客車側(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，高等級公路通車?yán)锍滩粩嘣黾?，營運(yùn)客車車速處于較高的水平，在滿足人們出行需求的同時，惡性交通事故時有發(fā)生，并呈較為嚴(yán)重的態(tài)勢。為此，客車安全性問題已引起社會、政府和廣大民眾的普遍關(guān)注，有關(guān)客車安全性的研究也得到了重視。雖然客車側(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。由于客車的主動安全性和被動安全性要低于轎車，而且乘員較多，所以客車的翻車事故死亡率更高。因此，對涉及客車側(cè)傾穩(wěn)定性及車身

2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車被動安全性的研究，意義重大。
　　本文所做的主要工作立足于以下幾個方面:基于行車安全性的車輛動力學(xué)穩(wěn)定機(jī)理研究;客車傾翻過程研究;橫向靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角研究;客車側(cè)傾動力學(xué)模型研究;客車側(cè)翻的動態(tài)模擬及安全性評價研究。
　　首先，針對目前我國道路交通狀況做了一定調(diào)查研究，分析了目前我國道路交通嚴(yán)峻的原因。研究發(fā)現(xiàn)在不同形式的道路交通事故中，客車翻車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)。由于車輛在設(shè)計(jì)、加工、裝配等過程中，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，因此一般需要通過試驗(yàn)來測定。故本文以車輛的靜態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)為對象，在滿足測量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對車輛靜態(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)可以對車輛的質(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)行測量。同時還可以利用該側(cè)翻試驗(yàn)臺進(jìn)行客車側(cè)翻安全性能的評價研究。
　　同時，橫向靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角是汽車主動安全性的一個非常重要的內(nèi)容，無論在國內(nèi)還是在國外都把它作為強(qiáng)制檢測的性能之一，而且對不同的車型有不同的指標(biāo)限值要求。這就要求我們在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)、尤其是總體設(shè)計(jì)時，要能比較真實(shí)地預(yù)測汽車的橫向靜側(cè)翻穩(wěn)定性，使虛擬樣車的該性能盡量接近于物理樣車，實(shí)現(xiàn)汽車橫向靜側(cè)翻穩(wěn)定性的仿真評估。為此，本文提出一種非常符合實(shí)際

5、情況的仿真評估法:利用客車側(cè)傾穩(wěn)定角計(jì)算簡化模型對客車靜態(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)測結(jié)果更接近，相差僅為0.4153°，相對誤差僅為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)。
　　行車安全性與車輛的動力學(xué)穩(wěn)定性是密切相關(guān)的，而客車的動力學(xué)穩(wěn)定性主要衡量指標(biāo)為橫擺動力學(xué)和側(cè)傾動力學(xué)。所以弄清楚車輛動力學(xué)的穩(wěn)

6、定機(jī)理相當(dāng)重要。對于客車自身設(shè)計(jì)和外部使用角度而言，通過降低車輛重心高度、提高懸架側(cè)傾剛度、阻尼及車架的扭轉(zhuǎn)剛度等，可以減小客車系統(tǒng)內(nèi)部的綜合順從性效應(yīng)，有效提高客車側(cè)傾穩(wěn)定性;對于外部使用因素，減小車輛側(cè)向加速度，降低車輛外部輸入操縱頻率，可以有效提高客車側(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，可以通過在車輛上附加主動橫擺穩(wěn)定系統(tǒng)來預(yù)防車輛橫擺不穩(wěn)定的發(fā)生。同時，由于車輛橫擺和側(cè)

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

8、并與實(shí)車試驗(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，以客車三維CAD模型為基礎(chǔ)，建立了客車的有限元分析模型。通過客車日常使用中的4種典型工況:彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況、制動工況和轉(zhuǎn)彎工況的強(qiáng)度和剛度分析以及模態(tài)分析，對所建立的客車有限元模型的可靠性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，為進(jìn)一步的客車翻滾分析奠定了模型基礎(chǔ)。在經(jīng)過驗(yàn)證的客車有限元模型的基礎(chǔ)上，對大客車的側(cè)翻過程采用了動態(tài)模擬和評價。分析和

9、總結(jié)了客車結(jié)構(gòu)安全法規(guī)中的側(cè)翻試驗(yàn)和評價方法，采用生存空間評估角作為評價客車結(jié)構(gòu)安全性的評價指標(biāo)。定量的評價了客車翻滾過程中的結(jié)構(gòu)安全性能，為后續(xù)的客車車身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)依據(jù)。通過對客車側(cè)翻過程中的車身變形情況的研究，提出了客車車身結(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)，最終通過方案的驗(yàn)證，證明了客車車身結(jié)構(gòu)的安全性能有了明顯提高，滿足了ECER66法規(guī)對客車車身結(jié)構(gòu)安全性的要求，說明了對車身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)是合理而且有效