驾驶员行为对客车侧翻动态稳定性的影响机理研究

Driver's behavior acts as a dominant factor in passenger car rollover accident. In order to explore the mechanism of passenger car rollover induced by driver's behavior, a driver-passenger car-road closed loop system is analyzed in this project. With the consideration of coupling relations between driver's behavior and passenger car roll dynamics, the model of driver reaction to roll is built by the method of driver's experiment combined with theories of vehicle rollover dynamics and driver ergonomics. Also, the theory of nonlinear dynamics and vehicle rollover dynamics are applied to obtain the dynamic stability index of passenger car rollover. Then the influence laws of passenger car rollover stability affected by driver's behavior are simulated in extreme driving conditions by numerical cases and driver-in-the-loop experiment. The main contents include: modeling the rollover dynamics of driver-passenger car-road closed loop system; studying on the influence of driver reaction to roll and vehicle parameters on the rollover dynamic stability for passenger car; and researching on the influence of the rollover dynamic stability caused by time delay for passenger car..The project is expected to make important contribution to study on passenger car rollover dynamics and control. Besides, it is designed to achieve some innovative results in the research on passenger car rollover stability affected by driver's behavior. The results can provide scientific basis for passenger car optimal design, rollover warning and anti-roll control.

驾驶员的人为因素是客车侧翻事故的主要原因。为探究驾驶员行为对客车侧翻动态稳定性的影响机理，本项目以驾驶员-客车-道路闭环系统为对象，考虑驾驶员行为与客车侧翻的耦合关系，结合汽车侧翻动力学、驾驶员人机工程学理论及实验方法分析驾驶员侧倾反应行为；应用非线性动力学及汽车侧翻动力学理论获得客车侧翻动态稳定性的评价指标，结合数值仿真及驾驶员在环实验方法分析极端行驶工况下驾驶员侧倾反应行为及驾驶员时滞对客车侧翻动态稳定性的影响规律。研究内容包括：驾驶员-客车-道路闭环系统侧翻动力学建模；驾驶员侧倾反应行为及汽车参数影响客车侧翻动态稳定性的规律研究；驾驶员时滞对客车侧翻动态稳定性的影响规律分析。.项目预期将为客车侧翻动力学与控制领域开创新的研究思路，在驾驶员侧倾反应行为及驾驶员时滞影响客车侧翻动态稳定性规律的研究中取得创新性成果。项目研究成果可为客车参数优化设计、客车侧翻预警及防侧翻控制提供科学依据。

客车侧翻在交通事故中所占比率不高，但危害是致命的，作为载客较多的交通工具，其侧翻事故会造成人员‘群死群伤’的惨重损失，客车侧翻逐渐成为汽车主动安全领域的热点研究问题。现有的汽车侧翻研究很少涉及驾驶员行为对汽车侧翻影响，而驾驶员是引起汽车侧翻事故的重要因素之一。因此，本项目以驾驶员-客车-道路闭环系统为对象，探究驾驶员行为对客车侧翻动态稳定性的影响机理，具有重要的理论意义和工程应用价值。. 首先，建立了小客车侧翻动力学模型，以及考虑刚性车架和柔性车架的大客车侧翻动力学模型。采用稳态特征值法和遗传算法对模型的稳态特征参数及瞬态特征参数进行了估计，应用Carsim和Trucksim软件验证了客车模型的有效性；建立了可评价绊倒型侧翻和非绊倒型侧翻的客车侧翻评价指标；与传统的侧翻评价指标对比分析，结果表明新的侧翻指数能够很好评价客车的非绊倒型侧翻和由于路面垂向输入引起的绊倒型侧翻危险状态；分析了汽车结构参数及行驶参数影响客车侧翻性能的一般规律，为客车设计提供了理论依据。. 其次，研究了驾驶员侧倾反应行为及汽车参数影响客车侧翻动态稳定性的规律。应用人机工程学理论分析了驾驶员生理特性和驾驶员对汽车侧倾状况反应，建立了具有防侧翻属性的驾驶员模型，仿真和实验相结合的方法验证了模型的正确性和合理性；研究了汽车结构参数、汽车行驶参数对侧翻稳定性影响规律，以及驾驶员侧倾反应增益系数、驾驶员思考时间、驾驶员侧倾反应门槛值等驾驶员模型参数对汽车侧翻稳定性影响规律。. 再次，研究了驾驶员时滞对汽车侧翻稳定性的影响规律。进行了零时滞条件下人-车-路闭环侧翻系统的稳定性分析；考虑驾驶员时滞因素，运用广义Sturm判别法序列理论研究了人-车-路闭环侧翻系统全时滞稳定条件，不满足全时滞稳定条件时驾驶员模型参数对系统临界时滞的影响规律，进行了实例仿真及驾驶员硬件在环实验。结果表明，经验丰富操纵熟练驾驶员拥有适中的闭环增益及小的侧翻反应时间值或减小驾驶员及执行机构执行动作的滞后时间，可以提高汽车侧翻系统的稳定性。. 项目为客车侧翻动力学与控制领域开创新的研究思路，在驾驶员侧倾反应行为及驾驶员时滞影响客车侧翻动态稳定性规律的研究中取得创新性成果。项目研究成果可为客车参数优化设计、客车侧翻预警及防侧翻控制提供科学依据。