考慮大貨車橫向穩(wěn)定性的平曲線設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

張 馳，華貴龍，張 敏

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院交通工程研究所，陜西 西安 710064)

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考慮大貨車橫向穩(wěn)定性的平曲線設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

張 馳1，華貴龍1，張 敏2

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院交通工程研究所，陜西 西安 710064)

為研究駕駛員行為和道路線形指標(biāo)對(duì)大貨車橫向穩(wěn)定性的影響，選擇六軸半掛車為典型車型，采用Trucksim動(dòng)力學(xué)仿真軟件建立車輛動(dòng)力學(xué)閉環(huán)仿真模型，以側(cè)向加速度作為大貨車橫向失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論，運(yùn)用MATLAB回歸建立大貨車側(cè)向加速度預(yù)測(cè)模型，得到了不同設(shè)計(jì)速度條件下典型車型的極限最小轉(zhuǎn)向半徑值。研究結(jié)果表明：采用多自由度大貨車模型，考慮橫向滑移條件計(jì)算得到的平曲線極限最小半徑比我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的平曲線極限最小半徑在各級(jí)設(shè)計(jì)速度條件下均大10%左右。研究成果量化了駕駛員行為和道路線形指標(biāo)對(duì)大貨車橫向穩(wěn)定性的影響，并對(duì)平曲線設(shè)計(jì)控制提出了建議指標(biāo)，對(duì)今后道路安全設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

道路工程；平曲線設(shè)計(jì)；Trucksim仿真；貨車穩(wěn)定性

0 引 言

近年來(lái)，隨著物流運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，貨運(yùn)車輛逐年遞增，特別是西部山區(qū)貨運(yùn)增長(zhǎng)速度迅猛，但是由于早期山區(qū)道路修建指標(biāo)較低，時(shí)常引發(fā)貨車側(cè)翻和側(cè)滑的交通事故。早期將貨車簡(jiǎn)化成為剛體進(jìn)行轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性的研究思路是造成設(shè)計(jì)指標(biāo)不滿足日益增長(zhǎng)的交通發(fā)展需求的原因，隨著技術(shù)手段的發(fā)展，已經(jīng)有較成熟的技術(shù)進(jìn)行多自由度車輛行駛行為分析，因此為了保障貨運(yùn)交通安全，明確各級(jí)設(shè)計(jì)速度條件下貨車轉(zhuǎn)彎行為所適應(yīng)的安全半徑，需要利用先進(jìn)仿真手段對(duì)平曲線的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)進(jìn)行深入研究。

有關(guān)大貨車行駛穩(wěn)定性與道路平曲線設(shè)計(jì)控制的研究一直是汽車工程和交通工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，也得出了豐富可觀的成果。S.Takano，等[1]使用計(jì)算機(jī)建立了一種三自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型對(duì)車輛進(jìn)行各種工況下的仿真分析，并對(duì)大貨車側(cè)翻穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；S.Frimponq，等[2]建立了礦用自卸汽車的RASC模型，對(duì)其轉(zhuǎn)向時(shí)的控制性和穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真分析研究；E.Dahlberg，等[3]運(yùn)用一種計(jì)算動(dòng)態(tài)側(cè)翻閾值的方法，提出了動(dòng)態(tài)分析對(duì)于貨車側(cè)翻穩(wěn)定性的重要作用；G.Furtado[4]及S.M.Easa，等[5-6]通過(guò)車輛動(dòng)力學(xué)仿真模擬軟件VDMroad研究車輛在平曲線、平縱組合線形下安全行駛所需的最小曲線半徑等問(wèn)題，并與現(xiàn)有道路設(shè)計(jì)規(guī)范作比較；丁慶國(guó)[7]利用CarSim軟件建立了平縱組合路段車輛側(cè)翻仿真模型，得出了車輛不發(fā)生側(cè)翻時(shí)平縱組合線形指標(biāo)的關(guān)系；白鋼[8]利用CarSim軟件仿真分析了無(wú)縱坡路段平曲線半徑限值、無(wú)縱坡路段平曲線超高限值以及縱坡路段車輛行駛穩(wěn)定性；許金良，等[9]采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法，考慮橫風(fēng)對(duì)小客車和集裝箱車的作用，提出了道路線形設(shè)計(jì)新指標(biāo)；羅京，等[10]通過(guò)分析懸掛系統(tǒng)對(duì)車輛行駛橫向穩(wěn)定性的影響以及大型車橫向傾覆特點(diǎn)，推導(dǎo)出考慮車輛懸架結(jié)構(gòu)后的公路平曲線設(shè)計(jì)指標(biāo)及公式。

現(xiàn)有路線設(shè)計(jì)多以傳統(tǒng)靜力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將車輛簡(jiǎn)化為剛體，忽略了車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、輪胎變形以及駕駛員行為的影響，并且通常研究的車型是小汽車。同時(shí)國(guó)內(nèi)外也鮮有綜合考慮道路、車輛以及駕駛員行為對(duì)道路平曲線設(shè)計(jì)控制的影響。為此，筆者通過(guò)TruckSim仿真軟件動(dòng)態(tài)的仿真分析道路、車輛以及駕駛員行為對(duì)新型大貨車橫向穩(wěn)定性的影響，建立大貨車側(cè)向加速度模型，再分別對(duì)貨車橫向傾覆和橫向滑移條件進(jìn)行分析，提出平曲線設(shè)計(jì)建議指標(biāo)，以期對(duì)道路平曲線設(shè)計(jì)有更好的控制。

1 仿真系統(tǒng)模型

TruckSim是由美國(guó)Mechanical Simulation Corporation公司開(kāi)發(fā)的一種動(dòng)態(tài)模擬汽車整車動(dòng)力學(xué)的仿真軟件，采用面向特性的參數(shù)化建模手段，用于仿真及分析輕型貨車、大客車、重型半掛車、重型卡車以及多軸軍用汽車對(duì)駕駛員操縱(轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速)、車輛本身、3D路面和空氣動(dòng)力學(xué)輸入的響應(yīng)，主要用來(lái)預(yù)測(cè)和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，主要由Database、Animator和Plotter三個(gè)部分組成。

A.A.Kordani，等[11]利用TruckSim對(duì)行駛在設(shè)有減速丘的路面上的貨車進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，得到減速丘尺寸與貨車動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的關(guān)系，并與實(shí)車數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明仿真的精確度很高，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。H.Rakha，等[12]采用TruckSim仿真分析了車輛對(duì)車輛本身、3D路面輸入的響應(yīng)，為HCM中有關(guān)爬坡車道的設(shè)計(jì)提供了參考。段斌,等[13]利用TruckSim工程軟件進(jìn)行了半掛汽車列車外擺值仿真,同時(shí)還進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:該算法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、公式簡(jiǎn)潔、便于理解和工程實(shí)用,可為半掛汽車列車的通過(guò)性研究提供指導(dǎo)。因此，筆者采用TruckSim軟件仿真分析大貨車轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)。

1.1 道路模型

道路幾何線形主要包括平曲線、縱坡、超高。如圖1，R為平曲線半徑、i為縱坡、ih為超高。在TruckSim中道路模型主要由道路平面線形文件、道路縱斷面線形文件和道路橫斷面文件組成。圖中，由于道路的縱坡和超高一般均很小，因此，可取α≈ih,G≈i。

圖1 道路模型

道路設(shè)計(jì)指標(biāo)直接影響著車輛行駛的安全性，因此本試驗(yàn)中所采用的道路設(shè)計(jì)指標(biāo)均符合JTG B01—2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)中的相關(guān)規(guī)定，同時(shí)本試驗(yàn)路面附著系數(shù)暫定為0.85。

1.2 車輛模型

近年來(lái)，我國(guó)公路運(yùn)輸高速發(fā)展，直線型的單體卡車已經(jīng)不能滿足貨車重型化和高速化的要求，由此引發(fā)重型半掛車的產(chǎn)生，目前我國(guó)高速公路上出現(xiàn)大量的重型半掛車，根據(jù)2011年《中國(guó)高速公路運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)調(diào)查分析報(bào)告》[14]，六軸半掛車貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量比重已達(dá)到58.22%，已成為我國(guó)高速公路貨運(yùn)的主力軍。因此，筆者選用配置國(guó)產(chǎn)一汽錫柴8.6LCA6 DL2-35E3發(fā)動(dòng)機(jī)的解放CA4250P66K2T1E型牽引車和華駿ZCZ9402HJD半掛車作為研究車型，該車為六軸半掛車，滿載總重量49 t，額定載重量為34.5 t，試驗(yàn)在車輛滿載情況下進(jìn)行。

1.2.1 懸架模型

半掛汽車列車懸架系統(tǒng)以鋼板彈簧為主，鋼板彈簧力的產(chǎn)生較復(fù)雜，同時(shí)存在干摩擦，每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)消耗部分能量，即在相同的撓度下，加載時(shí)彈簧力大于卸載時(shí)的彈簧力。模型近似采用線性的加載和卸載力曲線進(jìn)行描述，牽引車前軸、后兩聯(lián)軸和半掛車后三聯(lián)軸板簧的剛度分別為250，700，2 500 N/mm；每軸板簧在相同撓度下加載與卸載彈簧力之差近似相等，分別為4 000，10 000，10 000 N。減震器對(duì)車架與車身振動(dòng)起到衰減作用，三軸的阻尼系數(shù)分別為15，30，30 N·s/mm。

1.2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模過(guò)程中分為兩部分：第1部分是從方向盤(pán)轉(zhuǎn)角到轉(zhuǎn)向器，近似用線性關(guān)系表示，定義為名義角傳動(dòng)比nw；第2部分是從轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向輪，這之間通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的非線性傳遞，梯形臂和橫拉桿等的非線性傳遞使得傳遞到左右輪的傳動(dòng)比不同。設(shè)從轉(zhuǎn)向器到左、右車輪的傳動(dòng)比分別定義為ng1和ng2，則轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總角傳動(dòng)比為：ni=nw·ngi。

1.2.3 輪胎模型

輪胎模型是整車建模的關(guān)鍵部分，對(duì)仿真精度影響很大。筆者選用輪胎規(guī)格為11.00R20的輪胎，所建立的輪胎模型能夠準(zhǔn)確計(jì)算輪胎垂直力、剪切力以及各種力矩。輪胎的最大載荷為1 000 000 N，其主要的測(cè)試變量包括有效滾動(dòng)半徑、輪胎剛度、滾動(dòng)阻力、側(cè)向力、回正力矩、輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。

2 仿真過(guò)程及行駛動(dòng)力學(xué)分析

2.1 大貨車橫向失穩(wěn)及風(fēng)險(xiǎn)度量指標(biāo)

側(cè)翻是指任何一種能夠?qū)е萝囕v繞其縱軸旋轉(zhuǎn)90°甚至超過(guò)90°后車體直接與地面接觸的操縱。造成側(cè)翻的原因可以是一種或者是很多因素相結(jié)合，這些因素包括汽車結(jié)構(gòu)、駕駛員操作、道路條件以及環(huán)境因素等。貨車側(cè)翻一般可分為兩大類，一類是由于貨車轉(zhuǎn)向運(yùn)行引起的側(cè)翻，另一類則是絆倒側(cè)翻。前者發(fā)生的主要原因是由于車輛在道路上行駛時(shí)，汽車的側(cè)向加速度超過(guò)側(cè)翻閾值，使得汽車的內(nèi)側(cè)車輪垂直反力為0，因而引起側(cè)翻；后者是指汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生側(cè)向滑移，與路面周圍的障礙物側(cè)向撞擊而將其絆倒的側(cè)翻[15-16]。筆者所研究的側(cè)翻指的是前者。

側(cè)滑是指車輛在轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，駕駛員在方向盤(pán)上施加轉(zhuǎn)角以后，車輛作曲線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，進(jìn)而使前輪產(chǎn)生側(cè)偏力，彈性輪胎受側(cè)向力作用滾動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生了側(cè)偏角，再進(jìn)一步引起車輛產(chǎn)生橫擺運(yùn)動(dòng)；車輛的橫擺運(yùn)動(dòng)又導(dǎo)致后輪也產(chǎn)生側(cè)偏力，進(jìn)而產(chǎn)生側(cè)偏角。正是由于前、后輪產(chǎn)生的側(cè)向力提供了車輛轉(zhuǎn)向的向心力。車輛在小半徑路段下以較高車速行駛時(shí)，輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力與側(cè)偏角之間為非線性關(guān)系。并且車輛發(fā)生失穩(wěn)大多是在輪胎的非線性區(qū)，即隨著側(cè)偏角的增加輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力逐漸飽和。當(dāng)前軸發(fā)生飽和時(shí)前軸就容易發(fā)生側(cè)滑，使車輛偏離駕駛員的預(yù)期軌跡；當(dāng)后軸發(fā)生飽和而側(cè)滑時(shí)容易產(chǎn)生甩尾等更加危險(xiǎn)工況。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)重型車輛橫向穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有側(cè)傾角、側(cè)向加速度和橫向載荷轉(zhuǎn)移比3種[17-19]。由于貨車橫向失穩(wěn)的根本原因是側(cè)向加速度過(guò)大。因此，筆者采用側(cè)向加速度作為大貨車橫向穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 車輛橫向穩(wěn)定性仿真分析

橫向失穩(wěn)的根本原因是大貨車轉(zhuǎn)向時(shí)，側(cè)向加速度過(guò)大。其直接原因是由于車輛轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向半徑Rs過(guò)小，圖2是關(guān)于轉(zhuǎn)向半徑Rs的定義。

圖2 轉(zhuǎn)向半徑

車輛由直線路段駛?cè)霃澋缆范螘r(shí)，駕駛員需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使前軸上的內(nèi)外輪按一定的關(guān)系轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，保證內(nèi)外前輪的垂線與后輪的垂線交在同一點(diǎn)O，此時(shí)，車輛將繞O點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)向中心或軌跡的曲率中心，O點(diǎn)到后軸的中心的距離就是車輛的轉(zhuǎn)向半徑Rs。筆者采用TruckSim軟件可以實(shí)時(shí)記錄行車過(guò)程中大貨車側(cè)向加速度的變化，當(dāng)行車條件處于極限值時(shí)，貨車就會(huì)發(fā)生側(cè)滑甚至側(cè)翻事故，如圖3。

圖3 大貨車橫向失穩(wěn)視景

筆者研究急彎陡坡路段以及超車換道時(shí)，道路線形指標(biāo)和駕駛員行為對(duì)大貨車橫向穩(wěn)定性的影響，對(duì)于道路因素主要從車輛動(dòng)力學(xué)分析的角度確定影響因素。對(duì)于駕駛員行為筆者主要考慮的是駕駛員轉(zhuǎn)向半徑和行駛速度。由于篇幅所限，只列出部分指標(biāo)值進(jìn)行試驗(yàn)，表1列出了本次仿真的具體策略。

表1 不同道路參數(shù)下的仿真策略

圖4分別為大貨車在不同轉(zhuǎn)向半徑、不同超高、不同行駛速度下行駛時(shí)側(cè)向加速度隨樁號(hào)的變化。

圖4 車輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

由圖4可見(jiàn)，樁號(hào)0～200 m標(biāo)段為直線段，開(kāi)始的50 m左右側(cè)向加速度a變化幅度較大，原因是車輛啟動(dòng)后還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)，當(dāng)車輛穩(wěn)定行駛時(shí)，側(cè)向加速度a基本保持水平狀態(tài)，這與現(xiàn)實(shí)狀態(tài)相吻合。樁號(hào)200～400 m標(biāo)段為緩和曲線段，此路段側(cè)向加速度a逐漸增大，原因是曲率逐漸增大，車輛所受的離心力也隨之增大。樁號(hào)400～650 m標(biāo)段為圓曲線段，由于曲率恒定，車輛所受的離心力不變，側(cè)向加速度a值也基本保持恒定。因此可以得出：①其他條件保持不變的情況下，在一定的范圍內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)向半徑的增大，側(cè)向加速度a隨之減?。虎谠谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，隨著超高的增大，車輛所受重力的分量橫向下滑力在增大， 側(cè)向加速度a也隨之減??；③實(shí)際道路上車輛的行駛速度不可能和計(jì)算行車速度一致，可能高于也可能低于計(jì)算行車速度。圖4(c)中，車輛分別以60，70，80，90，100(超速)km/h的速度轉(zhuǎn)向，可以看出隨著速度的增大，側(cè)向加速度a大幅度增加。

3 平曲線設(shè)計(jì)控制及大車行駛控制

3.1 大貨車側(cè)向加速度模型

取轉(zhuǎn)向半徑、超高、車輛行駛速度3個(gè)指標(biāo)作為模型的變量，可將大貨車側(cè)向加速度預(yù)測(cè)模型寫(xiě)為：

a=f(Rs，V，ih)

(1)

運(yùn)用MATLAB進(jìn)行回歸分析，分析結(jié)果得出相關(guān)系數(shù)R=0.999 6，殘差平方和為4.194 3×10-5，相關(guān)性較好，具體數(shù)學(xué)方程為：

(2)

式中：Rs為轉(zhuǎn)向半徑，m；ih為超高；V為車輛行駛速度，km/h；g為重力加速度，m/s2。

3.2 貨車行駛的橫向穩(wěn)定性

離心力對(duì)貨車在圓曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，它可能使貨車向外側(cè)滑移或者傾覆。為抵消或減小離心力的作用，保證貨車在圓曲線上穩(wěn)定行駛，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置超高。平曲線上貨車的主要受力分析見(jiàn)圖5。

圖5 平曲線上貨車的受力分析

將水平方向合力以及豎向合力分解為平行于路面的橫向力X和垂直于路面的豎向力Y，即：

X=macosα-Gsinα

(3)

Y=masinα+Gcosα

(4)

由于路面超高一般很小，則sinα≈tanα=ih，cosα≈1，將式(2)代入式(3)中得：

(5)

3.2.1 橫向傾覆條件分析

貨車在設(shè)有超高的圓曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，可能使貨車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險(xiǎn)。為使貨車不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩，即：

(6)

式中：hg為車輛的重心高度；b為車輛的輪距。

整理得到貨車不發(fā)生側(cè)翻的轉(zhuǎn)向半徑為：

表2 不同設(shè)計(jì)速度按橫向傾覆條件分析的圓曲線極限最小轉(zhuǎn)向半徑

3.2.2 橫向滑移條件分析

貨車在設(shè)有超高的圓曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，可能使貨車沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。為使貨車不產(chǎn)生橫向滑移，必須使橫向力小于或等于輪胎和路面之間的橫向摩阻力，即

X≤Gφh

(7)

式中：φh為橫向摩阻系數(shù)。

整理得到貨車不發(fā)生側(cè)向滑移的轉(zhuǎn)向半徑為：

本次試驗(yàn)橫向摩阻系數(shù)φh、超高ih均按《標(biāo)準(zhǔn)》中極限最小半徑所對(duì)應(yīng)的取值，各設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的極限最小轉(zhuǎn)向半徑如表3。

表3 不同設(shè)計(jì)速度下按橫向滑移條件分析的圓曲線極限最小轉(zhuǎn)向半徑

注：表2、表3給出貨車超速至100 km/h時(shí)的極限半徑。

綜合表2和表3的結(jié)果可以看出：

1)《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的極限最小半徑能滿足按橫向傾覆條件分析的圓曲線極限最小半徑要求，但是不能滿足按橫向滑移條件分析的圓曲線極限最小半徑要求。

2)按橫向滑移條件分析得出的圓曲線極限最小半徑均比《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的圓曲線極限最小半徑在各級(jí)設(shè)計(jì)速度條件下均高10%左右。

3)在平曲線半徑小于表3所規(guī)定的極限最小半徑路段，為了避免大貨車產(chǎn)生橫向滑移，可按表格結(jié)果對(duì)大貨車進(jìn)行限速并且規(guī)范駕駛員行為或者在改擴(kuò)建過(guò)程中進(jìn)行參考修改。

4 結(jié) 論

1)以汽車動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，分析了平曲線路段汽車的受力情況，利用MATLAB進(jìn)行回歸分析，定量的推導(dǎo)出轉(zhuǎn)向半徑、超高和車輛行駛速度與車輛側(cè)向加速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。以此數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)車輛的橫向穩(wěn)定性分析，參照《標(biāo)準(zhǔn)》采用的參數(shù)值，為平曲線設(shè)計(jì)控制提出了建議指標(biāo)。顯然，考慮橫向滑移條件計(jì)算得到的平曲線極限最小半徑，多自由度大貨車模型比傳統(tǒng)剛體大貨車模型在各級(jí)設(shè)計(jì)速度條件下均大于10%。

2)筆者所得的大貨車側(cè)向加速度數(shù)學(xué)模型可為貨車的側(cè)翻、側(cè)滑預(yù)警提供理論基礎(chǔ)。并對(duì)進(jìn)一步研究平曲線設(shè)計(jì)控制以及車輛轉(zhuǎn)向安全保障措施提供良好的參考價(jià)值。

3)實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算極限最小轉(zhuǎn)向半徑所需參數(shù)，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)確定其值，進(jìn)而對(duì)筆者提出的指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

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Control Index of Horizontal Curve Design Considering Truck’s Lateral Stability

Zhang Chi1, Hua Guilong1, Zhang Min2

(1.Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University,Xi’an 710064, Shaanxi, China; 2. Traffic Engineering Research Institute, School of Highway,Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

In order to study the effects of driving behavior and alignment index on the truck’s lateral stability, six-axle semi-trailer was selected as the typical vehicle model, thus a closed-loop vehicle dynamic model was established by Trucksim. Lateral acceleration was used as the index for risk evaluation. Based on statistical theory, the lateral acceleration regression prediction model was established by MATLAB.The circular curve’s limit minimum steering radii of typical vehicle model was proposed under varied design speeds. The results show that the horizontal curve’s limit minimum radius adopting multi degree truck model which considered lateral sliding conditions, were about 10% larger than the radius adopting traditional rigid truck model under various design speeds .The results quantify the effects of driving behavior and alignment index on the truck’s lateral stability. The advised index for horizontal curve design control was proposed and the result provides a good reference for road safety design.

road engineering; horizontal curve design; Trucksim simulation; truck stability

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.03.08

2014-10-20；

2014-11-20

教育部博士點(diǎn)基金新教師項(xiàng)目(20120205120013)；交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目(2014319812170)；陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2012JQ7001)；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(IRT1050)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013G2211005&CHD2011JC048)

張 馳(1981—)，男，四川宜賓人，副教授，博士，主要從事交通安全與道路仿真方面的研究。E-mail：zhangchi@chd.edu.cn。

U412.34

A

1674-0696(2015)03-036-06