李小寧 胡經(jīng)國 朱曉勇 杜志豪

摘 要：通過分析牽引系統(tǒng)能力的影響因素，建立牽引車輛數(shù)學(xué)模型，提出了關(guān)于汽車碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)牽引能力研究的思路和方法，并將理論分析計(jì)算結(jié)果與實(shí)際碰撞試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，說明了研究思路和方法的可行性及有效性，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：碰撞試驗(yàn)室;牽引系統(tǒng);牽引能力;碰撞試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U467.5+21? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-80-04

Abstract： Through the analysis of the influencing factors of the traction system capacity， the mathematical model of the traction is established， and the ideas and methods of the research on the traction system capacity of the vehicle crash test are put forward. The theoretical analysis and calculation results are compared with the actual crash test， and the feasibility and effectiveness of the research ideas and methods are illustrated， and the practical application is carried out.

Keywords： Collision test room; Traction system; Traction capacity; Collision test

CLC NO.： U467.5+21? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-80-04

引言

汽車實(shí)車碰撞試驗(yàn)是通過將車輛（或壁障）加速到一定速度后以特定的角度沖擊壁障（或車輛）的特定位置的試驗(yàn)，通過汽車碰撞試驗(yàn)可以檢測車輛乘員保護(hù)性能、結(jié)構(gòu)安全性能、行人保護(hù)性能等多種重要性能，這些性能和交通事故中人們的生命和人身安全直接相關(guān)。汽車碰撞試驗(yàn)是汽車開發(fā)、檢測和評價(jià)所必不可少的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，汽車碰撞試驗(yàn)的要求不斷提高，碰撞形式逐漸增加。要保證汽車碰撞試驗(yàn)的正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)車輛和壁障的碰撞要求，就必須要有牽引能力滿足要求的牽引系統(tǒng)。目前，行業(yè)內(nèi)汽車碰撞試驗(yàn)基本均采用電力牽引模式。通過對汽車碰撞試驗(yàn)室牽引系統(tǒng)能力的研究，可以使實(shí)驗(yàn)室對所使用的牽引系統(tǒng)有更深入的了解，也可以計(jì)算和測試不同試驗(yàn)種類和車輛（或壁障）質(zhì)量下，牽引系統(tǒng)牽引能力的情況。

1 汽車碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)簡介

汽車碰撞試驗(yàn)電力牽引系統(tǒng)主要包括電機(jī)部分、電控部分和機(jī)械部分[1]。電機(jī)部分為牽引系統(tǒng)動(dòng)力源，通過將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)牽引鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)牽引系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。電控部分可根據(jù)輸入的參數(shù)，通過程序控制電機(jī)部分，將整個(gè)牽引過程分為3個(gè)階段，即加速段、穩(wěn)速段和減速段。機(jī)械部分由牽引鋼絲繩、液壓張緊系統(tǒng)、鋼絲繩導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和牽引小滑車等構(gòu)成，機(jī)械部分的作用是將電控部分控制下電機(jī)部分輸出的動(dòng)力傳遞給試驗(yàn)車輛（或壁障），使其按照設(shè)定的行程和速度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車碰撞試驗(yàn)，并在碰撞發(fā)生的前一時(shí)刻使?fàn)恳到y(tǒng)與試驗(yàn)車輛斷開連接，以保證碰撞試驗(yàn)不受外力干擾，并保證牽引系統(tǒng)不受碰撞試驗(yàn)的沖擊而損壞。

以100%重疊正面碰撞試驗(yàn)為例，在汽車碰撞試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，把準(zhǔn)備好的試驗(yàn)車輛放置于指定發(fā)車地點(diǎn)，并使車輛縱向中心線與牽引軌道中心線重合。使?fàn)恳』嚺c牽引鋼絲繩連接，同時(shí)將位于車輛下方提前掛好的牽引鏈條與小滑車相連接，實(shí)現(xiàn)牽引系統(tǒng)與試驗(yàn)車輛的連接。牽引控制間根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定好試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)速度、加速段行程、穩(wěn)速段行程和減速段行程，參數(shù)設(shè)定時(shí)要確保碰撞試驗(yàn)發(fā)生在穩(wěn)速段行程，以保證試驗(yàn)車輛的碰撞速度為設(shè)定的目標(biāo)速度。在一切準(zhǔn)備就緒，發(fā)車間收到發(fā)車指令后，點(diǎn)擊發(fā)車啟動(dòng)按鈕，并打開發(fā)車警報(bào)器警示和提醒實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有人員注意安全，牽引系統(tǒng)在牽引倒計(jì)時(shí)后開始運(yùn)轉(zhuǎn)，以特定加速度（目標(biāo)速度和加速段行程決定）牽引試驗(yàn)車輛運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，根據(jù)牽引系統(tǒng)實(shí)際情況，該特定加速度具有一個(gè)上限值，這與牽引系統(tǒng)的牽引能力直接相關(guān)。加速行程結(jié)束后，牽引系統(tǒng)帶動(dòng)試驗(yàn)車輛進(jìn)入穩(wěn)速行程，此時(shí)試驗(yàn)車輛的運(yùn)行速度基本等同于設(shè)定的目標(biāo)速度，且不再發(fā)生變化，碰撞試驗(yàn)便發(fā)生在穩(wěn)速行程過程中，在碰撞位置前很短的一段距離處，設(shè)置小滑車脫鉤機(jī)構(gòu)，使得試驗(yàn)車輛和小滑車、小滑車和牽引鋼絲繩脫離。此時(shí)，牽引鋼絲繩依舊按照目標(biāo)速度繼續(xù)運(yùn)行，直至穩(wěn)速行程結(jié)束并進(jìn)入減速行程，牽引系統(tǒng)以特定的減速度（目標(biāo)速度和減速段決定）進(jìn)行減速運(yùn)動(dòng)直至減速行程結(jié)束，牽引系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。小滑車與牽引系統(tǒng)及試驗(yàn)車輛脫鉤后，由于慣性的作用繼續(xù)保持運(yùn)動(dòng)，直至撞擊到牽引軌道上的小滑車停止機(jī)構(gòu)而停止運(yùn)動(dòng)。與小滑車脫鉤后的試驗(yàn)車輛，由于自身慣性作用繼續(xù)以穩(wěn)速段的運(yùn)行速度運(yùn)行一小段距離后與固定壁障發(fā)生100%正面碰撞，由于試驗(yàn)車輛和車內(nèi)假人本身質(zhì)量較大且自由運(yùn)行的距離很短，所以試驗(yàn)車輛的速度基本保持以設(shè)定的目標(biāo)速度發(fā)生碰撞。待相互脫離的三個(gè)部分，即試驗(yàn)車輛、小滑車和牽引系統(tǒng)均停止運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)人員進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集和記錄后，碰撞試驗(yàn)結(jié)束。

2 牽引系統(tǒng)牽引能力的影響因素

碰撞試驗(yàn)室牽引系統(tǒng)的牽引能力受多方面因素影響，比如牽引電機(jī)的額定功率，最大牽引加速度，牽引跑道的長度，牽引鋼絲繩的力學(xué)特性，試驗(yàn)車輛的質(zhì)量、迎風(fēng)面積、滾動(dòng)阻力，碰撞目標(biāo)速度等。

其中牽引電機(jī)額定功率、牽引跑道長度、牽引鋼絲繩規(guī)格型號(hào)等均為確定量。為了保護(hù)牽引系統(tǒng)并保證牽引過程中假人姿態(tài)不發(fā)生變化，碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)自身通常會(huì)限定牽引加速度的最大值。

而試驗(yàn)車輛的各項(xiàng)參數(shù)和碰撞目標(biāo)速度均不確定，隨著汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，碰撞試驗(yàn)種類和形式不斷增多，如飛行平臺(tái)帶動(dòng)車輛完成的側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)、實(shí)車和臺(tái)車對碰的MPDB碰撞試驗(yàn)、碰撞速度為64 km/h的ODB 40%偏置碰撞試驗(yàn)等，以及一些特定試驗(yàn)?zāi)康牡钠嚺鲎卜菢?biāo)試驗(yàn)。這就對汽車碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)提出了更高、更新的要求，需要我們對碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)的牽引能力有更深入、全面的了解和研究。

3 牽引車輛的數(shù)學(xué)模型

3.1 汽車行駛阻力

汽車在水平道路上勻速行駛時(shí)，必須克服來自地面的滾動(dòng)阻力Ff和來自空氣的空氣阻力Fw;當(dāng)汽車在坡道上行駛時(shí)，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡道阻力Fi，汽車碰撞試驗(yàn)室牽引跑道均為平坦路面，故坡道阻力為0;當(dāng)汽車加速行駛時(shí)還需要克服加速阻力Fj。因此，汽車行駛阻力如下式所示[2]：

3.1.1 汽車行駛空氣阻力計(jì)算

碰撞試驗(yàn)過程，設(shè)定加速度為8.681kph/s（即2.411m/s2），目標(biāo)速度為50km/h（即13.89m/s）。通過牽引系統(tǒng)內(nèi)部記錄數(shù)據(jù)可得到碰撞試驗(yàn)牽引過程中消耗的功率最大值為82.0kw。帶入牽引車輛計(jì)算公式，可得出等式左邊實(shí)際最大總牽引力為5903.5N;等式右邊理論計(jì)算最大總牽引力為5738.1N，誤差為2.8%。

5 實(shí)際應(yīng)用

通過實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算可知，汽車碰撞試驗(yàn)室在跑道長度、牽引系統(tǒng)最大加速度、電機(jī)額定功率等客觀參數(shù)確定的情況下，由于車輛迎風(fēng)面積和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的差異對牽引的影響較小，試驗(yàn)車輛的質(zhì)量和系統(tǒng)牽引試驗(yàn)車輛可達(dá)到的最大目標(biāo)速度成反比。也就是說，試驗(yàn)車輛的質(zhì)量越大，可實(shí)現(xiàn)的最大碰撞目標(biāo)速度就越小，反之亦然。通過牽引車輛數(shù)學(xué)模型計(jì)算，可量化牽引系統(tǒng)對于不同質(zhì)量的試驗(yàn)車輛的牽引能力，如圖1所示。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)對碰撞試驗(yàn)的要求不斷提高，碰撞試驗(yàn)形式逐漸增多。對汽車碰撞試驗(yàn)室牽引系統(tǒng)能力的研究，可以更深入的了解所使用的牽引系統(tǒng)，通過計(jì)算和測試，定量地摸底不同試驗(yàn)種類和試驗(yàn)車輛（或壁障）質(zhì)量下，牽引系統(tǒng)牽引能力的情況。本文通過分析牽引系統(tǒng)能力的影響因素，建立牽引車輛數(shù)學(xué)模型，提出了關(guān)于汽車碰撞試驗(yàn)牽引系統(tǒng)牽引能力研究的思路和方法，并將理論分析計(jì)算結(jié)果與實(shí)際碰撞試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，說明了研究思路和方法的可行性及有效性，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 喬希永.汽車實(shí)車碰撞試驗(yàn)電力牽引系統(tǒng)的開發(fā)[J].公路交通科技，1998，15（S1）：96-99.

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].4版本.北京：機(jī)械工程出版社，2006：2-30.

[3] 尹錫權(quán).車輛行駛工況滾動(dòng)阻力系數(shù)的測定[J].汽車技術(shù)，1999（2）： 23-25.