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队列行驶车辆的气动特性、稳定性及跟驰特性的研究

郭焕亮  
【摘要】:随着目前互联网技术以及自动驾驶技术的发展,车辆在车联网中的跟驰队列行驶已经成为未来的一种发展趋势。在队列行驶过程中,其气动特性将会发生改变,因此会影响跟驰行为中的各种参数。我国地域辽阔,地形复杂,车辆在高速公路上行驶也经常会受到侧风的影响,从而影响车辆行驶的稳定性。而在跟驰队列行驶的过程中,侧风同样会影响车群的气动特性参数。在目前描述跟驰行为的数学模型中,同样没有加入气动特性对跟驰模型的影响。因此,本文的研究内容对未来的车辆网下的车辆跟驰队列行驶的发展有一定意义。本文的主要研究内容为车辆跟驰队列行驶时,车间距以及侧风对车群内各车的气动特性影响,以及气动特性引入车辆跟驰模型对跟驰特性的影响。本文的研究内容可以大致分为四个主要内容:一、选择车辆几何模型,在单车行驶情况下通过设定相应的CFD仿真得出其阻力,再与厂家给与的参数对比,确定本次仿真参数的设定可以使仿真得出的结果在误差范围内。再通过相应的力学知识,分析车辆的阻力来源,用压力云图与涡量云图做出理论的有效性验证。二、通过设定不同的车间距与数量的队列,分别得出了两车队列行驶与三车队列行驶下的阻力系数。再用其与先前国外做的简易模型的风洞实验得出的数据做对比。得出一个相仿的变化趋势,从而验证仿真的有效性。再通过先前的阻力来源分析解释阻力系数的变化规律,随后运用压力云图与涡量云图来验证气动特性变化的规律。三、通过设定一个固定间距,再用先前的计算域加入不同角度的侧风,得出了车群的各车在不同侧风角度下的气动六分力。然后再将此气动六分力导入CarSim中,进行车辆的动态仿真。为了使气动六分力在参数曲线上更加的平滑,使川多项式拟合的方法对其进行了相关拟合。在CarSim中得出相应的各车在开环条件下的偏移行驶路径、侧向加速度、横摆角速度与侧倾角速度。在闭环条件下的方向盘修正转角、偏移行驶路径、横摆角速度与侧倾角速度。再用两种条件下的数据进行对比,得出侧风对队列车辆的影响的相应结论。四、通过分析了LWR模型与Newe11模型,得出了简化后的IDM模型。随之计算得出不同加速度因子下的IDM模型流量状态变量,从而确定加速度因子。再运用力学知识,引入气动特性对IDM模型进行改进得到改进后的IDM+模型。使用Simulink进行仿真建模,导入车辆几何参数,对比基础IDM模型与IDM+模型的速度与车间距变化,得出相应的结论。


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