基于汽车动态安全边界的山区圆曲线路段可变限速策略研究

摘要

近年来，山区高速公路的快速发展有力提高了我国公路网的整体技术水平。然而，随之而来的交通安全问题也引起了政府和研究学者的广泛关注。在三维几何线形较为复杂的路段，如圆曲线路段，汽车在恶劣天气下容易出现侧滑、转向失稳等危险工况。因此，有必要针对不同的天气状况在山区圆曲线路段设置合适的可变限速，从而确保行车安全。
　　本文首先采用能量法确定车辆横向失稳条件，依据AASHTO模型计算一定能见度和路面附着系数下的纵向安全边界，综合两者，提出圆曲线路段车辆安全边界的计算方法。其次，考虑汽车横向、横摆及侧倾运动，构建耦合Fiala-桥石非线性轮胎模型和预瞄最优曲率驾驶员模型的人-车-路闭环系统模型，借助数学工具MATLAB/Simulink进行车辆行驶动力学仿真。通过仿真，归纳出圆曲线路上超高、圆曲线半径、路面附着系数对车辆行驶稳定性的影响规律，并得到不同天气、超高以及圆曲线半径下轿车、货车的限速值。最后，通过本文方法与运行速度法、侧滑极限速度法的对比，分析了本文方法的优越性及适用范围。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 可变限速方法研究现状

1．2．2 汽车行驶稳定性研究现状

1．2．3 人-车-路闭环系统仿真研究现状

1．2．4 现有研究工作的不足

1．3 研究意义

1．4 研究内容

1．4．1 研究思路

1．4．2 主要内容

第二章 汽车动态安全边界计算方法

2．1 基于能量法的横向安全边界

2．1．1 横摆角速度的动力学边界

2．1．2 质心侧偏角的动力学边界

2．2 基于驾驶员视距的的纵向安全边界

2．3 本章小结

第三章 人-车-路闭环系统模型

3．1 考虑超高的圆曲线路段三自由度车辆模型建立

3．1．1 汽车运动坐标系及运动形式

3．1．2 车辆系统动力学方程的建立

3．1．3 非线性轮胎建模

3．2 驾驶员方向控制模型的建立

3．2．1 最优预瞄曲率驾驶员模型基础理论

3．2．2 考虑实际道路输入的驾驶员模型

3．2．3 预瞄时间的确定

3．3 人-车-路闭环系统仿真模型建立

3．4 本章小结

第四章 道路关键参数对汽车横向稳定性的影响规律

4．1 仿真参数设置

4．1．1 道路相关参数

4．1．2 轿车及货车结构参数

4．2 仿真结果分析

4．2．1 道路超高对横向稳定性的影响

4．2．2 路面附着系数对横向稳定性影响

4．2．3 圆曲线半径对横向稳定性影响

4．2．4 两种车型在行驶稳定性上的区别

4．5 本章小结

第五章 不同可变限速方法的对比分析

5．1 山区圆曲线路段三种限速方法介绍

5．1．1 运行速度法

5．1．2 侧滑极限速度法

5．1．3 动态安全边界法

5．2 三种方法的比较

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况