人-车-路-环境风耦合作用下公路交通事故的形成机理研究

为探索解决复杂恶劣条件下公路行车事故如何形成的难题，将环境风与人-车-路系统结合起来进行多领域联合建模与虚拟实验研究，为该领域研究引入了新的系统化方法。基于这种思路，本申请项目的主要研究内容有：公路环境风荷载的数值模拟；风-车作用时环境风荷载的加载处理；反映公路线形和湿滑条件的路面模型与驾驶员控制模型构建；人-车-路-环境风耦合系统的适度解耦；动力学、控制、风等多领域的联合建模；以及风荷载、公路线形、路面条件、车速和驾驶行为等的变化对行车安全的影响规律。.项目的研究及应用，将逐渐形成一套完整的、易于实施的公路行车安全虚拟试验方法，为复杂、恶劣环境下的行车安全研究提供低成本、可重复、可视化、环境参数易修改的研究手段，为提高公路线形安全设计、交通事故形成机理分析以及完善道路安保工程提供方法支持；有利于把握公路设计和使用环境对行车安全的影响规律，减少公路行车事故，提高公路运输经济和社会效益。

利用多体动力学仿真软件ADAMS/Car，建立了车辆的动力学模型；并联合EICAD实现了道路设计方案的三维建模，通过改变道路模型的路面摩擦系数，研究车辆在恶劣天气路面条件下的行驶行为；基于MATLAB/Simulink并综合驾驶员的生理、心理特性和疲劳程度等驾驶特性构建驾驶员控制模型。利用CFD软件FLUENT构建了高速公路高架路段和山谷路段的环境风模型，研究了孤立山体、孤立山谷和多山谷组成的典型地形周围的环境风分布规律，通过采集大量实车数据，经三次样条插值建立了一定车速下风压中心位置以及稳态和随机侧向风作用力大小随时间变化的连续曲线模型，完成了环境风对车辆作用的加载处理；在此基础上，建立了基于MATLAB/Simulink和ADAMS联合仿真的人-车-路-环境风闭环系统，通过不同车速下的双移线和蛇形线的闭环仿真试验验证了该系统的有效性。. 对不同类型驾驶员在弯道上的行车安全以及不同疲劳程度的驾驶员在恶劣天气下的行车安全进行正交试验设计，选取江苏省某省道设计方案的部分路段为试验路段开展虚拟行车仿真试验，试验数据的极差和方差分析结果显示：驾驶员疲劳程度对行车安全状况影响显著；路面摩擦系数对于行车安全有明显影响；在雨天与冰雪等恶劣天气下行驶时车速是影响行车安全的决定性因素。通过侧风影响下车辆侧翻倾向性虚拟试验分析了轿车和大客车两种车型在不同车速和风速条件下的侧向加速度和方向盘转角，给出了各条件组合下车辆侧向加速度的峰值，并通过双因素方差分析揭示了风速和车速对两种车型侧翻的影响。. 基于对公路线性导致交通事故的分析，选取并构造了轨道跟踪误差、转向任务间隔、方向盘峰值转速、侧向加速度、垂直荷载和路段通行极限车速为道路线形安全性评价指标，完成了对“龙泉至浦城（浙闽界）高速公路”以及“浙江省31省道绍大线北延工程”项目的虚拟行车试验，根据沿路线上的汽车动力学以及运动学响应，评价初步设计、优化设计和施工设计方案的速度协调性，道路侧滑、侧翻的可能性，行车舒适性和操纵轻便性，综合判断选择最优设计方案并给出相应修改建议。. 项目相关成果包括发表SCI收录论文12篇，EI收录论文22篇，国家发明专利授权4项，待出版专著1本，5人次参加国家学术会议3个；培养博士研究生3名，其中已经毕业2名，1名在读，培养硕士研究生7名，其中已经毕业6名，1名在读。