[发明专利]一种大型车辆交叉口转向席卷路径的确定方法

权利要求书

1.一种大型车辆交叉口转向席卷路径的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)交叉口类型和设计车辆类型的确定；

步骤(1)中所确定的交叉口是一个标准的十字交叉口，设有机非分隔栏，无其他相应的渠化设计，即无交通岛与导流岛；设计车辆类型是大型客车，轴距6.5m+1.5m；

(2)根据步骤(1)确定的交叉口类型和设计车辆类型，依据内轮差形成的根本原因，建立内轮差计算模型；

步骤(2)中建立了内轮差的计算模型，具体的：

(21)该模型利用理论力学的速度投影定理，模型的建立基于以下两个假设，即：

假设1：汽车的整体是刚体，即汽车在进行转弯过程中车身不发生变形；

假设2：汽车在转弯过程中，速度较慢，不考虑侧滑现象；

(22)假设汽车转弯过程中，前轮的行驶轨迹为圆弧，前轮带动后轮，后轮的行驶轨迹是非圆弧的曲线，前后轮轨迹线之间的区域则是车辆转弯的内轮差；

(23)假设汽车在转弯过程中，前轮的转角为θ，且0θ90°，定义θ角的内轮差l(θ)，即前轮B点轨迹和后轮C点轨迹沿着θ角方向的矢量和的差值,l(θ)＝R-R_C(θ)；并且，l(θ)是在前轮B和后轮C相对于O点转过一个相同角度的时候求得的，而非同一时刻下的和的矢量差；

(3)通过计算与求解基于步骤(2)所述的内轮差计算模型，建立汽车内前轮和内后轮的行驶轨迹方程；

步骤(3)中通过假定内前轮的轨迹方程来求解内后轮的轨迹方程，并利用计算机软件求解绘制车辆的转弯行驶轨迹图，从而为大型车辆在交叉口转向的席卷路径的确立提供依据，具体的：

(31)以旋转中心O点为坐标原点建立平面直角坐标系O_xy，并定义前轮B点的轨迹方程为x²+y²＝R²；假设汽车在转弯过程中，前轮的转角为θ,0θ90°；

(32)为方便计算用极坐标形式表示：

首先，B点坐标(-R cosθ,R sinθ)，C点坐标(x_C，y_C)；B点的运动速度是沿着圆弧的切方向在该点处的导数，后轮C由前轮B拖动行驶，因此C点的速度方向与一致，为(x_B-x_C,y_B-y_C)/d；

其次，由于车辆是刚体，则车辆在转弯过程中中轴距离不会发生改变，则BC为定值，且：

(x_C-x_B)²+(y_C-y_B)²＝d² (1)

已知C点的速度的方向与一致，则和是倍数关系，即：

由(1)式和(2)式得λ：

则：

最后，根据速度投影定理B点的速度与C点的速度在BC上投影，大小相等，即：

有(5)式和(7)式可得和

因此，C点轨迹的微分方程为：

其中：

R——内前轮轨迹半径；

d——车辆前后轮轴距；

V_B——前轮B点的速度；

V_C——后轮C点的速度；

θ——前轮轨迹和x轴负半轴的夹角；

(x_B，y_B)——前轮B点的坐标；

(x_C，y_C)——后轮C点的坐标；

(4)基于步骤(3)的轨迹方程，求解大型车辆的极限内轮差，确定大型车辆在交叉口转向的席卷路径；

步骤(4)在计算机环境下，求解大型车辆的极限内轮差，并对大型车辆的转弯行驶轨迹进行拟合优化后，确定了大型车辆在交叉口路口转向的席卷路径，具体的：

(41)前轮的行驶轨迹为圆弧，后轮行驶轨迹为非圆弧的曲线，前后轮轨迹线之间的区域是车辆转弯的内轮差；采用控制变量的方法，当轴距一定时，内轮差l(θ)随着转弯半径R的增加而单调递减；当转弯半径一定时，内轮差l(θ)随着前后轴距的增加而单调增加；当取最大轴距与最小转弯半径时，计算所得的内轮差l(θ)为极限内轮差；

(42)考虑到不同驾驶员转弯半径和转弯车速的差异，内轮差有一定偏移，采用不同的转弯半径和转弯速度进行多次实验，内轮差区域存在重叠，因此，在计算机环境下进行仿真时，当选择最小半径与最大轴距时得到的最外侧的后轮轨迹即极限内轮差，其他所有类型的车辆的轨迹均在弧线内；

(43)在实际的工程应用中，无法得到在计算机环境下的理想轨迹线，可将得到的极限内轮差拟合为半圆弧的警示区域，使得具有不同转弯半径和转弯速度的车辆在转弯时内轮的轨迹均在半圆弧内，从而通过扩大内轮差空间来减小误差，即为大型车的席卷路径。