本發(fā)明涉及公路平曲線半徑設(shè)計(jì)、道路安全研究與仿真領(lǐng)域，尤其是一種基于車輛側(cè)翻側(cè)滑虛擬試驗(yàn)的公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

側(cè)翻側(cè)滑在所有交通事故類型中占據(jù)重要比例，并且容易造成較大的人員、經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)NHTSA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，車輛側(cè)翻發(fā)生率約為5％，但側(cè)翻事故所造成的死亡率高達(dá)30％。在車輛正常行駛情況下，公路線形的不合理尤其是曲線半徑過小是造成車輛側(cè)翻和側(cè)滑事故的主要原因，也是最可控的因素。因此在對公路安全性評價(jià)時(shí)曲線半徑是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的一個(gè)方面。

國內(nèi)外學(xué)者在公路的平曲線安全性評價(jià)方面開展了不同程度的研究，在評價(jià)方法方面，主要以交通事故數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析與計(jì)算、實(shí)車試驗(yàn)、設(shè)計(jì)規(guī)范審查方法為主，其中交通事故數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析與計(jì)算、實(shí)車試驗(yàn)兩種安全性評價(jià)方法僅適用于運(yùn)營階段的公路；而設(shè)計(jì)規(guī)范審查方法以車輛運(yùn)行速度模型為基礎(chǔ)，評價(jià)結(jié)果的可信度完全依賴車輛運(yùn)行速度預(yù)測模型的精確度，并且評價(jià)過程僅注重理論論證，忽略了駕駛員、車輛、道路之間的相互作用等其他現(xiàn)實(shí)因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于車輛側(cè)翻側(cè)滑虛擬試驗(yàn)的公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法，能夠快速高效地對公路平曲線線形設(shè)計(jì)方案安全性進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)目標(biāo)明確，操作過程簡單，評價(jià)指標(biāo)具有代表性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于車輛側(cè)翻側(cè)滑虛擬試驗(yàn)的公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法，包括如下步驟：

(1)明確對目標(biāo)路段進(jìn)行評價(jià)所采用的控制函數(shù)

(2)使用adams/car構(gòu)建駕駛員-重型貨車-目標(biāo)路段虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)；

(3)根據(jù)步驟(2)中虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)，獲取重型車輛目標(biāo)路段上以設(shè)計(jì)速度v運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，計(jì)算LTA_r與LTR_r的值；

(4)根據(jù)步驟(3)中計(jì)算得到的LTA_r與LTR_r值，判斷其是否符合控制函數(shù)F(r)的要求；若符合控制函數(shù)要求，則目標(biāo)路段當(dāng)前設(shè)計(jì)方案沒有車輛側(cè)翻側(cè)滑安全問題，評價(jià)合格；若不符合控制函數(shù)要求，則目標(biāo)路段當(dāng)前設(shè)計(jì)方案有車輛側(cè)翻側(cè)滑安全問題，目標(biāo)路段平曲線半徑現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)不合格，需要對其進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

優(yōu)選的，步驟(1)中，明確對目標(biāo)路段進(jìn)行評價(jià)所采用的控制函數(shù)F(r)；定義側(cè)向加速度比率為LTA_r，如下：

其中，a_r為平曲線半徑為r和超高為i時(shí)車輛以設(shè)計(jì)速度v行駛時(shí)的側(cè)向加速度；a_s為安全側(cè)向加速度，a_s＝ug，u為橫向力系數(shù)閾值，μ＝0.25-0.204×10^-2v+0.36×10^-5v²，v為設(shè)計(jì)速度；a_i為超高加速度，a_i＝ig，i為設(shè)計(jì)超高；g為重力加速度；

當(dāng)a_r＞a_s+a_i時(shí)車輛發(fā)生側(cè)滑，因此LTA_r∈[0,1]，為保證在超速、特殊天氣等情況下車輛也不發(fā)生側(cè)滑，令LTA_r≤0.9；

定義LTR_r為半徑為r和超高為i時(shí)的載荷轉(zhuǎn)移率，即：

其中F_ZL為轉(zhuǎn)向軸兩輪差值最大時(shí)的左輪垂向力，F(xiàn)_ZR為轉(zhuǎn)向軸兩輪差值最大時(shí)的右輪垂向力；當(dāng)一側(cè)輪垂向力為0時(shí)車輛將發(fā)生側(cè)翻，故LTR_r∈[0,1]，為保證車輛不發(fā)生側(cè)翻，令LTR_r≤0.9。

優(yōu)選的，步驟(2)中，使用adams/car構(gòu)建駕駛員-重型貨車-目標(biāo)路段虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)，具體過程如下：

(1)調(diào)用adams/car軟件中內(nèi)置的重型貨車模型；

(2)調(diào)用adams/car軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)整車試驗(yàn)駕駛員控制模型；

(3)獲取所要評價(jià)路段的道路參數(shù)并使用adams/car中的Road Builder建立三維道路模型，其中所述道路參數(shù)包括直線和緩和曲線的長度、圓曲線半徑r、超高i、路面摩擦系數(shù)。

優(yōu)選的，步驟(3)中，計(jì)算LTA_r與LTR_r的值，具體計(jì)算過程如下：根據(jù)步驟(2)中虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)，獲取重型車輛在目標(biāo)路段上以設(shè)計(jì)速度v運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，包括轉(zhuǎn)向軸左輪垂向力F_ZL、右輪垂向力F_ZR和車輛加速度a_r；再根據(jù)目標(biāo)路段的設(shè)計(jì)速度v、設(shè)計(jì)超高i，利用公式(1)計(jì)算得到LTA_r的值，利用公式(2)計(jì)算得到LTR_r的值。

本發(fā)明的有益效果為：應(yīng)用Adams動(dòng)力學(xué)軟件，將目標(biāo)路段的道路參數(shù)與車輛動(dòng)力系統(tǒng)、智能駕駛控制進(jìn)行耦合，獲得更加精確的車輛經(jīng)過曲線時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；采用側(cè)向加速度比率、載荷轉(zhuǎn)移率作為評價(jià)側(cè)翻側(cè)滑性能的主要評價(jià)指標(biāo)，簡潔明確，能夠快速定量計(jì)算得到評價(jià)結(jié)果；能夠應(yīng)用于處于設(shè)計(jì)、在建、運(yùn)營各個(gè)階段的公路，應(yīng)用廣泛；對于設(shè)計(jì)、在建階段的公路平曲線采用該方法能夠擺脫對道路現(xiàn)實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的依賴。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的目標(biāo)路段的三維道路模型示意圖。

圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向軸左輪垂向力仿真結(jié)果圖。

圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向軸右輪垂向力仿真結(jié)果圖。

圖5為本發(fā)明的車輛側(cè)向加速度仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于車輛側(cè)翻側(cè)滑虛擬試驗(yàn)的公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法，包括如下步驟：

(1)明確對目標(biāo)路段進(jìn)行評價(jià)所采用的控制函數(shù)

(2)使用Adams/Car構(gòu)建駕駛員-重型貨車-目標(biāo)路段虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)；

(2-1)調(diào)用Adams/Car軟件模型庫中內(nèi)置的重型貨車模型。

(2-2)在Adams/Car軟件中，創(chuàng)建的驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件將以120km/h為參考控制依據(jù)，驅(qū)動(dòng)控制文件描述了在仿真試驗(yàn)時(shí)，依據(jù)試驗(yàn)條件和道路線形駕駛汽車的文本文件，主要對車輛模型中的轉(zhuǎn)向、油門、制動(dòng)、變速器、離合器和結(jié)束條件六個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行實(shí)時(shí)在線控制；驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件是在驅(qū)動(dòng)控制文件基礎(chǔ)之上，以智能化控制的方式，明確指定車輛在所測道路某一時(shí)刻應(yīng)處的位置或應(yīng)有的車速。

(2-3)根據(jù)目標(biāo)路段線形設(shè)計(jì)方案，將道路的CAD圖紙以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目導(dǎo)入到緯地軟件Hint CAD中，利用“表格/輸出逐樁坐標(biāo)表”和“表格/輸出路基設(shè)計(jì)表”選項(xiàng)卡，得出道路中線的XYZ坐標(biāo)以及對應(yīng)的超高值。然后根據(jù)逐樁坐標(biāo)表、超高值、路面摩擦系數(shù)，利用Adams/Car中的路面建模器(Road Builder/Road Points)定義道路中線軌跡點(diǎn)的位置、道路的寬度、超高以及摩擦力系數(shù)等參數(shù)，創(chuàng)建目標(biāo)路段的三維道路模型，如圖2所示。

(3)進(jìn)行駕駛員-重型貨車-目標(biāo)路段一體化多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)虛擬試驗(yàn)；

(3-1)將道路模型、車輛模型、駕駛員模型載入到File Driven Events仿真項(xiàng)，輸出車輛在道路上以設(shè)計(jì)速度v運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)特征——轉(zhuǎn)向軸左輪垂向力F_ZL、右輪垂向力F_ZR和車輛側(cè)向加速度a_r，如圖3、圖4、圖5所示。

(3-2)根據(jù)目標(biāo)路段的設(shè)計(jì)速度v、設(shè)計(jì)超高i，利用公式計(jì)算得到利用公式計(jì)算得到

(4)根據(jù)步驟3中計(jì)算得到的LTA_r與LTR_r值，判斷其是否符合控制函數(shù)F(r)的要求；

因?yàn)榉峡刂坪瘮?shù)要求，則目標(biāo)路段當(dāng)前設(shè)計(jì)方案沒有車輛側(cè)翻側(cè)滑安全問題，評價(jià)合格。

本發(fā)明主要解決的問題是針對現(xiàn)有公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法的不足，提供一種基于車輛側(cè)翻側(cè)滑虛擬試驗(yàn)的公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案安全性評價(jià)方法。該方法可以實(shí)時(shí)獲得車輛運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)向軸輪胎垂向力和車輛側(cè)向加速度動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，能夠快速高效地對公路平曲線線形設(shè)計(jì)方案安全性進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)目標(biāo)明確，操作過程簡單，評價(jià)指標(biāo)具有代表性，該方法能準(zhǔn)確快速地從車輛側(cè)翻側(cè)滑方面對公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案的安全性做出評價(jià)。

本發(fā)明的核心思想是利用駕駛員-重型貨車-三維道路一體化動(dòng)力學(xué)虛擬試驗(yàn)獲得以設(shè)計(jì)速度運(yùn)行時(shí)車輛的側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向軸輪胎垂向力動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算側(cè)向加速度比率、載荷轉(zhuǎn)移率，根據(jù)控制函數(shù)判斷公路平曲線半徑設(shè)計(jì)方案的安全性。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。