بررسی شتاب قائم وسایل نقلیه در قوس‌های قائم با استفاده از مدل دینامیک Multi-Body

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی، قزوین

2 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی، قزوین

10.22075/jtie.2020.19311.1435

چکیده

راحتی رانندگی و مسافت دید دو پارامتر اصلی در طراحی قوس‌های قائم جاده هستند. یکی از مهم‌ترین معیارهای اندازه‌گیری راحتی رانندگی در قوس‌های قائم، شتاب قائم است. روابط محاسبه شتاب قائم در منابع معتبر طراحی هندسی جاده از جمله کتاب سبز آشتو بر اساس مدل جرم نقطه‌ای است که در آن خودرو به‌عنوان یک جسم نقطه‌ای دارای جرم مشخص فرض شده است. با توجه به اینکه خودرو از قسمت‏های بسیاری تشکیل شده است، پاسخ‌های دینامیک هر قسمت متفاوت از یک جسم نقطه‌ای است. در این تحقیق، برای بررسی دقیق­تر شتاب قائم خودرو و مقایسه با شتاب قائم حاصل از مدل جرم نقطه­ای، از نرم‌افزارهای شبیه­سازی دینامیک Carsim و Trucksim تحت مدل Multi-Body (M-B) استفاده شده است. پاسخ‌های دینامیک سه نوع وسیله نقلیه تحت سرعت‌ها و شیب‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که بسته به سرعت وسیله نقلیه، شیب مسیر و نوع وسیله نقلیه، اختلاف قابل توجهی بین نتایج این دو مدل وجود دارد و مدل جرم نقطه‌ای شتاب کمتری را ارائه می­دهد. به­طوری که اختلاف شتاب قائم بین مدل جرم نقطه‌ای و مدل M-B بسته به سرعت و شیب مسیر در خودروی سواری بین 6/12 تا 9/25 درصد، در خودروی SUV بین 8/23 تا 1/29 درصد و در کامیون بین 29 تا 6/47 درصد است. با توجه به نتایج این تحقیق، استفاده از مدل دینامیک M-B در طراحی قوس‌های قائم با توجه به شبیه­سازی دقیق­تر خودرو، طرح  واقع‌بینانه‌تری را ارائه می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Vertical Acceleration of Vehicles in Vertical Curves Using Multi-Body Dynamic Model

نویسندگان [English]

  • Bahram Shirini 1
  • َAli Abdi Kordani 2
1 Department of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University
2 Department of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University
چکیده [English]

Ride comfort and sight distance are two main parameters of designing roads’ vertical curves. Vertical acceleration is one of the most important criteria for measuring ride comfort in vertical curves. Vertical acceleration equations in geometric design of roads in the literature, such as Green Book of AASHTO, are based on point mass model where vehicle is assumed to be a point object with a specific mass. Considering that vehicle is a multi-body system, dynamic responses of each part of this system can be different from a point object. In this study, CarSim and TruckSim dynamic simulation softwares utilizing Multi-Body (M-B) model are used to investigate more accurately the vertical acceleration, and to compare it with the vertical acceleration of the point mass model. Dynamic responses of three types of vehicles have been investigated under different speeds and grades. Results indicated a significant difference between the results of the two models, depending on the vehicle speed and the road grade, and the point mass model suggested less acceleration such that difference of the vertical acceleration between the point mass model and the M-B model, depending on the vehicle speed and the road grade, ranged 12.6-25.9% for Sedan, 23.8-29.1% for SUV and 29-47.6% for the truck. According to the results of this study, to design vertical curves, the use of M-B dynamic model, according to more accurate simulation of the vehicle, delivers more realistic design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ride comfort
  • Sight distance
  • vertical curve
  • vertical acceleration
  • Dynamic simulation
AASHTO. 2018. “A policy on geometric design of highways and streets,(green book 2018)”. American Association of State Highway and Transportation Officials, 6th Edition, Washington, D. C.

ADAMS. 2017. “MSC software”. http://www.mscsoftware.com  

CarSim. 2017. “Mechanical simulation corporation”. http://www.carsim.com

Fan, X. and Hu, C. 2012. “The analysis of electric vehicle ride comfort test simulation based on the Adams/car”. Adv. Mater. Res. 569: 552-555.

Harwood, D. W. 2003. “Review of truck characteristics as factors in roadway design”. Transportation Research Board, NCHRP Report 505.

HVOSM. 2017. “McHenry software”. http://www.mchenrysoftware.com

Kontaratos, M., Psarianos, B. and Yotis, A. 1994. “Minimum horizontal curve radius as function of grade incurred by vehicle motion in driving mode”. Transport. Res. Record, 1445: 86-93.

Kordani, A. A. and Molan, A. M. 2015. “The effect of combined horizontal curve and longitudinal grade on side friction factors”. KSCE J. Civ. Eng., 19(1): 303-310.

Kordani, A. A., Sabbaghian, M. H. and Kallebasti, B. T. 2015. “Analyzing the influence of coinciding horizontal curves and vertical sag curves on side friction factor and lateral acceleration using simulation modeling”. Proceedings of the 15th International Symposium on Highway Geometric Design.

Kordani, A. A., Javadi, S. and Fallah, A. 2018. “The effect of shoulder on safety of highways in horizontal curves: With focus on roll angle”. KSCE J. Civ. Eng., 22(8): 3153-3161.

Ma, R., Chen, X. and Yang, J. 2015. “A simulation analysis of vehicle-pavement coupling vibration”. J. Transp. Inform. Safe., 2, 18 p.

National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 737. 2014. “Superelevation criteria for sharp horizontal curves on steep grades”. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D. C.

Pacejka, H. B. 2006. “Tire and vehicle dynamics”. SAE International, Butterworth-Heinemann, Burlington, MA.

Varunjikar, T. 2011. “Design of horizontal curves with downgrades using low-order vehicle dynamics models”. The Pennsylvania State University, Pennsylvania, USA.

Wu, B. G., Li, S. P. and Yan, S. F. 2015. “Vehicle ride comfort simulation based on virtual prototyping technology”. Appl. Mech. Mater., 697: 190-193.

Xiong, J. Q., Huang, J. H. and Qun, L. 2012. “Research and implementation of vibration based on analysis of vehicle ride comfort”. Appl. Mech. Mater., 189: 281-284.

Zhang, E., Liu, Z. H., Ji, Z. H., Shan, J. Y. and Wang, D. S. 2010. “Simulation and experimental research on human riding comfort in human-vehicle system”. J. Eng. Design, 17(2): 107-113.

Zhu, M. T., Shao, C. Z. and Wang, G. L. 2010. “Research on road model rebuilding and vehicle simulation of ride comfort based on Carsim software”. Mach. Design Manuf., 10: 78-80.