侧风对高速行驶轿车安全性能影响的虚拟试验研究

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高速行驶汽车遭遇侧向风作用时,侧向气动力将引起轮胎侧偏,致使汽车偏离行驶方向,以致发生危险。通过对交通事故的分析发现,侧风环境中行车安全与车辆、驾驶行为、道路线形有关,探索潜在的不安全因素是预防事故的有效手段。论文采用机械动力学软件ADAMS/Car建立相关模型并进行虚拟仿真试验,结合定量与定性分析方法评价侧风中高速轿车行车安全性。   第一,论文建立了JETTA GTX轿车模型。通过分析侧风敏感性试验过程,建立了风压中心位置漂移模型和稳态、随机侧向风作用力模型,随后进行了JETTA轿车的侧风敏感性虚拟试验。结果显示该轿车满足侧风敏感性要求;车速和风速的增大都使得轿车的输出响应增大;不同载员使得整车质心沿纵向、垂向发生移动,最有利于汽车侧风敏感性的载员为只有前排两位乘员,最不利于汽车侧风敏感性的载员为车内载有驾驶员和后排两位乘员。   第二,采用ADAMS/Car驾驶员模型进行了汽车侧风稳定性虚拟试验,在该驾驶员的控制下,JETTA轿车可以安全通过侧风区;行驶车速越高,汽车具有越大的侧向加速度,前、后轮所受的侧向力、垂直力波动越大;视距越大,路线跟踪精度越低,轨迹误差越大。通过综合评价指标量化显示,在此交通环境中,轿车以110km/h行车、选择视距为22.2m时,汽车操纵性较好,安全性较高。   第三,提出了基于人-车-路虚拟试验的道路线形设计安全性评价方法;选取并构造了轨道跟踪误差、转向任务间隔、方向盘峰值转速、侧向加速度、垂直荷载和路段通行极限车速为道路线形安全性评价指标;采用EICAD和多体动力学软件ADAMS/Car实现了道路设计方案的三维建模;以安徽至浙江某高速公路线形设计方案为例进行了安全性评价试验,多数评价指标显示该设计路线安全性较好,但路段通行极限车速显示该路段前段(里程0-2.47km)行车速度分布较分散,容易诱发超速行驶,为潜在的事故多发路段。   第四,对弯道进行了侧风环境下的行车安全研究。试验结果显示,汽车在圆曲线和缓和曲线的交点处容易产生最大的侧向轨迹误差,为弯道上的事故多发点;当弯道半径逐渐减小时,汽车以一定速度通过小半径弯道比通过大半径弯道的安全性差;弯道超高对于风环境中的行车安全没有直接影响;超高设计越小,驾驶员的操纵负荷越大;路面摩擦系数对于行车安全有明显影响,结冰路面加剧了侧向风对行车安全的不利影响。
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