考虑驾驶员意图的爆胎车辆运动轨迹研究

摘 要：在面对突发的爆胎事件时，车辆的运动轨迹控制成为保障行车安全的关键。考虑到驾驶员在紧急情况下的反应能力和意图对车辆动态有着直接影响，文章聚焦于驾驶员意图的爆胎车辆运动轨迹分析，基于车辆模型对爆胎车轮参数修正，结合驾驶员反打方向的意图，通过carsim进行动力学仿真分析，研究在不同转向情况下车辆横摆角速度的变化趋势，为后期爆胎稳定性控制做前沿研究。

关键词：爆胎 仿真模型 横摆角速度 稳定性控制

0 引言

在现代交通系统中，车辆爆胎是一种常见的意外事件，它不仅对驾驶员的安全构成威胁，还可能给其他道路用户带来严重的风险。驾驶员意图是影响车辆运动轨迹的关键因素之一。当车辆爆胎时，驾驶员的反应和决策将直接影响车辆的动力系统和行驶方向。爆胎后的车辆运动轨迹通常取决于驾驶员采取的控制措施，例如使用制动或转向等操作。根据经验分析，当车辆爆胎后，驾驶员最有可能向爆胎轮的另一侧急打转向。因此，研究驾驶员在爆胎事件中的意图对于预测和控制车辆的运动轨迹至关重要。

本文主要通过carsim进行建模并仿真分析，探讨驾驶员意图对爆胎车辆运动轨迹的影响，并提出基于驾驶员意图的安全措施。

1 爆胎模型

1.1 车辆模型

本文对车辆参数的设置情况如表1：

其在carsim模型内设置如图1：

1.2 轮胎模型

本文对内置的四条轮胎均设置为235/55 R18。车辆发生爆胎后，爆胎轮胎的力学特性会发生很大的变化，产生变化的参数见表2，具体变化情况如表2所示：

2 实验条件

2.1 爆胎条件设置

对于爆胎触发的设置，笔者采用的是carsim软件中的Event事件。主要设置如下：事件1定义为正常运动情况，车速设置的梯度为60—120km/h，每20km/h间隔。道路设置为直道。事件2定义为当时间t≥2时，左前轮切换为爆胎轮胎模型，来模拟爆胎工况。同时在第2.4s时，给方向盘增加一个右转向角度，角度设置为35°及65°，来模拟驾驶员经过400ms的反应时间后，反打方向。笔者根据工程经验以及仿真分析发现，转向35°及65°为一临界值。因此笔者在对转向角度的设定上，采取的是上述的两个角度。结束事件定义为当t≥8，车辆运动结束。

2.2 输出参数设置

车辆爆胎后，会急剧产生横摆行为。为了更好的分析爆胎后的车辆运动情况，需要对后处理输出参数进行设置。用于表征车辆爆胎后不稳定因素的参数主要体现在车辆的横摆角速度。

3 仿真实验

设置好参数之后，车辆爆胎后不加转向时行驶情况如图2所示：

加转向时的形式轨迹情况：

箭头指向表示为车辆行驶轨迹。车辆的运动轨迹会根据转向角度的大小而有差异。

3.1 右转35°实验结果

由于笔者最初设定的是左前轮爆胎，当左前轮爆胎时，车辆会往左侧偏移。这是因为车辆的左前轮通常用于转向，因此当左前轮爆胎时，失去了有效的转向支撑，导致车辆往左侧偏移。当驾驶员经过400ms的反应时间后，会向右急打方向。第一类仿真实验设置的角度为35°。

爆胎后车辆的横摆角速度变化如下表3所示：

根据图示信息，可以发现，在左前轮爆胎工况下，不同速度下右转方向时，其横摆角速度的变化趋势是一致的。区别有以下几点：

1、待车辆行驶稳定后，车辆的横摆角速度稳定值有差异，差异的来源主要为车速。

2、车辆在爆胎加转向工况下的横摆角速度超调量不同，超调量会根据车辆的升高而增大。图示关键数值如表4。

其超调量分别为3.95%、10.86%、22.27%、29.94%。

3.2 右转65°实验结果

根据右转35°的实验步骤同理进行右转65°的仿真实验，其结果如表5所示：

根据图示信息，可以发现如上述同样的结论，在左前轮爆胎工况下，不同速度下右转方向时，其横摆角速度的变化趋势是一致的。区别有以下几点：

1、待车辆行驶稳定后，车辆的横摆角速度稳定值有差异，差异的来源主要为车速与转角大小。

2、车辆在爆胎加转向工况下的横摆角速度超调量不同，超调量会根据车辆的升高而增大。同样的，图示关键数值如表6。

其超调量分别为7.67%、9.33%、35.40%、57.12%。

根据超调量结果而言，总体上右转65°比右转35°的超调量更大。根据工程开发经验分析，由于角度的差异，角度越大，车身横摆姿态变化越明显，主观上的不适感越强烈。

4 结论

考虑爆胎工况的复杂性与危险性，本文根据左前轮爆胎过程中车辆的运动情况，结合驾驶员意图的行为，在爆胎后，对车辆方向盘增加一个转角，研究此时车辆的行驶轨迹及横摆角速度及其超调量的变化情况。通过carsim仿真发现，车辆爆胎后驾驶员反打反向时，其横摆角速度变化快，而且超调量也会随着车速的增加和增大，会严重影响驾乘安全性及乘坐舒适性。

本文的研究是基于carsim车辆模型为基础，通过设置相关实验条件进行的仿真分析。由于爆胎工况的危险性，实车试验具有相当的不确定性，因此本文的研究结论仅限于仿真分析领域，但通过车辆的运动趋势，可以为后续爆胎稳定性控制研究提供一定的参考。

参考文献：

[1]李蒙恩，张彦会.小型汽车爆胎研究现状分析[J].汽车零部件，2021（06）：107-112.

[2]韩泽璇，路永婕，张俊宁，等.驾驶员在环的爆胎车辆主动安全控制研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2023，36（02）：89-95.

[3]吴奕滨，臧利国，王星宇，等.爆胎车辆动力学分析及稳定性控制[J].农业装备与车辆工程，2022，60（09）：6-11.

[4]周鹏，王旭飞，刘怡帆，等.汽车爆胎对运动状态的影响研究[J].汽车实用技术，2022，47（02）：82-86.

[5]夏勇生.爆胎车辆轨迹控制仿真研究与分析[D].合肥：安徽建筑大学，2021.