trr自動變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動轉(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)對舵機的控制進而達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)實際車輛運動模型獲得進行一定量的直、彎道行駛實驗，上、下坡行駛實驗，利用記錄的數(shù)據(jù)獲得速度模型，進而建立不同狀態(tài)下的實際車輛運動模型； (f)將車輛模型的運動方程進行變化，對車輛行駛的穩(wěn)定性進行分析； (g)通過實驗分別對超重車輛、車胎失衡車輛及路面不平整時的車輛運動模型進行修正，得到最符合實際的模型； (h)根據(jù)獲得最符合實際的車輛運動模型，展開對不同路面，不同超重等級，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，實現(xiàn)對車輛行駛安全的分析。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過對車輛動力學模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計實驗對模型進行驗證及修正，實現(xiàn)了對特殊路段下車輛行駛安全性的判斷。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。



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力學模型圖。
圖3是本發(fā)明交通車輛道路行駛安全分析方法應(yīng)用的地面三維坐標系。

具體實施例方式 參照圖1～3。
首先，結(jié)合車輛動力學方程及其運動學方程，建立一般狀態(tài)下標準裝載車輛模型。車輛縱向動力學模型包括五部分發(fā)動機模型、液力變矩器模型、自動變速器模型、車輛驅(qū)動模型和剎車系統(tǒng)模型。分別對這四部分建模，綜合即可得到車輛的縱向動力學模型。進一步建立地面三維坐標系(見圖3)，結(jié)合縱向動力學模型即可寫出車輛的運動學方程，從而得到標準裝載車輛運動模型 其中 V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風阻系數(shù)[kg/m]； Rg總傳動比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Tfd主減速比； ωe發(fā)動機轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Trr滾動阻力矩[n·m]； Ttr自動變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動轉(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，為了對車輛不同路面路段的運動規(guī)律進行全面分析，需要對上述模型中的速度模型進行修正。當車胎不平衡時，需要在模型中考慮因不平衡引起的額外轉(zhuǎn)向力矩；當車輛超載
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)建立裝載車輛運動模型
式中
V車輛速度[m/s]；M車輛質(zhì)量[kg]；r車輪半徑[m]；γ風阻系數(shù)[kg/m]；
Rg總傳動比，Rg＝Rtrans·Rfd；Rtrans變速箱齒輪比；Rfd主減速比；
ωe發(fā)動機轉(zhuǎn)速[r/min]；ωt液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速[r/min]；Ttr滾動阻力矩[n·m]；
Ttr自動變速器輸出轉(zhuǎn)矩[n·m]；Tb制動轉(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)對舵機的控制進而達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)實際車輛運動模型獲得進行一定量的直、彎道行駛實驗，上、下坡行駛實驗，利用記錄的數(shù)據(jù)獲得速度模型，進而建立不同狀態(tài)下的實際車輛運動模型；
(f)將車輛模型的運動方程進行變化，對車輛行駛的穩(wěn)定性進行分析；
(g)通過實驗分別對超重車輛、車胎失衡車輛及路面不平整時的車輛運動模型進行修正，得到最符合實際的模型；
(h)根據(jù)獲得最符合實際的車輛運動模型，展開對不同路面，不同超重等級，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，實現(xiàn)對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)或橋梁等路段對不同車輛行駛安全性進行分析。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力學模型發(fā)動機模型、液力變矩器模型、自動變速器模型、車輛驅(qū)動模型和剎車系統(tǒng)模型分別建模，綜合得到車輛的縱向動力學模型。再結(jié)合車輛運動學方程，建立一般狀態(tài)下標準裝載車輛運動模型。在車輛一般狀態(tài)下標準裝載運動模型基礎(chǔ)上，修正車輛在輕載、重載、超重時的運動模型，分析其相應(yīng)的運動規(guī)律。本發(fā)明通過對車輛動力學模型的建立，車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲得，設(shè)計實驗對模型進行驗證及修正，實現(xiàn)了對特殊路段下車輛行駛安全性的判斷。
文檔編號G06F19/00GK101739816SQ20091021916
公開日2010年6月16日 申請日期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 申請人:西北工業(yè)大學