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原文传递客车侧倾稳定性及倾翻安全性研究

论文题名：	客车侧倾稳定性及倾翻安全性研究
关键词：	营运客车;翻车事故;车身强度;侧倾稳定性;动力学模型;安全性评价
摘要：	随着公路交通的发展，高等级公路通车里程不断增加，营运客车车速处于较高的水平，在满足人们出行需求的同时，恶性交通事故时有发生，并呈较为严重的态势。为此，客车安全性问题已引起社会、政府和广大民众的普遍关注，有关客车安全性的研究也得到了重视。虽然客车侧翻和倾覆事故发生的几率较小，但是其事故的伤亡程度远远高于前碰撞和侧面碰撞。由于客车的主动安全性和被动安全性要低于轿车，而且乘员较多，所以客车的翻车事故死亡率更高。因此，对涉及客车侧倾稳定性及车身结构强度的客车被动安全性的研究，意义重大。　　本文所做的主要工作立足于以下几个方面:基于行车安全性的车辆动力学稳定机理研究;客车倾翻过程研究;横向静态侧倾稳定角研究;客车侧倾动力学模型研究;客车侧翻的动态模拟及安全性评价研究。　　首先，针对目前我国道路交通状况做了一定调查研究，分析了目前我国道路交通严峻的原因。研究发现在不同形式的道路交通事故中，客车翻车事故造成的伤亡最严重、影响最大。其中，道路交通设施落后和车辆本身的安全性差则是导致道路交通事故频繁发生的主要原因。并就目前客车倾翻安全性的研究现状和研究手段做一定的总结。　　其次，车辆的质心位置特别是质心高度与侧倾稳定角直接相关。由于车辆在设计、加工、装配等过程中，不可能保证完全一致，使得这些稳定性参数难以精确计算，因此一般需要通过试验来测定。故本文以车辆的静态稳定性参数为对象，在满足测量标准的前提下，对车辆静态稳定性试验系统进行研究与设计。实现的试验系统可以对车辆的质心位置、轮质量、轴质量、总质量和侧倾稳定角等进行测量。同时还可以利用该侧翻试验台进行客车侧翻安全性能的评价研究。　　同时，横向静态侧倾稳定角是汽车主动安全性的一个非常重要的内容，无论在国内还是在国外都把它作为强制检测的性能之一，而且对不同的车型有不同的指标限值要求。这就要求我们在进行汽车设计、尤其是总体设计时，要能比较真实地预测汽车的横向静侧翻稳定性，使虚拟样车的该性能尽量接近于物理样车，实现汽车横向静侧翻稳定性的仿真评估。为此，本文提出一种非常符合实际情况的仿真评估法:利用客车侧倾稳定角计算简化模型对客车静态侧翻稳定角进行研究。研究表明:考虑悬架组合角刚度和轮胎垂直刚度的侧翻模型计算得到的静态最大侧倾稳定角和实测结果更接近，相差仅为0.4153°，相对误差仅为1.07％，明显比刚性模型的准确度要高。因而可以为客车的设计初期的抗侧翻性能提供设计依据。　　行车安全性与车辆的动力学稳定性是密切相关的，而客车的动力学稳定性主要衡量指标为横摆动力学和侧倾动力学。所以弄清楚车辆动力学的稳定机理相当重要。对于客车自身设计和外部使用角度而言，通过降低车辆重心高度、提高悬架侧倾刚度、阻尼及车架的扭转刚度等，可以减小客车系统内部的综合顺从性效应，有效提高客车侧倾稳定性;对于外部使用因素，减小车辆侧向加速度，降低车辆外部输入操纵频率，可以有效提高客车侧倾稳定性。侧向力饱和及轮胎垂直载荷转移是引起车辆横摆力矩不平衡，出现横摆失稳的主要原因。因此，可以通过在车辆上附加主动横摆稳定系统来预防车辆横摆不稳定的发生。同时，由于车辆横摆和侧倾运动的耦合运动，主动横摆稳定系统也可以有效提高车辆侧倾稳定性。　　根据客车动态侧翻稳定条件，建立起客车稳定模型，该模型综合了考虑了客车的簧上及簧下质量等相关因素，并分析影响客车稳定的条件及因素。最后建立起客车横向负荷转移率的计算公式。本内容可为进一步研究客车侧翻预警及控制打下坚实的基础。同时类比汽车碰撞事故的建模方法，结合客车滚翻事故特有的车身与外部环境接触形式和运动自由度特征，分析客车翻滚事故的一般过程，采用一种相对易于实现并与实车试验数据较为吻合的力学模型，分析临界侧翻碰撞力和临界侧翻速度，并建立了滚翻轨迹模型。　　最后，以客车三维CAD模型为基础，建立了客车的有限元分析模型。通过客车日常使用中的4种典型工况:弯曲工况、扭转工况、制动工况和转弯工况的强度和刚度分析以及模态分析，对所建立的客车有限元模型的可靠性和有效性进行了验证，为进一步的客车翻滚分析奠定了模型基础。在经过验证的客车有限元模型的基础上，对大客车的侧翻过程采用了动态模拟和评价。分析和总结了客车结构安全法规中的侧翻试验和评价方法，采用生存空间评估角作为评价客车结构安全性的评价指标。定量的评价了客车翻滚过程中的结构安全性能，为后续的客车车身结构的改进设计提供了指导依据。通过对客车侧翻过程中的车身变形情况的研究，提出了客车车身结构改进的总体方法和具体部位，并进行改进设计，最终通过方案的验证，证明了客车车身结构的安全性能有了明显提高，满足了ECER66法规对客车车身结构安全性的要求，说明了对车身结构的改进设计是合理而且有效的。根据ECER66定义的生存空间，利用合理的检测手段和方法，对改进的客车进行倾翻试验，利用变形规对客车倾翻试验中乘员生存空间和其上部结构强度进行量化分析和研究;根据客车上部结构特点及倾翻过程中的变形特点，建立客车上部结构强度等级评价方法;并利用变形规量测的数据对其进行星级评价。
作者：	吴新烨
专业：	精密仪器及机械
导师：	黄红武
授予学位：	博士
授予学位单位：	厦门大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文