一种半挂车弯道超车风险分析方法与流程

本发明属于汽车超车风险分析技术领域，涉及一种半挂车弯道超车风险分析方法。

背景技术：

大多数已有研究是针对半挂车弯道行驶的研究，并没有考虑在弯道上的换道超车行为，通常认为在一定范围内，超高横坡度i_h越大，对汽车的弯道行驶越有利，但是当汽车在有超高的圆曲线上超车行驶时，会在转弯换道过程中经历一个反超高，而反超高的存在会加剧车辆的侧翻，对于弯道换道行驶的车辆而言是很危险的。为进一步保障挂车在弯道行驶中的交通安全，有必要研究一种半挂车弯道超车风险的分析方法。

技术实现要素：

本发明专利的目的在于提供一种半挂车弯道超车风险分析方法，通过建立车辆弯道超车风险的预测模型，开分析半挂车弯道超车的风险，以进一步保障半挂车在弯道行驶中的交通安全。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种半挂车弯道超车风险分析方法，包括以下步骤：

步骤一，将车辆换道轨迹转化为由缓和曲线构成的反向凸型曲线，作为车辆换道轨迹模型，根据车辆换道轨迹模型得到半挂车直线路段超车轨迹模型，计算出缓和曲线长度、缓和曲线切线长以及凸型曲线连接处的半径，并得到车辆仿真路径；

步骤二，根据横向荷载偏移率LTR判断车辆的安全状况，分析超高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径对超车过程中的风险影响，依次用高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径进行仿真，并对高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径分别进行正交实验；

步骤三，根据公式四将侧翻风险指标最大值与超高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径四个因素相联系；利用数据回归分析软件对上述步骤二正交试验所得数据进行回归分析，

其中，所述公式四为：

r²＝0.915；

式中：LTR_max为横向荷载偏移率最大值；v为设计速度，单位为km/h；R_ref为汽车转弯半径，单位为m；R_f为道路圆曲线半径，单位为m；i_h为超高横坡度，单位为％；r²为判定系数；

得出车辆弯道超车风险的预测模型。

进一步的，所述步骤一中的车辆换道轨迹模型由两段长度相等、方向相反的凸型曲线组成，凸型曲线中间的曲率半径即为车辆换道中的最小安全转弯半径。

进一步的，所述步骤二中的横向荷载偏移率LTR定义为车辆在行驶过程中内侧车轮荷载转移到外侧车轮的荷载与总荷载之比。

进一步的，汽车在行驶过程中，荷载会在两侧车轮之间进行转移，所述横向荷载偏移率LTR的取值范围为[-1,1]。

进一步的，根据所述横向荷载偏移率LTR的值判断车辆安全状况的依据为：

当LTR＝0时，车辆不会发生侧翻；

当0＜|LTR|＜0.6时，车辆处于安全状态；

当0.6≤|LTR|＜1时，车辆存在侧翻的安全隐患；

当LTR＝±1时，一侧轮胎离地，车辆发生侧翻；

进一步的，当0.8≤|LTR|＜1时车辆存在侧翻的安全隐患大于当0.6≤|LTR|＜0.8时车辆存在侧翻的安全隐患。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明以行车动力学为基础，采用正交实验设计缩减数据，模拟半挂车在不同因素下的超车行为，分析了超高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径各个因素对超车过程中的影响。研究结果表明：车辆在超车过程中受到反超高的影响，较大的道路超高和较快的行驶速度会增加车辆在反超高路段的行车风险，而较大的转弯半径则会降低车辆的行车风险。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的车道换道示意图；

图3为本发明的超高对行车风险的影响示意图；

图4为本发明的车辆转弯半径对行车风险的影响示意图；

图5为本发明的道路圆曲线半径对行车风险的影响示意图；

图6为本发明的行驶速度对行车风险的影响示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员正在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，一种半挂车弯道超车风险分析方法，包括以下步骤：

步骤一，将车辆换道轨迹简化为由缓和曲线构成的反向凸型曲线，作为车辆换道轨迹模型。根据车辆换道轨迹模型得到半挂车直线路段超车轨迹模型，计算出缓和曲线长度、缓和曲线切线长以及凸型曲线连接处的半径，并得到车辆仿真路径。

如图1所示，车辆换道轨迹的具体简化过程，包括根据悬架模型、转向系统模型及轮胎模型来建立车辆动力学模型，并根据道路超高横坡度和道路平面线形来建立道路模型，再根据车辆动力学模型建立车辆预瞄轨迹模型，即车辆换道轨迹模型，以此形成车辆仿真路径，结合车辆仿真路径和道路模型为本发明提供横向荷载偏移率LTR判断方法的基础。

如图2所示，此步骤中的车辆换道轨迹模型由两段长度相等、方向相反的凸型曲线组成，凸型曲线中间的曲率半径即为车辆换道中的最小安全转弯半径。公式一为基础换道轨迹模型，经推导可得式公式二。

公式一：

公式二：

式中：W—车道宽度，单位为m；R—凸型曲线的连接处半径，单位为m；L_s—缓和曲线长度，单位为m。

步骤二，根据横向荷载偏移率LTR判断车辆的安全状况，分析超高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径对超车过程中的风险影响，依次用高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径进行仿真，并对高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径进行正交实验；(是分别对高横坡度、行驶速度、转弯半径以及道路圆曲线半径四因素作正交实验吗？：是)

该步骤中汽车在行驶过程中，荷载会在两侧车轮之间进行转移，横向荷载偏移率LTR定义为车辆在行驶过程中内侧车轮荷载转移到外侧车轮的荷载与总荷载之比，如公式三所示，其值是左右车轮受力差的比值，为无量纲量，其取值在±1之间；

公式三：

式中：F_ri—车辆右侧车轮上的垂直载荷，单位为kN；F_li—车辆左侧车轮上的垂直载荷，单位为kN；i—轴的位置；n—总的车轴数。

步骤三，根据公式四将侧翻风险指标最大值与超高横坡度、行驶速度、车辆转弯半径以及道路圆曲线半径四个因素相联系；利用数据回归分析软件对上述步骤二中的正交试验所得数据进行回归分析，

公式四：

r²＝0.915；

式中：LTR_max为横向荷载偏移率最大值；v为设计速度(km·h-1)；R_ref为汽车转弯半径(m)；R_f为道路圆曲线半径(m)；i_h为超高横坡度(％)；r²为判定系数；

得出车辆弯道超车风险的预测模型。

根据所述横向荷载偏移率LTR的值判断车辆安全状况的依据为：

当LTR＝0时，车辆不会发生侧翻；

当0.8≤|LTR|＜1车辆处于不稳定状态，容易发生侧翻危险，为危险状态；

当0.6≤|LTR|＜0.8时，车辆存在一定的安全隐患，为较危险状态；

当0＜|LTR|＜0.6时，车辆处于安全状态。

当LTR＝±1时，车辆一侧轮胎离地，车辆发生侧翻；

本实施例选取西部某山区高速公路五段圆曲线，应用所得预测模型对进行超车风险预测分析。此高速公路根据地形条件设计速度分别采用60km/h-120km/h，路基宽度20m-26m,全线封闭，得出分析结果如下表1。

表1某高速公路圆曲线路段风险分析