圆曲线路段设计合理性的评价方法技术

本发明专利技术提供一种圆曲线路段设计合理性的评价方法，包括：建立以车辆质心侧偏角和横摆角速度为变量的车辆系统在圆曲线路段侧向行驶情况的车辆系统模型；根据步骤S1中建立的车辆系统模型量化分析车辆在圆曲线路段上稳定行驶时，车辆质心侧偏角和横摆角速度的量化关系；搭建车辆在待评价的圆曲线路段上侧向行驶的动力学仿真系统，并根据步骤S1的车辆系统模型计算其在待评价的圆曲线路段上行驶时车辆质心侧偏角和横摆角速度，之后结合步骤S2中车辆质心侧偏角和横摆角速度的的量化关系对圆曲线路段的设计指标的合理性进行评价。本发明专利技术从非线性的角度出发充考虑了汽车在圆曲线路段的失稳情况，使得对圆曲线路段合理性的评价更准确且贴合实际情况。更准确且贴合实际情况。更准确且贴合实际情况。

【技术实现步骤摘要】
圆曲线路段设计合理性的评价方法


[0001]本专利技术属于交通运输的
，具体涉及一种圆曲线路段设计合理性的评价方法。

技术介绍

[0002]公路曲线段是路线设计的重点和难点，特别是其线型条件的特殊性和驾驶员的行为复杂性，已经成为交通事故的高发区域。我国地形复杂，在山区高速公路存在许多小半径的急弯路段，会使车辆发生侧向滑动，使其偏移固定轨迹甚至发生失稳，事故隐患较大。根据统计数据表明，在曲线路段上的事故率比直线路段要高，发生事故的严重性也明显高于平直路段。但是，设计规范等安全评价方法只从线性角度分析汽车在圆曲线路段的失稳情况，而实际路段可能存在复杂的地理因素和车辆因素，使得汽车的失稳不能简单的从线性角度进行分析，目前正缺少一种从非线性角度出发的、更贴近实际的理论计算评价方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种圆曲线路段设计合理性的评价方法，本专利技术从非线性的角度出发充考虑了汽车在圆曲线路段的失稳情况，使得对圆曲线路段合理性的评价更准确且贴合实际情况。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种圆曲线路段设计合理性的评价方法，包括如下步骤：
[0006]一种圆曲线路段设计合理性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1，建立以车辆质心侧偏角和横摆角速度为变量的车辆系统在圆曲线路段侧向行驶情况的车辆系统模型；
[0008]S2，根据步骤S1中建立的车辆系统模型量化分析车辆在圆曲线路段上稳定行驶时，车辆质心侧偏角和横摆角速度的量化关系；
[0009]S3，搭建车辆在待评价的圆曲线路段上侧向行驶的动力学仿真系统，并根据步骤S1的车辆系统模型计算其在待评价的圆曲线路段上行驶时车辆质心侧偏角和横摆角速度变化情况，之后结合步骤S2中车辆质心侧偏角和横摆角速度的量化关系对待评价的圆曲线路段设计指标的合理性进行评价。
[0010]进一步地，步骤S1的具体方法为：
[0011]S21，对车辆在圆曲线路段侧向运动过程进行受力分析，建立车辆的侧向运动方程以及横摆角运动方程；
[0012]S22，基于Dugoff轮胎模型建立车辆的侧向轮胎力模型；
[0013]S23，将步骤S22的侧向轮胎力模型与步骤S21的运动方程结合，建立车辆系统在圆曲线路段侧向行驶状态的车辆系统模型，该车辆系统模型为：
[0014][0015]式中，β为质心侧偏角，γ为横摆角速度。
[0016]进一步地，在步骤S2中，通过相平面给定车辆系统模型变量的质心侧偏角β和横摆角速度γ多组不同初始值，将每组不同初始值代入车辆系统模型中对应求出连续变化的一组(β,γ)解值，以质心侧偏角β和横摆角速度γ分别为横、纵坐标，将得到的每组解(β,γ)绘制在坐标系上，即可得到(β～γ)相平面图，每个初始值对应的一组解在相平面上的轨迹即为相轨迹。
[0017]进一步地，在步骤S3中，以车辆质心侧偏角评价车辆的轨迹保持能力，以车辆质心横摆角速度评价车辆侧向稳定性，如果仿真得到的车辆质心侧偏角与横摆角速度变化超过极限值，即仿真得到的相轨迹在相平面上不收敛，则表示圆曲线路段设计指标不合理，会造成车辆失稳；反之，如果仿真得到的车辆质心侧偏角与横摆角速度变化在车辆全路段行驶过程中始终保持在极限值以内时，即仿真得到的相轨迹在相平面上收敛，即表示圆曲线路段设计指标是合理的。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术从非线性角度出发，当车辆系统处于低附着转向时，轮胎处于非线性区域工作，此时基于非线性理论的相平面法可以很好的分析车辆的侧向稳定性；本专利技术综合考虑了汽车在圆曲线路段行驶的复杂情况，以车辆质心侧偏角和横摆角速度为考量指标去评价圆曲线路段设计的合理性，车辆的质心侧偏角可以很好的反映车辆的轨迹保持能力，用以作为侧滑失稳的评价指标；车辆的横摆角速度则反映了车辆的转向稳定性，从而使得对圆曲线路段设计指标合理性评价更贴近现实，也为圆曲线路段设计指标的选取提供了更加符合实际情况的方法。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例车辆在圆曲线路段行驶的受力分析图，其中，(a)为车辆受力的侧视图，(b)为车辆受力的后视图；
[0020]图2为本专利技术实施例车辆在圆曲线路段行驶时侧向轮胎力与轮胎侧偏角的关系图；
[0021]图3为本专利技术实施例的多组(β～γ)解绘制的相平面图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0025]本专利技术公开了一种基于车辆行驶稳定性的圆曲线路段合理性的评价方法，包括如下步骤：
[0026]S1，建立以车辆质心侧偏角和横摆角速度为变量的车辆系统在圆曲线路段侧向行驶状态的车辆系统模型；
[0027]在该步骤中，首先，建立车辆在圆曲线路段的7自由度整车动力学分析，车辆侧向运动过程中简化的受力分析如图1所示。图1中：v
x
为纵向速度，单位km/h；v
y
为侧向速度，单位km/h；β为质心侧偏角，单位(
°
)；γ为横摆角速度，单位(
°
/s)；δ为前轮转角，单位(
°
)；θ为路面横向倾角，单位(
°
)；F
xi
为车轮轮纵向力，单位N；F
yi
为车轮侧向力，单位N；a为质心到前轴的距离，单位m；b为质心到后轴的距离，单位m；d为轮距，单位m。经过分析得出，
[0028]车辆沿x轴的纵向运动方程为：
[0029][0030]车辆沿y轴的侧向运动方程为:
[0031][0032]绕z轴的横摆运动方程为：
[0033][0034]式(3)中：I
z
为车辆绕z轴的转动惯量，单位KN/m2。
[0035]将tanβ＝v
y
/v
x
代入式(2)、式(3)中，经过简化计算可得：
[0036][0037][0038]四轮运动方程为：
[0039][0040]式(6)中:J
w
为轮胎转动惯量，单位KN/m2；ω
i
为4个车轮转动角速度，单位(
°
/s)；r
w
为车轮滚动半径，单位m；T
di
为4个车轮的驱动力矩，单位N
·
m；T
bi
为4个车轮的制动力矩，单位N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆曲线路段设计合理性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立以车辆质心侧偏角和横摆角速度为变量的车辆系统在圆曲线路段侧向行驶情况的车辆系统模型；S2，根据步骤S1中建立的车辆系统模型量化分析车辆在圆曲线路段上稳定行驶时，车辆质心侧偏角和横摆角速度的量化关系；S3，搭建车辆在待评价的圆曲线路段上侧向行驶的动力学仿真系统，并根据步骤S1的车辆系统模型计算其在待评价的圆曲线路段上行驶时车辆质心侧偏角和横摆角速度变化情况，之后结合步骤S2中车辆质心侧偏角和横摆角速度的量化关系对待评价的圆曲线路段设计指标的合理性进行评价。2.根据权利要求1所述的圆曲线路段设计合理性的评价方法，其特征在于，步骤S1的具体方法为：S21，对车辆在圆曲线路段侧向运动过程进行受力分析，建立车辆的侧向运动方程以及横摆角运动方程；S22，基于Dugoff轮胎模型建立车辆的侧向轮胎力模型；S23，将步骤S22的侧向轮胎力模型与步骤S21的运动方程结合，建立车辆系统在圆曲线路段侧向行驶状态的车辆系统模型，该车辆系统模型为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，张竞宇，储泽宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：