考慮駕駛員意圖的爆胎車輛運(yùn)動(dòng)軌跡研究

摘 要：在面對(duì)突發(fā)的爆胎事件時(shí)，車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡控制成為保障行車安全的關(guān)鍵。考慮到駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)能力和意圖對(duì)車輛動(dòng)態(tài)有著直接影響，文章聚焦于駕駛員意圖的爆胎車輛運(yùn)動(dòng)軌跡分析，基于車輛模型對(duì)爆胎車輪參數(shù)修正，結(jié)合駕駛員反打方向的意圖，通過(guò)carsim進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，研究在不同轉(zhuǎn)向情況下車輛橫擺角速度的變化趨勢(shì)，為后期爆胎穩(wěn)定性控制做前沿研究。

關(guān)鍵詞：爆胎 仿真模型 橫擺角速度 穩(wěn)定性控制

0 引言

在現(xiàn)代交通系統(tǒng)中，車輛爆胎是一種常見(jiàn)的意外事件，它不僅對(duì)駕駛員的安全構(gòu)成威脅，還可能給其他道路用戶帶來(lái)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。駕駛員意圖是影響車輛運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)車輛爆胎時(shí)，駕駛員的反應(yīng)和決策將直接影響車輛的動(dòng)力系統(tǒng)和行駛方向。爆胎后的車輛運(yùn)動(dòng)軌跡通常取決于駕駛員采取的控制措施，例如使用制動(dòng)或轉(zhuǎn)向等操作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，當(dāng)車輛爆胎后，駕駛員最有可能向爆胎輪的另一側(cè)急打轉(zhuǎn)向。因此，研究駕駛員在爆胎事件中的意圖對(duì)于預(yù)測(cè)和控制車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡至關(guān)重要。

本文主要通過(guò)carsim進(jìn)行建模并仿真分析，探討駕駛員意圖對(duì)爆胎車輛運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，并提出基于駕駛員意圖的安全措施。

1 爆胎模型

1.1 車輛模型

本文對(duì)車輛參數(shù)的設(shè)置情況如表1：

其在carsim模型內(nèi)設(shè)置如圖1：

1.2 輪胎模型

本文對(duì)內(nèi)置的四條輪胎均設(shè)置為235/55 R18。車輛發(fā)生爆胎后，爆胎輪胎的力學(xué)特性會(huì)發(fā)生很大的變化，產(chǎn)生變化的參數(shù)見(jiàn)表2，具體變化情況如表2所示：

2 實(shí)驗(yàn)條件

2.1 爆胎條件設(shè)置

對(duì)于爆胎觸發(fā)的設(shè)置，筆者采用的是carsim軟件中的Event事件。主要設(shè)置如下：事件1定義為正常運(yùn)動(dòng)情況，車速設(shè)置的梯度為60—120km/h，每20km/h間隔。道路設(shè)置為直道。事件2定義為當(dāng)時(shí)間t≥2時(shí)，左前輪切換為爆胎輪胎模型，來(lái)模擬爆胎工況。同時(shí)在第2.4s時(shí)，給方向盤(pán)增加一個(gè)右轉(zhuǎn)向角度，角度設(shè)置為35°及65°，來(lái)模擬駕駛員經(jīng)過(guò)400ms的反應(yīng)時(shí)間后，反打方向。筆者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)以及仿真分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向35°及65°為一臨界值。因此筆者在對(duì)轉(zhuǎn)向角度的設(shè)定上，采取的是上述的兩個(gè)角度。結(jié)束事件定義為當(dāng)t≥8，車輛運(yùn)動(dòng)結(jié)束。

2.2 輸出參數(shù)設(shè)置

車輛爆胎后，會(huì)急劇產(chǎn)生橫擺行為。為了更好的分析爆胎后的車輛運(yùn)動(dòng)情況，需要對(duì)后處理輸出參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。用于表征車輛爆胎后不穩(wěn)定因素的參數(shù)主要體現(xiàn)在車輛的橫擺角速度。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

設(shè)置好參數(shù)之后，車輛爆胎后不加轉(zhuǎn)向時(shí)行駛情況如圖2所示：

加轉(zhuǎn)向時(shí)的形式軌跡情況：

箭頭指向表示為車輛行駛軌跡。車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)向角度的大小而有差異。

3.1 右轉(zhuǎn)35°實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由于筆者最初設(shè)定的是左前輪爆胎，當(dāng)左前輪爆胎時(shí)，車輛會(huì)往左側(cè)偏移。這是因?yàn)檐囕v的左前輪通常用于轉(zhuǎn)向，因此當(dāng)左前輪爆胎時(shí)，失去了有效的轉(zhuǎn)向支撐，導(dǎo)致車輛往左側(cè)偏移。當(dāng)駕駛員經(jīng)過(guò)400ms的反應(yīng)時(shí)間后，會(huì)向右急打方向。第一類仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置的角度為35°。

爆胎后車輛的橫擺角速度變化如下表3所示：

根據(jù)圖示信息，可以發(fā)現(xiàn)，在左前輪爆胎工況下，不同速度下右轉(zhuǎn)方向時(shí)，其橫擺角速度的變化趨勢(shì)是一致的。區(qū)別有以下幾點(diǎn)：

1、待車輛行駛穩(wěn)定后，車輛的橫擺角速度穩(wěn)定值有差異，差異的來(lái)源主要為車速。

2、車輛在爆胎加轉(zhuǎn)向工況下的橫擺角速度超調(diào)量不同，超調(diào)量會(huì)根據(jù)車輛的升高而增大。圖示關(guān)鍵數(shù)值如表4。

其超調(diào)量分別為3.95%、10.86%、22.27%、29.94%。

3.2 右轉(zhuǎn)65°實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)右轉(zhuǎn)35°的實(shí)驗(yàn)步驟同理進(jìn)行右轉(zhuǎn)65°的仿真實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表5所示：

根據(jù)圖示信息，可以發(fā)現(xiàn)如上述同樣的結(jié)論，在左前輪爆胎工況下，不同速度下右轉(zhuǎn)方向時(shí)，其橫擺角速度的變化趨勢(shì)是一致的。區(qū)別有以下幾點(diǎn)：

1、待車輛行駛穩(wěn)定后，車輛的橫擺角速度穩(wěn)定值有差異，差異的來(lái)源主要為車速與轉(zhuǎn)角大小。

2、車輛在爆胎加轉(zhuǎn)向工況下的橫擺角速度超調(diào)量不同，超調(diào)量會(huì)根據(jù)車輛的升高而增大。同樣的，圖示關(guān)鍵數(shù)值如表6。

其超調(diào)量分別為7.67%、9.33%、35.40%、57.12%。

根據(jù)超調(diào)量結(jié)果而言，總體上右轉(zhuǎn)65°比右轉(zhuǎn)35°的超調(diào)量更大。根據(jù)工程開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)分析，由于角度的差異，角度越大，車身橫擺姿態(tài)變化越明顯，主觀上的不適感越強(qiáng)烈。

4 結(jié)論

考慮爆胎工況的復(fù)雜性與危險(xiǎn)性，本文根據(jù)左前輪爆胎過(guò)程中車輛的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合駕駛員意圖的行為，在爆胎后，對(duì)車輛方向盤(pán)增加一個(gè)轉(zhuǎn)角，研究此時(shí)車輛的行駛軌跡及橫擺角速度及其超調(diào)量的變化情況。通過(guò)carsim仿真發(fā)現(xiàn)，車輛爆胎后駕駛員反打反向時(shí)，其橫擺角速度變化快，而且超調(diào)量也會(huì)隨著車速的增加和增大，會(huì)嚴(yán)重影響駕乘安全性及乘坐舒適性。

本文的研究是基于carsim車輛模型為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行的仿真分析。由于爆胎工況的危險(xiǎn)性，實(shí)車試驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，因此本文的研究結(jié)論僅限于仿真分析領(lǐng)域，但通過(guò)車輛的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，可以為后續(xù)爆胎穩(wěn)定性控制研究提供一定的參考。

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