基于电磁阻尼效应的高速公路辅助避险结构研究

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高速公路的行车安全至关重要,尤其是长下坡路段,由于长时间使用刹车系统使刹车器的热量增加,进而会使载重货车的刹车系统失效,极大可能发生交通事故。现有规范规定在长下坡地段右侧山坡的适当位置设置避险车道,但由于货车进入避险车道的速度过大,有些避险车道在坡道起步端或尾端的结构设置不合理,导致阻力不足,达不到实际制动距离要求,易冲出车道,存在二次事故发生的危险。鉴于此,本文提出在高速公路避险车道上设置基于电磁阻尼效应的辅助避险结构,旨在增大失控车辆在避险车道上的行驶阻力,使其制动距离减小,实现快速停车。本研究依据电磁阻尼效应的制动原理建立了制动距离理论模型,设计了电磁阻尼辅助避险结构,并仿真分析了结构参数对阻尼特性的影响,最后进行了加速度测试试验以及结构参数对制动距离的影响试验。主要研究内容如下:(1)理论上利用电磁阻尼原理,分析了失控车辆在本结构作用下的电磁阻尼力以及在避险车道上的其他受力,根据动能定理建立了电磁辅助结构下避险车道制动距离理论模型,并分别对电磁阻尼力及制动距离进行仿真分析。(2)选用磁体及导体材料,探究了磁体表面及外部空间磁感应强度分布规律,并对各材料间不同组成结构形式的阻尼效果进行了仿真分析,设计了避险车道辅助结构,阐述了其工作原理。(3)对辅助电磁结构模型进行了参数仿真分析,讨论了其在不同永磁体间距、导体板厚度、铜磁间距、导磁板影响、运动速度等条件下阻尼力的变化规律。(4)为验证理论与仿真的分析、探究结构的使用效果,开展了加速度测试试验以及结构参数模拟试验,建立了各初速度与制动距离的拟合关系式,明确了初速度、气隙长度的变化对制动距离的作用影响关系,为实际工程应用提供依据。本文利用仿真软件确立了阻尼力的变化规律,通过加速度测试试验及参数模拟试验可知,模型车在有电磁阻尼结构时的制动距离要小于无电磁阻尼结构时的制动距离,且制动距离随气隙长度的增大而增大,与理论仿真分析一致,仿真和试验均证实了理论的合理性和实际应用的有效性。与传统式避险车道相比,电磁阻尼式避险车道制动距离理论值与试验值减少量分别为63.2%和72.5%,标准差为0.066,初步验证了思路可行性,为进一步掌握磁阻尼-失控车辆制动理论及设计出实用可靠的辅助电磁阻尼设施提供了参考价值。
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