一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统及方法技术方案

一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统及方法，以有限元法计算机仿真模拟作为技术手段，通过建立与实际工况相符的1∶1模型，参照《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05‑01)对护栏检测的碰撞条件，对护栏安全性能进行基于计算机仿真技术的护栏的车辆适应安全性能仿真评价；仿真模拟技术能够摒弃试验场地和车辆受限的弊病，即采用仿真技术模拟标准车辆模型、扩展车辆模型和护栏模型等并模拟各种复杂公路路况在不同碰撞条件下对护栏结构的影响，具有费用省、周期短、可模拟各种复杂工况的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统及方法
本专利技术涉及公路交通安全设施护栏的安全性能检测及评价
，特别是一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统及方法。
技术介绍
公路护栏作为事故车辆的最后一道防线，其安全性能至关重要。现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01—2013)规定采用实车足尺碰撞试验检测公路护栏的方法和评价指标，其中的“实车足尺碰撞试验”不仅是一个实现评价准确的基本要求，而且是一个确保碰撞试验真实、客观的条件指导，在提高我国公路行车运营安全方面发挥了重要作用。《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01—2013)中将护栏性能分为8个等级，并依据不同等级给出了具体的检测方法及评价指标，其中护栏安全性能评级指标中，用来评价护栏防护能力是否合格主要从阻挡功能、缓冲功能、导向功能等方面进行；且护栏与车辆的碰撞条件规定了不同护栏的建造方式、不同车辆的结构参数、车辆碰撞护栏的碰撞点位置、车辆总质量、车辆速度、车辆碰撞角度等，并根据等级给出了具有一定代表性的标准车辆类型。《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01—2013)中实车足尺碰撞试验规定的标准车辆类型包括，小客车、中型客车、中型货车、大型客车、大型货车、鞍式货车，共计6种车型；碰撞车辆总质量指标包括：1.5吨小客车，10吨中型货车，10吨中型客车，14吨中型客车，18吨大型货车，25吨大型客车，33吨大型货车，40吨大型货车，55吨大型货车，共9种质量参数。但是以上车辆类型及其总质量指标并不能涵盖实际公路上运营的全部重要车型，难以真实反映实际公路运营的复杂车辆条件，使得当前护栏安全性能评价工作受到较大程度限制，致使交管部门对于护栏的真实防护能力存在疑虑，同时按照《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01—2013)规定的实车足尺碰撞试验需要建造同比例护栏和采购实际运营车辆，具有费用高、周期长、工况单一的缺点。
技术实现思路
本专利技术针对现有护栏评价技术中存在的缺陷或不足，提出一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统及方法，通过计算机仿真技术构建护栏安全综合评价系统，用以评价护栏防护能力，模拟各种复杂路况及各种车辆类型下的碰撞对护栏结构的影响，有利于交管部门对护栏安全性在真实、客观的监测数据基础上进行综合性的准确评价和把控，也有利于业主和监理根据规范指标要求对护栏进行现场验收。本专利技术通过以下技术方案实现：一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏的车辆适应安全性能评价模块和护栏的车辆适应安全性能评价结论模块，所述仿真模型建立与验证模块包括护栏模型的建立与验证分模块和车辆模型的建立与验证分模块，所述车辆模型的建立与验证分模块根据不同车辆类型建立车辆模型；所述车辆模型至少包括标准车辆模型和/或扩展车辆模型；所述标准车辆模型是指根据《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01—2013)规定的车辆类型建立并验证的车辆模型；所述扩展车辆模型是指根据公路实际车流量选取的一种或多种车辆类型建立并验证的扩展车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块参照现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述安全性能评价结果展示子模块根据所述仿真碰撞模型中所述护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标进行车辆适应安全性能评价；在所述护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑车辆模型的加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型和/或所述仿真碰撞模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏的车辆适应安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。作为优选，所述仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；所述护栏的车辆适应安全性能评价模块还包括假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块；所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于所述车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析所述假人模型碰撞所述车辆模型对假人模型产生的冲击数据，所述安全性能评价结果展示子模块根据所述仿真碰撞模型中所述护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标、所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在所述护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑车辆模型的加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型和/或所述仿真碰撞模型和/或所述假人模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果。作为优选，所述车辆模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的车辆仿真碰撞数据与对应的真实车辆碰撞试验数据相比对，调整所述车辆模型使之得到验证；所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型建立于以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴的车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆模型的建立数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据。作为优选，所述车辆模型的建立与验证分模块包括车辆模型的建立子模块和车辆模型验证子模块，所述车辆模型建立子模块包括车辆整体模型建立子模块和车辆单元模型建立子模块，所述车辆单元模型建立子模块的车辆单元模型在所述车辆整体模型建立子模块中进行装配形成车辆整体模型；所述车辆模型验证子模块包括车辆整体模型验证子模块和车辆单元模型验证子模块，所述车辆整体模型验证子模块对所述车辆整体模型进行整体性能验证，所述车辆单元模型验证子模块对的所述车辆单元模型中的关键模型进行性能验证；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏的车辆适应安全性能评价模块和护栏的车辆适应安全性能评价结论模块，所述仿真模型建立与验证模块包括护栏模型的建立与验证分模块和车辆模型的建立与验证分模块，所述车辆模型的建立与验证分模块根据不同车辆类型建立车辆模型；所述车辆模型至少包括标准车辆模型和/或扩展车辆模型；所述标准车辆模型是指根据现行公路护栏安全性能评价标准规定的车辆类型建立并验证的车辆模型；所述扩展车辆模型是指根据公路实际车流量选取的一种或多种车辆类型建立并验证的扩展车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块参照现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述安全性能评价结果展示子模块根据所述仿真碰撞模型中所述护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标进行车辆适应安全性能评价；在所述护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑车辆模型的加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型和/或所述仿真碰撞模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏的车辆适应安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。/n...

【技术特征摘要】
1.一种护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏的车辆适应安全性能评价模块和护栏的车辆适应安全性能评价结论模块，所述仿真模型建立与验证模块包括护栏模型的建立与验证分模块和车辆模型的建立与验证分模块，所述车辆模型的建立与验证分模块根据不同车辆类型建立车辆模型；所述车辆模型至少包括标准车辆模型和/或扩展车辆模型；所述标准车辆模型是指根据现行公路护栏安全性能评价标准规定的车辆类型建立并验证的车辆模型；所述扩展车辆模型是指根据公路实际车流量选取的一种或多种车辆类型建立并验证的扩展车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块参照现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述安全性能评价结果展示子模块根据所述仿真碰撞模型中所述护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标进行车辆适应安全性能评价；在所述护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑车辆模型的加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型和/或所述仿真碰撞模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏的车辆适应安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。


2.根据权利要求1所述的护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，所述仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；所述护栏的车辆适应安全性能评价模块还包括假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块；所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于所述车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析所述假人模型碰撞所述车辆模型对假人模型产生的冲击数据，所述安全性能评价结果展示子模块根据所述仿真碰撞模型中所述护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标、所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在所述护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑车辆模型的加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型和/或所述仿真碰撞模型和/或所述假人模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果。


3.根据权利要求1所述的护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，所述车辆模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的车辆仿真碰撞数据与对应的真实车辆碰撞试验数据相比对，调整所述车辆模型使之得到验证；所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型建立于以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴的车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆模型的建立数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据。


4.根据权利要求3所述的护栏的车辆适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，所述车辆模型的建立与验证分模块包括车辆模型的建立子模块和车辆模型验证子模块，所述车辆模型建立子模块包括车辆整体模型建立子模块和车辆单元模型建立子模块，所述车辆单元模型建立子模块的车辆单元模型在所述车辆整体模型建立子模块中进行装配形成车辆整体模型；所述车辆模型验证子模块包括车辆整体模型验证子模块和车辆单元模型验证子模块，所述车辆整体模型验证子模块对所述车辆整体模型进行整体性能验证，所述车辆单元模型验证子模块对的所述车辆单元模型中的关键模型进行性能验证；所述护栏模型建立与验证分模块包括护栏模型建立子模块和护栏模型验证子模块，所述护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立护栏模型；所述护栏模型验证子模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述护栏模型使之得到验证；所述护栏模型建立子模块包括护栏整体模型建立子模块和护栏单元模型建立子模块，所述护栏单元模型建立子模块的护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述护栏整体模型建立子模块的护栏整体模型；所述护栏模型验证子模块包括护栏整体模型验证子模块和护栏单元模型验证子模块，所述护栏整体模型验证子模块对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫书明，亢寒晶，龚帅，邓宝，杨福宇，刘思源，杨周妮，王新，张文豪，马晴，
申请(专利权)人：北京华路安交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11