本文从人、车、路三要素出发，采用最优控制理论和刚体系统动力学理论，使 用Visual C++和Matlab语言编写程序，建立人-车-路系统模型，对各种工况下的运 动力学进行分析。根据人机工程学原理，对驾驶员的可靠性和认知心理学进行研究， 考虑道路方面的因素，以驾驶员付出最小的体力和精神负担而汽车又能按照驾驶员 的愿望行驶为目标，提出人-车-路系统交通安全性的综合评价方法，对交通安全进 行全面研究。 建立的人-车-路系统15自由度运动力学模型由驾驶员模型、汽车模型、道路模 型三个模块组成。在建立驾驶员模型时，采用最优控制理论，提出一个理论上预测 操纵性的方法，建立预瞄-跟随最优加速度驾驶员模型。在建立汽车模型时重点考虑 轮胎模型、转向系模型、悬架模型以及空气动力学特性，使驾驶员通过转向系操纵 汽车沿预定路线行驶。道路模型主要考虑路面形状的宏观变化，能够较准确地描述 路面特征，如直路、坡路、每一点的接地高度和摩擦系数、路面边界点等。本文应 用龙格库塔法与哈明法相结合的算法，避免了在复杂路面上行驶时由于车体姿态角 变化过大而产生的积分程序发散的问题，并且保证了运算效率以及运算结果的精 度。 在本研究领域中，首次建立了用于非水平路面运动力学分析的人-车-路系统模 型。该模型是一个通用模型，只要改变相应参数，就能够对四轮、前后独立悬架的 所有这类车型进行运动力学分析。应用该模型仿真计算了在不同道路条件下多种典 型工况的系统运动力学及驾驶员操纵行为，并通过实车道路试验对仿真结果进行验 证。证明本文建立的人-车-路系统模型能够真实地模拟汽车在多种路面行驶工况， 较好地描述在真实道路环境下驾驶员操纵汽车的行为。 对于人-车-路这个典型的人机系统，系统的可靠度必然与人、车、路三要素有 关。由于人的行为天然差别非常显著，加上由于环境、紧张程度和人际关系的影响， 使人成为一个不确定因素。通过对驾驶员开车时行为模式的三个阶段进行分析，对 驾驶员的失误机理进行研究；采取相应措施，使“车适应人”，提高驾驶员的可靠 度，从而使整个系统的可靠度得到改善。通过对驾驶员的认知心理学进行研究，分 析驾驶员在开车过程中感知信息的方式和处理过程，采取相应策略，使与驾驶过程 有关的道路信息被驾驶员优先感知处理，使“道路适应人”，从而达到人、车、路 系统协调，提高交通安全性。 由于操纵容易性与整个交通系统的安全性有直接关系，本文研究了汽车的运动 力学特性与操纵容易性之间的关系，研究结果表明：具有不足转向特性汽车的操纵 容易性好。应用人-车-路系统运动力学模型研究了汽车在水平或不平路面上转向时 的侧翻和侧滑临界车速，为汽车的安全性能设计提供了有价值的参考依据。 根据人机工程学原理，由于人的活动常常受到道路、环境等外界条件的影响， 在很多情况下，道路是诱发人发生交通事故的间接原因。本文对当前鉴别道路事故 多发段点的常用方法进行研究，提出了城市道路事故多发段点优比鉴别方法。该方 法考虑了交通量、交通密度以及事故严重程度对社会及个人的影响；能够精确界定 事故多发段点的位置，便于采取阶段性的安全改善措施，切断交通事故链中道路这 一环节，降低事故率，提高安全性。该研究成果为交通安全管理决策提供依据。 本论文的创新之处还表现在建立了人-车-路系统交通安全性的综合评价方法， 应用以人为核心的人-机-环境系统设计思想，不仅考虑到人在操纵汽车时的跟随性 能、汽车的侧倾安全性，而且还考虑了驾驶员的体力和精神负担，由各单项指标加 权组成人-车-路系统交通安全性的综合评价指标JTE。 以减少人-车-路系统交通安全性的综合评价指标JTE为目标，选择与此相关的10 个因素，每个因素有三个水平，构造L27(313)正交表，进行正交试验优化，得到最 优组合。优化结果表明：增加前、后轮侧偏刚度，减少簧载绕Z轴转动惯量和转向 系传动比能够明显提高系统交通安全性。该研究结论对人-车-路系统安全性研究具 有重要的理论价值和实际意义。 关键词：人机工程学 人-车-路系统 交通安全性 综合评价指标 正交试验优化 事故多发段点