避险车道布设对车辆系统动力学的影响研究

摘要

避险车道指为使主线车流中的制动失效车辆能够减慢行驶速度并且最终停止下来，在主线道路旁所设置的一种辅助车道，供制动失效车辆紧急避险使用。我国由于避险车道设计缺陷而引发的制动失效车辆冲出避险车道末端和侧翻等事故率远远高于发达国家。因此，需对避险车道设计提出针对性的处置措施。
　　本文通过对避险车道技术参数和配套交通安全设施进行阐述，总结了避险车道常见事故类型。并针对常见事故类型中占有绝对比例的车辆冲出避险车道以及在制动床内侧翻事故，结合汽车理论，分析其事故机理。为了在减少实车足尺实验的情况下，研究制动失效车辆在集料作用下的车辆宏观力学响应，本文结合离散元颗粒流仿真工具PFC2D建立了轮胎与制动床集料之间的制动仿真模型，采用静力三轴实验对模型参数进行标定，通过与实车足尺实验对比，验证了模型的可行性，从而对不同集料材料、砾石粒径下制动失效车辆的宏观力学响应分析，得出了砾石制动效果明显优于碎石，且粒径为8.3-15.7mm的砾石集料的制动效果最优的结论。
　　同时，结合避险车道设计技术参数推荐值，采用车辆动力学仿真软件TruckSim建立了避险车道道路线形模型，分析制动失效车辆在主线为直线、右转曲线和左转曲线的情况下驶入角为5°、10°和15°的避险车道的车辆操纵性，得出不同主线线形下避险车道驶入角的设置建议值。
　　最后结合本文的研究成果，针对广西百罗高速公路3＃避险车道的设置，提出合理整改措施，本研究对丰富和完善我国避险车道设计规范或指南及提升避险车道安全水平具有重要理论意义和工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 连续长大下坡路段避险车道研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本课题研究的意义

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究技术路线

1．5 本章小结

第二章 避险车道设置及事故机理研究

2．1 避险车道的避险原理及位置设置方法

2．2 避险车道组成及设计

2．2．1 避险车道平面设计

2．2．2 制动床纵断面设计

2．2．3 附属设施

2．3 避险车道常见事故类型

2．4 避险车道上的事故机理研究

2．4．1 运动学原理分析模型与制动机理

2．4．2 动量原理分析模型与制动机理

2．4．3 制动失效车辆纵向稳定

2．5 本章小结

第三章 避险车道数值模拟仿真模型的建立

3．1 PFC简介

3．2 轮胎与制动床集料制动模型的建立

3．3 模型的标定及验证

3．4 TruckSim软件介绍

3．5 制动失效重型货车整车动力学模型的建立

3．5．1 整车车体、载荷建模

3．5．2 动力传动系、制动系、转向系建模

3．5．3 悬架系统、轮胎系统建模

3．5．4 空气动力学系统建模

3．6 道路线形模型的建立

3．7 本章小结

第四章 避险车道布设对车辆系统动力学特性的影响分析

4．1 载荷作用对车辆平稳停车的影响

4．1．1 仿真试验设计

4．1．2 仿真实验及结果分析

4．2 不同集料下的车辆速度特性分析

4．2．1 仿真试验设计

4．2．2 仿真实验及结果分析

4．3 砾石粒径对车辆制动距离的影响

4．3．1 仿真试验设计

4．3．2 仿真实验及结果分析

4．4 避险车道道路线形对车辆操纵性影响分析

4．4．1 仿真试验设计

4．4．2 仿真实验及结果分析

4．5 本章小结

第五章 工程应用

5．1 基本情况介绍

5．2 广西百罗高速公路3#避险车道安全性评价

5．2．1 结构参数安全性评价

5．2．2 附属设施安全性评价

5．3 百罗高速公路3#避险车道的整治措施

5．3．1 结构参数整改措施

5．3．2 附属设施整改措施

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文