(论文)减速带对大客车安全性及平顺性的影响

1 8 8 中国客车行业发展论坛2 0 0 8 年中国客车学术年会论文集 减速带对大客车安全性及平顺性的影响 张 i 华，魏朗，余强 ( 长安大学汽车运输安全保障技术交通部重点实验室，陕西西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要为了研究减速带对大客车行驶的影响，以6 种不同结构形式的减速带作为试验对象，采用 J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 型客车进行实车道路试验，并用3 2 通道数据采集仪记录了实车试验时的试验车速、车轴加速度、车 身加速度等数据，然后建立了三元假设回归模型，并进行了模型的求解和假设检验。由假设检验结果可知，模型是 合理有效的。 关键词 减速带；大客车；安全性；平顺性 U 弓I 舌 中国是多山的国家，由于山区公路自然及地理环境引发的道路交通事故也占到全国道路交通事故总数 的3 5 4 0 。2 0 0 7 年全国共发生了2 6 起1 次死亡1 0 人以上的特大道路交通事故，其中西部多山地区就 发生了1 5 起，占全部事故的5 7 7 0 。研究发现，群死群伤的特大恶性道路交通事故多与大型客运车辆超 速有关。 为此，控制大型客运车辆的行驶速度将成为遏制群死群伤恶性事故最有效的措施。在所有的控速设施 和措施中，以道路减速带的控速效果最为良好，不仅大大降低了由于车辆超速引发的道路交通事故，同时也 降低了事故的严重程度。但是，减速带的使用是一把双刃剑，如果设计不合理，则不仅不能减少道路交通事 故的发生，还会严重影响到车辆行驶安全性和结构安全性。为此，在减速带安装前，必须进行实车道路试验， 以研究减速带对车辆的影响。 1 试验 1 1 试验目的 减速带之所以能够有效控制车速，是因为车辆通过其上时车身及坐椅会产生较大的振动加速度，而较大 的振动冲击加速度会使驾驶人的乘坐舒适性和驾驶安全感大幅降低，促使驾驶人主动降低车速。但实际上 车辆通过减速带时，不仅会使车身和坐椅产生较大的振动加速度，也会使车轴产生较大的振动加速度，而车 轴加速度将会使悬架系统及车轴承受较大的冲击力，严重影响到车辆的结构安全性和行驶安全性。由此可 知，安全而有效的减速带应该是使车辆的车身及坐椅产生较大的振动加速度，而车轴产生较小的振动加 速度。 通过对大客车的减速带试验，获得不同车速下车辆的车轴振动加速度、车身地板振动加速度和坐椅振动 加速度，进而研究减速带的结构形式及车速与大客车的车轴振动加速度、车身地板振动加速度和坐椅振动加 速度之间的关系。 1 2 试验方案 根据中国公路减速带的应用现状及国外的相关使用标准，在汽车平顺性脉冲输入试验方法的指导下，制 定了减速带的试验方案。减速带结构形式的关键参数为高度尺寸和宽度尺寸，所以方案中采用了高度尺寸 为( 2 5 5 0 ) m m ，宽度尺寸为( 3 0 0 6 0 0 ) m m 的6 种减速带，具体参数见表1 。试验车辆采用亚星 J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 型客车，其整车主要参数见表2 。 为了试验的安全性及车速控制的可靠性，减速带的安装路段应选择车流量较少，公路安全设施比较齐 全，公路两侧地势比较平坦且距弯道较远的平直路段。为了减少试验数据的相互叠加干扰，相邻两道减速带 的设置间距不得小于1 0 0m 。减速带的设置示意图见图1 。 客车试验技术 1 8 9 表1 减速带参数 序号 宽度m m高度m m 1 3 0 04 0 23 7 0 2 5 33 7 03 5 4 3 7 05 0 5 5 0 03 0 65 8 03 0 表2 试验车辆的主要参数 车辆型号J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 生产厂家扬州亚星客车有限公司 底盘型号E Q l 4 0 整备质量 6 5 0 0 载客人数 3 0 轮胎型号 9 0 0 R 2 01 4 P R 试验中主要使用的仪器为3 2 通道数据采集仪、加速度传感 器和光电五轮仪。其中加速度传感器用于测量车辆通过减速带 时各部位的加速度，光电五轮仪用来测量车辆通过减速带时的 车速，3 2 通道数据采集仪用以同步采集加速度传感器和光电五 轮仪测量的数据。 1 3 试验过程 试验时大客车以规定车速匀速正常通过减速带，在减速带 前5 0m 时应稳住车速，并开始记录数据，当汽车通过减速带且 强制控 速设施亡令 、 。 l O O m 图1 减速带设置示意图 冲击响应消失后，停止记录数据，一次试验结束。然后重复上述过程，记录不同车速通过不同减速带时的振 动加速度。 2 试验数据分析 2 1 回归模型假设 由试验数据可以看出，当减速带的宽度不变时，各最大( 绝对值) 加速度值与其高度大体成正比关系，且 不受试验车速的影响。则假设最大( 绝对值) 加速度与减速带的高度、宽度及车速的关系式为 口一a ( h ，硼，口) = 向1 h + 角o + f ( w ，口) ( 1 ) 式中：口为最大( 绝对值) 加速度，m s ；h 为减速带的高度，m ；w 为减速带的宽度，m ；口为车速，m s ；f ( w ，口) 为W 与口对n 的影响函数；届，、岛。为变量系数。 由于车辆可以简化为弹簧与质量组合的振动系统，每一个弹簧与质量的子系统都有它自身的一个固有 频率，当路面输入激励的频率接近或等于其固有频率时，该子系统将发生共振，系统的加速度响应峰值达到 最大。而在远离其固有频率时，则振动将会衰减，系统的加速度响应峰值将会大大降低，类似于二次曲线。如 果假设输入激励的频率为变量厂，减速带的高度为定值，则系统的最大( 绝对值) 加速度可表示为 口一口( 厂) = 屈2 尸+ & ，厂+ 庳o ( 2 ) 对于冲击振动而言，系统的最大( 绝对值) 加速度与系统的自然周期和脉冲持续时间的比值有关，而脉冲持 续时间为：T = w 。对于定系统，固有频率是定值，亦即系统的自然周期为定值，所以最大( 绝对值) 加速度只 与脉冲宽度有关，即 口一f ( w ，口) = 屉z ( 老) 。+ 屉考+ 屉。 ( 3 ) 将( 3 ) 式代人( 1 ) 式得： 口2 口( ，硼，V ) 2 向， + 岛。+ 屈z ( 考) + 屈考+ 像。 ( 4 ) 至此可以假设最大( 绝对值) 加速度与减速带宽度、高度及试验车速的关系回归模型为 口= 口( ，W ，u ) 2J 岛+ 角 + 屉( 考) + 岛考( 5 ) 1 9 0 中国客车行业发展论坛2 0 0 8 年中国客车学术年会论文集 2 2 回归模型求解 令y = 口；z - = ；z z 一( 考) 2 ；z s 一考，代人式( 5 ) 即可将非线性回归模型变换为标准的线性回归模型 Y 一届+ 角Z 1 + 位z 2 + J 8 j X 3 + ( 6 ) 式中：e 为试验随机误差，表示Y 的变化中不能由自变量z 、z z 、z s 解释的部分；届、怠、屈、J 臼j 分别为回归系数。 将试验数据进行相应计算后代人上述线性回归模型，根据最d x - - 乘法则，使得估计值夕与试验测量值的 误差平方和S = ( 多一y ) 2 为最小，即可求得线性回归模型的回归系数。具体回归结果见表3 。 表3回归结果 项目 岛向 屈届 车轴加速度a - 一2 7 2 31 6 22 9 2 4 2 91 2 3 8 4 3 车身加速度a z 5 9 90 1 44 4 9 4 81 6 1 7 7 将回归系数代人回归模型即可得到车轴加速度、车身加速度及坐椅加速度与减速带高度、宽度及车速的 关系表达式 口一届+ 向h - + - f i e ( 考) + 屉老 ( 7 ) 口z J 岛+ 向 + 屉( 旦W ) + 角考 ( 8 ) 2 3 回归模型的假设检验 回归模型建立以后，进一步对回归模型进行假设检验评价。假设检验一般采用F 检验。检验统计量为 F 一夏i 万昱F ( m 川一m 1 ) ( 9 ) 式中：F 为检验统计量；S 回为回归平方和；S 爰为残差平方和；m 为自变量元数；以为试验次数。 假设检验结果见表4 。 表4 假设检验结果 项目车轴加速度a 车身加速度a zF 00 5 假设检验F 3 3 3 36 4 32 9 2 由表4 可以看出，F 1 3 3 3 3 F o 0 5 2 9 2 ，F 2 = 6 4 3 F o 。5 2 9 2 ，因此在9 5 概率水平下，回 归是显著的，模型是合理有效的，可以应用于减速带的结构设计。 3 结束语 ( 1 ) 由回归模型的假设检验可知，关于大客车车轴加速度、车身加速度与车速、减速带的高度、宽度关系 的假设模型是合理有效的。 ( 2 ) 在其他条件不变的前提下，大客车车轴加速度、车身加速度与减速带的高度成正比关系。 ( 3 ) 在减速带高度不变的前提下，大客车车轴加速度、车身加速度与车速和减速带比值成二次曲线关系。 参考文献 E 1 3 公安部交通管理局中华人民共和国道路交通事故统计( 2 0 0 7 年度) 公安部交通管理局，2 0 0 8 E 2 - 魏朗公路客运安全分析客车技术与研究，2 0 0 0 ，2 2 ( 4 ) ：5 - 9 3 杜博英车速在道路安全审计中的作用公路交通科，2 0 0 4 ，2 1 ( 5 ) ：1 2 5 1 2 7 4 陈荫三，魏朗公路强制控速安全措施研究公路交通科技，2 0 0 5 ，2 2 ( 1 0 ) ：1 4 0 - 1 4 3 5 3C y n e c k iMJ ，S p a r k sJ W ，G r o t eJ LR u m b l es t r i p sa n dp e d e s