汽车主动安全性评价体系的构建.doc

哈尔滨工业大学2005届本科优秀毕业设计（论文）选集汽车主动安全性评价体系的构建交通科学与工程学院：崔娜 指导教师：李松龄摘 要：本文全面分析了影响汽车主动安全性的各个因素，并总结出汽车主动安全性评价指标，利用模糊数学评价方法，建立汽车主动安全性综合评价模型，从而为进行汽车主动安全性综合评价提供理论依据。测试结果证明了该模型的有效性。关键词：汽车安全；主动安全性；综合评价；模糊数学Abstract： The purpose of this paper is to build vehicle active safety comprehensive evaluating model with the principle of fuzzy mathematics on the base of investigation and research of vehicle active safety evaluation parameters, and to offer the foundation when carrying out the comprehensive evaluation of vehicle active safety. The test results indicate the effectiveness of the model.Key words：vehicle safety; active safety; comprehensive evaluation; fuzzy mathematics1 引 言汽车安全性的研究已有近百年的历史，在过去研究中，人们通过车辆碰撞试验，对汽车的安全性进行检测，可以制定出评价汽车被动安全性的标准体系，但是对于汽车主动安全性的评价，目前还没有一个适用、有效且囊括了各种影响因素的评价体系，往往都是针对其中某一方面进行评价。例如汽车操纵稳定性的理论预测与综合评价、基于模拟器的道路安全评价等。因此，本论文的目的就在于综合汽车主动安全性的主要影响因素，通过理论分析确定各影响因素的评价指标，应用模糊数学评价方法建立汽车主动安全性综合评价模型。2 影响因素分析及评价参数的选则汽车主动安全性是汽车安全的一个重要方面，它是汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。主要包括制动性能、操纵稳定性能、动力性能、轮胎性能、照明灯和信号灯的性能以及汽车前后视野性能等等。2.1汽车的制动性汽车的制动性是使行驶的车辆减速或停车，以及在下长坡时维持一定车速和在坡道及平路驻车的能力。汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性以及制动时的方向稳定性三个方面来评价，其中制动效能是制动性最基本的评价指标。由于制动距离检验车辆的制动性比较直观、方便、试验重复性好，因此选取一定初速情况下的制动距离为汽车制动效能的评价指标；同时将制动效能的恒定性同制动效能合为一个方面来考虑；制动时汽车的方向稳定性用航向角（即汽车纵轴线与道路方向也就是原行驶方向的夹角）来度量。2.2汽车的操纵稳定性性汽车的操纵稳定性是指驾驶员以最少的修正而能维持汽车按给定的路线行驶，以及按驾驶员的愿望转动转向盘以改变汽车行驶方向的性能。它主要是由汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性以及汽车行驶的横向稳定性三个方面来评价。针对其不同的特性分别选取稳态横摆角速度增益（稳态时的横摆角速度与前轮转角之比）、方向盘阶跃输入后，汽车的横摆角速度第一次到达峰值所用的时间以及侧向稳定性系数来评价它们。2.3汽车的动力性汽车的动力性主要包括爬坡能力、加速能力及最大车速三个方面。我们选用加速时间作为评价汽车动力性的主要参数。2.4汽车的轮胎特性汽车轮胎与安全行驶有关的特性有负荷、气压、高速性能、侧偏性能、水滑效应、耐磨耐穿孔性等。在这里我们采用模糊数学的单因素模糊评价和多因素模糊综合评价结合的方法对其进行评价，最终评价值作为轮胎性能的评价指标。2.5汽车安全性的其它影响因素2.5.1汽车视野汽车视野是指驾驶员在驾驶室就座后所能看到的空间范围。它包括汽车的前方视野、侧方视野、后方视野等，其中保持前方视野开阔是最重要的，我们选用前方视野盲区所占的比例来评价汽车前方视野的开阔度。2.5.2汽车照明车辆照明装置中最重要的是前照灯。前照灯的特性包括配光、光束照射位置和发光强度三种参数。为了全面评价汽车的照明，我们采用满足一定发光强度条件下的光束照射位置作为主要评价指标。2.5.3驾驶员因素驾驶员因素主要是对驾驶员的熟练程度和疲劳状态使用不同的参数予以识别，而后应用模糊神经网络辩识系统进行评价。最终的主动评价指标可以对驾驶员的驾驶状态进行评价。 图1 各影响因素的评价指标2.5.4汽车操纵轻便性汽车的操纵轻便性主要是采用操纵力进行评价。2.5.5汽车行驶平顺性汽车的行驶平顺性是汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。它是用座椅上乘员的自振频率与车身振动频率的比值来衡量。总结各影响因素的评价指标如图1所示。3 模糊数学评价方法的研究模糊数学就是用定量方法研究和处理具有“模糊性”现象的科学。在模糊综合评价的数学模型中，设评价因素集U中的第i个因素的评价集为，它可以看作是评语集V上的模糊子集，rik表示第i个因素的评价对评语集V中的第k个等级的隶属度。将R1，Rn的全体向量并列起来，即得到n个因素的总评价矩阵： 设各评价因素的权重分配可以表示U上的模糊子集A，记为，式中ai表示第i个评价因素对应的权重，且规定： 应用模糊关系复合运算方法，即可求的模糊综合评价的数学模型：其中 4 汽车主动安全性的模糊综合评价及模型测试该模型建立在大量的汽车性能试验的基础上，根据试验数据选定类似戒上型和戒下型的隶属函数，即 图2戒上型分布曲线 图3 戒下型分布曲线（1）制动距离隶属函数（用表示） = （1）式中为参数，一般取=0.0935（2）航向角隶属函数（用表示） = （2）式中为参数，一般取=0.0000375（3）稳定性因数隶属函数（用表示） = （3）式中为参数，一般取=74074.1（4）峰值时间隶属函数(用表示) = （4）式中为参数,一般取=11.12（5）侧翻阙值隶属函数（用表示） = （5）式中为参数，一般取=14.46（6）加速时间隶属函数（用表示）= （6）式中为参数，一般取=0.0156（7）盲区比例隶属函数（用表示）= （7）式中为参数，一般取=156.25（8）驾驶员综合评价指标隶属函数（用表示） = （8）式中为参数，一般取=4.726（9）操纵力隶属函数（用表示） = （9）式中为参数，一般取=0.0000028（10）频率比值隶属函数（用表示） = （10）式中为参数，一般取=1同时建立轮胎性能综合评价模型。评价集V = 很好，较好，好，中，差 ，因为集合V内的元素均为模糊概念，所以这样的评价结果可用模糊向量表示为 = （r11，r12，r13，r14，r15）同理，水滑效应、耐磨耐穿孔性和其他性能也可分别用模糊向量表示为 =（r21，r22，r23，r24，r25） =（r31，r32，r33，r34，r35） =（r41，r42，r43，r44，r45）由上述模糊集构成模糊矩阵为 = = （11）称矩阵R为对该轮胎的单因素评价矩阵。而加权依次为a1（侧偏性能），a2（水滑效应），a3（耐磨耐穿孔性），a4（其它因素）,用模糊向量把权值表示为 =（a1，a2，a3，a4） （12）则对比轮胎的模糊综合评价结果，可有模糊推理合成规则写成 =将上式中与代入，可得 =（a1，a2，a3，a4） =（l1，l2，l3，l4，l5） （13）车辆照明综合评价模型因素集UD = 左灯左偏量（），左灯右偏量（），右灯左偏量（），右灯右偏量（）评价集VD = 很好，较好，好，中，差 根据实测数据选择类似戒上型的隶属函数（1）左灯左偏量隶属函数（用表示） = （14）式中为参数，一般取=0.00012（2）左灯右偏量隶属函数（用表示） = （15）式中为参数,一般取=0.000044由于右灯左偏量、右灯右偏量与左灯右偏量的标准相同，因此我们对其使用同一隶属函数。将实验数据代入隶属函数公式中，可求出该因素的隶属度，并对隶属度的大小进行分等，即规定： 当0.9时，为“很好” ； 当0.80.9时，为“较好” ； 当0.70.8时，为“好” ； 当0.60.7时，为“中” ； 当0.6时，为“差” 。根据前照灯发光位置的四个偏量对车辆照明的影响，采用专家意见法给定权重分配为AD=ad1，ad2，ad3，ad4，ad5，从而可以得出该因素的综合评判下面建立汽车主动安全性综合评价模型。综合上述12个评价参数作为因素集，即U= 制动距离（u1），航向角（u2），稳定性因数（u3），峰值时间（u4），侧向稳定系数（u5），加速时间（u6），盲区所占的比例（u7），驾驶员指标（u8），操纵力（u9），频率比值（u10），轮胎性能评价值（u11），车辆照明评价值（u12）。再给定评语集V = 很好（v1），较好（v2），好（v3），中（v4），差（v5），通过求解各因素的隶属度以及对隶属度分等，可得出这12个因素的模糊集因为该评价模型中评价因素较多，每一因素取得权重分配的值将很小，而且权重分配也很难做到合理，这样综合评判可能得不到预期的效果。为了克服这一缺点，我们将采用多级模型的评判方法对其进行综合评价。按照影响因素的性质将U分成四个子集，确定每一子集的权重分配并进行第一级综合评判， 因素子集权重分配第一级综合评价U1U2U3U4第一级综合评判表格 为单因素评判矩阵，并取权重分配为A =（a1，a2，a3，a4）进行第二级综合评判 =按最大隶属原则，即可确定车辆主动安全性的综合评价等级。以A、B两车的试验数据为例，分别选取轮胎性能综合评价、车辆照明综合评价权系数为；确定一级综合评价权重分配为：；则得两车的评价结果为；按最大隶属原则，A车的主动安全性能“很好”，B车的主动安全性能“较好”。由此可见，A车的主动安全性优于B车。结 论1本文提出了一种综合评价汽车主动安全性的方法。该方法建立在大量的实验基础之上，通过尽可能广泛地分析影响汽车主动安全性的各主要因素来提炼可行性、通用度最大的评价指标，进而建立评价角度较为全面的综合评价模型。2利用该模型可直接评价出一辆汽车主动安全性的优劣，其前提是进行大量的汽车性能试验，如汽车制动性试验、汽车操纵稳定性能试验等等，从中获得相应的评价指标；也可利用该模型，对多辆车的主动安全性进行比较。3本文应用了模糊数学理论来建立汽车主动安全性模糊综合评价。在建模过程中，同时采用了单因素模糊评价、多因素模糊评价与多级模糊综合评价相结合的方法。为了提高模型的实际运用性，还兼顾了专家意见法、经验法等主观评价方法。模型测试的结果表明利用该模型对汽车主动安全性进行综合评价是可行的。4文中建立的隶属函数采用的是戒上型和戒下型两种模式的函数形式，这是由实验数据的有界性决定的。但是在进行实际实验时，并不一定所有的数据都呈现出这样的走势，有可能呈现出正态曲线形式、直线形式或型曲线形式等等。因此，这是本文需要做的进一步工作。参考文献1. 高延龄. 汽车运用工程. 北京:人民交通出版社, 1999.10：87-1022. 张铁柱, 张洪信. 汽车安全、节能与环保. 北京:国防工业出版社, 2004.6：37-603. 刘浩学. 汽车使用安全技术. 北京:人民交通出版社, 2004.10：155-2054. 肖位枢. 模糊数学基础及应用. 北京:北京航空工业出版社, 19925. 石坚，吴远鹏，卓斌汽车驾驶员主动安全性因素的辩识与分析上海交通大学学报第34卷第4期6. Jikuang YANG and Zhihua ZHONG. From Road Traffic Accident to Safer Vehicle. Automobile Safety Technology. Beijing: C