客車(chē)側(cè)傾穩(wěn)定性及傾翻安全性研究.pdf

1、隨著公路交通的發(fā)展，高等級(jí)公路通車(chē)?yán)锍滩粩嘣黾?，營(yíng)運(yùn)客車(chē)車(chē)速處于較高的水平，在滿(mǎn)足人們出行需求的同時(shí)，惡性交通事故時(shí)有發(fā)生，并呈較為嚴(yán)重的態(tài)勢(shì)。為此，客車(chē)安全性問(wèn)題已引起社會(huì)、政府和廣大民眾的普遍關(guān)注，有關(guān)客車(chē)安全性的研究也得到了重視。雖然客車(chē)側(cè)翻和傾覆事故發(fā)生的幾率較小，但是其事故的傷亡程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前碰撞和側(cè)面碰撞。由于客車(chē)的主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性要低于轎車(chē)，而且乘員較多，所以客車(chē)的翻車(chē)事故死亡率更高。因此，對(duì)涉及客車(chē)側(cè)傾穩(wěn)定性及車(chē)身

2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車(chē)被動(dòng)安全性的研究，意義重大。
　　本文所做的主要工作立足于以下幾個(gè)方面:基于行車(chē)安全性的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定機(jī)理研究;客車(chē)傾翻過(guò)程研究;橫向靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角研究;客車(chē)側(cè)傾動(dòng)力學(xué)模型研究;客車(chē)側(cè)翻的動(dòng)態(tài)模擬及安全性評(píng)價(jià)研究。
　　首先，針對(duì)目前我國(guó)道路交通狀況做了一定調(diào)查研究，分析了目前我國(guó)道路交通嚴(yán)峻的原因。研究發(fā)現(xiàn)在不同形式的道路交通事故中，客車(chē)翻車(chē)事故造成的傷亡最嚴(yán)重、影響最大。其中，道路交通設(shè)施落后和車(chē)輛本身的安

3、全性差則是導(dǎo)致道路交通事故頻繁發(fā)生的主要原因。并就目前客車(chē)傾翻安全性的研究現(xiàn)狀和研究手段做一定的總結(jié)。
　　其次，車(chē)輛的質(zhì)心位置特別是質(zhì)心高度與側(cè)傾穩(wěn)定角直接相關(guān)。由于車(chē)輛在設(shè)計(jì)、加工、裝配等過(guò)程中，不可能保證完全一致，使得這些穩(wěn)定性參數(shù)難以精確計(jì)算，因此一般需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。故本文以車(chē)輛的靜態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)為對(duì)象，在滿(mǎn)足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)車(chē)輛靜態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)輛的質(zhì)心位置、輪質(zhì)量、軸質(zhì)量、總

4、質(zhì)量和側(cè)傾穩(wěn)定角等進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)還可以利用該側(cè)翻試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行客車(chē)側(cè)翻安全性能的評(píng)價(jià)研究。
　　同時(shí)，橫向靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角是汽車(chē)主動(dòng)安全性的一個(gè)非常重要的內(nèi)容，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都把它作為強(qiáng)制檢測(cè)的性能之一，而且對(duì)不同的車(chē)型有不同的指標(biāo)限值要求。這就要求我們?cè)谶M(jìn)行汽車(chē)設(shè)計(jì)、尤其是總體設(shè)計(jì)時(shí)，要能比較真實(shí)地預(yù)測(cè)汽車(chē)的橫向靜側(cè)翻穩(wěn)定性，使虛擬樣車(chē)的該性能盡量接近于物理樣車(chē)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)橫向靜側(cè)翻穩(wěn)定性的仿真評(píng)估。為此，本文提出一種非常符合實(shí)際

5、情況的仿真評(píng)估法:利用客車(chē)側(cè)傾穩(wěn)定角計(jì)算簡(jiǎn)化模型對(duì)客車(chē)靜態(tài)側(cè)翻穩(wěn)定角進(jìn)行研究。研究表明:考慮懸架組合角剛度和輪胎垂直剛度的側(cè)翻模型計(jì)算得到的靜態(tài)最大側(cè)傾穩(wěn)定角和實(shí)測(cè)結(jié)果更接近，相差僅為0.4153°，相對(duì)誤差僅為1.07％，明顯比剛性模型的準(zhǔn)確度要高。因而可以為客車(chē)的設(shè)計(jì)初期的抗側(cè)翻性能提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　行車(chē)安全性與車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性是密切相關(guān)的，而客車(chē)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性主要衡量指標(biāo)為橫擺動(dòng)力學(xué)和側(cè)傾動(dòng)力學(xué)。所以弄清楚車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)

6、定機(jī)理相當(dāng)重要。對(duì)于客車(chē)自身設(shè)計(jì)和外部使用角度而言，通過(guò)降低車(chē)輛重心高度、提高懸架側(cè)傾剛度、阻尼及車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度等，可以減小客車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部的綜合順從性效應(yīng)，有效提高客車(chē)側(cè)傾穩(wěn)定性;對(duì)于外部使用因素，減小車(chē)輛側(cè)向加速度，降低車(chē)輛外部輸入操縱頻率，可以有效提高客車(chē)側(cè)傾穩(wěn)定性。側(cè)向力飽和及輪胎垂直載荷轉(zhuǎn)移是引起車(chē)輛橫擺力矩不平衡，出現(xiàn)橫擺失穩(wěn)的主要原因。因此，可以通過(guò)在車(chē)輛上附加主動(dòng)橫擺穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)預(yù)防車(chē)輛橫擺不穩(wěn)定的發(fā)生。同時(shí)，由于車(chē)輛橫擺和側(cè)

7、傾運(yùn)動(dòng)的耦合運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)橫擺穩(wěn)定系統(tǒng)也可以有效提高車(chē)輛側(cè)傾穩(wěn)定性。
　　根據(jù)客車(chē)動(dòng)態(tài)側(cè)翻穩(wěn)定條件，建立起客車(chē)穩(wěn)定模型，該模型綜合了考慮了客車(chē)的簧上及簧下質(zhì)量等相關(guān)因素，并分析影響客車(chē)穩(wěn)定的條件及因素。最后建立起客車(chē)橫向負(fù)荷轉(zhuǎn)移率的計(jì)算公式。本內(nèi)容可為進(jìn)一步研究客車(chē)側(cè)翻預(yù)警及控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)類(lèi)比汽車(chē)碰撞事故的建模方法，結(jié)合客車(chē)滾翻事故特有的車(chē)身與外部環(huán)境接觸形式和運(yùn)動(dòng)自由度特征，分析客車(chē)翻滾事故的一般過(guò)程，采用一種相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)

8、并與實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合的力學(xué)模型，分析臨界側(cè)翻碰撞力和臨界側(cè)翻速度，并建立了滾翻軌跡模型。
　　最后，以客車(chē)三維CAD模型為基礎(chǔ)，建立了客車(chē)的有限元分析模型。通過(guò)客車(chē)日常使用中的4種典型工況:彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況、制動(dòng)工況和轉(zhuǎn)彎工況的強(qiáng)度和剛度分析以及模態(tài)分析，對(duì)所建立的客車(chē)有限元模型的可靠性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，為進(jìn)一步的客車(chē)翻滾分析奠定了模型基礎(chǔ)。在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的客車(chē)有限元模型的基礎(chǔ)上，對(duì)大客車(chē)的側(cè)翻過(guò)程采用了動(dòng)態(tài)模擬和評(píng)價(jià)。分析和

9、總結(jié)了客車(chē)結(jié)構(gòu)安全法規(guī)中的側(cè)翻試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法，采用生存空間評(píng)估角作為評(píng)價(jià)客車(chē)結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。定量的評(píng)價(jià)了客車(chē)翻滾過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全性能，為后續(xù)的客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)依據(jù)。通過(guò)對(duì)客車(chē)側(cè)翻過(guò)程中的車(chē)身變形情況的研究，提出了客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)改進(jìn)的總體方法和具體部位，并進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終通過(guò)方案的驗(yàn)證，證明了客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的安全性能有了明顯提高，滿(mǎn)足了ECER66法規(guī)對(duì)客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)安全性的要求，說(shuō)明了對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)是合理而且有效