基于ADAMSCar的轿车弯道侧滑事故机理研究

1、 基于ADAMS/Car的轿车弯道侧滑事故机理研究 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文）题目： 基于ADAMS/Car的轿车弯道侧滑事故机理研究学生姓名： 苟明兴学 号： 201172030227班 级: 汽服11-2 专 业： 汽车服务工程指导教师： 邹铁方 副教授2015 年 5月 基于ADAMS/Car的轿车弯道侧滑事故机理研究荣誉誓言 我保证此毕业设计（论文）成果为我本人独立完成，没有欺骗、剽窃、伪造、虚假及其他任何违反学术规范行为。我清楚不遵守这个承诺将导致零分成绩，并被通告学校相关部门，情节严重时将受到纪律

2、处分甚至承担法律责任。 承诺人（签字）： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书汽机 学院 汽车服务工程 专业 11-2 班题 目 基于ADAMS/car的轿车弯道侧滑事故机理研究 任务起止日期： 2015年3月 23日 2015 年 6月 26 日学 生 姓 名 苟明兴 学 号 201172030227指 导 教 师 邹铁方教研室主任 年 月 日审查院 长 年 月 日批准一、毕业设计（论文）任务课题内容交通事故已经成为当前的一大社会危害，分析交通事故发生原因，探求降低事故放生概率及事故发生后人员伤亡的概率，是当前提高交通安全的必由之路。分析事故发生原因的一个重要的手段则是仿真，在对事故进行仿真的

3、过程中，有诸多优异的软件可供选择，而其中ADAMS软件为一块在汽车领域具有广泛用途的软件，因而探求基于该软件的事故仿真方法，具有重要的价值。因而，本设计要求以单车侧滑事故为研究对象，通过学习ADAMS/CAR软件，掌握该软件中道路模型、车辆模型的调用方法，建立不同路面附着系数的弯道路面模型，进行车辆弯道侧滑事故仿真，然后据此提出仿真车辆侧滑事故的流程与步骤，进而通过深入分析，探求车辆侧滑事故发生的原因并提出防止车辆侧滑的办法。通过毕业设计，学生应巩固所学基础知识和专业知识；熟悉研究领域研究前沿、中外文文献资料的查阅方法；具有初步的建模验模能力；具有初步的解决问题的能力。课题任务要求1、通过查阅

4、文献，了解国内外该研究方向的前沿并能清晰说明该课题继续深入研究的意义；2、掌握ADAMS/CAR软件特别是该软件中道路模型与车辆模型的调用方法；3、掌握基于ADAMS/CAR的车辆侧滑事故仿真方法；4、分析车辆侧滑事故发生原因，并给出相应防治措施；5、回顾总结，完成毕业论文；6、翻译外文文献一篇；7、提炼自己的工作，通过毕业答辩。 课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1.开题报告（文献综述）2.毕业论文一本（含封面，扉页，毕业设计任务书，中英文摘要，目录，正文，参考文献，致谢等；计算机打印），不少于20000字且在严格按照论文格式前提下论文篇幅需多于30页3. 相关英文资料及译文（外文文

5、献1篇，附英文资料原文。）主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1. 陈军. MSC.ADAMS技术与工程分析实例 M. 中国水利水电出版社，2008.2. 任福田,刘小明.论道路交通安全M. 北京:人民交通出版社,2001.3. 陈立平，等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程 M. 北京：清华大学出版社，2005.1.4. 余志生.汽车理论M.机械工业出版社，2011.5. 徐进，彭其渊，邵毅明.直线路段积水路面车辆事故产生机理分析J.中国公路学报，2009,22(1):97-103.6. 徐进.道路几何设计对车辆行驶特性的影响机理研究D.西南交通大学，2009.7. 李莉. 基于

6、ADAMS/Car的某轿车平顺性仿真分析与改进 D.长春：吉林大学，2007.4.8. 潘飞，宇仁德，王传丽.基于ADAMS/Car的路面附着条件对行车安全的影响分析J.农业装备与车辆工程，2011(11):30-32.9. 刘平雨. 道路线形与交通事故的关系研究D.东南大学，2009.10. 潘飞.道路线形对行车安全的影响分析D.山东理工大学，2012.11. Tiefang Zou, Zhi Yu, Ming Cai, Jike Liu. Two non-probabilistic methods for uncertainty analysis in accident reconstru

7、ction J. Forensic Science International, 2010, 198: 134-137.12. 何杰，刘霞，陈一锴. 恶劣天气路面条件对行车安全的影响 J. 交通运输工程学报，2011, 11(1): 58-63.13. Adams help documents, Adams 2012.同组设计者苟明兴、唐偲蓓注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕 业 设 计（论 文）工 作 任 务工 作 进 度 日

8、程 安 排周次12345678910111213141516171819201查阅资料,翻译文献-2系统分析,完成开题报告-3学习并掌握Adams/car-4运用Adams/car进行道路建模-5进行车辆侧滑事故仿真-6对仿真数据进行处理，得出车辆弯道侧滑事故机理-7论文书写-8论文修改-9准备答辩，制作演示PPT-10论文答辩- 注：1. 此表由指导教师填写；2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成

9、任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字 日期 签字 日期 签字 日期 注：1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2. “组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1. 毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1) 封面 (2) 扉 页(3) 毕业设计（论文）任务书 (4)

10、中文摘要 (5) 英文摘要 (6) 目录 (7) 正文 (8) 参考文献(9) 致谢 (10) 附录（公式的推演、图表、程序等）(11) 附件1：开题报告（文献综述） (12) 附件2：译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文)成绩评定书一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期 学生（签名） 指导教师验收（签名） 基于ADAMS/Car的轿车弯道侧滑事故机理研究基于ADAMS/Car的轿车弯道侧滑事故机理研究摘要 随着国家对基础设施建设投资的不断深入，我国道路交通条件正逐步趋于改善

11、，然而交通安全问题的也日益突出。其中弯道作为公路载体中的特殊组成部分，越来越成为交通事故的多发地段。为了改善我们的交通状况以及减少人们的生命财产损失，迫切需要对各类交通事故的机理做出一个科学性的研究。故本文将对轿车在公路弯道路段发生的侧滑交通事做专题研究。通过查阅相关交通事故分析方面的资料及文献，发现我国现目前多采用实体模拟实验以及无人驾驶技术分析交通事故。基于此本文通过介绍虚拟样机技术及其发展应用；从理论上介绍了车辆侧滑原因，侧滑状态受力分析等并用ADASM软件进行整车仿真分析以求得出轿车在弯道侧滑事故机理。主要采用单一变量控制法分别进行了轿车在不同弯道半径行驶的仿真分析、轿车在不同附着系数

12、弯道路面仿真分析以及轿车在以不同车速通过弯道仿真分析。得出轿车在弯道侧滑主要是由于路面设计不合理、车速过高、车身结构不协调等引起的车辆在弯道所受离心力和侧向力不平衡所导致的。最后在基于仿真分析的基础上从弯道线形设计、行车视距、限速管理、横坡度应用、路面材料等方面提出了减少弯道侧滑事故的相关改善措施，以求能为减少侧滑事故起到积极防御作用，为人们生活多买一份“保险”。关键词：交通安全；弯道侧滑；软件ADAMS；虚拟样机技术；仿真分析STUDYING THE BEND SKIDDING ACCIDENT MECHANISM OF THE CAR BASED ON ADAMS/CARABSTRACT

13、With the deepening of the investment in infrastructure construction of our country, the traffic condition is gradually improved, however, the traffic safety problem is also becoming more and more prominent. As a special part of the highway carrier, the bend has increasingly becoming traffic accident

14、 prone locations. In order to improve the condition of our traffic and reduce the loss of lives and property of the people, there is an urgent need to make a scientific research on the mechanism of all kinds of traffic accidents. So this paper will make a monographic study for the car in traffic acc

15、idents on the sideslip curve section. By consulting related traffic accidents analysis of data and literature, find that analysis of the traffic accident in our country mainly conclude the physical simulation experiments and the unmanned driving technology. So This paper introduced the development a

16、nd application of Virtual Prototype Technology, analyzed the vehicle sideslip causes theoretically and sideslip state stress analysis, and used the software of ADASM for vehicle simulation analysis to gain the car sideslip accident mechanism on bend. Simulation analysis mainly uses single variable c

17、ontrol method including cars in different bend radius, different adhesion coefficient curve road and different speed. Found that the car on the bend sideslip is mainly due to the unreasonable design, running speed is too high, body structure is not harmonious, etc. It will cause the centrifugal forc

18、e and lateral force unbalance which is the the fundamental reason of sideslip.Finally, put forward related improvement measure of reducing the bend sideslip accidents according to the simulation analysis from the bend alignment design, driving line of sight, limit management, cross slope, pavement m

19、aterials, etc. Hoping it can be the role of active defense to reduce sideslip accidents, and can be as peoples life "insurance".Key words: traffic safety; bend sideslip; software ADAMS; virtual prototype; simulation analysis目录1 绪论11.1 研究背景11.2 我国交通事故资料统计分析21.3 国内外研究现状31.3.1 国外研究现状31.3.2 国内

20、研究现状41.4 主要研究内容52 ADAMS软件概述62.1 虚拟样机技术简介及应用前景62.1.1 虚拟样机技术简介62.1.2 虚拟样机技术应用前景72.2 ADAMS软件概述及总成72.2.1 ADAMS软件概述72.2.2 ADAMS总成82.3 ADAMS/Car模块简介82.4 小结93 公路弯道侧滑事故特性研究103.1 交通事故分析的新认识103.1.1 传统交通事故机理研究的不足103.1.2 基于虚拟样机技术的交通事故新认识103.2 公路弯道路段特征概述113.2.1 弯道路段线形特征123.3 轿车弯道处侧滑事故的原因分析143.4 弯道路段车辆临界状态受力分析153

21、.4.1 轿车在弯道处正常状态受力分析153.4.2 轿车在弯道处侧滑时状态受力分析173.5 小结194 基于ADAMS的整车仿真分析204.1 ADAMS软件中整车组合的调出204.2 ADAMS软件中随机路面的建立214.3 基于ADAMS/Car中整车仿真分析264.3.1 轿车在不同弯道半径路面的侧滑仿真分析264.3.2 轿车在不同附着系数弯道路面的侧滑仿真分析294.3.3 轿车以不同车速在弯道路面的侧滑仿真分析344.3.4 轿车在弯道因制动侧滑的理论分析364.4 基于仿真分析得出的轿车弯道侧滑事故机理374.5 小结385 基于仿真分析弯道路段侧滑事故的预防和改善措施395

22、.1 基于弯道半径的改善措施395.1.1 弯道半径设计要点395.1.2 弯道视距的改善405.1.3 横坡度的应用415.2 基于弯道附着系数的改善措施425.3 基于弯道行驶车速的改善措施435.4 小结446 总结与展望456.1 总结456.2 展望46参考文献47致谢481 绪论1.1 研究背景汽车在我国已经获得了长足的发展，也推动着我国经济的发展，是使得我国综合国力增长的有力工具。但是作为事物的存在，必然会有矛与盾的产生，即由汽车带来的生命安全问题长久以来被视为核心研究问题之一。从世卫组织的一份公报表明: 全世界范围内每一年都会有120万人左右丧生于交通安全事故，另近5000多万

23、人在事故中受到不同程度的损失，而且交通事故造成的损失在近年来却逐渐增长，即每一起事故造成的损失比以往逐步增高，这很大程度上是归因于我们时代的“唯快”主流，当下车辆性能的不断优化、道路条件的不断改善等等都导致车速一高再高。就统计我国在2012年的十一月份至十二月份期间有186例各类安全事故发生，其中的交通事故部分占了总体事故的60.75%1。而作为特殊线形的弯道则是交通事故中频频发生的典型代表。由于越来越多的事故分析表明：弯道路段事故发生事故数量之多已引起人们的警惕了，并在全世界范围内引发人们的广泛关注。据近年来日本交通事故分析报告中指出：日本本国国内因弯道而引起的交通事故占日本所有道路交通安全

24、事故总量的41.01%2。近年来，随着国内汽车保有量的增加以及全国范围内的基础交通条件的不断改善，我国的交通安全形势却并未因交通条件的改善而显得从容乐观，交通安全问题依旧严峻，而弯道事故更是管理水平及理念提高以后显尤显无力的环节。显然世界各国交通态势大体情形都相差无几，各国由弯道引起的事故及造成的损失都是巨大的。只是由于国外先进发达国家其管理理念、管理系统等提升使得事故略微降低，另由于我国地大物博、人口基数大等具有中国特色的客观因素使得我国在交通管理、事故降低等方面还有待加强。总而言之，各国都在竭尽全力地降低交通事故，但是弯道事故所占交通事故总数比例普遍重大。而我国由于处在社会主义初级阶段，机

25、动化水平处于一个较低状态。这一系列因素必然使得我国短期以内我国交通事故形势依然严峻，交通安全问题仍是时下热点问题。因此，迫切需要更深入地研究道路交通事故的发生机理，揭示其本质规律，以及解决实际交通安全问题。尤其是是作为特殊路段的弯道路段，更应该最深入的研究，总结出弯道侧滑机理，以便能够使得积极防御和改善弯道路段的交通安全事故的工作提供一个强有力的理论依据3。1.2 我国交通事故资料统计分析我国主要从交通事故所造成的人员伤亡角度区分交通事故为轻微交通安全事故、一般交通安全事故、重大交通安全事故以及特大交通安全事故等4大类。从我们国家数据统计局官网上获悉了我国近四年来对外公布的交通类事故相关数据。

26、其中：2010年，我国共发生交通事故219521例，总死亡人数65225，其重大交通事故量为58244例，占比26.5%；特大交通安全事故量为1244例，占比0.6%；由机动车引起的交通安全事故量则为207156例，占比94.4%。2011年，我国共有210812例交通事故发生，共计死亡人数62387人，其占比25.9%的重大交通事故量为54704例；特大交通安全事故量为1201例，占比0.6%；由机动车引起的交通安全事故量则为198113例，占比94%。2012年，我国共发生交通事故204196例，共计59997人次死亡，其由机动车引起的交通安全事故量则为190756例，占比93.4%；汽车

27、类交通安全事故量为142995例，占比70%。2013年，我国共发生交通事故198394例，死亡人数达58539人，其由机动车引起的交通安全事故量则为183404例，占比92.4%；汽车类交通安全事故量为138113例，占比69.6%。显而易见，我国交通事故态势依然严峻，每年发生事故量和人数虽有小幅下降，但是还是不容乐观。另产生的交通事故主要是由于激动车引起，常年占据交通事故总量的90%以上，而其中汽车引起的事故则占大部分。如何寻找有效手段来降低交通事故的问题亟待解决，其中探究事故机理更是解决之本，也是我们迫切需要改善交通安全态势的重要理论依据。此外，从公安部最新公布数据获悉：最近几年随着人们

28、经济水平的不断上升，一户一车的理念已深入人心，也具有此购买能力，所以导致汽车保有量以及机动车驾驶人的快速增多。到2014年底，我国已拥有2.64亿辆机动车保有量，其中汽车保有量占比62.6%，和2013年末相比增长量为12.4%，民用轿车的数量则是有16.6%的增长量。机动车驾驶人已经达到了历史顶峰的3亿多人，其中的汽车驾驶人占比82%左右。可见，基础交通条件改善和交通管理理念的深化并未使得我国交通安全事故量明显的下降，其原因之一与我国机动车数量的不断增加有着密切相关，显然快速增长的机动车保有量和快速增加的驾驶人员必然将导致我国的交通安全局势更为严峻4。严峻态势下，我们认真分析可以发现弯道事故

29、则是交通事故中十分尖锐的一个部分，我们十分有必要也必须仔细研究事故机理，以使严峻的弯道交通安全形势得以遏制。我们都知道汽车在过弯道时常由于速度过高、紧急制动时后轮抱死等情况时使车辆发生难以控制的滑转甚至驶向对向车道、或由于前轮抱死失去转向能力而驶出道路发生交通事故导致生命安全问题。所以本课题研究的目的就是通过仿真软件ADAMS中的一个汽车模块ADAMS/Car建立轿车模型，对轿车在弯道行驶时发生侧滑从而引起事故的机理进行整车仿真分析研究，从而总结出引起轿车在弯道容易因侧滑而引发交通事故的因素。显然，研究汽车发生交通事故的机理变得尤为重要，不仅可以让我国在汽车保有量增加的同时抑制交通事故的发生，

30、还能直接减少大量经济损失。严峻的交通态势使得我们不得不花费心思在如何从根源上解决问题，而不是让我们去控制汽车的保有量来减少事故发生，这是治标不治本的表现。唯有深入的研究交通事故发生机理，才能从根源上解决交通安全问题，还人们一份平安和谐。1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 国外由于对交通事故探究起步较早，很多人都前赴后继的进行过研究，国外许多学者诸如KharagPur，Dabbour等都对如何从道路改善方面来降低交通事故开始着手研究。主要研究内容大体如下：KharagPur对弯道进行专门的研究，他将曲率变化、弯道半径以及缓和曲线作为研究的主要方面，以求对弯道所引起的事故有一个初步分

31、析。Dabbour等人重点从弯道纵断面着手研究，提出用抛物线来评价弯道处的安全性能，还简要地分析了弯道竖曲线的取值范围。以求对弯道路段的线性有一个深入的认识。Persaud.B则是为了改善弯道交通安全状况而提出了如何检测弯道的对行驶车辆的危险状况。对后来人们研究如何降低弯道事故发生有很重要的意义。由于国外的许多学者对公路研究都主要从线性优化设计着手，而少从车和弯道之间的具体联系做详细的探讨的。但是由于西方国家起步较早，其线性设计理念仍可对我国有很大的启示作用，也对改善我国交通事故现状有着借鉴价值。1.3.2 国内研究现状随着全世界范围表内对交通事故关注度的提高，不少国内科研机构也开始着手对交通

32、安全问题研究。其中公路交通安全应用技术研究作为我们国家交通部目前对交通安全研究方面取得的成就，其主要是对我国以往交通事故的应对措施做出的一个科学的总结与深化，重新寻求从交通安全事故起因、交通安全设施开发等多个方面对交通事故进行专门的研究。而就弯道路段交通安全方面而言，现阶段我国很少有人以一个专门的课题对弯道路段事故进行研究。但对弯道进行过一定的研究和分析的学者或机构也是存在的，他们为此开了先例。其中：有学者和教授（北京工业大学、吉林大学教授）开始着手从速度及视距和的角度初步定义急转弯道。在车辆事故原因分析方面，主要还是通过碰撞试验进行分析总结的，而且研究手段正在从大量的汽车碰撞试验研究向虚拟样

33、机技术逐渐过渡，并逐渐走向汽车碰撞的物理样机技术与虚拟样机技术紧密结合的成熟阶段。近些年来，一些国家级的汽车碰撞科研机构（诸如清华大学汽研中心、一汽汽研所、天津汽研中心等）以及一些地方性的汽车科研机构在我国已相继成立。现目前我国已拥有共 l6 家的汽车检测机构，而且我国的交通事故研究方向正在向世界接轨，必然不久便能赶上西方发达国家5。汽车结构及相关性能参数的选择合理与否、道路设计的合理与否都直接影响着汽车安全性，对交通事故的发生有着非常关键的影响。故如何优化和改善汽车的结构参数、性能参数以及如何改善弯道路段线形、视距等都是至关重要的问题。解决此个关键问题的关键是弄清楚轿车弯道侧滑事故机理，才能

34、得出相关优化与改善措施。由于汽车弯道处侧滑与汽车整车参数都有关系，因其涉及点之多，这就给运动学、动力学分析带来了极大的困难，难以从单方面进行研究。过去人们常用实体试验以及简化成理想约束条件的办法对对汽车相关部位进行动力学和运动学分析，还有多自由度的质量-阻尼刚体数学模型近视仿真方法以及人们现在还仍在使用事故现场勘测法和无人驾驶模拟现场方法等。但其结果却是费时费力并且结果误差大，对改善和优化轿车结构从和减少弯道处侧滑事故并无太大的改善。所以本文主要需要做的即是通过方便快捷的虚拟样机仿真分析，准确科学的的出轿车在弯道侧滑事故的分析，并根据虚拟样机ADAMS自身的后处理程序找出轿车左右侧前后轮在弯道

35、行驶所受的侧向力曲线图，能为我们研究和分析侧滑事故机理提供有力的支撑。1.4 主要研究内容全文共分为6章，主要是基于国内外事故中侧滑事故的严重性方面说明侧滑事故研究的必要性，经对侧滑事故的原因初步理论分析，最终通过ADAMS软件整车仿真分析得出轿车侧滑事故机理，并提出改善措施。其中：第一章：主要从交通事故各类数据入手，介绍了全世界范围内的严峻交通安全局势，并对国内外交通事故研究现状做了一个浅析。进而明确了本文研究的所采用的技术手段和研究重点。第二章：主要对本文所采用仿真软件ADAMS/Car模块部分做了一个详细的介绍，并从其发展前景、自身优点等方面确立了ADAMS/Car作为本文仿真分析的可行

36、性、优势性。第三章：主要对公路弯道交通事故特性作了介绍，并初步理论性的浅析了侧滑事故的原因以及侧滑时车辆的受力分析，并再次介绍了人们对基于虚拟技术研究交通事故方面的新认识。第四章：重点对轿车通过弯道进行多次的仿真分析，并在发生侧滑的那次仿真通过后处理程序做分析，其中轮胎所受的侧向力是重点分析环节。并得出侧滑事故主要原因是轿车所受的侧向力与所受的向心力不平衡所导致的。第五章：主要是通过第四章得出的结论和仿真分析中遇到的问题针对性的给出了弯道侧滑事故的防护措施。其中涉及弯道线形、视距、车速、弯道半径等方面。其中弯道半径设计车速的限制是改善弯道侧滑状况的主要方面。第六章：主要针对本次研究中出现的不足

37、以及未能理想完成的部分做了一个简述，并提出完善本文所需做的后期展望部分。2 ADAMS软件概述2.1 虚拟样机技术简介及应用前景2.1.1 虚拟样机技术简介长久以来，制造业完全依赖物理样机来探讨和解决设计过程出现的各类问题，由于物理样机在解决问题时只能以实物一次又一次的修改与完善为依据，所以这毫无疑问的增加了制造成本、延长了产品的设计研发周期。于是许多的行业制造者慢慢发现基于物理样机技术的产品由于开发周期较长而使得其在优先抢占市场上有失先机，反而成为其自身经济发展的障碍。所以为了使自己在制造行业脱颖而出就必须得突破物理样机技术的限，寻求新的技术。于是许多的行业制造者逐渐开始起步对虚拟样机技术研

38、究，以求减少对物理样机的过度依赖。但是由于处在虚拟样机技术的起步阶段，他们还无法摆脱物理样机技术限制，只是有意识地减少对物理样机使用的次数，转而用虚拟样机的灵活性去体现出物理样机所不具备的优点。基于此背景下虚拟样机技术逐渐得到了长足的发展。 几何建模CAD 结构分析FEA 优化设计 虚拟样机 驱动元件建模 控制系统设计 模型反求图2-1 虚拟样机及其相关技术 拟样机技术在逐步探索之后慢慢走上了发展之路，它作为基于计算机技术的一门新技术，除囊括了CAD建模技术、计算机支持的协同工作(CSCW)技术、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术等类技术之外，还是一门涉及多学科的现代化技术，另外虚拟

39、样机的概念还和集成化产品和加工过程开发紧密联系在一起6。它能在使用中为用户提供最优的解决方案以及最经济的改善措施，能不断的优化产品性能。2.1.2 虚拟样机技术应用前景目前，虽然虚拟样机技术已在我国得到了一定的发展，但是还是仅仅使用在制造业之中，而且也仅仅只是停留在初级应用阶段。除了专业科研机构和部分高校，虚拟样机技术在其他地方或行业还很少涉及。然而许多的发达国家对虚拟样机技术的研究已趋成熟，如虚拟样机技术在美国、德国等西方国家已得到广泛的应用，应用领域不仅仅是制造业类重工业，还广泛应用于医疗等普通民生部门领域。而且由于虚拟样机技术的普及性已使得以前作为专业人员的专用研究工具现在已普遍被普通工

40、程技能人员掌握，显然这些国家已经将虚拟样机技术广泛应用已经于老百姓的的日常生产生活之中。众所周知，作为虚拟样机技术的成功应用典范的美国波音公司生产制造的波音系列777大型客机，这是当今世界范围内首例通过无图纸的虚拟样机技术研发制造出客机。波音公司在777大型客机的整个生产到产出过程都运用了虚拟样机技术，这不仅使得本来需要很长周期的大型客机生产周期大大缩短，而且其研发制造成本也大幅度减少，另外经波音公司和以往生产的波音系列客机的生产制造费用相比较，发现777大型客机整个生产过程产品更改量减少了93%并节省了94%的花费7。由国外虚拟样机技术的成功应用和使用虚拟样机技术与否的对比可知，虚拟样机技术

41、把研究制造和优化设计紧密联系起来，加速了新技术产品的开发和同类产品的优化升级，减少资金的无故损耗，缩短产品周期，使得企业在市场中抢得先机。而我国的虚拟样机技术还有待发展，而且是一个良性的发展过程，发展好这门技术将必然是我国的制造业更上一个台阶。总而言之，虚拟样机技术既是世界发展的潮流，也是时代发展的必然趋势，更是一个国家发展制造业的必由之路，势必有着很好的发展前景。2.2 ADAMS软件概述及总成2.2.1 ADAMS软件概述MSC.Software公司旗下的MSC.ADAMS软件作为CAE领域中使用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真软件，由于其虚拟样机的理念和虚拟样机技术在世界范围内

42、都是领跑者，使得该款软件的市场份额占了全世界该领域的绝大部分，被广泛应用于包括制造业、航空航天、医学分析在内的许多领域。ADAMS将建模、求解及可视化技术集成为一体的一块虚拟样机软件。全世界许多的知名国际化大公司均将ADAMS作为机械系统动力学的一个仿真平台。通过MSC.ADAMS软件携带的强大建模功能、解析能力和后处理能力建立起来的机械系统，可以形象准确地模拟实体在现实环境下的所有运行情况，并通过后处理功能帮助用户评价该系统的相关性能，还可从最优解的角度为用户对比分析出多种设计方案8。图2-2 仿真软件ADAMS/view模块2.2.2 ADAMS总成由核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具

43、箱以及接口模块5类模块组成的ADAMS就能够完成建模、分析和后处理功能，具备完整的动力系统分析能力。能满足各个行业的使用需求，而且行业区分能力强，还能与其他CAE软件通过相应的接口进行密切联系，具有很强的通用性。ADAMS相关总成如图2-3所示：2.3 ADAMS/Car模块简介ADAMS/Car作为ADAMS下的一个集成模块，是前MDI公司与宝马BMW等公司专门为了轿车分析而合作开发的专用模块，并融合了这些顶尖级的汽车公司在设计和开发汽车方面的专家经验，特将轮胎、解算器和后处理等模块融入ADAMS/Car。它能让汽车设计人员构造出与真实样机一样的汽车相关虚拟系统，并且还能够进行仿真分析，从而

44、得出诸如动力性、操纵稳定性、平顺性等在内的各项性能参数，以便设计人员改善或者优化轿车性能，还能给出方向性的指导。图2-3 ADAMS软件结构框图ADAMS/Car模块有Standard和Template Builder（即标准和建模器）两种功能各异的模式加以区分。其中Standard模式是基于现存模板对已有的模型进行整车或者半车仿真分析，另外还能在此模式下创建悬挂组合以及整车装配，并将此类的悬挂组合称之为类似于总成的汽车子系统。而在Template Builder模式下，因ADAMS/Car提供了许多轿车常用部件模板给用户选择，故用户可以借助部件模板进行建模作业。另ADAMS/Car中的模板作

45、为参数化的模型，拥有标准模型组件所具有的拓扑结构和零件参数。对于悬架、传动等的子系统则属于在模板的基础之上建立起来的，并能为Standard用户提供模板参数修改功能的零部件组合。由子系统和试验台组合而成的装配组件，因为仿真需要在实验台上进行，所以要进行仿真分析则必须要求装配组件包含试验台9。2.4 小结本部分主要讲述了作为虚拟样机软件ADAMS的广泛用途，以及其无与伦比的先进性，通过波音公司的大型客机的成功产生案列，发现虚拟样机技术带来的经济性令人们无比向往。此外还分别概述了ADAMS软件和重点介绍了其Car模块。3 公路弯道侧滑事故特性研究3.1 交通事故分析的新认识3.1.1 传统交通事故

46、机理研究的不足汽车越来越成为经济发展与时代进步的产物，伴随着全球范围内的汽车产业的迅猛发展和世界汽车保有量的逐渐增加，由汽车引发的交通安全问题越来越成为人类心灵的创伤。在很久以前许多学者就开始着手研究交通事故的机理，以求减少交通事故的发生。当然前辈们做出的贡献自然不可忽略的，但是由于科学技术的发展水平限制以及人们对交通事故的认知能力还处于一个较落后的方向。其中传统交通事故分析方法主要是采用物理样机技术，即通过对实物相关参数的反复修改、反复试验来得出相应的改善措施。这一做法在当时是广为流行的，并且作为成功的方法在推广应用。显然这一研究方法随着社会的不断发展逐步显现弊端，诸如耗费大量人力、物力、以

47、及财力，而且由于是实体试验，这将不可避免的造成在实验过程中出现危险状况甚至生命安全问题，这是其最大的不足不妥善之处。另外，我们很容易发现传统的交通事故研究分析很长时间内都是只分析了“人-车-路-环境”中的动态因素（人和车）部分，常常是通过改善车辆的性能来减少事故的发生以及提高人的驾驶技术等手段来减少事故，却不曾注意我们实际生活中车往往要在不同的路况不同天气下驾驶，而人往往不会永远一个状态。故这类研究方法忽略了客观因素（道路和环境）部分。所以现在我们分析交通事故并求得解决方案时迫切需要将研究分类更为详细，比如弯道、直道、山区、晴天、雾天、雨雪天等等。每一种情况都应分类详细研究，最后在综合各方面因

48、素，做到因地制宜，做到具体地区具体分析求得此地区的最优解决方案。3.1.2 基于虚拟样机技术的交通事故新认识从上面部分的传统交通事故分析的不足之处，我们可以很清晰的发现传统的基于物理样机的分析研究已经越来不不适应时代发展的潮流，也越来越不能为减少交通事故带来更大的帮助了。古人云：“穷则思变”。当人们发现基于物理样机技术的研究方法已不能为人类作出进一步的贡献时，不少学者及研究机构开始着手新的交通事故分析方法。在慢慢的探索之中，人们逐渐发现了与物理样机技术相对应的虚拟样机技术。于是人们便开始慢慢认识并不断研发虚拟样机技术，随着人们的不懈努力，虚拟样机技术已经越发成熟，在国外已普遍应用于各类生活生产

49、之中，当然我国虚拟样机技术虽起步较晚，但是目前也已经发展到了一个不错的水平，因其准确性及经济性已开始在我国制造业中广泛流行起来，不过虚拟样机技术离普及到各类基本生产之中还有一定距离。这是人们对交通事故分析的新认识，那么人们为什么会选择虚拟样机技术来作为研究和开发产品以及应用于分析交通事故呢？如若用“物竞天择，适者生存”的达尔文进化论来形容此种情形则尤为恰当。正是由于物理样机技术不能适应社会的发展；也不能为人类做出更大的贡献。于是促使人们开始着手研发新的“适者”来推动社会的经济发展，人们在逐渐的探索之中之所以选择虚拟样机技术作为推动经济发展的新的“适者”，是因为虚拟样机技术可以加速新技术产品的开

50、发和优化升级，既能在这个过程中提高产品质量，还可以缩短升级研发周期及生产制造成本。 当然本文主要研究的不是其在制造业中的使用，而是基于虚拟样机技术为我们交通事故分析带来的便利及优势。基于此技术可以使我们在研究交通事故发生机理以及其改善措施方面有一个明显的快捷方便之处。首先，它可以不用像传统实体模拟事故现场试验那样带着危险的成分，因为随时模拟可是需要人作为操作员，毕竟也是有风险的。即使有无人驾驶技术，因其昂贵费用、程序复杂、操作单一等缺点而被舍弃。其次，实体模拟事故现场试验因事故的毁灭特性而导致实体坏损等损失，换言之，即为不经济性。最后，实体模拟事故现场试验具有很大的环境局限性，其只能在特定的场

51、地上进行试验，对得出的结论不宜大范围推广使用。而作为“新认识”的虚拟样机技术很好的解决了这一系列问题。3.2 公路弯道路段特征概述 交通安全事故的发生密切与“人-车-路-环境”系统相关，而且交通安全事故的发生常常是因“人-车-路-环境”系统中的相关要素之间失调而偶然性发生的。因此为了减少交通事故的发生而求出事故机理就必须全方位的分析“人-车-路-环境”中各要素对交通事故发生的影响。而其中道路则是其中的硬件因素，它的线性、结构、倾角等因素对交通事故都有着致命的影响。本章将重点介绍道路中最容易发生交通事故的弯道路段及其相关特性对交通事故的影响。3.2.1 弯道路段线形特征诸如玻利维亚境内的北杨格思

52、公路在内的许多弯道都以“死亡之路”而闻名于世，几乎每天都有生命丧失于这些死亡之路上，之所以容易被人们称为“死亡之路”，毫无疑问是因为其交通事故在此易于发生。换言之，公路线性特征很大程度上决定了事故发生容易程度的大小。其中弯道线形特征主要包括弯道横向的路面特征以及弯道的线形组合。弯道的横坡度作为横向路面特征主要指为了抵消部分车辆所受离心力作用而设置的路面超高。而直线引道、弯道自身的圆弧等部分组成了弯路段的线形组合，其搭配的合理程度对事故的发生有很大的影响。图3-1 弯道道路线形组合众所周知直线类线形的道路是全世界范围内道路设计中最主要的线形形态，常见于平原等平坦开阔地带。究其原因则是因为使用直线

53、线形具有两点之间直线最短、行驶受力简单、方向明确、测绘修建方便、快速经济等一系列优点。然而，研究表明，一般公路或高速公路，往往造成驾驶员视觉疲劳的是由于过长的直线引道导致的，其单调的风景极易造成注意力分散，反应迟钝，一旦遇到紧急情况，常会令其措手不及而发生意外危险状况。由于长长的直线路段使得车速的变化无法形象的反馈给驾驶人员，导致车速越来越快，最终导致超速行为，然而当发现前方出现突发情况时(包括过路行人、车辆)或遇到平面线形组合不好的状况时,往往由于来不及短时间内制动减速而造成交通事故的发生；其中常见的是后者，即高速行驶下遇到急弯，此时由于减速不足或制动过急常导致车辆失控驶离道路或者发生弯道侧滑、急转等危险行为。所以在进行道路线性设计的整个过程中直线路段的长度显得尤为重要。根据研究表明：当一段公路中直线路段的长度小于3分钟行程时，能有效抑制交通安全事故的发生。换而言之，如果汽车在高速公路上以最高车速（即120km/h）行驶时，3分钟的直线路段长度最大即为6公里。据调