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原文传递侧风作用下山区高速公路桥隧连接段行车风险仿真分析

论文题名：	侧风作用下山区高速公路桥隧连接段行车风险仿真分析
关键词：	高速公路;桥隧连接段;行车风险;侧风作用
摘要：	由于山区复杂地形的限制，山区高速公路多采用桥梁与隧道结合的形式建设。而山区天气较为多变，桥隧路段常受到侧风等不良天气影响，极易引发交通事故。车辆正常行驶于山区高速公路桥隧连接段时，侧风会影响车辆的行驶稳定性。侧风作为引发车辆交通事故的一种因素，虽然在所有引发交通事故的因素中事故量占比不是很大，约占总事故的0.02%，但往往一旦发生就会造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，同时也会影响事故现场的交通状态。因此，为有效降低山区高速公路的交通事故发生率，侧风对山区高速公路桥隧连接段车辆行车安全的影响有待迫切研究。　　为探究山区高速公路桥隧连接段侧风对行车安全的影响，本文基于车辆气动学基本理论，利用Carsim8.02车辆动力学仿真软件，针对不同风速、风向、车型、车速、路面摩擦系数的工况组合变化进行分析，选取临界危险界限值为行车安全评价指标，对各组合工况车辆行车安全进行评价。本文研究思想、方法及主要研究成果如下：　　1）利用风的现场实测数据（内蒙古自治区内蒙古路桥经乌高速项目三分部路段2020年8月28日-2020年8月30日监测数据和中国气象数据网赤峰地区2017年1月-2020年12月监测数据）进行分析，探究了风在日周期和年周期的变化规律，发现观测期内风向统计结果显示平均风场各观测点主导风向明显，以西北风和南东南风为主(WNW－NW、S－SSE)，赤峰地区大风期主要集中在春季和秋季，且2017-2020年每年每月的最大风速均超过了6级（10.8m/s），一年内每日最大风速的数值呈正态分布。　　2）提出了一种车辆动力学仿真软件的现场校验方法，主要包括校验方法的设计、现场校验场地的选取及设备的介绍、现场数据的收集与处理、仿真软件的模型建立与输出以及现场测试与仿真结果的对比。同时对常用的车辆动力学仿真软件进行汇总并选取Carsim8.02作为校验用仿真软件，以MD、RMSE为评价指标，对现场与仿真试验输出数据进行对比及相关性分析，数据表明Carsim现场与仿真试验数据整体拟合度较好。　　3）基于Carsim8.02车辆动力学仿真软件，建立了基于多种因素的侧风模型、车辆模型以及道路模型，包括不同风向角、风级、不同车型、车速以及不同道路状况等级的设定。并提出侧偏危险界限值作为行车安全评价指标，基于车辆的行驶轨迹建立侧偏危险界限值的计算公式并给出算例。同时列举了仿真工况的组合形式，采用侧偏安全距离与安全反应时间作为输出指标，建立相应的计算公式并给出算例。　　4）从道路设计角度出发，结合Carsim8.02仿真的侧偏安全距离结果，分析风向角、风级、车型、车速、道路状况等级对侧偏安全距离的影响，并对各工况结果进行回归分析，分别建立侧风作用下小汽车和SUV行车安全距离模型，可以对受侧风作用的直线形桥隧连接段在道路设计时长度设计给出有效的建议，为侧风作用下道路设计研究提供依据。　　5）从车辆控制角度出发，结合Carsim8.02仿真的安全反应时间结果，分析风向角、风级、车型、车速、道路状况等级对安全反应时间的影响，并对各工况结果进行线性回归分析，分别建立侧风作用下小汽车、SUV行车安全反应时间模型，为今后车辆控制系统研发提供依据。　　为分析侧风作用下山区高速公路桥隧连接段车辆的行车风险，本文提出了动力学仿真软件的现场实验校验方法，利用Carsim8.02建立仿真模型，研究了车辆在侧风作用下车辆模型、车速、道路、风速等因素对车辆安全反应时间和安全反应距离的影响，提出了车辆安全反应时间和安全反应距离模型，为今后侧风作用下的车辆行车安全、道路设计和车辆控制及无人驾驶的分析与研究提供基础理论与数据参考。
作者：	李淑琪
专业：	交通运输工程
导师：	惠冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2021