一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多体系统动力学的道路安全分析方法，其方法是把道路视作可视化的动力学模块，通过车辆动力学仿真响应特征，对道路设计方案的安全性进行分析和优化，包括如下步骤：（1）依据车辆动力学理论及关键控制参数，应用ADAMS对车辆模块建模；（2）利用分段埃尔米特插值对道路模型进行数值优化和分析，创建能够反映路面特征谱的3D道路模型；（3）通过MATLAB和智能模糊PID算法，创建和优化驱动控制文件和驱动参数文件；（4）构建基于“模糊控制-车辆模块-3D道路”多体系统动力学的可视化仿真平台，分析道路设计存在的潜在危险缺陷。本发明方法可以为路面条件和道路线形提供设计依据，并对道路和交通的安全分析具有重要指导意义。
【专利说明】一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，属于道路线形设计分析和交通安全研究领域。
【背景技术】
[0002]道路设计缺陷在道路建成投入运营后极可能体现为事故多发点，因此，需尽可能在设计阶段检查出道路几何线形以及路面条件存在的安全问题。目前，交通事故多发路段的识别方法大多数依赖于道路运营后发生的交通事故数据及其相关的因素作为研究依据，对事故数据从不同角度的分析，采用不同的数据算法，开展对道路线形和路面条件进行安全性分析和潜在危险点的预测。为了降低道路线形在设计阶段存在的潜在危险因素，本发明将致力于通过一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，降低道路线形设计阶段的潜在危险路段和安全隐患。
[0003]本方法是把道路视作可视化及其参数易修改的动力学三维模块，利用分段埃尔米特插值对道路模型进行数值分析和优化，结合路面条件和道路线形，创建能够反映路面特征谱的3D道路模型；其次，通过MATLAB和智能模糊PID算法，创建和优化控制车辆运行的驱动控制文件和驱动参数文件；最后，构建基于“模糊控制一车辆模块一3D道路”多体系统动力学的可视化仿真平台，通过车一路耦合的动力学特征，即车辆纵向加速度、侧向加速度、侧倾角、侧滑角、俯仰角、横摆角、横摆角速度、横摆角加速度、转向盘转角及转向齿条行程作为动力学响应特征，参照路面条件和道路设计的一致性、协调性和安全性，分析道路设计存在的潜在安全危险路段。本发明方法可以为路面条件和道路线形提供安全设计依据，并对道路和交通的安全分析具有重要指导意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有道路线形安全分析的不足，提供一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，该方法可以较好的在设计阶段检查出道路几何线形以及路面条件存在的一些安全缺陷问题，具有较好的实时性和检测效率。
[0005]本发明提供一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，首先，依据车辆动力学理论分析和关键控制参数，应用ADAMS对车辆模块建模；其次，利用分段埃尔米特插值对道路模型进行数值分析和优化，结合路面条件和道路线形，创建能够反映路面特征谱的3D道路模型；第三，通过MATLAB和智能模糊PID算法，创建和优化驱动控制文件和驱动参数文件；最后，构建基于“模糊控制一车辆模块一3D道路”多体系统动力学的可视化仿真平台，通过车一路耦合的动力学特征，即车辆纵向加速度、侧向加速度、侧倾角、侧滑角、俯仰角、横摆角、横摆角速度、横摆角加速度、转向盘转角及转向齿条行程作为动力学响应特征，参照路面条件和道路设计的一致性、协调性和安全性，分析道路设计存在的潜在危险路段。
[0006]本发明方法具体包括如下步骤:[0007](I)依据车辆动力学理论分析和关键控制参数，应用ADAMS对车辆模块建模，具体包括如下步骤:
[0008](1-1)利用多体系统动力学理论，对车辆控制转向系统、悬架系统和轮胎系统进行数值迭代非线性分析，得出关键设计和控制参数；
[0009](1-2)依据分析的关键设计和控制参数，通过ADAMS软件，创建和装配车辆模块；
[0010](2)创建能够反映路面特征谱的3D道路模型，具体包括如下步骤:
[0011](2-1)利用分段埃尔米特插值对道路线形进行数值分析和优化；
[0012]道路边界长度的分段埃尔米特插值函数S(X)的表达式为:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，其特征在于包括如下步骤: (O依据车辆动力学理论分析和关键控制参数，应用ADAMS对车辆模块建模； (2)创建能够反映路面特征谱的3D道路模型，具体包括以下步骤: (2-1)利用分段埃尔米特插值对道路线形设计进行数值分析和优化； (2-2)依据分析和优化的插值间距，应用纬地道路HintCAD输出道路线形的三维空间逐桩坐标表和超高值； (2-3)应用逐桩坐标表、超高值、路面条件和道路几何要素，创建反映路面特征谱的3D道路模型； (3)通过MATLAB和智能模糊PID算法，创建和优化车辆驱动控制文件和驱动参数文件，具体包括以下步骤: (3-1)基于道路试验条件和MATLAB，确定和创建T-S模糊控制器的输入-输出数据和结构辨识及参数辨识； (3-2)为强化模糊控制在平衡点附近的稳态控制精度，将T-S模糊控制器和PID控制器相结合，对控制算法进行优化，创建车辆驱动控制文件和驱动参数文件； (4)构建基于“模糊控制-车辆模块-3D道路”多体系统动力学的可视化仿真平台，通过MATLAB/T-S模糊PID对ADAMS中多体系统动力学仿真平台进行实时控制，依据车辆在道路上运行时反馈的动力学特征，即车辆纵向加速度、侧向加速度、侧倾角、侧滑角、俯仰角、横摆角、横摆角速度、横摆角加速度、转向盘转角及转向齿条行程作为动力学响应特征，分析路面条件和道路线形设计的一致性、协调性和安全性。
2.根据权利要求1所述的基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，其特征是步骤(I)包括以下步骤: (1-1)利用多体系统动力学理论，对车辆转向系统、悬架系统和轮胎系统进行数值迭代非线性分析，得出关键控制参数和建模参数； (1-2)依据分析的关键控制参数和建模参数，通过ADAMS软件，创建和装配车辆模块。
3.根据权利要求1所述的基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，其特征是步骤(2)中各步骤具体为: (2-1)道路线形边界长度的分段埃尔米特插值函数S(X)的表达式为:
4.根据权利要求1所述的基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，其特征是步骤(3)中各步骤具体为:(3-1)依据道路线形几何特征和路面条件，创建车辆在道路上行驶时间差值与速度之间输入和输出的T-S模糊算法和结构辨识及参数辨识，采用一阶T-S模糊推理算法，其表达是为:
5.根据权利要求1所述的基于多体系统动力学的道路线形安全分析方法，其特征是步骤(4)包括以下步骤: 通过ADAMS和MATLAB，构建基于“模糊控制-车辆模块_3D道路”多体系统动力学的可视化仿真平台；通过MATLAB/T-S模糊PID算法，对ADAMS中多体系统动力学仿真平台进行实时仿真控制和系统分析，分析和判断路面条件和道路线形设计的一致性、协调性和安全性。
【文档编号】G06F17/50GK103793570SQ201410045593
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2014年2月8日
【发明者】何杰, 李培庆, 吴德华, 翁辉, 陈志伟 申请人:东南大学