[发明专利]一种基于车辆动力学仿真和事故树的公路立体线形安全评价方法

摘要

本发明公开了一种基于车辆动力学仿真和事故树的公路立体线形安全评价方法，其特征在于：首先建立车辆‑3D公路‑驾驶员控制耦合仿真模型，获取车辆在公路上运行时反馈的动力学特征指标：车辆纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度、轮胎垂直力；然后根据所获得的动力学特征指标分别计算各公路桩号位置处侧滑、侧翻、追尾事故的事故概率，再基于事故树模型计算获得各公路桩号位置处的综合事故概率；最后将公路按照直线和平曲线路段分段后，以每一路段内各公路桩号位置处的综合事故概率计算该路段事故概率，以反映公路立体线形的安全性。本发明方法究既适用于新建公路设计阶段安全评价，可以定量、准确的评价公路线形设计安全水平；也适用于已运营阶段公路安全评价，可为今后的安全改善决策提供定量化指导。

主权项

1.一种基于车辆动力学仿真和事故树的公路立体线形安全评价方法，其特征在于：首先在车辆动力学仿真软件CarSim中建立车辆‑3D公路‑驾驶员控制耦合仿真模型，获取车辆在公路上运行时反馈的动力学特征指标，包括：车辆纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度、轮胎垂直力；根据所获得的动力学特征指标分别计算各公路桩号位置处侧滑、侧翻、追尾事故的事故概率，然后再基于事故树模型计算获得各公路桩号位置处的综合事故概率；最后将公路按照直线和平曲线路段分段后，以每一路段内各公路桩号位置处的综合事故概率计算该路段事故概率，以反映公路立体线形的安全性；具体包括如下步骤：(1)在车辆动力学仿真软件CarSim中建立车辆‑3D公路‑驾驶员控制耦合仿真模型，获取车辆在公路上运行时反馈的动力学特征指标，包括：车辆纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度、轮胎垂直力；(2)根据所获得的动力学特征指标分别计算各公路桩号位置处侧滑、侧翻、追尾事故的事故概率，通过事故树建立一个综合考虑侧滑、侧翻、追尾事故的事故树模型，按式(1)计算各公路桩号位置处的综合事故概率：P(S)＝1‑Π[1‑P_侧滑(S)][1‑P_侧翻(S)][1‑P_追尾(S)]                 (1)式(1)中，P(S)表示公路桩号S位置处的综合事故概率，P_侧滑(S)表示公路桩号S位置处侧滑事故概率，P_侧翻(S)表示公路桩号S位置处侧翻事故概率，P_追尾(S)表示公路桩号S位置处追尾事故概率；其中P_侧滑(S)表达式为：P_侧滑(S)＝1‑Π[1‑P_{横摆角速度}(S)][1‑P_{质心侧偏角}(S)]        (4)式(4)中，P_{横摆角速度}(S)是以横摆角速度反应的车辆侧滑事故概率，P_{质心侧偏角}(S)是以质心侧偏角反应的车辆侧滑事故概率；式(5)中，|γ(S)|是从车辆‑3D公路‑驾驶员控制耦合仿真模型获取的随桩号变化的横摆角速度的绝对值，γmax为横摆角速度安全边界值，γmax的表达式为：γ_max＝0.85μ_ygcosθ/v_x                   (5‑1)式(5‑1)中：μ_y表示公路横向摩擦系数，且μ_y＝0.65μ，μ为路面摩擦系数；g为9.8m/s²；θ角为公路横向坡度，％；v_x为车辆纵向行驶速度，Km/h；式(6)中，|β(S)|是从车辆‑3D公路‑驾驶员控制耦合仿真模型获取的随桩号变化的质心侧偏角的绝对值，β_max为质心侧偏角安全边界值，β_max的表达式为：β_max＝tan^‑1(0.02μ_yg)                     (6‑1)(3)将公路按照直线和平曲线路段划分为N段，按式(2)逐段计算事故概率，以各路段事故概率评价公路立体线形安全性：式(2)中，P_n为第n段路段事故概率，d_n为第n段路段长度，d_n表达式为d_n＝S_n1‑S_no                               (3)式(3)中，S_no和S_n1分别为第n段路段的起始点桩号和终止点桩号。