一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法与流程

1.本发明属于公路设计技术领域，尤其涉及一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法。


背景技术：

2.在一些高山丘陵多的地区，地势险峻，公路依山势而走，道路设计过程中无法仿真模拟车辆行驶情况（包括轮胎荷载，车辆侧翻，以及公路限速等），车辆工程师对道路工程的研究不够深入，导致道路工程师与车辆工程师中间有着难以跨越的鸿沟；civil3d可对道路三维线型（横断面线型以及纵断面线型）进行设计，也可以模拟车辆视距（模拟车辆行驶视野），但无法仿真模拟车辆行驶的动态响应（包括轮胎荷载响应、车辆侧翻等）；trucksim对车辆动态响应模拟功能强大，但其无法对代建道路进行设计出图、工程算量等。
3.现有的道桥工程设计软件对道路线型、路面结构设计、工程量计算上有着得天独厚的优势，但道路建成后路面结构出现早期破坏，如沥青路面出现车辙、坑槽，混凝土路面出现开裂、网裂，山区公路线型设计不合理，甚至于出现交通安全隐患，因此造成后期维护成本增加。归根结底，是道路工程与车辆工程研究没有紧密结合，导致道路线型、路面结构设计不合理。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，旨在解决背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，所述方法具体包括以下步骤：在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标，生成坐标表格数据；根据所述坐标表格数据，在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数；在sinulink中建立车辆方向控制模型；根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。
6.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标，生成坐标表格数据具体包括以下步骤：获取向civil3d中导入的imx格式文件，生成道路平面线型和纵断面线型；按照所述纵断面线型，进行道路纵断面标高调整，纸质符合预设的设计要求；以每五米桩号提取道路中线的三维坐标；导出三维坐标至表格中，生成坐标表格数据。
7.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述坐标表格数据为.csv格式。
8.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述根据所述坐标表格数据，在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数具体包括以下步骤：将所述坐标表格数据导入至trucksim中，生成三维道路中线；在trucksim中确定仿真车辆的车辆模型参数。
9.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述车辆模型参数包括车身参数、轮胎参数、悬架系统参数、动力传动系统参数和制动系统参数。
10.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述悬架系统参数包括悬架k特性参数和悬架c特性参数。
11.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述动力传动系统参数包括发动机参数、离合器参数和差速器参数。
12.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析具体包括以下步骤：根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真；输出仿真结果，获取仿真数据；根据所述仿真数据，进行道路分析。
13.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述仿真数据包括轮胎荷载和车辆侧偏角。
14.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述道路分析为根据轮胎荷载和车辆侧偏角进行道路线型设计的合理性分析。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实施例通过在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标；在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数；在sinulink中建立车辆方向控制模型；根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。能够解决道路规划线型与车辆行驶无法早期模拟验证的问题，在设计期间模拟车辆行驶状态，优化道路线型设计，预测车辆安全性、行驶稳定性，从而规避或减少因设计不合理导致的后期道路运营维护成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
17.图1示出了本发明实施例提供的方法的流程图。
实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
19.可以理解的是，现有的技术中，道桥工程设计软件对道路线型、路面结构设计、工程量计算上虽然有着得天独厚的优势，但道路建成后路面结构出现早期破坏，如沥青路面出现车辙、坑槽，混凝土路面出现开裂、网裂，山区公路线型设计不合理，甚至于出现交通安全隐患，因此造成后期维护成本增加。归根结底，是道路工程与车辆工程研究没有紧密结合，导致道路线型、路面结构设计不合理。
20.为解决上述问题，本发明实施例通过在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标；在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数；在sinulink中建立车辆方向控制模型；根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。能够解决道路规划线型与车辆行驶无法早期模拟验证的问题，在设计期间模拟车辆行驶状态，优化道路线型设计，预测车辆安全性、行驶稳定性，从而规避或减少因设计不合理导致的后期道路运营维护成本。
21.图1示出了本发明实施例提供的方法的流程图。
22.具体的，在本发明提供的一个优选实施方式中，一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标，生成坐标表格数据。
23.在本发明实施例中，获取向civil3d中导入的imx格式文件，生成道路平面线型与纵断面线型，再调整道路纵断面标高直至符合设计要求，以每五米桩号提取道路中线的三维坐标（x-y-z坐标），将三维坐标进行导出至excel表格中，生成坐标表格数据。
24.步骤二、根据所述坐标表格数据，在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数。
25.在本发明实施例中，首先将civil3d中导出的坐标表格数据导入至trucksim中，按照坐标表格数据对应的道路三维线型以及超高线型，在trucksim中生成三维道路中线，然后在trucksim中确定仿真车辆的车辆模型参数，其中，车辆模型参数包括车身参数、轮胎参数、悬架系统参数、动力传动系统参数和制动系统参数，悬架系统参数包括悬架k特性参数和悬架c特性参数，动力传动系统参数包括发动机参数、离合器参数和差速器参数，具体的：（1）车身参数的参数表为：
26.（2）轮胎参数的参数表为：
27.（3）悬架k特性参数的参数表为：
28.（4）悬架c特性参数的参数表为：
29.（5）制动系统参数的参数表为：
30.（6）发动机参数的参数表为：
31.（7）离合器参数的参数表为：
32.（8）差速器参数的参数表为：
33.步骤三、在sinulink中建立车辆方向控制模型。
34.在本发明实施例中，驾驶员方向控制和速度控制仿真模型对驾驶行为的仿真至关重要，近年来国内外学者提出了多种驾驶员模型；基于神经网络的预瞄优化驾驶员模型、基于模糊控制算法的pid控制模型以及预瞄式的跟随模型等。仿真模型建立的前提是要准确
的把握驾驶员在一段公路上行驶的驾驶特征；驾驶过程中感觉系统、中枢神经系统以及运动系统与外界环境发生联系，最终可以表征为人的生理特征和心理特征，在本发明中，通过利用sinulink，建立车辆方向控制模型。
35.步骤四、根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。
36.在本发明实施例中，在trucksim中，选择相应的模块组成车辆系统，并且将生成的车辆模型s函数导入simulink中，sinulink-trucksim联合仿真平台根据三维道路中线、车辆模型参数和车辆方向控制模型，将civil3d道路中线三维坐标以及横断面超高数据进行仿真模拟，并导出仿真数据，包括轮胎荷载，车辆侧偏角等数据，分析道路线型设计的合理性，可在设计期间模拟车辆行驶状态，优化道路线型设计，预测车辆安全性、行驶稳定性、计算轮胎-路面接触荷载，从而规避或减少因设计不合理导致的后期道路运营维护成本。
37.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
38.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
39.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
40.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
41.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标，生成坐标表格数据；根据所述坐标表格数据，在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数；在sinulink中建立车辆方向控制模型；根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。2.根据权利要求1所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标，生成坐标表格数据具体包括以下步骤：获取向civil3d中导入的imx格式文件，生成道路平面线型和纵断面线型；按照所述纵断面线型，进行道路纵断面标高调整，纸质符合预设的设计要求；以每五米桩号提取道路中线的三维坐标；导出三维坐标至表格中，生成坐标表格数据。3.根据权利要求2所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述坐标表格数据为.csv格式。4.根据权利要求1所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述坐标表格数据，在trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数具体包括以下步骤：将所述坐标表格数据导入至trucksim中，生成三维道路中线；在trucksim中确定仿真车辆的车辆模型参数。5.根据权利要求4所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述车辆模型参数包括车身参数、轮胎参数、悬架系统参数、动力传动系统参数和制动系统参数。6.根据权利要求5所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述悬架系统参数包括悬架k特性参数和悬架c特性参数。7.根据权利要求5所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述动力传动系统参数包括发动机参数、离合器参数和差速器参数。8.根据权利要求1所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析具体包括以下步骤：根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在sinulink-trucksim联合仿真平台中进行联合仿真；输出仿真结果，获取仿真数据；根据所述仿真数据，进行道路分析。9.根据权利要求8所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述仿真数据包括轮胎荷载和车辆侧偏角。10.根据权利要求9所述的公路建模与车辆驾驶仿真分析方法，其特征在于，所述道路分析为根据轮胎荷载和车辆侧偏角进行道路线型设计的合理性分析。

技术总结
本发明涉及公路设计技术领域，具体公开了一种公路建模与车辆驾驶仿真分析方法。本发明通过在civil3d中，创建道路平面线型和纵断面线型，提取并记录道路中线的三维坐标；在Trucksim中生成三维道路中线，并确定仿真车辆的车辆模型参数；在Sinulink中建立车辆方向控制模型；根据所述三维道路中线、所述车辆模型参数和所述车辆方向控制模型，在Sinulink-Trucksim联合仿真平台中进行联合仿真，输出仿真数据，并进行道路分析。能够解决道路规划线型与车辆行驶无法早期模拟验证的问题，在设计期间模拟车辆行驶状态，优化道路线型设计，预测车辆安全性、行驶稳定性，从而规避或减少因设计不合理导致的后期道路运营维护成本。设计不合理导致的后期道路运营维护成本。设计不合理导致的后期道路运营维护成本。


技术研发人员：詹晓坤 周清茬
受保护的技术使用者：福建晋诚工程管理有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/4