李亞楠，王麗婷，焦卓彬

（1.長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064；2.長安大學(xué) 運(yùn)輸工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

引言

隨著汽車保有量的上升，交通事故發(fā)生率也隨之上升[1]，客車事故頻繁發(fā)生，相比較于小型車輛來說，客車由于其載客人數(shù)多，一旦發(fā)生側(cè)翻，其傷亡人數(shù)都不是小數(shù)。通過研究客車在行駛時(shí)影響其安全的因素，有助于降低客車發(fā)生側(cè)翻的概率，提高其安全性[2]。

作者通過 TruckSim模擬仿真某款客車在不同道路上的行駛工況，通過分析模擬獲得的汽車特性曲線，對(duì)客車在路面上的行駛安全因素進(jìn)行分析。

1 仿真模型建立

1.1 客車建模

TruckSim是分析車輛動(dòng)力學(xué)、開發(fā)主動(dòng)控制器、計(jì)算大型車輛的性能特征以及設(shè)計(jì)下一代主動(dòng)安全系統(tǒng)地普遍首選工具。TruckSim可以準(zhǔn)確分析客車的行駛狀況，建模時(shí)主要涉及車輛整體外形、制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力傳遞系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)[3]。以某款客車為例，在不同的設(shè)置界面下對(duì)該客車進(jìn)行建模，下面圖1和圖2分別為其中的車身建模和輪胎建模：

圖1 車身結(jié)構(gòu)尺寸

圖2 輪胎建模

1.2 模型驗(yàn)證

由于Trucksim已經(jīng)在各大高校和實(shí)驗(yàn)室廣泛使用，因此只需驗(yàn)證是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 12676-2014中對(duì)客車剎車的制動(dòng)距離的要求即可，需要滿足從60km/h開始減速制動(dòng)距離要滿足下面公式[4]：

式中：

S---制動(dòng)距離（m）；

v---制動(dòng)初速度（km/h）。

根據(jù)式（1），制動(dòng)距離小于36.39m即可。經(jīng)過驗(yàn)證，文章中建立的模型制動(dòng)距離為 20.082m，因此建立的整車模型符合要求。

2 安全因素分析

2.1 車速

在雙移線工況下，道路附著系數(shù)為0.85，速度從60km/h到120km/h依次進(jìn)行仿真，可以得到客車在行駛時(shí)的側(cè)向加速度，通過多組試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行整理為圖3。

從圖3中可以看出速度在90km/h以下時(shí)，客車運(yùn)行平穩(wěn)沒有發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，在100km/h時(shí)客車的側(cè)向加速度已經(jīng)超過了0.4g，發(fā)生了側(cè)滑，如果駕駛員操作不當(dāng)或是路面情況發(fā)生變化，客車在行駛時(shí)可能會(huì)發(fā)生側(cè)翻。因此車速時(shí)影響客車行駛安全的因素之一。

圖3 側(cè)向加速度

2.2 方向盤角速度

客車在行駛過程中難免會(huì)遇到一些緊急情況，駕駛員可能會(huì)進(jìn)行急速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的操作來躲避危險(xiǎn)[5]。文章通過魚鉤試驗(yàn)，設(shè)置方向盤角速度依次從 60°/s增加到 270°/s，運(yùn)行速度為 80km/h，經(jīng)過八組實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出整合得到圖4：

圖4 側(cè)向加速度

由圖4可以發(fā)現(xiàn)客車的側(cè)向加速度在60°/s到120°/s變化比較明顯，在 120°/s方向盤角速度行駛時(shí)側(cè)向加速度超過了0.4g，發(fā)生了側(cè)滑，此時(shí)方向盤角速度對(duì)客車安全存在影響顯著；從 180°/s到 270°/s的變化幅度不大，增長速度很慢，此時(shí)方向盤角速度對(duì)客車的安全行駛影響不顯著。因此方向盤角速度在一定條件下是客車行駛安全因素之一。

2.3 質(zhì)心高度

客車因?yàn)楸旧砀叨取⒊叽绱?，質(zhì)心相對(duì)小型車輛較高，而客車在行駛的時(shí)候會(huì)因?yàn)檩d重量不同導(dǎo)致客車質(zhì)心有變化，客車行駛安全性會(huì)隨著質(zhì)心的高低有所變化[6]。文章將客車質(zhì)心高度依次從1200m提高到2200m進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行速度為80km/h，在雙移線行駛工況下，將得到地試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)輸出得到圖5：

圖5 側(cè)向加速度

從圖5中可以看到質(zhì)心的高低變化對(duì)側(cè)向加速度基本沒有超過0.4g，車輛沒有發(fā)生側(cè)滑，但是側(cè)向加速度在隨著質(zhì)心高度變大而變大，在設(shè)置質(zhì)心高度為2200m的試驗(yàn)中查看輪胎受到的垂直反力，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)在6.575s的時(shí)候左側(cè)前輪受到的垂直反力為零，左側(cè)后輪受到的垂直反力數(shù)值很小，即將發(fā)生側(cè)翻。因此客車質(zhì)心高度也是影響客車行駛安全的因素之一。

圖6 輪胎垂直反力

2.4 道路附著系數(shù)

文章設(shè)置了不同道路附著系數(shù)來模擬仿真客車的行駛狀況，在雙移線運(yùn)行工況下，行駛速度為 80km/h，道路附著系數(shù)從1到0.2變化進(jìn)行模擬仿真，分別對(duì)應(yīng)瀝青、干燥、潮濕、雪、冰路面，將仿真得到的結(jié)果進(jìn)行輸出整理，得到圖7：

圖7 側(cè)向加速度

從圖7中可以看到隨著道路附著系數(shù)的減小，在一定范圍內(nèi)客車行駛路徑相似，在道路附著系數(shù)為0.2時(shí)，客車側(cè)向加速度超過了0.6g，發(fā)生了側(cè)滑。因此道路附著系數(shù)屬于影響客車行駛安全的因素。

2.5 彎道半徑

文章本節(jié)設(shè)置了不同的彎道半徑對(duì)客車行駛的影響，根據(jù)《公路公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]，在仿真時(shí)將彎道半徑從100m逐漸增加到350m，運(yùn)行速度為80km/h，將仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到圖8。

通過圖8可以發(fā)現(xiàn)彎道半徑影響著客車行駛安全，在半徑為100m的實(shí)驗(yàn)狀況下，客車發(fā)生了側(cè)滑，隨著彎道半徑的逐漸增大，客車的側(cè)向加速度明顯下降。因此道路也是作為影響客車行駛安全的因素之一。

圖8 側(cè)向加速度

3 總結(jié)

綜上所述，影響客車安全行駛的因素涉及很多方面，通過 TruckSim對(duì)客車不同的行駛工況進(jìn)行仿真可以發(fā)現(xiàn)客車在行駛時(shí)會(huì)受到人為因素、車輛自身因素以及道路因素方面的影響。客車的安全行駛是現(xiàn)在關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題，掌握了影響客車安全的因素，才能對(duì)客車進(jìn)行更深入地研究，從而提高客車行駛安全性，避免客車出現(xiàn)側(cè)翻、側(cè)滑等危險(xiǎn)的情況。后續(xù)對(duì)于客車的研究應(yīng)該考慮更多地影響因素以及結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行模擬仿真，不斷去完善對(duì)客車行駛安全影響因素的研究。