一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路安全分析方法，其方法是把道路視作可視化的動(dòng)力學(xué)模塊，通過車輛動(dòng)力學(xué)仿真響應(yīng)特征，對(duì)道路設(shè)計(jì)方案的安全性進(jìn)行分析和優(yōu)化，包括如下步驟：（1）依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)理論及關(guān)鍵控制參數(shù)，應(yīng)用ADAMS對(duì)車輛模塊建模；（2）利用分段埃爾米特插值對(duì)道路模型進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化和分析，創(chuàng)建能夠反映路面特征譜的3D道路模型；（3）通過MATLAB和智能模糊PID算法，創(chuàng)建和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件；（4）構(gòu)建基于“模糊控制-車輛模塊-3D道路”多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的可視化仿真平臺(tái)，分析道路設(shè)計(jì)存在的潛在危險(xiǎn)缺陷。本發(fā)明方法可以為路面條件和道路線形提供設(shè)計(jì)依據(jù)，并對(duì)道路和交通的安全分析具有重要指導(dǎo)意義。
【專利說明】一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，屬于道路線形設(shè)計(jì)分析和交通安全研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]道路設(shè)計(jì)缺陷在道路建成投入運(yùn)營(yíng)后極可能體現(xiàn)為事故多發(fā)點(diǎn)，因此，需盡可能在設(shè)計(jì)階段檢查出道路幾何線形以及路面條件存在的安全問題。目前，交通事故多發(fā)路段的識(shí)別方法大多數(shù)依賴于道路運(yùn)營(yíng)后發(fā)生的交通事故數(shù)據(jù)及其相關(guān)的因素作為研究依據(jù)，對(duì)事故數(shù)據(jù)從不同角度的分析，采用不同的數(shù)據(jù)算法，開展對(duì)道路線形和路面條件進(jìn)行安全性分析和潛在危險(xiǎn)點(diǎn)的預(yù)測(cè)。為了降低道路線形在設(shè)計(jì)階段存在的潛在危險(xiǎn)因素，本發(fā)明將致力于通過一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，降低道路線形設(shè)計(jì)階段的潛在危險(xiǎn)路段和安全隱患。
[0003]本方法是把道路視作可視化及其參數(shù)易修改的動(dòng)力學(xué)三維模塊，利用分段埃爾米特插值對(duì)道路模型進(jìn)行數(shù)值分析和優(yōu)化，結(jié)合路面條件和道路線形，創(chuàng)建能夠反映路面特征譜的3D道路模型；其次，通過MATLAB和智能模糊PID算法，創(chuàng)建和優(yōu)化控制車輛運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件；最后，構(gòu)建基于“模糊控制一車輛模塊一3D道路”多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的可視化仿真平臺(tái)，通過車一路耦合的動(dòng)力學(xué)特征，即車輛縱向加速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角、側(cè)滑角、俯仰角、橫擺角、橫擺角速度、橫擺角加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向齒條行程作為動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征，參照路面條件和道路設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性和安全性，分析道路設(shè)計(jì)存在的潛在安全危險(xiǎn)路段。本發(fā)明方法可以為路面條件和道路線形提供安全設(shè)計(jì)依據(jù)，并對(duì)道路和交通的安全分析具有重要指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有道路線形安全分析的不足，提供一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，該方法可以較好的在設(shè)計(jì)階段檢查出道路幾何線形以及路面條件存在的一些安全缺陷問題，具有較好的實(shí)時(shí)性和檢測(cè)效率。
[0005]本發(fā)明提供一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，首先，依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)理論分析和關(guān)鍵控制參數(shù)，應(yīng)用ADAMS對(duì)車輛模塊建模；其次，利用分段埃爾米特插值對(duì)道路模型進(jìn)行數(shù)值分析和優(yōu)化，結(jié)合路面條件和道路線形，創(chuàng)建能夠反映路面特征譜的3D道路模型；第三，通過MATLAB和智能模糊PID算法，創(chuàng)建和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件；最后，構(gòu)建基于“模糊控制一車輛模塊一3D道路”多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的可視化仿真平臺(tái)，通過車一路耦合的動(dòng)力學(xué)特征，即車輛縱向加速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角、側(cè)滑角、俯仰角、橫擺角、橫擺角速度、橫擺角加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向齒條行程作為動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征，參照路面條件和道路設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性和安全性，分析道路設(shè)計(jì)存在的潛在危險(xiǎn)路段。
[0006]本發(fā)明方法具體包括如下步驟:[0007](I)依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)理論分析和關(guān)鍵控制參數(shù)，應(yīng)用ADAMS對(duì)車輛模塊建模，具體包括如下步驟:
[0008](1-1)利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)車輛控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和輪胎系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值迭代非線性分析，得出關(guān)鍵設(shè)計(jì)和控制參數(shù)；
[0009](1-2)依據(jù)分析的關(guān)鍵設(shè)計(jì)和控制參數(shù)，通過ADAMS軟件，創(chuàng)建和裝配車輛模塊；
[0010](2)創(chuàng)建能夠反映路面特征譜的3D道路模型，具體包括如下步驟:
[0011](2-1)利用分段埃爾米特插值對(duì)道路線形進(jìn)行數(shù)值分析和優(yōu)化；
[0012]道路邊界長(zhǎng)度的分段埃爾米特插值函數(shù)S(X)的表達(dá)式為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，其特征在于包括如下步驟: (O依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)理論分析和關(guān)鍵控制參數(shù)，應(yīng)用ADAMS對(duì)車輛模塊建模； (2)創(chuàng)建能夠反映路面特征譜的3D道路模型，具體包括以下步驟: (2-1)利用分段埃爾米特插值對(duì)道路線形設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)值分析和優(yōu)化； (2-2)依據(jù)分析和優(yōu)化的插值間距，應(yīng)用緯地道路HintCAD輸出道路線形的三維空間逐樁坐標(biāo)表和超高值； (2-3)應(yīng)用逐樁坐標(biāo)表、超高值、路面條件和道路幾何要素，創(chuàng)建反映路面特征譜的3D道路模型； (3)通過MATLAB和智能模糊PID算法，創(chuàng)建和優(yōu)化車輛驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件，具體包括以下步驟: (3-1)基于道路試驗(yàn)條件和MATLAB，確定和創(chuàng)建T-S模糊控制器的輸入-輸出數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)辨識(shí)及參數(shù)辨識(shí)； (3-2)為強(qiáng)化模糊控制在平衡點(diǎn)附近的穩(wěn)態(tài)控制精度，將T-S模糊控制器和PID控制器相結(jié)合，對(duì)控制算法進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)建車輛驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件； (4)構(gòu)建基于“模糊控制-車輛模塊-3D道路”多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的可視化仿真平臺(tái)，通過MATLAB/T-S模糊PID對(duì)ADAMS中多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，依據(jù)車輛在道路上運(yùn)行時(shí)反饋的動(dòng)力學(xué)特征，即車輛縱向加速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角、側(cè)滑角、俯仰角、橫擺角、橫擺角速度、橫擺角加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向齒條行程作為動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征，分析路面條件和道路線形設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性和安全性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，其特征是步驟(I)包括以下步驟: (1-1)利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和輪胎系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值迭代非線性分析，得出關(guān)鍵控制參數(shù)和建模參數(shù)； (1-2)依據(jù)分析的關(guān)鍵控制參數(shù)和建模參數(shù)，通過ADAMS軟件，創(chuàng)建和裝配車輛模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，其特征是步驟(2)中各步驟具體為: (2-1)道路線形邊界長(zhǎng)度的分段埃爾米特插值函數(shù)S(X)的表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，其特征是步驟(3)中各步驟具體為:(3-1)依據(jù)道路線形幾何特征和路面條件，創(chuàng)建車輛在道路上行駛時(shí)間差值與速度之間輸入和輸出的T-S模糊算法和結(jié)構(gòu)辨識(shí)及參數(shù)辨識(shí)，采用一階T-S模糊推理算法，其表達(dá)是為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路線形安全分析方法，其特征是步驟(4)包括以下步驟: 通過ADAMS和MATLAB，構(gòu)建基于“模糊控制-車輛模塊_3D道路”多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的可視化仿真平臺(tái)；通過MATLAB/T-S模糊PID算法，對(duì)ADAMS中多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真控制和系統(tǒng)分析，分析和判斷路面條件和道路線形設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性和安全性。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103793570SQ201410045593
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月8日
【發(fā)明者】何杰, 李培慶, 吳德華, 翁輝, 陳志偉 申請(qǐng)人:東南大學(xué)