车辆行驶

车辆行驶（精选10篇）

车辆行驶 篇1

1 引言

在城市化进程不断加快,车辆剧增的今天,为控制车辆在市区的行驶速度,有必要在城市主要人口密集路段,尤其是学校、广场等人车流量较大的路段和路口附近设置减速带[1,2,3]。减速带可以迫使高速行驶的车辆减速,保护行人安全,以减少交通悲剧的发生。当前,国内多数城市的市区道路,甚至有不少乡村公路都设置了减速带。这里以一辆驶过某路段减速带的采用被动悬架的车辆为研究对象,对该车辆的振动状况进行仿真研究,仿真结果形象直观的反映了减速带对行驶车辆的影响。

2 车辆振动模型

当车辆通过减速带时,首先对车轮造成冲击,驾驶员在驾驶室内,感受的是车身的振动。车轮与车身通过悬架相连,悬架是一套较为复杂的系统。其性能不但影响汽车的乘坐舒适性,还对车辆的通过性、稳定性以及附着性能产生重大影响。每一个悬架都由起缓冲作用的弹性元件、起传力和稳定作用的导向机构以及减震器组成[4]。

由于本文主要研究的是车辆振动与道路不平度、车速之间的关系,因此采用车身与车轮双质量振动模型进行分析。汽车悬架的双质量振动模型示意图如图1。其运动方程[5]为:

其中:m1为非簧载即车轮质量;m2为簧载即车身质量;K为悬架刚度;Kt为车轮刚度;C为减振器阻尼系数;z1为车轮偏离其平衡位置的距离,表示车轮垂向速度,表示加速度;z2为车身偏离其平衡位置的距离,表示车身垂向速度,表示加速度;q为路面不平度,这里体现了减振带的特性。

根据车辆振动运动方程(1),建立其状态空间方程。令:

3 减速带描述

当前道路上设置的减速带形式较为多样,而城市市区道路上的减速带主要是针对轿车设置的,多为间隔带状减速带。以某市世纪广场附近一减速带为例,该减速带为五条间隔0.02m,宽0.04m,高0.01m的带状凸起。当车辆行驶到这些凸起时,车轮会受到冲击,造成车轮及车身颠簸振动。而减速带对车轮的冲击状况会随车速的变化而变化,即减速带模型是一与车速有关的函数。假设车辆行驶速度为V,则单束减速带模型为:

当车辆通过减速带时,减速带会对车辆的悬架系统造成冲击,如果冲击过大超过悬架的承受范围,会造成车轮定位的改变,进而使车辆在行驶过程中表现出一些跑偏、油耗增加等不良现象[8]。

4 仿真与结论

运用Matlab[6]仿真软件,当车速为10m/s时,结合式(3)给出的车辆振动模型和式(4)给出的减速带模型,对车辆行驶在该单束减速带时的车轮和车身振动情况进行仿真,仿真结果如图2所示。仿真参数[5]为:m1=24kg、m2=240kg、K=9475N/m、Kt=85270N/m、C=754N·s/m。

从仿真结果中可以看出,当车辆在减速带行驶时,车轮和车身会产生明显振动,振幅迅速增加;车辆驶过减速带后车轮振动会在0.4s内消失,但车身仍会振动3s左右。驾驶员在车身内会感到异常颠簸,迫使车辆减速。充分体现了设置道路减速带的作用。

参考文献

[1]杨英武,韩舟轮等.车辆通过减速带引起的振动分析[J].振动工程学报,2007-5:502-506.

[2]庄表中,孔祥韶.车辆通过路面上的减速带时会引起周边环境振动[J].振动与冲击,2007-9:165.

[3]任玉晓.基于ADAMS/CAR的汽车通过减速带时的平顺性及行驶安全性研究[D].西安,长安大学硕士学位论文,2009.

[4]电石.过减速带你准备好了吗[J].当代汽车,2007-1:81.

[5]孙任云,付百学.汽车电器与电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

[6]赵文峰.MATLAB控制系统设计与仿真[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.

车辆行驶 篇2

为进一步加强公司车辆管理工作，理顺用车秩序，更好地提高车辆使用效率，降低费用，减少开支，根据“安全、便捷、降耗、增效”的原则，结合公司实际情况和以往经验，特制定本规定。

一、交通安全方面

1、认真贯彻执行“安全第一”的方针，部门主要负责人对本部门驾驶人及车辆交通安全负领导责任，坚决杜绝本部门人员发生重特大交通事故和人身伤亡事故。

2、所有驾驶人应严格遵守交通法规和有关规章制度，礼貌行车，谨慎驾驶，严禁酒后驾车和无证驾驶，杜绝行车责任事故。

3、部门主要负责人要协助车管部门宣传交通安全知识，及时向车管人反馈所管辖范围驾驶人、机动车的相关信息。

4、所有驾驶人应按时参加公司组织的各种安全学习、年审等活动，因工不能按时参加者由部门负责人报分管领导同意，否则按公司有关规定处罚。

5、服从命令听从指挥，积极完成任务，不违章，对于危及行车安全的违章指挥，应讲明道理坚决杜绝。

6、专职驾驶员继续实行“红旗车”驾驶员安全行驶奖励规定。

二、驾驶员管理

1、公司职工考领驾驶证后，应立即到公司车管负责人处登记备案。驾驶证更换或增驾后应及时重新登记。

2、严格执行公司准驾许可制度，未取得准驾资格不得驾驶公司车辆。

3、积极学习车辆知识，熟悉所驾车辆的技术性能和技术状况，不断提高驾驶技术，努力降低消耗，确保行车安全，提高工作效率。

4、爱护车辆，保证设备完好和随车手续、工具灭火器齐全有效。认真执行出车前、行车中、收车后的“三检查”制度，发现问题及时报告和处理。经常保持车辆整洁和技术状况良好。（“三检查”制度见附件一）

5、严格遵守劳动纪律，未经领导批准，不准自行选择和改变行车路线，更不准绕路办私事、出私车、谋私利。

6、严格执行值班制度，所有定车驾驶员（含兼职驾驶员）均需按规定参加值班。值班时交接及时、清楚，按时值班。

7、未经公司领导同意，不得驾驶他人驾驶的车辆，也不准私自将自己所驾车辆交给他人驾驶。

8、提高服务意识，讲求服务质量，尽心尽力让用车单位满意，爱护客、货，不发生货差、货损和货物丢失等事故。

9、发生交通事故，必须首先抢救伤员并向交警报案。同时尽快报告部门领导和车管负责人共同予以妥善处理，严禁私自处理，更不得肇事逃逸。

10、公司及各部室所属车辆，必须责任到人，实行专责人制度，专责人要对指定车辆的技术状况和技术性能及维护修理等负责，保持车辆性能良好。

11、专责人对指定车辆的保养、审验、各种费用的交纳、交管部门的处罚负责。

12、专责人必须按期将需要审验的车辆交汽修中心按审验要求作好审验，未按时审验及造成的一切损失由专责人负责。

13、专责人因病或工作调动、退休等不能驾驶负责车辆的，所在部门负责人应及时通知车管负责人办理交接手续，如因专责人或部门负责人未及时办理交接手续的，期间发生的责任纠纷由专责人或部门负责人负责。

三、机动车辆管理

1、车管负责人必须对公司所有车辆建立技术档案，对车辆的行驶里程、维护、修理、换件等

进行登记，所有车辆所在部室必须服从车管负责人的管理。

2、公司所有车辆上路，必须牌证齐全、有效。专责人应每季度末到汽修中心对负责车辆进行一次技术检验并有检测人签字，不合格的必须进行维修，否则不准上路行驶，公司也不下拨下一季度的车辆所需经费。对不按规定检测且告知无效者，车管负责人将收回其所驾车辆，待检修完毕后方准行驶。

3、公司属车辆的正常保养、维修必须到公司汽修中心进行，需要在外维修须请示车管负责人同意，并将结算单据交车管负责人存档。新购车辆尚在保修期内的可到维修站保养维护，保养维护后必须将结算单据交车管负责人存档。专责人须严格按车辆保养周期保养，保养后由汽修中心登记并在随车保养记录上签字方为一次有效保养，车管人不定时对保养状况进行抽查，未及时进行车辆保养、维修的或两次（含两次）以上未及时参加公司组织的季度检测，大修费用自理。

4、公司车辆使用范围，一般只在指定部室使用，未经公司领导同意不得自行调换。车辆未经公司领导许可不得外借，外借时须由本公司该车驾驶员驾驶，不得单借车辆。

5、严格车辆派出手续，所有车辆均应建立派车、行驶记录，车辆驶离龙南或遇节假日需外出办公时，必须向分管领导报告事由，经分管领导批准后方可行驶，公司领导结合查岗制度对执行情况进行抽查，公安科、办公室对日常执行情况进行检查。

6、公司车辆的购进、卖出、报废的相关手续，由车管负责人统一办理，凡卖出的车辆必须当时过户转走。

7、公司车辆实行燃油定量消耗制度，各部室应根据标准进行考核，做到节奖超罚。

8、公司所有车辆（含私家车）进出厂区必须减速行驶，在厂区必须按规定位置停放，不得妨碍交通。所有公车驾驶员不准开车回家过夜，也不准在公司大院以外的地方过夜（因工出差应有分管领导批示并及时向公安科报告）。（具体规定见附件二）

9、公司所有车辆的维修必须到公司汽修中心实施。汽修中心应确保维修质量，并按照市场收费标准收费。各部室的车辆维修工时单及更换配件明细表，应送交车管负责人登记，以便车管负责人掌握车辆技术状况。

10、所有车辆必须按规定及时进行一、二级维护，以确保车辆完好率达到95%以上。车辆大修、事故修理、更换轮胎、电瓶等200元以上的部件总成，须经车管负责人检验同意，否则，不准更换。

11、车辆维修出厂时，驾驶员应认真检验，确认维修质量合格方准接车出厂、结算。否则应予返修。

12、任何私车不准以供电公司户籍申领牌、证。公司职工购买车辆、申领牌证后，可到车管负责人处进行登记备案，以便协助办理车辆年审等事宜。车辆转卖后应过户并通知车管负责人注销登记。

13、吊车、叉车等特种车辆操作人必须经过专门培训，持证上岗，操作时必须严格遵守起重操作规程，防止损坏设备和发生伤人事故。

14、任何人不准驾驶公车办私事，也不准驾驶私家车办公事，否则出现任何触及法律、法规等问题后果自负。

四、处罚管理

1、凡发生下列情况之一的，对责任人处以1000元罚款。

（1）未经领导同意，私自将车辆外借的。

（2）未经领导同意驾驶他人车辆或私自将车辆交给未经准驾许可的人驾驶。

（3）违章指挥，危及行车安全或造成吊装事故的。

（4）驾车肇事，不向领导报告的。

（5）驾车肇事，负主要责任的。

（6）公司车辆卖出不报告、不过户的。

2、凡发生下列情况之一的，对责任人处以800元罚款。

（1）不按规定检查、保养、维护车辆或盲目蛮干、违章操作，造成车辆不正常损坏的。

（2）不按规定进行车辆季度检测、保养，没有保养记录本的。

（3）未经领导同意，私自进行经营活动的。

（4）私车申领供电公司户籍牌、证的。

（5）倒卖车辆燃油或将燃油送人、私用的。

3、凡发生下列情况之一的，对责任人处以500元罚款。

（1）未经领导同意自行改变行车路线和出私车、办私事的。

（2）未经领导同意，开车回家过夜或在公司办公区以外的地方过夜的。

（3）未经领导同意，自行维修车辆更换部件总成的。

（4）丢失车辆行驶证、附加费本、营运证、维护卡等车辆手续其中之一的。

（5）丢失随车工具、设备的。

（6）造成车载货物损坏、丢失的。

4、凡发生下列情况之一的，对责任人处以300元罚款。

（1）交接班不清楚，耽误值班或无故不值班的。

（2）车辆在厂区内不按规定位置停放、妨碍其他车辆通行的。

（3）不按规定进行车辆“三检查”制度，驾驶故障车上路，影响工作的。

（4）驾车肇事，负同等责任的。

（5）无故不参加车辆季检、年审的。

（6）驾驶与驾驶证准驾车型不相符合的车辆的。

5、对违反1-4条之规定，造成公司财产损失的包赔损失，视情节轻重酌情处理。

6、特别处罚

根据公司《管理工作规范》补充规定，严禁酒后驾车。一经发现或被举报查实，属班组长以上人员的，解聘其职务；属管理岗位人员的，调离其现工作岗位；其他人员，下岗培训六个月，下岗培训期间按公司相关规定发给生活费；属农电工、短期合同工、临时工的，一律解除劳动合同。

六、乘车人员要求

1、乘车人员要自觉遵守《道路交通安全法》的有关规定，争做文明乘客。

2、乘车时，乘客要坐稳扶好，听从驾驶员指挥系好安全带，不得将身体的任何部位伸出车外，车未停稳不准上下车，不准私自开启车门，待车停稳后先下后上，不准强行上下车。

3、赤膊者、醉酒者、无人监护的精神病患者和传染病患者以及无成年人带领的七周岁以下儿童，不准乘车

4、车厢内禁止吸烟，不准随地吐痰或向窗外乱扔杂物。

5、行车中不准与驾驶员闲谈及其他妨碍驾驶操作的行为。

6、严禁携带易燃、易爆、剧毒、放射性等危险物品或其他有碍乘客安全和健康的物品乘坐公共汽车，如汽油、酒精（乙醇）、液化气、天氖水、硫酸、鞭炮、未经包装的刀具、玻璃等以及家禽和其他暴露的腥、臭、污秽物品。

7、乘车人应注意保管随身物品，下车时及时带走避免遗漏。

8、车辆发生危急情况时，应服从驾驶员安排，及时疏散。

附件：

（一）车辆“三检查”制度

（二）供电公司院内车辆行驶及停放规定???

此规定自2009年3月1日起执行，原有关管理规定同时废止

附件一：

车辆“三检查”制度

“三检查”即出车前、行车中及收车后对车辆的检查。

检查内容：

1、检查燃油、润滑油、冷却液、动力传动液、制动液、蓄电池电解液是否充足并在规定范围内。

2、有无漏水、漏油、漏电、漏气现象。

3、车身各部位及附件紧固良好无松动现象。

4、轮胎气压是否正常。

5、制动是否可靠有效。

6、转向是否灵活，拉杆球头是否松旷。

7、灯光、喇叭、刮水器是否工作正常。

8、车辆装载是否符合规定，捆绑是否牢固。

9、发动机工作是否正常，有无异响。

10、传动装置是否工作正常，有无打滑、松旷现象。

附件二：

供电公司院内车辆行驶及停放规定

为了维护公司院内的秩序，确保交通安全畅通、生产、工作有序进行的，特作如下规定：

一、进、出公司大门及有关部室大门速度不得超过5km/小时，院内行驶速度不得超过10km/小时。

二、车辆在院内停放，应做到整齐、有序，在规定区内停放，不得妨碍其它车辆通行。

三、车辆有固定停车位置的应在固定位置停放。其它车辆不得占用固定停车位置。

四、所有车辆停放时，同一区域的车辆车头方向应一致。一般情况下，车头朝向主要活动区域或主楼，车尾朝向绿化带或围墙。

五、私家车辆按划好的车位停放。

车辆行驶 篇3

国务院发布的《公路安全保护条例》第35条规定：车辆载运不可解体物品时，如果车货总体的外廓尺寸或总质量超过公路、公路桥梁、公路隧道的限载、限高、限宽、限长等标准，并且确需在公路、公路桥梁、公路隧道行驶，从事运输的单位和个人应当向公路管理机构申请公路超限运输许可。此外，该条例第66条规定：对1年内违法超限运输超过3次的货运车辆，由道路运输管理机构吊销其车辆营运证；对1年内违法超限运输超过3次的货运车辆驾驶人，由道路运输管理机构责令其停止从事营业性运输；对1年内违法超限运输的货运车辆超过本单位货运车辆总数10%的道路运输企业，由道路运输管理机构责令其停业整顿；对违法情节严重的道路运输企业，吊销其道路运输经营许可证，并向社会公告。

根据原交通部发布的《超限运输车辆行驶公路管理规定》第3条的规定，车货总高度从地面算起以上（集装箱车货总高度从地面算起以上）以及车货总长以上均属于超限运输，应当申请办理《超限运输车辆通行证》（以下简称《通行证》），按公路管理机构核定的时间和路线通行。

按照现行国家标准，集装箱外部高度分为，和等规格，其中外部高度为的集装箱在业内被称为高箱。目前国产牵引车的鞍座高度为~，运输高箱时车货总高度大于，属于超限运输。此外，目前国产牵引车的长度为~，45英尺集装箱的外部长度为，组合后车货总长度为~，也属于超限运输。

随着国际贸易和集装箱运输的不断发展，高箱和45英尺以上集装箱所占比例越来越大。例如，2010年深圳港完成集装箱吞吐量，其中高箱占20%以上，平均每天达1.2万TEU。要求数量如此庞大的高箱办理《通行证》，在程序上难以操作。此外，国务院办公厅在《关于促进物流业健康发展政策措施的意见》中明确要求，抓紧修订完善《道路大型物件运输管理办法》和《超限运输车辆行驶公路管理规定》，规范道路交通管理和超限治理行为。为此，建议贵部尽快对《超限运输车辆行驶公路管理规定》的第3条进行修订，将集装箱车货总高度限制从放宽至，并调整集装箱牵引车的车货总长度标准，使其适应45英尺和53英尺集装箱的运输需求。

车辆行驶 篇4

关键词：履带车辆,轮式车辆,外部行驶阻力,对比分析

1 轮式汽车外部行驶阻力的形成与计算

1.1 形成机理

车辆在水平道路上行驶时, 必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当在坡道上行驶时, 还要克服自身重力沿坡道的分力, 也就是坡度阻力。当车辆加速行驶时还需要克服加速阻力。这些所有阻力的总和称为车辆的外部行驶阻力。除了滚动阻力和空气阻力, 其他阻力不是在任何行驶条件下都存在的, 其中坡度阻力和加速阻力仅在一定的行驶条件下才存在。

(1) 滚动阻力。车轮滚动时, 轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用以及相应的轮胎和支撑路面的变形。当弹性轮胎在硬路面上滚动时, 主要以轮胎变形为主。此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失。进一步分析, 便可知道这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。 (2) 空气阻力。车辆在直线行驶时受到空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力两部分。作用在汽车外表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压力阻力;摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。压力阻力又分为四部分:形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分, 主要跟车身形状有很大关系, 干扰阻力是车身表面的突起物如后视镜、门把、引水槽等引起的阻力;发动机冷却系, 车身通风等所需空气流经车体内时构成的阻力, 即为内循环阻力;诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。 (3) 坡度阻力。当车辆在坡道上行驶时, 车身自重力会沿坡道有一个分力, 这个力表现为汽车的坡度阻力。 (4) 加速阻力。车辆在加速行驶时, 需要克服其质量加速运动时的惯性力, 这个力表现为加速阻力。这里车辆自身的质量包括平移质量和旋转质量。

1.2 数学计算模型

采用经典的贝克地面力学理论, 可知压力和变形的关系为:

其中

带入上式后得到:

2 履带式车辆外部行驶阻力的形成与计算

2.1 形成机理

履带式车辆的行驶阻力通常是指从驱动轮开始的整个行走装置在机械行驶时产生的阻力。这个阻力可分为两部分:一部分是由行走机构各摩擦副中的摩擦阻力产生的 (包括驱动轮轴承中的损失摩擦) , 称为内部行驶阻力;另一部分是由车辆行驶在前方履带下土壤的垂直变形引起的, 称为外部行驶阻力。咱们这里所研究的都是外部行驶阻力, 不涉及到内部行驶阻力。

2.2 数学计算模型

履带车辆的外部行驶阻力主要是由于压实土体形成车辙而消耗能量所形成的, 基于此我们可以采用功能转换法来计算外部行驶阻力。当履带车辆前进距离为L时, 车辆压实土体消耗的功P为:

在此也采用经典的贝克地面力学理论来计算, 即:

则有:

3 对比分析

3.1 形成机理的对比

由上面的叙述我们不难看出, 轮式车辆的外部行驶阻力主要是由车轮跟地面接触导致车轮变形或者是地面变形亦或者是两者都变形后引起的功的损失, 这种损失可以看做是外部阻力所做的功。另外, 轮式车辆的外部行驶阻力跟车速还有比较大的关系, 当车速比较高的时候, 空气阻力的大小跟车速是成平方的关系, 车速高自然空气阻力会大幅度增加, 这也是外部行驶阻力的一部分, 在车速较高时不能忽略。

而履带车辆的外部行驶阻力取决于车辆的参数和土体的物理机械性能。在此, 土的物理机械性能对履带车辆的外部行驶阻力有着更大的影响。对于经常在越野条件下及松软的地面行驶的工程机械和坦克而言, 研究土体受压是的车辆沉陷程度在这就显得尤为重要了。

综上, 我们不难看出, 轮式车辆和履带车辆的外部行驶阻力在形成机理上还是有一定的差别的。轮式车辆主要与轮胎特性和自身车身结构有较大关系, 而履带车辆除了与履带板结构有关外, 而更多的则是和地面本身的物理机械性质又较大关系。

3.2 对比分析

在相同的地面条件下, 一样的载荷作用下, 对比分析轮式车辆和履带车辆的外部行驶阻力。运用MATLAB编写程序, 实现仿真分析。由上可知, 轮式车辆的外部行驶阻力计算公式为:

履带式车辆的外部行驶阻力计算公式为:

由图1可以看出, 在相同的载荷和一样的地面条件下, 轮式车辆的外部行驶阻力要比履带式车辆的外部行驶阻力大得多, 而且它们俩都随着载荷的增大而增大。

通过上面我们可以看出, 在相同的外部条件下, 轮式车辆的外部行驶阻力要比履带式的大得多, 如果想要这两类车辆的外部行驶阻力一样的话, 那么就得增加轮式车辆轮胎的直径, 根据理论, 轮胎直径越大, 外部行驶阻力就越小, 但是由于实际的限制, 轮胎的直径不可能无限的大。这也给我们提供了一个依据, 在实际允许的情况下, 对于工程车辆来说, 轮胎的直径是越大越好, 这也映证了我们在实际生活中看到的工程车辆的轮胎一般都比较大的现象。不可否认, 轮胎的外部行驶阻力要比履带的大, 但是轮式车辆的机动性能却远远超过了履带式车辆的机动性能, 它们俩各有自己的优缺点。通过这个研究, 我们在做选择的时候就可以根据这个理论选出更加合理, 更加符合自己要求的工程机械。这将大大减少我们工程机械的使用成本。

参考文献

[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]杨士敏, 傅香如.工程机械地面力学与作业理论[J].北京:人民交通出版社, 2010.

[3]吴大林, 马吉胜, 王兴贵等.履带车辆地面力学仿真研究[J].计算机仿真, 2004.

车辆涉水的行驶技巧 篇5

1. 汽车在水中熄火，切不可立即启动

而应尽快采取措施把汽车拖到积水少的安全地点，发动机进水是非常严重的问题，水可以通过空气滤芯从进气门进入，再由进气管进入缸体。此时千万不要再尝试启动发动机，否则极可能造成发动机曲轴、连杆等重要部件变形，造成汽车发动机抖动，严重的可以折断部件。在水中熄火很可能导致发动机进水，熄火后只能挂空挡拖车进修理厂清理。

2. 汽车行驶途中，遇到积水路面

首先，应该减速或停车观察。只要水位达到保险杠或轮胎的`三分之二处，再涉水行驶就有一定的危险了，

资料

速度快会增加汽车的实际过水深度，导致雨水从机舱或从底盘进入驾驶室内。应避免与大车逆向迎浪行驶。如通过观测，水位较高，应尽量绕行，勿强行通过。

3. 汽车涉水时除了要保持较低的车速外

还要尽可能不停车、不换挡，油门不回收，也不要加速。应该低挡中高油门匀速通过，而不能快速驶过溅起大浪或水花

4. 汽车涉水后，应该及时排除刹车片水分

智能车辆行驶速度监控系统 篇6

1.1 课题研究意义

在智能车辆系统中, 智能车辆的智能控制平台最能从根本上反映整个车的状况, 是驾驶员和智能车辆进行信息交流的主要渠道, 这对智能车辆整体控制有着极其重要的作用。因此本论文运用.NET平台结合C#语言编程, 建立智能车辆的速度控制平台, 实时监测电机的转动并显示车辆的速度数据, 通过实验数据收集与分析, 智能车辆控制平台功能达到设计要求。

1.2 总体设计框架

智能车辆行驶速度监控系统由智能车辆系统和地面控制站系统, 包括C#虚拟仪表模块、无线发射和接收模块、单片机控制模块、光电技术模块及电机驱动模块组成。系统结构图如图1和2所示。

C#仪表模块用于实现上位机向下位机数据传输, 在窗口化的程序中, 改变虚拟仪表界面中数据的大小, 并通过RS-232串口将用户输入信息发送给无线发射模块;或者将无线接收模块接收的信息通过串口, 将数据形象化、数据化, 呈现在虚拟仪表的界面里。无线发射模块和无线接收模块则是通过NRF24L01芯片进行数据传输, NRF24L01支持多块芯片接收方式, 接收与自己地址匹配的数据。单片机控制模块接收经由CP发送到串口到的数据, 并将数据送往无线发送模块, 或者接收无线接收模块收到的数据, 并将数据进行PWM运算, 通过控制占空比从而控制电机的转速。

2 系统硬件设计

2.1 无线部分

无线数据传输部分采用NRF24L01模块, 该模块工作在2.4GHz全球开放ISM频段, 最大20dBm发射功率, 免许可证使用支持六路通道的数据接收。低工作电压为1.9~3.6V, 支持125频点的多频点控制, 满足多点通信和跳频通信需要。具有自动重发功能, 能够自动检测和重发丢失的数据包, 重发时间及重发次数可软件控制自动存储未收到应答信号的数据包自动应答功能, 在收到有效数据后, 模块自动发送应答信号, 无须另行编程载波检测。

发送端模块采用STC89C52单片机进行控制, 单片机接收上位机发送的数据, 并通过位于上位的NRF24L01送给位于下位的NRF24L01。NRF24L01的数据读写使用的是标准的SPI接口, 采用单片机上IO口进行连接与控制。

2.2 智能车辆部分

2.2.1 光电测速装置

本文系统测量直流电机的速度的基本核心主要是利用的是STC89C52单片机, 本文选用光电传感器来进行测速。光电传感器的主控单元时通过单片机的IO口把脉冲输入单片机, 用定时用定时计数器T0和定时计数器T1对脉冲信号进行计数, 每一次中断的产生间隔是5ms, 在50个中断之后 (即0.5s) 进行一次对转速的处理, 在51单片机对T1的脉冲数运算进行转化之后, 将计算得到的电机转速通过无线发送模块发送出去, 发送到与cp连接的另一块单片机上, 然后通过与cp连接的串口最终发送到cp上, 之后通过用C#语言编写的智能仪表显示出来。

2.2.2 马达速度控制

因为PWM在控制领域以及调速方面都应用非常广泛, 本系统就是利用PWM控制占空比以此来改变电机速度。在马达控制方面采用用的脉宽调速 (PWM) 是利用一个固定的频率进行控制电源的断开或接通, 并通过一个周期内断开和接通时间的长短的改变, 即改变电机两端电压的占空比以此改变电机两端的平均电压, 用这种方法来控制电机的转速。因此PWM还被称之为直流电机的开关驱动装置, 用来控制直流电机的运行。

3 系统软件编程设计

地面控制站的设计是本文最主要的部分, 控制站使用C#高级语言编写, 具有极高的效率。尤其是SerialPort串口控件, 必须设置正确的波特率, 并且有开启命令和关闭命令。设计的仪表是以控件的形式存在的, 所以在开始之前要计算GDI+中角度的问题。

该仪表中主要分为两部分:一部分为背景即刻度, 精度, 外框等一些基本不需要变化的部分, 一部分为前景即指针部分, 所以为了达到两个图层互不影响的功能, 将背景设置在控件的背景属性上, 而指针部分则需要一个pictrueBox控件作为载体。首先描绘背景, 在制作背景时, 又分为刻度、外框、指针的固定中心等等。最终绘制结果如图3所示。

程序开始, 对无线模块NRF24L01+进行初始化, 设置CE=0, 无线模块进入TX模式, 设置TX地址, 写TX数据宽度, 设置RX自动应答的地址, 填充TX发送数据, 选择RF频道, 波特率和LNAHCURR。然后对串口进行初始化, 单片机接收上位机传输数据, 当按下开关控制键, 接口为1, 此时启动发送模式, 将数据发送出去。

4 结论

本设计主要有两大部分组成, 地面控制站和智能车辆, 地面控制站部分由单片机控制模块和无线模块构成发射平台, 通过串口连接PC, 接收由PC通过RS-232发送的数据, 然后通过NRF24L01+无线模块发送。智能车辆部分由单片机控制的光电测速器模块、无线模块和车辆马达模块构成, 终端无线模块接收由地面控制站部分发送过来的数据, 经过单片机处理并进行控制马达速度。系统经实验反复验证, 达到设计要求。

参考文献

[1]王光.基于C#的监控组态软件开发[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2012.

[2]张武, 顾凯.基于51单片机的车用仪表设计与实现[J].今日电子, 2005, (1) .

[3]王世勋.远程无线数据采集系统的研究与设计[D].武汉:武汉理工大学, 2006.

新型车辆行驶记录仪系统设计 篇7

国内外的使用情况表明,车辆行驶记录仪的使用对保障道路交通安全发挥了重要的作用。汽车行驶记录仪国家标准[1],指明了汽车电子行业中汽车行驶记录仪的发展方向。

本文针对该标准,利用USB、串口和无线通信模块等接口,将信息采集单元获取的信息传送到监控中心;监控中心利用数据库管理系统实现系统数据存储、更新,并给出系统数据的曲线分析。通过实现以上功能,系统能够采集、记录车辆当时的运行状态和驾驶人员的各种操作行为,包括发动机转速、车速、行车时间、停车时间、行车及停车间隔时间、已行驶里程、行车方式及油耗等车辆行驶参数,以及驾驶员操作行为等,从而对车辆运输全过程进行跟踪,监控与管理,以确保行驶安全。

1系统总体设计

车辆行驶记录仪一般由记录、显示和通讯等功能单元构成,根据实际需要还可配置GPS接收机提供定位功能,支持车辆监控调度[2]。

系统由车载设备和监控中心2部分构成。车载设备负责信息采集,将各种传感器采集的车速、转向、制动和GPS定位等信息进行处理后,一方面利用信息显示单元显示相关信息;另一方面由车载通讯设备通过无线通信模块、串口和USB等接口将车辆行驶相关数据传送到监控中心,监控中心提供管理软件通过服务器接收车载设备上传的数据,并负责相关数据的分析、处理,为数据查询、取证提供支持。

1.1车辆行驶记录仪工作原理

车辆行驶记录仪是针对车辆操作者的操作行为进行实时记录管理的一种设备,它主要是记录驾驶人员的各种操作行为和车辆当时的运行状态,GPS接收机监测车辆、实时接收、跟踪、变换和测量卫星导航定位信号,解算出位置、速度和方向等信息,进而对车辆进行遥控指挥。

1.2车辆行驶记录仪组成

记录仪车载设备由中央处理器、信息采集单元、信息处理单元和数据通信组成。中央处理器是记录仪车载设备的核心;信息采集单元由传感器和GPS接收机等组成,将车辆的制动、转向和车速等信号传给中央处理器进行处理,信息处理单元由数据存储器等电路组成,用于存储一段时间内的车辆行驶信息。作为人机交互界面的信息显示单元用来向驾驶员以及工作人员提供车辆的实时信息和参数设置信息,一般由液晶显示模块LCD和LED等器件组成。数据通信单元是车辆行驶记录仪同外界进行信息交换的通道,提供串口、USB、无线通信模块将记录仪所记录的车辆行驶信息的输出分析以及同控制中心进行实时通讯等。

监控中心通过数据通信接口采集记录仪车载设备上传的数据,对数据进行分类处理,管理部门根据系统设置的权限通过监控中心系统软件向记录仪发送信息、指令。

系统总体设计结构框图如图1所示。

2系统软件总体设计

2.1监控系统软件总体结构

记录仪监控系统软件具备数据通信、数据存储和数据分析处理的功能,可以设置车辆参数、数据传输方式(串口、GPRS通信),从USB接口导入数据,数据曲线分析等,其总体设计如表1所示。

2.2监控系统主要功能

车辆行驶记录仪监控系统处理的信息大致可分为:记录仪信息、驾驶员信息、车辆基本信息、车辆行驶信息、报警信息、用户信息和服务中心设置等,具有如下主要功能:

① 系统设置:服务中心设置用于设置监控系统服务中心与车载设备远程通信时基本参数的设置包括IP地址和端口号等;用户信息管理用于监控系统用户权限的分配;数据传输方式设置记录仪采用串口或GPRS传输数据的方式;

② 车辆设置:用来下传数据给记录仪以设置车辆特征系数和记录仪时钟等车辆信息;

③ 车辆管理:用于车辆建档,建立车辆的基本信息,如车牌号、车辆ID号、车辆类型及车辆单位等信息;

④ 数据查询:查询驶员代码及对应的公安交通管理部门核发的机动车驾驶证证号,事故疑点数据:记录仪以0.2 s的时间间隔持续记录并存储停车前20 s实时时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信号,查询最近2个日历天内或360 h的各个连续驾驶时间以及其中的疲劳驾驶时间段,最近2个日历天内或者360 h的累计行驶里程和速度;

⑤ 数据分析处理:根据记录仪上传的行驶信息,绘制事故疑点数据曲线:以20 s数据为一组绘制曲线,分页显示,绘制行驶速度记录曲线:以100 min行驶速度数据为一组绘制曲线,分页显示;导入数据:利用USB接口导入记录仪记录的数据。

2.3监控系统实现

2.3.1 SqlServer数据库管理

系统利用SqlServer数据库[3,4]实现数据存储,数据更新等任务。管理车辆建档信息、用户信息、记录仪车载设备上传的驾驶员信息、记录仪信息和行驶信息等。

① 在对数据库进行操作之前,需要建立与数据库的连接,本文采用UDL(Universal Data Link)方法建立与数据库的连接。通常的方法是设置ConnectionString属性,该属性提供所要连接的数据库类型、数据所处服务器、要访问的数据库和数据库访问的安全认证信息。这种连接属性设置标准随着数据源的类型不同而变化,软件用户常常不习惯这种设置方式,希望有可视化的数据源设置方法。为此Microsoft提供了通用数据连接文件(.UDL)来建立和测试ADO连接属性。ADO连接对象可以很方便地使用UDL文件来连接数据源,这样一来无论数据源如何变化,在软件中都可以用统一的方法编程。当数据源改变时,只要双击相应的udl文件即可可视化地设置数据源,无需更改软件。使用UDL文件必须在系统中先安装Microsoft MDAC,Win 98第二版,Win 2000/XP中都自动包含了该组件,需要该组件最新版本时可以在Microsoft网站下载。

② 本文利用ADO(ActiveX Data Object)实现数据库的访问,从而对数据进行编辑、更改。ADO(ActiveX Data Objects,ActiveX数据对象)是Microsoft提出的应用程序接口(API)用以实现访问关系或非关系数据库中的数据。ADO是面向对象的,是Microsoft全局数据访问(UDA)的一部分,是对当前微软所支持的数据库进行操作的最有效和最简单直接的方法,是一种功能强大的数据访问编程模式。最重要的3个ADO对象是Connection、Recordset和Command。每个Connection的属性定义了与数据源的连接。Recordset对象接收来自数据源的数据。Recordset可以与Connection一起使用,先建立一个连接,然后读取、更新数据。

2.3.2 系统用户登录

用户登录功能是用于保证系统合法操作,只有合法用户才能根据相应的权限在系统中做相应的操作。用户登录时在提示框中输入用户名和密码等信息,经确认为合法用户后便可登录系统,同时,提高提供自动保存密码功能,用户选择该项功能后,下次登录时只要输入正确的用户名即可,这时要妥善保密用户名称。

2.3.3 事故疑点曲线分析

系统模拟一组事故疑点数据,根据输入的车牌号码,设置速度纵坐标幅值,将查询结果绘制成速度曲线、显示制动信号、车牌号码、车辆分类、驾驶证号码和停车时刻等信息。运行结果如图2所示。

2.3.4 一般行驶速度数据曲线分析

系统模拟一组行驶速度数据,根据输入的车牌号码,选择查询的开始、结束时间,设置时间和速度等横、纵坐标幅值,将查询结果绘制成曲线,不同的驾驶员的数据曲线用不同颜色的曲线表示,并标注对应的驾驶证号码,显示相应的车牌号码、车辆分类和起止时间等信息。运行结果如图3所示。

3结束语

设计了一种车辆行驶记录仪,它不仅能记录并存储包括车辆位置信息、车辆状态数据、报警状态数据和紧急状态数据等在内的车辆相关信息,而且能与管理中心实现实时数据传送,使车辆实时处于管理中心的监控之下。给出了一种集记录、定位、实时监控车辆为一体的车辆记录行驶仪的硬件结构设计及其监控系统的软件设计及实现。本系统符合汽车行驶记录仪国家标准GB/T19056-2003,满足车辆行驶数据管理分析的需求。

参考文献

[1]国家质量监督检验检疫总局.汽车行驶记录仪GB/T19056-2003[S],2003.

[2]唐建湘,陈特放,石英春.基于嵌入式系统汽车行驶记录仪的研制[J].计算机测量与控制,2007,15(6):837-840.

[3]谈亮.全面精通SQL Server 2000[M].北京:中国水利水电出版社,2001.

车辆行驶 篇8

车辆在发生险情或者交通事故之后,往往需要根据事故前的车辆运动状态来分析事故的原因以及事故责任的划分,而事故原因和责任的划分是一个十分复杂的过程,事故双方往往对责任划分意见不统一甚至对簿公堂。汽车行驶记录仪的出现解决了这一问题,当发生险情或事故之后,从行驶记录仪中调出车辆在发生事故前的状态,对于事故的责任划分具有良好的证明效果。

汽车行驶记录仪能够记录车辆在运行过程中的状态,典型的数据包括车速、方向盘转角、制动减速度、前后场景视频等。目前市场上所销售的汽车行驶记录仪通常采用持续记录保存数据的方式对车辆行驶过程进行记录[1],这种记录存储方式存在一定缺点,典型的,对于每一个车辆而言,发生险情或事故的概率是十分小的,因此对于持续记录方式的行驶记录仪而言,其所记录的数据中有效数据比例通常低于0.1%,例如车辆在一个月的运行过程中,发生险情或者事故的时间段很小甚至为零,这种情况下绝大部分的数据是无效的。

2、硬件设计

针对持续式车辆行驶记录仪所存在的缺点,本文基于险情判断设计了一种具有数据自删除效果的车辆行驶记录仪。该记录仪将车辆行驶状态按时间分段,对每段内的数据进行判断,基于方向盘转角数据、制动减速度、手动事故按钮判断某段时间内是否有险情或者事故发生,如果该段时间内有险情或事故发生,则将该段数据险情标记位设定为1,该段时间内的行驶状态数据将在存储装置内永久保存,直到驾驶员手动清除存储内容为止。如果某段时间内判断结果为没有险情或事故发生,则将这段时间段内险情标记位设定为0,并临时将这些标记位为0的数据存储,随着时间的推移新存储的标记位为0的数据将替换旧的标记位为0的数据,从而实现存储空间的循环使用,并且不会丢失有效数据。

2.1 系统总体设计

系统中采用S3C2440ARM处理器作为车辆行驶记录仪的处理器[2],采用2台USB接口摄像机对车辆的前后场景进行监控[3],使用单轴加速度计采集车辆运行的纵向加速度。利用S3C2440的数字接口采集车辆的运行速度、方向盘转角数据,并按照5分钟为时间段保存上述数据。每段数据采集完成之后,处理器将根据险情判断的结果对该段数据进行标记,并将数据存储至U盘上。图1是系统的示意图。

2.2 S3C2440处理器

系统采用S3C2440处理器采集各传感器的数据并将数据保存至存储设备中。S3C2440是三星公司基于16/32位ARM920T设计的微处理器,采用144引脚封装,内部自带32位定时器接口、8通道10位模数转换接口、CAN通道、USB接口。S3C2440内部运算速度快,各种接口丰富,同时功耗较低,抗干扰能力强,适合于在车载环境下长时间运行[4]。图2是S3C2440的接口示意图。

2.3 USB视频采集

行驶记录仪中采用2台USB接口摄像机分别监控车辆前方场景和后方场景。分别调用/dev/video0和videol,采集前方摄像机和后方摄像机的视频图像,为降低视频存储量,系统采用MPEG-4编码格式对视频进行编码压缩。MPEG-4编码格式具有压缩性高、可交互性强、可扩展性强的特点,适合于在嵌入式系统中使用。采集过程中所使用到的典型函数如下:

1、打开USB视频设备函数:

2、获取摄像机信息函数:ioctl(,VIDIOCGCAP,)

3、读取视频帧:ioctl(,VIDIOCGMBUF,)

2.4 纵向加速度采集

车辆在发生险情或者事故时通常会发生较大的制动减速度,因此系统中使用单轴加速度计测量采集车辆的纵向加速度,所使用的纵向加速度计型号为PM-LASI-1.5。PM-LASI-1.5加速度计基于微硅原理实现,加速度采样的范围为±1.5g。

加速度计输出的电压信号与S3C2440的A/D端口连接,系统工作过程中采集程序不断的对加速度计所测量得到的加速度进行判断,根据加速度值判断车辆是否发生险情,典型的包括是否发生紧急制动或者碰撞。图3是车辆一次制动过程中的减速度A/D转换结果图。

2.5 数据存储

系统中采用U盘存储[5]的存储方式具有良好的人机交互功能,当发生险情或者事故之后,驾驶员需要从行驶记录仪提取数据。基于U盘存储的方式有利于数据的提取,所采集到的数据在计算机上能直接读取分析。为减少无效数据,系统中只对险情标记位为1的数据进行永久保存,对险情标记位为0的数据只做临时保存,临时保存的文件会随着时间的推移自动删除,释放存储空间。

使用mkdir命令创建两个文件夹,分别用于存放永久数据和临时数据,创建文件夹的命令如下:

mkdir/disk/store longtime//创建永久存放文件夹

mkdir/disk/store temptime//创建临时存放文件夹

为方便后续分析,系统对以5分钟为时间段的数据以创建时刻的日期时间为文件名保存,如2011年10月8日15点46分35秒所创建的视频文件命名为20111008_154635.mpeg4,这种方式能够保证在众多数据中快速挑选所需要的数据。

3、软件设计

3.1 险情的定义

车辆在运动过程中随时可能会发生险情,驾驶员在遇见险情时通常会采取一些相应操作来避免事故的发生,典型的避险方式包括紧急转向、紧急制动。S3C2440处理器分别通过I/O接口和A/D接口采集方向盘转角数据和制动减速度数据。根据车辆正常行驶状态,确定险情的参数定义范围如下:

方向盘转向速度:大于30°/s

制动减速度:大于0.4g

将方向盘转角两次测量之间的转角差除以时间差,得到方向盘转向角速度值。以上两个条件只要满足任意一个,处理程序都将认为当前车辆发生了险情,因此将该段视频文件的险情标记位设置为1;如果某段时间内的数据没有满足上述任何一个条件,则表示该段时间内没有发生险情,因此将这段时间内视频文件的险情标记位设置为0;

3.2 软件工作流程

相比于目前通用的行驶记录仪工作方式,本系统中首先以5分钟时间段为单位对视频数据进行分段,然后利用险情判断对数据进行分类,只判断保存发生险情的数据段,剔除无效数据段,从而在保证不丢失数据的基础上能大大延长系统的存储时间,按照正常行驶情况来计,以4G存储容量计算,该系统能够至少在3年时间段内不需要对存储空间进行清空,从而保证了系统的工作持续性。

车辆在运动过程中有时会发生一些轻微的事故,在这种情况下基于方向盘转向角速度和制动减速度均不能判断车辆已经发生事故,因此系统中专门设置了一个事故按钮,与S3C440的I/O连接,当发生轻微事故之后,驾驶员按下事故按钮,在该时刻之前的数据段和该时刻数据段的险情标记位均被设置为1,确保了有效数据的保存。图4是系统的软件工作流程图。

4、结束语

系统以S3C2440ARM芯片为核心,设计了一种车辆行驶状态记录仪。通过对视频进行分段保存,并基于是否发生紧急转向或紧急制动判断是否有险情的发生,将有险情发生的时间段数据永久保存,对无险情发生的时间段数据临时保存并逐渐循环删除,从而能保证系统基于有限存储空间长时间连续工作。该行驶记录仪所记录的视频数据能够重现车辆在发生交通事故之前的景象,为分析事故的原因以及事故责任的划分提供准确的依据,具有良好的应用前景。

参考文献

[1].苏晓东.基于单片机的汽车行驶记录仪的设计[J],信息技术,2009,08:127-130

[2].樊莉莉,谢刚.基于ARM9的无线视频监控系统的设计[J],机械管理开发,2011,2:185-186.

[3].曹连江.基于ARM的视频监控系统的设计与实现[J],南昌教育学院学报.2011,11:40-42.

[4].陈平,李晖.基于S3C2440的嵌入式Linux内核设计[J],电脑知识与技术,2011.03:2159-2160.

车辆行驶 篇9

关键词：交通安全,车速分布规律,聚类分析,车速标准差,P-P图,单样本K-S检验

0 引言

雨天会对高速公路交通安全状况产生一定的影响。降雨会降低能见度和路面附着系数,致使车辆操控性能和驾驶人对周边环境的感知能力下降,导致车辆行驶速度、跟车距离等发生变化,从而增加车辆发生交通事故的概率[1]。

《道路交通事故统计年报》数据显示[2]:在2009~2013年间,我国高速公路共发生一次死亡10人以上的重大道路交通事故30 起,其中雨天事故8起,占总数的26.7%。然而,8起雨天事故中共有7起事故的直接肇事原因为驾驶员超速行驶。可见,超速行驶是高速公路雨天事故的主要致因。

国内外学者针对车速与道路交通事故的关联性已开展了许多研究。Solomon[3]在1964 年的研究表明:当速度分布在高于均值的15%~20%时,事故率较低;而当车速偏差超过此范围时,不论车速是低于还是高于均值,都会出现事故率上升的现象。Taylor[4]的研究将车速样本的偏度及峰值与事故率的相关性进行了分析。结果表明,有偏度的速度分布区间比无偏度的速度分布区间具有显著偏高的事故率。Gabrer与Gdairaju[5]研究了速度分布指标与事故数之间的关系,结果表明:当公路区段的平均速度增大时,其事故率并不一定上升。国内方面,裴玉龙等[6]对高速公路的车速标准差和亿车公里事故率的数据进行回归分析,建立了二者的关系模型,为高速公路的车速限制提供了理论依据。阎莹等[7]以大量实车的行车速度数据为分析对象,对高速公路断面运行车速分布特征进行了研究。张存保等[8]根据实际测得的高速公路交通流和降雨量数据,确定了不同降雨强度下的微观交通流特性参数,如速度车头时距、车头间距等的分布规律。龚大鹏等[9]通过建立降雨天气速度预测修正模型,研究了降雨对城市道路行程速度的影响。

综上所述,国内外学者对高速公路行驶车速开展了大量的研究,研究均表明车速离散程度对事故率具有显著影响,但现有研究尚未针对雨天条件下高速公路的车速分布特征展开深入研究。为此,笔者对比分析晴天、雨天条件下高速公路营运车辆的行车速度,得到营运车辆驾驶人在高速公路雨天条件下的车速控制特性,以期为制订雨天条件下高速公路的交通安全管理政策提供依据。

1 车速数据获取

车辆行驶数据来自江苏某公司的营运车辆监控平台,该平台利用北斗/GPS卫星定位系统测定车辆的地理位置等状态信息,并通过覆盖全国的移动网络传输车辆的实时状态信息,从而实现在全国范围对车辆的远程监控,图1为该平台的实时监控界面。

利用该平台,营运车辆的车载终端以1Hz的频率报告车辆的地理位置、速度和航向角等实时信息,原始数据格式及内容(部分)见表1。

同时,为研究降雨强度与高速公路营运车辆行驶速度的关系,下面按照我国气象部门的划分标准对天气状况进行分类,见表2[10]。通过天气查询网站[11]可方便地获取全国各地区的历史天气信息,结合营运车辆监控平台的时间和位置信息即可获知每辆车行驶时的天气数据。

2 车速的统计分布

高速公路车辆行驶速度存在一定的不确定性和随机性[12]。一方面,道路线形和行驶环境等因素的差异会对行车速度造成一定影响;此外,不同驾驶员的驾驶技能和驾驶风格也存在一定的差异性。统计学原理表明,经过对大量数据的统计分析,随机现象会呈现一定规律性。通过研究不同天气条件下的大量行车数据,可以总结出雨天条件下驾驶员车速控制特点。

为此,选取江苏省境内无锡至镇江的沪宁高速公路路段作为研究对象,共选取行车数据98条,其中晴天数据51条,小雨天数据29条,中雨天数据14条,大雨天数据4条。每条数据中均包含约3h的车辆有效行驶数据。

2.1 行车速度分布

降雨会影响驾驶员对车辆行驶速度的控制,图2反映了高速公路不同降雨强度下营运车辆行驶速度的分布。从图2中可以看到,不同降雨强度下车速分布的整体趋势相似,车辆处于中间车速(60~80km/h)的频次较高,而低速和高速区间所占比例较低。

在天气晴好条件下,营运车辆在高速公路上正常行驶的平均车速为81.3km/h,而在小雨、中雨和大雨天气条件下,车辆平均行驶速度分别为77.2km/h,71.6km/h,67.3km/h。同晴天条件下相比,平均车速分别下降了5.04%,11.93%和17.22%。而在车速分布方面,晴好天气条件下,车辆高速行驶所占比例较高,其中车速大于80km/h的行车时间所占比例达到44.1%,而在大雨天气下仅为20%。此外,当降雨强度较大时,车辆行驶速度超过100km/h的比例明显下降,大雨天气条件下仅为0.7%。

2.2 车速离散程度分析

研究表明,一条道路上各车的行车速度与平均车速的差值愈大,即车速分布越离散,事故率越高。车速的离散性,常用车速的分布特征来描述。车速分布的特征指标包括车速样本均值、车速样本方差、样本标准差、标准差系数(标准差与均值之比)、偏度、峰值等[13]。这里用车速标准差表征车速离散程度。不同降雨强度下,车辆行车速度标准差见表3。

由表3可见,晴天车速标准差为15.68km/h,小雨天气条件下车速标准差最大,为20.27km/h,车速分布最为离散;而大雨天车速标准差最小,为14.93km/h,这与大雨天气条件下,车辆行驶速度普遍较低有关。可见,虽然雨天条件下交通事故多发,但中、大雨天气条件下车速离散程度并非明显高于晴天。

3 车速分布的假设检验

国内外大量研究表明,在乡村公路和高速公路上,车辆行驶速度一般呈正态分布[14]。然而,对于雨天条件下的行车速度分布规律则没有作出单独分析。对分布规律的假设检验方法主要有:P-P图检验、单样本K-S检验、χ2拟合优度检验等。在绘制车速频率分布直方图后,通常采用定性与定量相结合的方法进行数据分布检验。这里,先采用P-P图检验进行定性分析,再利用单样本K-S检验进行定量分析,将2种检验方法相结合,以验证营运车辆在雨天行车速度是否符合正态分布。

图3、图4分别为小雨和中雨天气条件下营运车辆高速公路车速频率分布图。从图中可以看出,车速分布的整体趋势符合正态分布规律,下面采用P-P图与K-S检验方法验证车速规律。

3.1 P-P概率分布图

P-P图是根据变量的累积比例与指定分布的累积比例之间的关系所绘制的图形。通过P-P图可以检验数据是否符合指定的分布。当数据符合指定分布时,P-P图中各点近似形成一条直线[15]。该法是数据分布验证的一种直观、简单的方法。因此,首先采用P-P图分析对车速数据进行定性的拟合检验。

图5、图6分别为小雨和中雨天气条件下车速正态分布的P-P图拟合结果。从图中可以看出,数据点近似形成一条直线,偏差较小。可见,正态分布适合表征小雨及中雨天气条件下的车速分布特征。

3.2 单样本的K-S检验

同时,采用单样本K-S检验对车速分布进行定量的拟合优度检验。单样本的K-S检验又称为单样本柯尔莫哥罗夫-斯米诺夫检验,K-S检验方法能够利用样本数据推断样本来自的总体是否服从某一理论分布,是一种拟合优度的检验方法,适用于探索连续型随机变量的分布[16]。单样本K-S检验的原假设是:样本来自的总体与指定的理论分布无显著差异。

由于大雨天数据样本较少,此处对小雨和中雨天行车速度数据进行单样本K-S检验,结果如表4所示。检验结果显示,小雨和中雨天气条件下Z值都大于0.5,双尾检验概率都大于0.05,表明检验结果符合原假设,即小雨和中雨天气下的行车数据服从正态分布。

4 车速的聚类分析

对营运车辆高速公路行车数据进行K均值聚类分析[17],结果见表5、表6。对比表3与表5可见,当设置聚类数为3时,3个聚类中心的平均车速和方差,同高速公路晴天、小雨天以及中雨天对应的车速和方差十分接近。而当聚类数设置为4时,各聚类中心的平均车速与表3 中4 种天气状况下的平均车速无明显联系。

对营运车辆高速公路行车数据样本进行编号,其中第1~51号为晴天行车数据,52~80号为小雨天行车数据,81~94 号为中雨天行车数据,95~98号为大雨天行车数据。对车速的聚类分析结果见图7~8。当聚类数n=3时,晴天和小雨天行车数据可各自归为一类,其中第I类(晴天)中误报数据为1例(第55号),漏报数据8例(第2、8、14、19、23、31、42、45号),而中雨与大雨天行车数据合并为一类,说明中雨与大雨天车速差别较小,可能原因为大雨天行车数据较少,所反映的车速特征不明显。而当聚类数n=4时,聚类结果无法与4种天气情况对应。

聚类分析结果表明,当聚类数n=3时,聚类结果能与天气情况较好地对应,晴天和小雨天的车速能各自聚为一类,而中雨与大雨天车速差别不明显,两者可合并为一类。

5 结束语

利用营运车辆监控数据对高速公路雨天条件下的行车速度进行分析,通过P-P图与单样本K-S检验方法验证了小雨和中雨天气下的车速分布特征,通过聚类分析了不同天气条件下车辆平均行驶速度的差异,主要得到以下结论:

1)不同天气条件下平均行车速度存在一定差异,在车速离散程度方面,小雨天气下车速标准差最大,车速离散程度最高,而大雨天气下因车速普遍较低,车速分布较为集中,车速标准差较小。对小雨及中雨天气条件下的车速分布进行检验,表明小雨及中雨天气下的车速分布符合正态分布特征。

2)对车速进行K均值聚类分析,结果表明当聚类数n=3时,聚类中心的平均车速可较好地反映晴天、小雨以及中雨时的平均车速,而当聚类数n=4时,则聚类中心的平均车速无法与4种天气条件对应,可见中雨与大雨条件下的平均车速差别不大。

车辆行驶 篇10

履带式车辆具有机动性强、越野性强和自身防护性强的特点,可以在恶劣的战争环境中迅速构筑发射阵地形成杀伤力,并且快速撤离,在现代军事领域发挥着重要的作用。而侧减速器因其传动比大、结构紧凑、传动效率高、承载能力大等优点被广泛应用于履带式车辆的底盘系统中,在履带式车辆的传动系统中占有很重要的地位［１－２］。

根据对配备履带式车辆的部队的调查可知,履带式车辆侧减速器在使用的过程中出现故障的几率较高,且一旦出现故障,履带式车辆传动系统动力将无法顺利传递,这严重影响履带式车辆的可靠性及整体性能的发挥。对目前履带式车辆侧减速器出现的故障进行分析可得,行星架出现的主要失效形式为疲劳断裂,而对其进行失效机理分析时发现,行星架在疲劳断裂时所承受的载荷要远远小于设计的静态载荷,这就是静强度设计存在的突出问题。这种问题存在的根本原因是静强度设计不能准确地反应机械构件在实际中承受的动态载荷,从而导致构件的实际寿命和设计寿命存在较大差距,严重影响了履带式车辆的可靠性,因此准确地预测履带式车辆机械构件的实际寿命是亟待解决的严重问题。

由于测试手段和实验方法的限制,目前对履带式车辆中机械构件随机动载荷确定的研究工作尚不完善,无法准确全面地对履带式车辆随机动载荷进行测定,传统的载荷确定方法采用试验进行测试,但试验的周期长,试验所测数据量大,数据处理工作繁重,资源消耗大,效果慢,这就导致很多设计单位不会投入人力物力资源在试验上,仅通过静态设计就确定机械构件的结构尺寸并进行设计生产,最终导致机械构件在实际使用过程中故障较多,实际寿命和设计寿命差距较大。

随着计算机仿真和系统建模等技术的日趋成熟及完善,解决传统设计方法上的弊端以及求解更多复杂问题成为可能。本文通过构建某履带式车辆行驶仿真平台,获得履带式车辆侧减速器行星架在不同工况条件下的动载荷,对其疲劳寿命进行仿真预测,进而优化行星架结构。

1 基于ADMAS.ATV行驶仿真试验

MSC.ADAMS软件是由美国MSC公司开发的虚拟样机仿真软件,领先的“虚拟样机”技术使其成为目前在CAE领域中使用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真软件。虚拟样机技术由于其优越性已越来越多地应用于机械、造船等领域,并取得了丰硕成果。将仿真技术普遍引入武器装备的设计和研制领域,可以缩短研制周期和降低研制成本,可以极大提高装备设计和研制的效率。ATV工具箱是ADAMS用于履带/轮胎式车辆的专用工具箱,能研究车辆模型在各种路面、不同的车速和使用条件下的动力学性能,是分析军用或商用履带/轮胎式车辆各种动力学性能的理想工具。

基于ATV工具箱建立履带式车辆行驶动力学模型,通过仿真计算可以获取大量与履带式车辆结构设计和动态性能密切相关的数据,这为最终实现履带式车辆的虚拟制造、优化设计以及性能预测提供一条行之有效的技术途径［３－４］。

图1所示为所建立履带式车辆底盘系统的ATV模型,我们在此基础上对履带式车辆通过施加载荷、约束、运动等方式拓展履带式车辆系统模型,为对其进行行驶仿真试验打下基础［５］。

轮轴受到的路面激励信号由安装于第二负重轮轴的加速度传感器获得。履带式车辆在秋后耕地上以8.1m/s左右的速度匀速行驶。通过加速度测试系统记录测得的振动信号,将测得的履带式车辆主动轮和第二负重轮垂直加速度的时域信号导入计算机,用LabView软件对测量得到的信号进行采集和处理,得到了履带式车辆路面不平度和负重轮行驶轨迹,如图2所示。

通过查阅履带车辆设计手册,发动机在额定功率下的转速为1200~1300r/min,为使结果具有可比性,校核时统一采用1250r/min即7500°/s。将建立的履带车辆传动系统在最常用的二挡条件下进行运动仿真,虚拟样机输出转速为690°/s,而设计传动比为10.9,即设计输出转速为688°/s,误差为0.29%,初步验证了履带式车辆虚拟样机与真实履带式车辆试验的一致性。履带式车辆虚拟样机可以在一定程度上近似反映履带式车辆的真实系统,在虚拟行驶仿真模型上添加不同任务的运行参数和路面谱进行虚拟行驶仿真,模拟实际情况的运行,然后测量出行星架承受的动载荷谱,得到的数据可以用于其疲劳寿命的分析和预测。

2 履带式车辆侧减速器虚拟样机及疲劳寿命分析流程

2.1 侧减速器的FMECA分析表

履带式车辆侧减速器采用2K-H(A)型侧减速器(图3)。由某履带式车辆侧减速器暴露的故障来看,主要故障模式是侧减速器各组成部件出现疲劳裂纹、断裂。本文对某履带式车辆侧减速器在应用过程中出现的故障进行调查统计,通过对履带式车辆侧减速器关重件零件进行故障模式影响及危害度分析(FMECA),整理出相应的履带式车辆侧减速器FMECA分析表,如表1所示,FMECA是通过对产品组成单元潜在的各种故障模式及其功能的影响进行分析,进而得出产品的关重件对产品可靠性影响的一种分析方法。

由表1可以看出,履带式车辆侧减速器在使用过程中关重件为行星架和行星轮轴,这些关重件直接决定了整个侧减速器可靠性及寿命,因此本文以行星架为例来进行疲劳寿命的预测分析研究。

2.2 侧减速器虚拟样机

虚拟样机技术是进行虚拟样机设计和仿真分析的有效手段［５－６］。本文利用建模软件Pro/E建立了侧减速器各个零部件的三维实体模型,通过Pro/E与MSC.ADAMS的接口程序MECHA-NISM/Pro将建立好的侧减速器三维实体模型传入MSC.ADAMS软件中,根据侧减速器的工作原理和设计要求添加必要的约束,建立了某履带式车辆的侧减速器系统的虚拟样机,如图4所示。

2.3 侧减速器疲劳寿命预测流程

用传统的寿命预测方法对履带式车辆侧减速器中关重件进行寿命预测不但任务量大,而且预测结果不准确,本文采用基于接口的仿真技术对侧减速器系统关重件的疲劳寿命进行分析预测,仿真分析的流程如图5所示。

由图5基于接口的侧减速器关重件疲劳寿命预测的流程图可知,要求出构件危险部位的疲劳寿命需要提供3个必要条件:构件危险部位的名义应力谱、危险部位所承受的动载荷谱和构件材料的S-N曲线。在应用仿真技术以及相关的技术资料获得这3个条件后,便可以通过软件之间的数据接口将这些必要条件结合起来,在疲劳寿命仿真分析软件MSC.Fatigue中对构件的危险部位进行疲劳寿命仿真预测。

3 履带式车辆行星架疲劳寿命预测仿真研究

3.1 行星架有限元分析

将建立的行星架模型通过数据接口导入MSC.Patran中,设置模型的材料属性和物理属性,划分网格并定义边界条件,施加载荷进行有限元分析。

按表2中的行星架基本参数对模型进行设置;本文采用直接划分三角形单元的方法对行星架模型进行网格划分,为了保证有限元分析计算精度,设置网格大小为0.2mm(图6);行星架在运动时通过花键和传动轴连接,带动行星齿轮转动传递运动,行星齿轮轴提供约束反力,在行星架内部产生压应力,将花键槽端面进行固定,在行星齿轮孔处沿传动轴轴线切线方向施加载荷。行星架有限元分析的应力应变云图见图7、图8。

3.2 行驶仿真试验获得的行星架所承受动载荷

基于ADAMS.ATV行驶仿真试验得到不同任务工况行驶载荷,也就获得了侧减速器输出轴在行驶过程中所承受的动载荷,将此载荷作用到侧减速器虚拟样机轴颈部位,并进行侧减速器的动力学仿真分析,获得了侧减速器各部件所承受载荷。

图9为侧减速器在某任务工况行驶时行星架轴颈所承受随机动载荷的DAC格式文件图［７－９］。各任务工况分类参见文献[9],这里不再赘述。

3.3 材料的S?N曲线

查阅资料得知侧减速器行星架的材料为45CrNiMoVA,其表面采用了氧化处理,热处理硬度大于等于HB280。抗拉压强度极限为1175MPa,弹性模量为207GPa。根据45CrNiMoVA材料的疲劳特性曲线,创建行星架的疲劳特性数据,得到行星架材料的S-N曲线,如图10所示。

3.4 行星架疲劳寿命预测仿真分析

根据图9提供的不同任务剖面下自行火炮侧减速器行星架所承受的动载荷,结合前面分析得到的材料的S-N曲线,在侧减速器行星架应力模型上,设定Goodman平均应力修正,提交MSC.Fatigue软件,分别添加不同任务剖面下的DAC格式动载荷文件来对行星架的疲劳寿命进行分析预测,不同任务剖面的动载荷作用下行星架的疲劳寿命云图见图11。

从寿命云图上可以看出,行星架疲劳寿命的危险点都在轴颈处,这和前面故障模式分析中的故障数据一致,一定程度上说明了仿真分析结果的正确性。

3.5 疲劳损伤寿命仿真结果分析

将图11中的疲劳寿命预测结果进行分析比较,对比结果如表3所示,表3中,s为行驶路面距离。

表3中所提供的不同任务工况下不同行星架对应的行驶路程的计算公式为

式中,S′ 为载荷时间历程所对应行驶路程,km;S″ 为零部件疲劳寿命对应行驶里程,km;N为疲劳寿命循环次数。

如表3所示,在履带式车辆行驶仿真试验中,通过所提供的不同任务工况,确定所承受的随机动载荷,通过疲劳损伤仿真分析,可以得到行星架发生疲劳破坏时对应的行驶里程。根据履带式车辆的实际行驶工况［１０］,依据履带式车辆驾驶员经验分别初步赋予不同任务剖面的权重系数,结果如表4所示。

由表4可知,履带式车辆侧减速器行星架的疲劳寿命为5769.255km。由可靠性数据收集与分析可知,本文所研究的履带式车辆行星架在行驶于7889km和7651km时在行星架轴颈处出现过裂纹断裂的失效现象。而设计定型试验中用于测试的路面相对平坦,本文中行驶仿真的路面是随机产生的,形成的载荷突变更多,故基于行驶仿真试验的行星架的疲劳寿命比设计定型试验统计的数据稍小是合理的。

3.6 行星架结构优化分析

本文采用机械系统结构优化理论,将有限元分析技术应用到行星架的结构优化中,通过比较不同结构的行星架在相同任务下的寿命预测结果,指出行星架的疲劳寿命随结构参数的变化规律,进而指导行星架的结构设计。

行星架在任一工况条件下所承受的载荷主要是扭矩,在扭矩一定时,行星孔数目越多,每个行星孔分担的扭矩载荷就越小,在同样的使用频率和强度下发生疲劳破坏的可能性就越小,其疲劳寿命就越长。图12所示为运用有限元方法建立的不同行星孔数的行星架模型,图13所示为不同大小倒角4个行星孔的行星架有限元模型。

从前述的分析可知,行星架应力集中的位置在轴颈处,发生疲劳破坏的位置也在轴颈处,故轴颈处的应力集中和行星架的疲劳寿命之间也具有一定的关系。

故本文以行星孔的数目和轴颈处倒角的大小为两个变量,研究行星架在两变量控制下的疲劳寿命变化规律,进而指导其行星架的结构设计。

运用有限元分析的方法对建立的不同结构行星架的疲劳寿命进行仿真预测,预测结果如表5所示。

由表5可以得出结论,在同样的工况条件下运行,承受同样的动态载荷,随着轴颈处倒角的增大,行星架的疲劳寿命呈递增趋势;同时随着行星孔数目的增加,行星架的疲劳寿命呈递增趋势。故从单目标的结构优化结果分析可知,倒角越大,行星孔数目越多,危险点处的结构应力越小,整个结构的疲劳寿命越长。同时,查阅机械设计手册,满足一定的结构参数要求的情况下,行星架的行星孔数目必须小于6,倒角大小由制造工艺一般小于等于5mm,故要使行星架结构疲劳寿命达到最大,其结构优化结果行星孔数目为5,轴颈处倒角大小为5mm。

4 结论

(1)基于行驶仿真试验获得履带式车辆侧减速器关重件薄弱环节在不同任务工况所承受的交变动态载荷谱,解决了对关重件进行疲劳寿命仿真预测时动载荷获取的难题。

(2)对侧减速器关重件进行动载荷作用疲劳寿命预测分析,获得不同任务工况下行星架的疲劳寿命,并与行星架实际使用寿命相对比,有较好的一致性,证明基于行驶仿真试验预测疲劳寿命的方法是可行的。