趙治軍，張?zhí)煊?，黃喆，吳巖

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

前言

客車的翻車事故雖然發(fā)生率雖不如正撞、尾撞高，但容易造成群死群傷，產生了嚴重的社會危害。據美國公路交通安全管理局(NHTSA)統(tǒng)計，美國輕型客車發(fā)生側翻的事故只占所有交通事故的30%，但是卻占到交通事故中死亡人數的1/3，每年死于汽車滾翻事故的人數約10000人；根據我國公安部交通管理局的資料，2007年全國交通事故中，翻車事故死亡人數占機動車乘員死亡人數的近 20%[1]?？梢姡嚌L翻事故的死亡率明顯高于總體交通事故死亡率的平均水平，是一種惡性的交通事故。由于微型客車重心較高，更容易發(fā)生事故。

目前對客車側翻研究主要有以下方法：1）通過對復雜的客車系統(tǒng)建立等效的物理模型進行理論分析和推導；2）通過試驗來進行研究，這種方法成本較高，并且試驗人員操作風險較高，所以目前并沒有充分開展；3）隨著計算機技術的發(fā)展，使用動力學仿真軟件對客車在高速行駛急轉彎情況下進行穩(wěn)定性仿真，能夠進行較好的側翻傾向性預測和評估。

1 動力學模型建立

本文以某型號8m客車作為仿真車型，使用動力學軟件TruckSim對該客車進行參數化建模，進而實現對其急轉彎側翻穩(wěn)定性的分析。通過設置 TruckSim軟件中 Test specifica tions模塊實現整車的參數化建模，該模塊共包括了車體、空氣動力學、轉向系、制動系、動力傳動系統(tǒng)、輪胎、車橋與懸架等共七大部分。

1.1 某客車參數化描述

首先在TruckSim的Test specifications模塊中選擇Tour Bus Loaded，其相關的參數如表1所示。

表1 某客車參數

1.2 試驗環(huán)境設置

這部分在 TruckSim的 Test specifications模塊中Proce-dure下設置。魚鉤工況直接選用軟件自帶的試驗配置，仿真環(huán)境選用3D road模型。

2 虛擬試驗

目前國內外嚴格針對車輛側翻的評估試驗標準還沒有頒布，現在比較通用的對汽車穩(wěn)定性進行評價的試驗有 J-turn試驗和魚鉤(Fish-hook)試驗。由于Fishhook的行車路線可以近似看作兩次J-Turn的疊加，所以本文選擇Fish-hook試驗模擬汽車緊急避障這種側翻的典型工況。具體分析的對象是汽車行駛因素中的超速、超載和過度轉向三種因素。其中超載由客車質心高度的變化來表征，過度轉向則由方向盤轉向角度和角速度來描述。

2.1 魚鉤試驗工況

魚鉤試驗被認為是模擬側翻的最佳工況。因為該工況中的第二次大幅度回轉運動經常引發(fā)車輛側翻。本章利用魚鉤試驗討論方向盤轉角和轉角速度對側翻穩(wěn)定性的影響，并以此說明駕駛員在慌亂情形下過度轉向帶來的危害。

2.1.1 方向盤最大轉角對側翻穩(wěn)定性的影響

試驗的入線車速定為 80km/h，方向盤最大轉角分為 80°、120°和150°三種情況，如圖1所示。

圖1 魚鉤試驗的方向盤轉角輸入

圖2說明了橫擺角速度表征的車輛橫向穩(wěn)定性能隨方向盤最大轉角的增大而下降，這兩個參數都是隨著方向盤最大轉角的增加而變化幅度越來越大。在方向盤最大轉角達到150°時，橫擺角速度急速減小，這說明客車己經發(fā)生了側翻。

圖2 不同方向盤轉角的橫擺角速度

圖3-4是不同方向盤最大轉角時客車側向加速度和側傾角的變化曲線?？梢钥闯觯较虮P最大轉角越大，側向加速度和側傾角越大，車輛越容易發(fā)生側翻。方向盤最大轉角達到150°時，側傾角無限增大，這表明客車正在發(fā)生側翻。

圖3 不同方向盤轉角的側向加速度

圖4 不同方向盤轉角的側傾角

圖5-6是不同方向盤最大轉角時客車左右輪胎垂直作用力的變化曲線?？梢钥闯觯较虮P最大轉角越大，左右輪胎質量轉移越大，車輛越容易發(fā)生側翻。方向盤最大轉角達到150°時，內側車輪垂直作用力為0N，這表明客車正在發(fā)生側翻。

圖5 外側車輪垂直作用力

圖6 內側車輪垂直作用力

2.1.2 方向盤轉角速度對側翻穩(wěn)定性的影響

本文設置了250°/S和100°/S兩種方向盤轉角速度，如圖7所示。

圖7 魚鉤試驗的方向盤轉角輸入

圖8 不同方向盤轉角速度的橫擺角速度

圖9 不同方向盤轉角速度的側向加速度

圖8所示，方向盤轉角速度小，橫擺角速度的變化都要慢一些，但峰值和方向盤轉角大的情況基本一致。這說明，方向盤轉角速度的變化對車輛的橫向穩(wěn)定性能影響不大。圖9-10說明方向盤轉角速度小的情況下，車輛的側向加速度和側傾角變化幅值都要相對小一些。

圖10 不同方向盤轉角速度的側傾角

圖11-12則更為明顯的表明，方向盤轉角速度100°/s的客車，其轉彎時內側輪胎的垂直反力并未下降至零；而方向盤角速度為250°/s的客車己經進入了側翻臨界狀態(tài)。

圖11 不同方向盤轉角速度的內側輪胎垂直反力

圖12 不同方向盤轉角速度的外側輪胎垂直反力

3 結論

本文以某款8m客車為基礎，建立了動力學模型，進行了魚鉤試驗，分析了方向盤轉角與客車側向加速度、輪胎垂直反力的關系，探討了側翻傾向性，估測出在這種試驗條件下8m客車急轉彎不側翻的側向加速度不宜超過0.8g。在此基礎之上，進一步分析了單個參數對客車側翻穩(wěn)定性的影響，發(fā)現方向盤轉角對側翻傾向性影響最為明顯，方向盤角速度也有較大的影響。