基于Trucksim的不同彎道半徑安全車(chē)速確定方法

唐歌騰，任春曉，李　臣

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京　100088;2.運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100088)

基于Trucksim的不同彎道半徑安全車(chē)速確定方法

唐歌騰，任春曉，李臣

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京100088;2.運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100088)

摘要：針對(duì)當(dāng)前彎道車(chē)速預(yù)警控制系統(tǒng)中起核心決策作用的彎道安全車(chē)速計(jì)算方法過(guò)于簡(jiǎn)化、計(jì)算精確性不足等問(wèn)題，以某一款8 m長(zhǎng)的滿載客車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)考慮車(chē)輛懸掛的動(dòng)剛度特性和輪胎的非線性特性，應(yīng)用Trucksim軟件建立了整車(chē)動(dòng)力性模型，進(jìn)行了不同彎道半徑與通過(guò)車(chē)速的正交仿真試驗(yàn)，最后結(jié)合響應(yīng)面法建立了安全車(chē)速與彎道半徑的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)比分析同一彎道半徑下數(shù)學(xué)模型計(jì)算與仿真試驗(yàn)所得的臨界車(chē)速，結(jié)果表明，該模型在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)安全車(chē)速計(jì)算方面提供了一種合理、精確的運(yùn)算方法，有利于車(chē)輛主動(dòng)安全控制技術(shù)的提高。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)工程；主動(dòng)安全；響應(yīng)面法；彎道半徑；安全車(chē)速

0引言

公路彎道是交通事故的多發(fā)路段，其事故的發(fā)生概率大、嚴(yán)重程度高。根據(jù)我國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)資料分析[1]，在2013年一次死亡10人以上的重大道路交通事故中，彎道路段發(fā)生的事故數(shù)占全部事故數(shù)的37.5%，彎道路段事故造成的死亡人數(shù)占全部事故死亡人數(shù)的42.8%。究其根本，主要是因?yàn)檐?chē)輛在過(guò)彎時(shí)由于車(chē)速過(guò)快所引起的側(cè)滑或側(cè)翻。

針對(duì)該問(wèn)題，雖然相關(guān)部門(mén)設(shè)立了分段限速、分車(chē)道限速、分車(chē)型限速、分時(shí)段限速和建議限速等速度管理方案，但由于實(shí)際情況彎道處，各類(lèi)通行車(chē)輛的性能配置、重心分布、車(chē)長(zhǎng)大小形態(tài)萬(wàn)千，導(dǎo)致其安全通過(guò)車(chē)速差異較大。倘若僅是若干固定的車(chē)速限值，又將會(huì)出現(xiàn)行駛安全與通過(guò)效率間的矛盾。即車(chē)速限值高，彎道通過(guò)效率高，但卻會(huì)增加行車(chē)危險(xiǎn)，降低安全；車(chē)速限值低，又將降低車(chē)輛使用效率，影響整段公路車(chē)流量，加劇堵塞問(wèn)題。為此，目前學(xué)者紛紛致力于車(chē)輛彎道車(chē)速預(yù)警控制系統(tǒng)的研究[2-4]，以期提高車(chē)輛行駛的主動(dòng)安全性，并開(kāi)始有相應(yīng)產(chǎn)品投放市場(chǎng)，如福特Explorer SUV、沃爾沃S60、沃爾沃XC60等高端豪華車(chē)上所配備的電子系統(tǒng)。

但當(dāng)前的彎道車(chē)速預(yù)警控制系統(tǒng)中起核心決策作用的彎道安全車(chē)速計(jì)算，其內(nèi)核模型過(guò)于簡(jiǎn)化，多數(shù)都忽略了車(chē)輛性能配置對(duì)彎道安全車(chē)速的影響，未考慮懸掛的動(dòng)剛度特性所引起的車(chē)身側(cè)傾角變動(dòng)，以至于忽略了車(chē)輛側(cè)傾力矩的非線性變化和兩側(cè)輪胎垂向受力的非線性變化，也未考慮輪胎非線性特性所引起的車(chē)輪側(cè)偏角變動(dòng)，以至于忽略了車(chē)輪側(cè)向滑移受力的非線性變化，致使模型的計(jì)算精確性不足。文獻(xiàn)[5]針對(duì)乘用車(chē)設(shè)計(jì)了一種基于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估的彎道防側(cè)滑超速預(yù)警系統(tǒng)，其最大安全車(chē)速計(jì)算是通過(guò)將車(chē)輛簡(jiǎn)化為單質(zhì)量系統(tǒng)的二自由度模型來(lái)完成的，未考慮懸掛和輪胎的彈性特性。文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一種車(chē)輛防側(cè)滑及防側(cè)翻的彎道車(chē)速控制系統(tǒng)，其安全車(chē)速的計(jì)算是將車(chē)輛簡(jiǎn)化為一個(gè)剛性體來(lái)分析，未涉及懸掛和輪胎的配置參數(shù)問(wèn)題。文獻(xiàn)[7]提出了考慮不同車(chē)輛狀態(tài)、道路環(huán)境、及駕駛員條件下的車(chē)輛受力計(jì)算方法，但關(guān)于車(chē)輛的簡(jiǎn)化，仍是將其看作為一個(gè)剛性體分析，以至于計(jì)算的車(chē)輛側(cè)傾或側(cè)滑狀態(tài)僅與路面的附著系數(shù)和車(chē)輛的重心位置相關(guān)，而忽略了車(chē)輛性能配置對(duì)彎道安全車(chē)速的影響。文獻(xiàn)[8]介紹了一種應(yīng)用于彎道的基于計(jì)算機(jī)圖像處理的預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)彎道進(jìn)行識(shí)別和半徑測(cè)量，并最終計(jì)算出車(chē)輛在彎道行駛的臨界安全車(chē)速，但其車(chē)速計(jì)算仍是采用以車(chē)輛為剛性體的受力平衡模型，而忽略了懸掛和輪胎的存在。文獻(xiàn)[9-10]在對(duì)公路彎道進(jìn)行事故分析時(shí)，通過(guò)對(duì)彎道路段車(chē)輛側(cè)翻和側(cè)滑兩種臨界狀態(tài)進(jìn)行受力分析，搭建彎道車(chē)速預(yù)警系統(tǒng)，但所建立的彎道處汽車(chē)側(cè)滑和側(cè)翻數(shù)學(xué)模型，同樣是將懸架和輪胎簡(jiǎn)化為剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[11]對(duì)公路系統(tǒng)彎道上汽車(chē)的防側(cè)滑/側(cè)翻控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，但在對(duì)汽車(chē)駛?cè)霃澋狼暗陌踩?chē)速計(jì)算上，仍然延續(xù)以上的簡(jiǎn)化方法，將整車(chē)作為剛性體進(jìn)行運(yùn)算。文獻(xiàn)[12]提出了一種基于模型的汽車(chē)側(cè)翻預(yù)警算法以及在該基礎(chǔ)上的防側(cè)翻控制算法，其算法核心是一個(gè)三自由度的線性汽車(chē)側(cè)翻模型，雖然考慮了懸掛及輪胎的彈性特性，但將其簡(jiǎn)化成了線性關(guān)系，仍未考慮懸掛和輪胎的非線性特性。

為此，針對(duì)以上問(wèn)題，為突顯車(chē)輛懸掛的動(dòng)剛度特性和輪胎的非線性特性，本文以某一款8 m長(zhǎng)的滿載客車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)應(yīng)用Trucksim軟件建立了該車(chē)的動(dòng)力性模型，并進(jìn)行了多組彎道半徑與通過(guò)車(chē)速的正交仿真試驗(yàn)，再結(jié)合響應(yīng)面法建立了安全車(chē)速與彎道半徑的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，最終為車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全車(chē)速計(jì)算提供了一種合理、精確的運(yùn)算方法。

1基于Trucksim的整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型建立

Trucksim是由美國(guó)機(jī)械仿真公司(Mechanical Simulation Corporation，即MSC)，在密歇根大學(xué)公路交通研究所UMTRI多年的試驗(yàn)及車(chē)輛動(dòng)態(tài)研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，開(kāi)發(fā)的一種動(dòng)態(tài)模擬汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)的仿真軟件，用于仿真及分析輕型貨車(chē)、大客車(chē)、重型卡車(chē)、多軸半掛車(chē)等的動(dòng)態(tài)特性，可分析車(chē)輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、通過(guò)性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性及平順性。Trucksim是一款集成建模、仿真及分析軟件包的軟件，在整車(chē)性能仿真預(yù)測(cè)時(shí)，可根據(jù)初始理論設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)化模型搭建，而不需要進(jìn)行實(shí)體模型構(gòu)建，同時(shí)能夠迅速地在所做的不同仿真之間切換；與目前其他常用車(chē)輛性能分析軟件相比，具有方便、高效、有效、可靠及精確等優(yōu)勢(shì)。

基于Trucksim的友好用戶界面及參數(shù)化快速建模特性，本文用其對(duì)某一款8 m長(zhǎng)的滿載客車(chē)進(jìn)行整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型建立，主要包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、整車(chē)參數(shù)、懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)及輪胎系統(tǒng)模型的建立。由于仿真試驗(yàn)主要是研究車(chē)速與彎道半徑的匹配性，只需車(chē)輛初始速度能達(dá)到預(yù)期值，且不存在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的換擋變速仿真，為此，在對(duì)該車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的建模時(shí)，所選發(fā)動(dòng)機(jī)功率及變速器速比與實(shí)車(chē)參數(shù)近似且偏大即可，本次仿真選用150kW-7spd MT-RWD，過(guò)程不再贅述。

(1)整車(chē)參數(shù)

主要是針對(duì)整車(chē)總體尺寸、總質(zhì)量以及繞各轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的建模，包括簧載質(zhì)量建模和非簧載質(zhì)量建模，建模時(shí)以前橋質(zhì)心垂于地面交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。

簧載質(zhì)量建模是針對(duì)車(chē)輛簧載質(zhì)量、車(chē)身長(zhǎng)寬高、簧載質(zhì)量質(zhì)心位置及其繞各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本次仿真主要是研究該款8 m長(zhǎng)客車(chē)的滿載狀態(tài)，其總質(zhì)量為10 200 kg，其中簧載質(zhì)量為8 870 kg，非簧載質(zhì)量為1 330 kg，其他相關(guān)參數(shù)如表1所示。對(duì)于非簧載質(zhì)量、各橋軸距以及輪距建模，則包含于懸掛系統(tǒng)的建模中。

表1　整車(chē)基本參數(shù)

(2)懸掛系統(tǒng)

懸掛系統(tǒng)作為車(chē)輛上重要總成之一，影響著整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。TruckSim中提供4種可供選擇的懸掛型式：簡(jiǎn)化非獨(dú)立懸掛、K&C非獨(dú)立懸掛、簡(jiǎn)化獨(dú)立懸掛和K&C獨(dú)立懸掛。根據(jù)實(shí)車(chē)配置，兩橋均選用K&C非獨(dú)立懸掛。前后橋懸掛系統(tǒng)的具體參數(shù)如表2所示。

表2　前后車(chē)橋懸掛參數(shù)

由于后橋懸掛是一空氣彈簧，根據(jù)參數(shù)化建模要求，采用如圖1所示曲線闡述后橋空氣懸掛的動(dòng)剛度特性。

圖1　后橋空氣彈簧承載力與壓縮量的關(guān)系Fig.1　Relationship between load capacity and compress quantity of air spring in rear axle

(3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

Trucksim中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模，主要是關(guān)于轉(zhuǎn)向軸的設(shè)置。Trucksim提供了3種形式的轉(zhuǎn)向軸：長(zhǎng)型、中型和短型。根據(jù)實(shí)際需要，可以設(shè)置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的名義傳動(dòng)比、左右輪非對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、軸轉(zhuǎn)向特性以及相關(guān)的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)。根據(jù)實(shí)車(chē)配置，選用中型轉(zhuǎn)向軸，采用的名義傳動(dòng)比為25∶1。根據(jù)參數(shù)化建模要求，采用如圖2所示曲線定義內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，并輸入Trucksim中，從而完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的非對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性設(shè)置。

圖2　前橋左右車(chē)輪轉(zhuǎn)角關(guān)系Fig.2　Relationships between turning angles of left and right wheels in front axle

對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及軸轉(zhuǎn)向特性，采用系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置，所建立的轉(zhuǎn)向模型不包括助力轉(zhuǎn)向模塊。而關(guān)于轉(zhuǎn)向輪的定位，其具體設(shè)置參數(shù)如表3所示。

表3　前橋轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)

(4)制動(dòng)系統(tǒng)

由于仿真試驗(yàn)不存在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的制動(dòng)情況，為此，在對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)建模時(shí)，采用Trucksim中默認(rèn)的非線性制動(dòng)模塊，并加入了ABS模塊，其制動(dòng)模塊工作示意圖如圖3所示。

圖3　制動(dòng)模塊工作示意圖Fig.3　Working diagram of brake module

(5)輪胎系統(tǒng)

輪胎作為車(chē)輛動(dòng)力學(xué)分析中的重要組成部分，直接影響車(chē)輛的動(dòng)力性能、制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性能、平順性能和安全性能。

Trucksim中的輪胎建模主要包括輪胎外形尺寸、穩(wěn)態(tài)力學(xué)特性、瞬態(tài)響應(yīng)及動(dòng)力遲滯等。其中輪胎的力學(xué)特性建模為其重點(diǎn)，由輪胎的縱向力特性、側(cè)向力特性、回正力矩特性和外傾剛度組成。通常應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)輪胎進(jìn)行參數(shù)建模，也可應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確建模。

Trucksim輪胎模型有內(nèi)部輪胎模型和Pacejka5.2輪胎模型，也可以外接其他輪胎模型，本次建模選用內(nèi)部輪胎模型。按照實(shí)車(chē)配置的R20輪胎，輪胎模型選取半徑為520 mm的非線性輪胎特性作為仿真輸入?yún)?shù)，而對(duì)于該車(chē)的后橋，其每側(cè)都為雙胎，則先輸入同樣的輪胎特性參數(shù)，再在輪胎選取時(shí)勾選“Dual tires”，并輸入雙胎中心線間距310 mm，則Trucksim 會(huì)根據(jù)該設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)化為當(dāng)量雙胎受力模塊。輪胎基本參數(shù)如表4所示。

表4　輪胎基本參數(shù)

2不同彎道半徑的安全車(chē)速仿真

通過(guò)以上步驟即可完成整車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型的建立，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)添加相應(yīng)的路面環(huán)境及仿真試驗(yàn)設(shè)置，即可進(jìn)行車(chē)輛的各種試驗(yàn)仿真。

為了研究車(chē)輛在不同彎道半徑上行駛的安全車(chē)速，本次仿真采用彎道半徑(300～10 m)和通過(guò)車(chē)速(110～10 km/h)的交互式組合參數(shù)輸入，通過(guò)觀察輪胎的垂向受力及整車(chē)質(zhì)心的橫向位移來(lái)尋找車(chē)輛的側(cè)翻或側(cè)滑臨界狀態(tài)，以此仿真求解出車(chē)輛不同彎道半徑的安全通過(guò)速度。

為了真實(shí)反映車(chē)輛實(shí)際過(guò)彎情況，更加精確地得出車(chē)輛安全通過(guò)速度，本次仿真采用駕駛員閉環(huán)控制模塊，具體步驟為：首先設(shè)定所需仿真彎道半徑的道路圓，附著系數(shù)為0.7的平直路面，且無(wú)風(fēng)環(huán)境；駕駛員閉環(huán)控制模型的預(yù)瞄時(shí)間取1 s；再選用車(chē)輛閉環(huán)換擋離合模塊，以控制車(chē)輛以某一固定車(chē)速轉(zhuǎn)向過(guò)彎。仿真過(guò)程如圖4所示。

圖4　車(chē)輛不同彎道半徑行駛仿真過(guò)程圖Fig.4　Simulation process of vehicle driving on curves with different radii

仿真分析后，可以根據(jù)車(chē)輛在某彎道半徑上行駛時(shí)的輪胎垂向受力及整車(chē)質(zhì)心的橫向位移隨時(shí)間變化的關(guān)系，判斷車(chē)輛以該車(chē)速下經(jīng)過(guò)該彎道是否會(huì)發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻；若未出現(xiàn)側(cè)滑或側(cè)翻狀況，則加大車(chē)速，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行彎道半徑與通過(guò)車(chē)速的正交試驗(yàn)；直至出現(xiàn)側(cè)滑或側(cè)翻狀況，以此得出車(chē)輛在該彎道半徑下的安全通過(guò)車(chē)速。如圖5所示為車(chē)輛發(fā)生側(cè)翻狀況時(shí)的輪胎垂向受力變化示例；圖6所示為車(chē)輛發(fā)生側(cè)滑狀況時(shí)的整車(chē)質(zhì)心橫向位移變化示例。

圖5　輪胎垂向受力隨時(shí)間的變化曲線Fig.5　Curves of vertical forces of tires varying with time

圖6　整車(chē)質(zhì)心橫向位移隨時(shí)間的變化曲線Fig.6　Curve of lateral displacement of mass center of vehicle varying with time

通過(guò)觀察圖5或圖6的變化曲線，即可判斷、尋找車(chē)輛的側(cè)翻或側(cè)滑臨界狀態(tài)，并由此求得該彎道半徑下相應(yīng)的臨界通過(guò)車(chē)速。相比較于目前的簡(jiǎn)化模型[8-10]計(jì)算所得，最終得到如表5所示的不同彎道半徑的安全車(chē)速。

由表5可以看出，對(duì)于該款車(chē)輛的彎道臨界車(chē)速計(jì)算，相比于目前所用的簡(jiǎn)化模型，Trucksim仿真模型由于考慮了懸掛的動(dòng)剛度特性所引起的車(chē)身側(cè)傾角變動(dòng)，以至于車(chē)輛側(cè)傾力矩的非線性變化和兩側(cè)輪胎垂向受力的非線性變化，也考慮了輪胎非線性特性所引起的車(chē)輪側(cè)偏角變動(dòng)，以至于車(chē)輪側(cè)向滑移受力的非線性變化，致使模型仿真所得臨界車(chē)速值更偏向安全，同時(shí)臨界狀態(tài)的判別也更加合理。

表5　不同彎道半徑的安全車(chē)速

3安全車(chē)速與彎道半徑的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)表5的Trucksim仿真正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可畫(huà)出安全車(chē)速與彎道半徑的響應(yīng)面。為了更加直觀顯示通過(guò)車(chē)速的安全(或危險(xiǎn))程度，以通過(guò)車(chē)速和彎道半徑作為自變量，以臨界車(chē)速對(duì)通過(guò)車(chē)速的差值(為直觀理解，稱(chēng)其為安全車(chē)速余值)作為響應(yīng)量，如圖7所示。

圖7　安全車(chē)速與彎道半徑的關(guān)系圖Fig.7　Relationship between safety speed and curve radius

圖7中，當(dāng)安全車(chē)速余值為正時(shí)，其值愈大，彎道通過(guò)車(chē)速愈安全；當(dāng)余值為負(fù)時(shí)，其值的絕對(duì)值愈大，彎道通過(guò)車(chē)速愈危險(xiǎn)。

提取以上關(guān)系曲線的響應(yīng)數(shù)據(jù)，應(yīng)用Matlab的二次響應(yīng)曲面工具[13]進(jìn)行曲面擬合處理，最終得到彎道半徑r與安全車(chē)速V之間的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型：

0.901 4×r+20.05，

(1)

其確定性系數(shù)(表示模型測(cè)量的精確性)R2=0.998 5。

4數(shù)學(xué)模型的仿真驗(yàn)證

由于試驗(yàn)設(shè)備及危險(xiǎn)試驗(yàn)過(guò)程的限制，本次對(duì)于彎道安全車(chē)速計(jì)算模型的準(zhǔn)確度，仍采用上述Trucksim軟件所建立的整車(chē)模型來(lái)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

首先設(shè)定一半徑r為250 m的彎道路面，仿真條件及步驟設(shè)置與文中第2節(jié)所述一致，得到如圖8所示的車(chē)輛輪胎垂向受力變化曲線。

圖8　輪胎垂向受力隨時(shí)間的變化曲線Fig.8　Curves of vertical forces of tires varying with time

圖8所示為車(chē)輛在該250 m彎道半徑路段，以車(chē)速127 km/h通行時(shí)，各輪胎的垂向受力變化。由圖8可以看出該車(chē)正處于側(cè)翻的臨界狀態(tài)，并由此得出該127 km/h的車(chē)速即為該車(chē)在250 m彎道半徑下的臨界車(chē)速。

對(duì)于在250 m彎道半徑下的車(chē)輛臨界通過(guò)車(chē)速，上述所得的彎道半徑與安全車(chē)速響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，亦可求解得出130.48 km/h的計(jì)算值；相比于仿真試驗(yàn)所得127 km/h，數(shù)學(xué)模型存有2.7%的計(jì)算誤差，由于彎道車(chē)速預(yù)警控制系統(tǒng)的控制閾值多數(shù)是臨界車(chē)速的80%左右，存有近20%的容錯(cuò)率，因此數(shù)學(xué)模型所得能保證車(chē)輛通過(guò)彎道時(shí)的安全性，該模型具有其合理性；同時(shí)相比于目前所用的簡(jiǎn)化模型所得值149.10 km/h，該數(shù)學(xué)模型從簡(jiǎn)化模型的17.4%計(jì)算誤差降低到2.7%的計(jì)算誤差，其計(jì)算精度得到顯著的提升。

5結(jié)論

當(dāng)前的彎道車(chē)速預(yù)警控制系統(tǒng)中起核心決策作用的彎道安全車(chē)速計(jì)算，其內(nèi)核模型過(guò)于簡(jiǎn)化，多數(shù)都忽略了車(chē)輛性能配置對(duì)彎道安全車(chē)速的影響，未考慮懸掛的動(dòng)剛度特性及輪胎非線性特性，致使模型的計(jì)算精確性不足。為此，本文以某一款8 m長(zhǎng)的滿載客車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)應(yīng)用Trucksim軟件建立了該車(chē)的動(dòng)力性模型，并進(jìn)行了彎道半徑(300～10 m)與通過(guò)車(chē)速(110～10 km/h)的交互式組合正交仿真試驗(yàn)，再結(jié)合響應(yīng)面法建立了安全車(chē)速與彎道半徑的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，最終為車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全車(chē)速計(jì)算提供了一種合理、精確的運(yùn)算方法，有利于車(chē)輛主動(dòng)安全控制技術(shù)的提高。

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A Determination Method of Safety Driving Speeds on Different Radii Based on Trucksim

TANG Ge-teng, REN Chun-xiao, LI Chen

(1.Research Institute of Highway, Ministry of Transport, Beijing 100088, China;2.Key Laboratory of Operation Safety Technology of Transport Vehicles, Ministry of Transport, Beijing 100088, China)

Abstract：As the curve safety speed calculation method which plays a core decision-making role in current curve speed warning control system oversimplifies the grandeur of vehicle, the accuracy of safety speed is insufficient. Taking an 8-meter-long full load bus as the research object, the vehicle dynamic model which is built by Trucksim considering the nonlinear characteristics of tire and dynamic stiffness of suspension. Then, the orthogonal simulation experiment of different driving speeds and radii is made. Finally, the mathematical response surface model of safety speed to curve radius is established. By comparing the critical speeds from the mathematical model calculation and simulation test under the same radius, the result shows that the proposed model provided a reasonable and accurate calculation method for calculating safety speed of vehicle in turn. It benefits the enhancement of vehicle active safety control technology.

Key words：automobile engineering; active safety; response surface method; curve radius; safety speed

收稿日期：2015-05-27

基金項(xiàng)目：道路運(yùn)輸安全管理基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2013-312-223-270)

作者簡(jiǎn)介：唐歌騰(1986-)，男，江西臨川人，博士，助理研究員.(tanggeteng@163.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.022

中圖分類(lèi)號(hào)：U461.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)06-0134-06