22314字硕士毕业论文基于分子动力学的车辆运行安全性研究

介绍

1.1研究背景和意义

1.1.1研究背景

汽车工业的发展对交通基础设施提出了更高的要求。为了改善交通运输业长期以来严重制约经济社会发展的局面，自“九五”以来，特别是“十五”和“十一五”期间，我国交通基础设施建设取得显著成绩，公路里程逐年大幅增加。截至2011年底，全国已建成运营公路401.64万公里，其中高速公路8.49万公里，农村(县、乡、村)公路402万公里。

全国公路网四通八达，极大地促进了中国的经济发展和社会进步。然而，与此同时，道路交通带来的负面影响，如交通事故，也不容忽视，成为社会普遍关注的热点问题。据世界卫生组织(世卫组织)统计，全球每年有130万人死于道路交通事故，约有2000万至5000万人在道路交通事故中受伤，这一数字还在增加。如果道路交通安全状况没有显著改善，到2030年，世界上每年死于道路交通事故的人数将达到240万，交通安全将成为影响世界各国公共安全的三大因素，[1]。政府有关部门采取了有效的管理措施，预防和减少交通事故，减少人身伤害和财产损失。根据交通安全管理部门的统计，自2003年以来，道路交通事故、人员伤亡和直接财产损失呈下降趋势。例如，2011年全国发生了210812起道路交通事故，造成62387人死亡，237421人受伤，与2010年同期相比，分别下降了3.97%、4.35%和6.55%。其中，重大交通事故27起，死亡10人以上，比去年同期减少7人，道路交通死亡率为2.8，比去年同期减少0.4人。然而，中国只有1.5%的机动车，是世界上道路交通事故最多的国家之一。与西方发达国家相比，[的交通安全形势依然严峻。

根据研究结果，90%以上的交通事故是由驾驶员直接或间接造成的。驾驶员的心理和生理有很大的差异或限制，导致许多人在驾驶行为上犯错误或不确定性，从而造成道路交通事故。驾驶行为最直接的表现是在道路环境下的跟车和换道过程。从效率和安全的角度来看，驾驶员希望尽快到达目的地，同时避免与其他车辆发生碰撞事故。近年来，在高密度交通流的条件下，道路交通事故的频繁发生和大规模发生已经成为社会日益关注的安全问题。据统计，侧面碰撞和尾部碰撞的总数占事故总数的50%，伤亡人数占总数的40%，直接经济损失占总数的50%。跟车和变道错误已经成为这两种事故的两个主要原因。

道路交通安全系统是一个由人(驾驶员)、汽车、道路和环境组成的动态闭环复杂系统。驾驶员是整个封闭系统的领导者，是道路交通系统信息的接收者和处理器，其驾驶行为特征是道路交通系统安全状态最基本、最真实的体现。目前，道路交通安全研究主要有两个发展方向，即宏观安全统计分析和微观安全行为分析。宏观安全分析是对大量个体驾驶行为表现的归纳分析。其安全法必然与道路安全微观交通行为密切相关，是个体车辆安全特性综合作用的结果。因此，微观驾驶行为的建模已经成为道路安全研究领域的热点问题。本文从车辆的微观行为和宏观交通流运行的安全特性两个方面研究了车辆与道路的协同安全特性，为确保道路交通顺畅安全提供了理论依据。

1.1.2研究目的和意义

跟车是微观的交通控制过程。在这个过程中，跟随车的驾驶员接收来自前方车和周围交通环境的各种刺激，判断这些刺激并做出相应的控制响应。基于分子动力学，研究排队行驶过程中周围车辆和道路环境影响下的跟车行为，建立基于所需安全距离的分子跟车模型和换道模型，分析微观交通安全特性和交通流安全的稳定性，旨在为车辆运行分析技术和道路安全管理提供理论支持和技术手段。本研究的意义如下:1 .跟车理论通常是一种理论，当汽车在无法超车的单行道上排队行驶时，它使用动力学分析跟在前面的汽车后面的汽车的行驶状态。本研究利用分子动力学研究车辆在交通流中的跟驰特性和车辆间的安全距离，建立了车辆跟驰的安全距离模型。车道变换行为和单行道跟驰行为的结合将单行道跟驰延伸到混合车道跟驰的研究领域，探索分子跟驰理论及其模型体系，不仅对单行道跟驰理论进行了改进，而且进一步推进了线性跟驰模型，弥补了交通流理论在跟驰理论应用中的不足。

第三章分子跟驰模型……27基于要求的安全距离

3.1建模思想..............................27

3.2分子跟驰模型的建立……27

3.3横向需求安全距离跟车模型...................38

3.4实验验证和分析……44

3.5本章总结……51

第4章跟进……53

4.1后续车道变更行为描述……53

4.2后续车道变更安全分析……53

4.3数值模拟实验……56

4.4本章总结……61

第五章交通流安全稳定性分析..............................63

5.1扰动稳定性原则……63

5.2局部稳定性分析……65

5.3渐进稳定性分析..............................71

摘要

本文从微观角度对道路交通安全进行了研究。运用分子动力学方法，从驾驶员驾驶行为、车辆跟驰和换道特性及模型、交通流安全性和稳定性等几个方面对车辆的安全特性进行了研究。本文完成的研究工作主要包括以下几个方面:

1.在系统分析驾驶员行为、视觉和跟车特性的基础上，引入分子动力学理论，建立了基于所需安全距离的分子跟车模型。根据车辆行驶状态的变化，综合考虑距离差项、速度差项和预测项的多重刺激，利用数学推导方法推导出驾驶员对同一方向各种刺激的响应状态方程。通过实验和仿真验证了分子跟驰模型的有效性和所需安全距离的真实性。

2.深入分析了车辆换道的动力学原理，研究了车辆跟随换道操作的安全特性。从临界安全距离的角度，建立了安全变道避免碰撞的条件，定义了安全区和非安全区。通过对不同条件下换道安全性的分析，发现换道前调整车速和纵向间距可以降低换道的碰撞风险。

参考

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