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汽車(chē)論文|客車(chē)側(cè)翻碰撞加速度評(píng)價(jià)的研究
本文在依照GB/T17578-1998進(jìn)行客車(chē)實(shí)車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)客車(chē)側(cè)翻碰撞的加速度評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究本文在客車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了客車(chē)側(cè)翻碰撞的加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)。從最大加速度、平均加速度和加速度均方根三個(gè)方面對(duì)客車(chē)側(cè)翻碰撞加速度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。這三個(gè)加速度指標(biāo)可以作為評(píng)價(jià)客車(chē)側(cè)翻碰撞安全性改進(jìn)效果的依據(jù)。
一、前言
隨著我國(guó)公路高速客車(chē)市場(chǎng)的蓬勃興起，客車(chē)安全性日益受到人們的關(guān)注，客車(chē)被動(dòng)安全性能研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)，國(guó)外已經(jīng)做了大量的研究工作。由于我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T17578-1998《客車(chē)上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的規(guī)定》尚沒(méi)有強(qiáng)制執(zhí)行，同時(shí)由于客車(chē)實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)成本高、工作量大等原因，國(guó)內(nèi)客車(chē)生產(chǎn)廠家一直沒(méi)有開(kāi)展客車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)的研究。
我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T17578-1998以及歐洲的ECE R-66中都只對(duì)側(cè)翻碰撞中客車(chē)車(chē)身變形，即生存空間指標(biāo)作了要求，[1][2]這些指標(biāo)能夠說(shuō)明客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能，但不能完全反映客車(chē)側(cè)翻碰撞的安全性能。因此，本文在依照GB/T17578-1998進(jìn)行客車(chē)實(shí)車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)客車(chē)側(cè)翻碰撞的加速度評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。
二、客車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)
為檢驗(yàn)?zāi)炒笮涂蛙?chē)上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、研究客車(chē)側(cè)翻碰撞安全性能，我們進(jìn)行了一次實(shí)車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)�？蛙�(chē)側(cè)翻試驗(yàn)按照GB/T17578-1998的要求進(jìn)行。將試驗(yàn)客車(chē)放置在離地高80cm的水平可翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)平臺(tái)上，采取措施防止客車(chē)縱向滑移和車(chē)輪的側(cè)向滑移并確�？蛙�(chē)各軸的同步側(cè)傾，將試驗(yàn)臺(tái)一端頂起，使得客車(chē)在沒(méi)有搖晃和不受其他外力影響的情況下側(cè)傾直至翻倒，側(cè)傾角速度不應(yīng)超過(guò)50°/S（0.087rad/s）。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗(yàn)時(shí)及試驗(yàn)后，車(chē)身任何部分的位移都不允許侵入生存空間；生存空間內(nèi)的任何部分都不能突出至變形的車(chē)身結(jié)構(gòu)外。
圖1 客車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)
如圖1所示，客車(chē)側(cè)翻與地面發(fā)生碰撞后前后擋風(fēng)玻璃破碎，左右圍兩側(cè)玻璃完好，車(chē)身任何部分的位移都未侵入生存空間，同時(shí)生存空間內(nèi)的任何部分都未突出至變形的車(chē)身結(jié)構(gòu)外，達(dá)到GB/T17578-1998的要求。
三、客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程中的加速度
客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程是客車(chē)的動(dòng)勢(shì)能在與水泥地面發(fā)生碰撞中轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程�？蛙�(chē)側(cè)翻碰撞時(shí)間極短，客車(chē)與水泥地面的摩擦力與碰撞力相比要小得多，摩擦消耗的能量可以忽略，因此可以認(rèn)為客車(chē)碰撞前的總能量 幾乎全部被客車(chē)車(chē)身的變形所吸收。
圖2碰撞瞬間重心位置示意圖
因此有：
m-客車(chē)的空載質(zhì)量；
g-重力加速度；
△h-重心豎直位移量
F-客車(chē)碰撞過(guò)程中所受的載荷；
s-在F力作用下車(chē)身的變形；
T-從開(kāi)始碰撞到碰撞結(jié)束的時(shí)間；
a（t）-碰撞過(guò)程中的質(zhì)心加速度；
v（t）-碰撞過(guò)程中的質(zhì)心速度；
從公式中可以看出，客車(chē)車(chē)身吸收的總能量E*為定值，其吸收能量的過(guò)程與質(zhì)心加速度、速度和碰撞時(shí)間有關(guān)，質(zhì)心的速度又是由質(zhì)心加速度和時(shí)間決定的，客車(chē)的側(cè)翻碰撞吸能過(guò)程可以通過(guò)質(zhì)心加速度和碰撞時(shí)間反映出來(lái)。因此，可以用客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程中質(zhì)心加速度的相關(guān)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)碰撞安全性。
四、客車(chē)側(cè)翻碰撞的加速度評(píng)價(jià)
4.1 加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)
客車(chē)側(cè)翻碰撞的加速度可以從最大加速度αmax、平均加速度和加速度均方根三個(gè)方面來(lái)對(duì)碰撞安全性進(jìn)行較為全面的評(píng)價(jià)。[3]
�。�1）客車(chē)在側(cè)翻碰撞過(guò)程中所受到的最大沖擊載荷可以通過(guò)碰撞過(guò)程中的最大加速度αmax表征出來(lái)。最大加速度越大，客車(chē)車(chē)身以及帶給乘客的最大沖擊載荷就越大，碰撞安全性能越差。
�。�2）客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程中的平均加速度定義為
由式可知，平均加速度與整個(gè)碰撞時(shí)間成反比，碰撞持續(xù)時(shí)間越短，質(zhì)心的平均加速度值越高 ,車(chē)身的平均沖擊載荷以及帶給乘客的沖擊載荷就越大，碰撞安全性能越差。
（3）客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程中的加速度均方根定義為
客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程中的加速度均方根表征了碰撞過(guò)程中質(zhì)心加速度α（t）與平均加速度的偏差程度，值越大，說(shuō)明質(zhì)心加速度α（t）變化幅度越大，碰撞安全性能越差。
4.2 加速度評(píng)價(jià)
圖3 質(zhì)心加速度時(shí)間歷程曲線
圖3為本次客車(chē)側(cè)翻試驗(yàn)中采集的客車(chē)質(zhì)心加速度數(shù)據(jù)時(shí)間歷程曲線。根據(jù)質(zhì)心加速度數(shù)據(jù)可知，本次客車(chē)側(cè)翻碰撞時(shí)間約為200ms.按照4.1的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算可得最大加速度αmax=6.13g,平均加速度，加速度均方根。
可以看出，計(jì)算得到的加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)值相對(duì)于國(guó)內(nèi)外公布的汽車(chē)碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果較低。由于客車(chē)側(cè)翻碰撞方面的公開(kāi)文獻(xiàn)較少，因此沒(méi)有與其他客車(chē)側(cè)翻碰撞過(guò)程比較和參考的依據(jù)，但可以利用這三個(gè)加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)同一車(chē)型的側(cè)翻碰撞安全性的改進(jìn)效果進(jìn)行比較，指標(biāo)值越低，側(cè)翻碰撞安全性越好。
五、結(jié)束語(yǔ)
�。�1）客車(chē)側(cè)翻碰撞中的質(zhì)心平均加速度、最大加速度和加速度均方根三個(gè)加速度評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映出客車(chē)的側(cè)翻碰撞安全性，可以作為同一車(chē)型側(cè)翻碰撞安全性改進(jìn)效果的比較指標(biāo)。
（2）由于國(guó)內(nèi)客車(chē)側(cè)翻碰撞的試驗(yàn)研究才剛剛起步，本文只對(duì)個(gè)例進(jìn)行了碰撞加速度分析，沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)值可以參照。因此，還需要通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)積累數(shù)據(jù)，制定出能夠滿足乘客安全需要的加速度指標(biāo)值來(lái)評(píng)價(jià)客車(chē)的側(cè)翻碰撞安全性能。
[參考文獻(xiàn)]
[1] GB/T 17578-1998 客車(chē)上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的規(guī)定[S]
[2] ECE R 66,E/ECE/324 Rev.1/Add.65 Uniform Provisions Concerning The Approval of Large Passenger Vehicles with Regard to The Strength of Their Superstructure[S]
[3] 葛如海，劉星榮。汽車(chē)車(chē)身對(duì)壁正面碰撞安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)：2001,22（4） 29-31
[4] 朱西產(chǎn)。實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].世界汽車(chē)：1998,5 11-13
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