基于汽车行驶安全特性的山区公路连续长大下坡路段辅助减速车道研究

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1、分类号：U4610710-2014022017博士学位论文基于汽车行驶安全特性的山区公路连续长大下坡路段辅助减速车道研究王志新导师姓名职称余强教授申请学位类别工学博士学科专业名称载运工具运用工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月10日学位授予单位长安大学StudyontheAuxiliaryDecelerationLaneinLongandSteepDownhillSectionsonMountainRoadBasedontheVehicleDrivingSafetyFeatur

2、esADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：WangZhixinSupervisor：Prof.YuQiangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要当前我国山区公路交通安全形势依然严峻，连续长大下坡路段汽车行驶安全问题尤为突出，其中重型载货汽车在该路段因制动器故障或热衰退引发的事故数量比较多，给人民造成巨大的人身和财产损失，成为制约我国经济社会发展的突出问题。为了解决这个问题，本文依托甘肃省科技支撑计划项目（150

3、4FKCA001）“长大下坡路段辅助减速车道关键技术研究”和西安市科技计划-技术转移促进工程项目（CX12162）“重型商用汽车安全保障技术研究”，围绕有效控制重型载货汽车在连续长大下坡路段的行驶速度、防止汽车失控进行研究。首先，建立长大下坡路段重型载货汽车制动鼓温升模型和车速失控预测模型，研究长大下坡路段辅助减速车道的设置位置。通过车辆系统动力学分析，基于平路和坡道试验，对升温和降温两个过程分别建模，建立持续制动装置和行车制动器联合制动时的重型载货汽车平路和坡道行驶制动鼓温升模型，通过实车试验对模型的

4、准确性进行验证；依据发动机制动、排气制动、电涡流缓速器制动，发动机制动和电涡流缓速器制动，排气制动和电涡流缓速器制动，皆可博制动和电涡流缓速器制动分别与行车制动器联合作用时工作特性，基于坡道行驶制动鼓温升模型，对不同挡位的制动鼓安全温度阈值内的坡段行驶工况进行研究，分析车速与道路坡度、下坡距离之间的关系，建立长大下坡路段重型载货汽车车速失控预测模型，继而推导出辅助减速车道设置位置分析模型。其次，基于轮胎-颗粒流动力学模型研究辅助减速车道参数匹配。通过仿真模拟与台架、道路试验，研究辅助减速车道铺设厚度、集

5、料颗粒尺寸对汽车行驶阻力的影响。基于离散元理论与方法建立轮胎结构模型和辅助减速车道集料模型，利用自主研发的轮胎性能测试系统对货车轮胎的垂直特性进行室内台架试验，对不同输入条件下的轮胎反馈进行研究；进行滑行试验及减速车道实车试验，通过测量汽车在不同种类、形状集料中的行驶距离、速度、轮胎转速及下陷位移，研究集料铺设厚度、颗粒尺寸对行驶状态的影响，并对轮胎-颗粒流动力学模型进行验证。基于轮胎-颗粒流动力学模型，综合考虑减速效果和施工成本，研究辅助减速车道参数匹配，确定关键技术参数，制定设计方案。再次，研究辅助

6、减速车道对车辆行驶稳定性的影响。根据车辆动力学原理，建立14自由度整车非线性耦合动力学模型，结合轮胎-颗粒流模型，建立整车非线性耦合动力学仿真模型，对实车试验数据与仿真数据进行比较，验证模型的准确性；基于14自由i度整车非线性耦合动力学仿真模型对路面材料、速度对车辆俯仰、侧倾的影响进行研究，为优化辅助减速车道设计提供理论依据。最后，基于驾驶人视认特性研究长大下坡路段辅助减速车道标志设置。基于驾驶人视认特性，结合长大下坡路段道路线形特点，建立驾驶人视认距离与交通标志文字尺寸和速度的关系模型；基于驾驶人的视

7、觉认知特性以及车辆的制动减速特性，建立辅助减速车道标志前置距离模型，同时考虑驾驶人的视觉短时记忆等因素建立辅助减速车道标志重复距离模型；基于长大下坡路段道路线形特点和重型载货汽车驾驶人的视点高度建立辅助减速车道标志设置高度模型。研究成果可为今后辅助减速车道的设计与建设提供理论依据，对提高重型载货汽车在山区公路连续长大下坡路段的行驶安全性具有重要的理论和实践意义。关键词：重型载货汽车，长大下坡路段，行驶安全，辅助减速车道，关键技术iiAbstractAtcurrent,thehighwaytraffics

8、afetysituationisstillgrimonmountainousareainourcountry,especiallythedrvingsecurityproblemincontinuouslongandsteepdownhillsections,andthemoretrafficaccidentsforheavydutytrucksinsuchsectionsduetobrakefailureorhotrecessionhav