协同自适应巡航控制车队仿真

如何评估道路环境等外部条件变化对协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)车队行驶安全性的影响,对于保障道路交通安全尤为重要。为此,结合Matlab/Simulink和CarSim搭建车辆-环境仿真平台研究道路环境对车队行驶安全性的影响。利用美国NGSIM车辆轨迹数据对平台采用的校正的预瞄驾驶员模型、加速度控制模型、节气门控制模型和制动器控制模型的控制器进行验证;利用平台开展红灯状态、隧道行驶和匝道行驶三种道路环境对车队行驶状态影响的仿真实验。仿真结果表明:车队可以顺利通过路口红绿灯;在安全车速范围内车队进出隧道口时方向控制良好;匝道坡度主要影响车辆加速度和车间距,坡度分别为3%和5%时,车队均保持稳定车间距安全行驶。

针对变道行为的自适应巡航控制系统上层速度控制模型仿真

通过汽车制动性能测试仿真试验验证了自适应巡航控制(adaptive cruise control,ACC)系统上层速度控制模型——智能驾驶员模型(intelligent driver model,IDM)的不足,对比分析了改进智能驾驶员模型(improved intelligent driver model,IIDM)的优点。针对变道插入行为引起后车不必要的紧急刹车行为,基于恒加速度(constant-acceleration heuristic,CAH)模型的假设,建立结合IIDM模型和CAH模型的ACC系统上层速度控制模型并进行特定工况下的仿真试验。仿真结果表明:建立的ACC系统上层速度控制模型不仅保留了IIDM和CAH模型的优点,还具有自身的特点。当不切实际的制动减速行为发生时,ACC系统IIDM模型和CAH模型的制动减速度应在CAH模型的车辆加速度与舒适制动减速度的差值和CAH模型的车辆加速度之间;对于较小车间距离,制动减速度会适当增大,可以避免危险发生。

避险车道末端消能轮胎布置方式对吸能特性的影响

避险车道末端的消能轮胎是对制动床上失控车辆进行强制减速消能的设施,消能轮胎的布置方式影响消能性能。为此,首先利用LS-Dyna软件建立8R22.5轮胎有限元模型并验证;其次对轮胎进行径向压缩试验和轴向压缩试验;最后使用整车模型与消能轮胎分别进行水平堆放和竖直堆放碰撞试验。从失控车辆速度、加速度以及碰撞接触力等方面分别对两种堆放布置方式进行对比研究。仿真结果表明:竖直堆放布置方式的消能轮胎的制动效率比水平堆放高,且更适合运用于场地条件受限制的避险车道末端;采用水平堆放布置方式的消能轮胎在最大吸能量以及对车辆及乘员的保护性能方面效果更好,场地条件允许情况下应优先采用水平堆放的布置方式。

失控车辆在避险车道制动床上减速过程的三维离散元模拟

由于中国避险车道设计规范或指南不完善,存在设计缺陷的避险车道易诱发失控车辆冲出避险车道末端或在制动床上侧翻等事故,严重威胁驾驶员生命。以往研究还不能体现车轮沉陷变形对失控车辆减速作用的影响。为此,从颗粒层面入手采用离散元方法,分别构建集料离散元和车轮离散元,在PFC3D(particle flow code in 3 dimensions)软件平台建立集料-车轮三维离散元模型;采用模拟静力三轴压缩试验标定集料离散元颗粒微观参数;采用实车足尺试验数据标定车轮离散元颗粒微观参数。利用标定后模型对失控车辆在避险车道制动床上的减速过程进行数值模拟,设计4组数值模拟试验分析失控车辆载重和驶入初速度对车轮沉陷深度、停车距离的变化规律。研究成果为避险车道制动床长度设计和集料铺筑厚度设计提供了理论依据,对避险车道设计规范或指南的完善具有指导意义。

车辆与避险车道末端挡墙碰撞的数值模拟分析

设置在避险车道末端的末端挡墙,是避险车道的最后一道屏障,但其设置存在不合理性。为此,利用Ls-Dyna软件分别建立素混凝土挡墙和钢筋混凝土挡墙有限元模型,并根据不同的车辆及道路因素,对失控车辆与挡墙的碰撞过程进行模拟仿真,并对仿真结果进行评价。结果表明:失控车辆与挡墙碰撞时的接触力、驾驶室侵入量均随着碰撞速度的增大而增大,且素混凝土、钢筋混凝土挡墙的碰撞接触力、侵入量差距不大,且钢筋混凝土挡墙对车辆的约束性更强,能够使车辆速度进一步降低。