來(lái) 飛

（重慶車輛檢測(cè)研究院 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

客車作為重要的交通工具之一，其安全性一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。在客車的安全性設(shè)計(jì)當(dāng)中，其側(cè)傾穩(wěn)定性和側(cè)翻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又分別是客車主動(dòng)安全和被動(dòng)安全分別考慮的重要因素[2-9]?？蛙噦?cè)傾穩(wěn)定性包括靜態(tài)側(cè)傾和動(dòng)態(tài)側(cè)傾，實(shí)際上客車側(cè)翻事故的發(fā)生主要由于其動(dòng)態(tài)側(cè)傾失穩(wěn)造成。但由于動(dòng)態(tài)側(cè)傾試驗(yàn)比較復(fù)雜，因此，目前國(guó)內(nèi)公告僅考核靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)側(cè)傾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)正在起草階段?？蛙噦?cè)翻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)主要包括上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)兩種，其主要考核客車在側(cè)翻過(guò)程中其上部和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求[2-5]。本文對(duì)上述試驗(yàn)方法及其評(píng)價(jià)方法分別進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上提出一種客車側(cè)傾及側(cè)翻主被動(dòng)安全綜合評(píng)價(jià)方法，為客車的安全設(shè)計(jì)提供參考。

1 客車側(cè)傾及側(cè)翻安全試驗(yàn)方法

1.1 側(cè)傾主動(dòng)安全試驗(yàn)方法

客車側(cè)傾穩(wěn)定性試驗(yàn)屬于主動(dòng)安全檢測(cè)項(xiàng)目，主要包括最大靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角和動(dòng)態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定性兩種。目前公告僅對(duì)前者進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

1.1.1 最大靜態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定角

GB7258-2012中規(guī)定，對(duì)客車在乘客區(qū)滿載、行李艙空載的情況下測(cè)試時(shí)，向左側(cè)和右側(cè)傾斜最大側(cè)傾穩(wěn)定角均應(yīng)大于等于28°（對(duì)專用校車均應(yīng)大于等于32°）；且除定線行駛的雙層（公共）汽車外，在空載、靜態(tài)條件下，向左側(cè)和右側(cè)傾斜最大側(cè)傾穩(wěn)定角均應(yīng)大于等于35°。具體試驗(yàn)方法見文獻(xiàn)[10]。

試驗(yàn)臺(tái)的側(cè)向附著系數(shù)不低于0.85。為防止試驗(yàn)時(shí)汽車側(cè)滑，可采用在側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)上安裝防側(cè)滑擋塊的方法，擋塊高度不大于30mm，且只準(zhǔn)加在試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心一側(cè)的輪邊。試驗(yàn)臺(tái)最小上升速度（勻速）應(yīng)不大于10°/min，最小下降速度（勻速）應(yīng)不大于 27°/min。

1.1.2 動(dòng)態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定性

國(guó)際上關(guān)于客車的動(dòng)態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定試驗(yàn)方法主要有ISO11026《Heavy Commercial Vehicles and Buses-Test Method for Roll Stability-Closing-Curve Test》[11]，其主要通過(guò)在曲率變化率為常數(shù)的過(guò)渡曲線上，對(duì)以恒定縱向速度行駛車輛的側(cè)傾穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。圖1為車速在60km/h、曲率變化率為2m/s3下的測(cè)試路徑，連接直線段和圓弧段的測(cè)試路徑段如圖中的符號(hào)“o”所示，其中圓弧段的半徑為35m，實(shí)線部分為等曲率變化率下的軌跡延伸曲線。

該測(cè)試方法主要考核被測(cè)試客車在不同速度和不同測(cè)試路徑段下的動(dòng)態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定性，被測(cè)試車輛一般配備有ESC系統(tǒng)和防側(cè)翻控制桿。國(guó)內(nèi)關(guān)于客車動(dòng)態(tài)側(cè)傾穩(wěn)定性的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)目前正在積極地制定中。

1.2 側(cè)翻被動(dòng)安全試驗(yàn)方法

1.2.1 側(cè)翻事故分類

客車側(cè)翻事故大致可分為以下5類。

1）輕微側(cè)翻，即向左邊或右邊發(fā)生1/4周旋轉(zhuǎn)。左右兩邊路面的高度差為零，客車一般滑行一段距離后發(fā)生側(cè)翻。

2）中度側(cè)翻，即翻向溝槽?？蛙囆D(zhuǎn)角度介于1/4～1/2周之間，而且溝槽的深度不超過(guò)1.5m，且能阻止客車進(jìn)一步翻轉(zhuǎn)。

3）重度側(cè)翻，即客車旋轉(zhuǎn)角度介于1/2～2周之間，側(cè)翻前后的兩水平面之差不超過(guò)10m。

4）嚴(yán)重側(cè)翻，即客車旋轉(zhuǎn)超過(guò)2周，而且側(cè)翻前后兩水平面之差超過(guò)10m。

5）混合側(cè)翻，即客車在側(cè)翻前發(fā)生失火或前撞等，以及客車側(cè)翻后墜入河中等情況。

有研究指出[1]，應(yīng)對(duì)客車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，至少使車輛在前三種類型的側(cè)翻事故中，駕駛員及乘員的安全能得到充分的保證。

1.2.2 上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)

GB17578-2013要求M2類和M3類中的 B級(jí)、II級(jí)、III級(jí)客車和專用校車進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)[3]。該試驗(yàn)方法大致有三種，如圖2所示。這三種試驗(yàn)方法均能有效識(shí)別客車上邊梁的強(qiáng)弱，盡管前兩種試驗(yàn)方法看起來(lái)要比第三種嚴(yán)格，但實(shí)際上第三種試驗(yàn)方法對(duì)客車上邊梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考核最為嚴(yán)格，許多側(cè)翻事故也表明了第三種考核方法的有效性。現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)就是按照第三種試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.3 頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)

目前國(guó)內(nèi)公告僅對(duì)專用校車和B級(jí)單層客車的頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)制執(zhí)行，對(duì)其它類型的客車暫不作要求。其試驗(yàn)方法如下：試驗(yàn)樣品為整車或按實(shí)車結(jié)構(gòu)焊裝在底架上并包含有車門和地板的車身骨架。當(dāng)樣品為整車時(shí)，應(yīng)通過(guò)多處剛性支撐車輛底（車）架下平面的方式消除懸架和輪胎的變形，試驗(yàn)車輛的安裝應(yīng)保證底（車）架固定牢固；當(dāng)樣品為骨架車身時(shí)，樣品的安裝應(yīng)保證底（車）架固定牢固。

試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)載荷通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度和寬度不小于試驗(yàn)車身長(zhǎng)度和寬度的剛性平板，在車頂以不超過(guò)13mm/s的加載速度沿垂直向下方向進(jìn)行均勻加載，直至達(dá)到整備質(zhì)量1.5倍的試驗(yàn)載荷，并保持不少于5 s直至變形穩(wěn)定為止。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 側(cè)傾主動(dòng)安全性評(píng)價(jià)

圖3是位于橫向坡道上的剛體車輛模型。對(duì)外側(cè)車輪與地面的接觸點(diǎn)取矩，可得：

Mayh+Fzit-Mgh sinθ-1/2Mgt cosθ=0

對(duì)上式進(jìn)行整理得：

上式中，假定車輛開始發(fā)生側(cè)翻，則有內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零，且當(dāng)?shù)缆窓M向坡度為零時(shí)，則側(cè)翻臨界值ay/g=t/2h。若車輛靜止停在有橫向坡的道路上，在側(cè)翻臨界狀態(tài)下，對(duì)內(nèi)側(cè)車輪與地面的接觸點(diǎn)取矩，則同樣可得tgθ=t/2h。這兩個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系式被用于對(duì)車輛抗側(cè)翻能力的初步估計(jì)上，僅需要知道車輛的兩個(gè)參數(shù)—輪距t和整車質(zhì)心高度h即可。因此，對(duì)于客車的側(cè)傾主動(dòng)安全性評(píng)價(jià)，可使用側(cè)翻臨界值t/2h作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 側(cè)翻被動(dòng)安全性評(píng)價(jià)

客車在側(cè)翻過(guò)程中，對(duì)乘員造成傷害的類型主要有三種：由于客車結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致生存空間的減??；車內(nèi)乘員與客車內(nèi)部物發(fā)生撞擊；乘員被完全或部分拋出車外。試驗(yàn)證明，第一種原因占主導(dǎo)地位，因此，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而言，目前均對(duì)結(jié)構(gòu)的變形量進(jìn)行考核。

對(duì)于上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，目前公告檢測(cè)中是以不侵入生存空間為主要符合性判斷指標(biāo)，具體試驗(yàn)方法是通過(guò)在適當(dāng)?shù)牡胤讲贾米冃我?guī)來(lái)進(jìn)行測(cè)試[3]。對(duì)于頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，也是以結(jié)構(gòu)變形量為主要考核指標(biāo)，如對(duì)于專用校車，要求試驗(yàn)中和試驗(yàn)后，每一座墊上方應(yīng)有不小于900mm的凈高度，且就座乘客擱腳的地板處向上應(yīng)有不小于1350mm的凈高度等。

2.3 側(cè)傾及側(cè)翻安全綜合評(píng)價(jià)方法

考慮到客車側(cè)傾及側(cè)翻的綜合安全性能，提出一種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) RPF（Rollover Performance Factor），如下式所示：

RPF=側(cè)翻臨界值×（1-上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失）×（1-頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失）

上式中，上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失可通過(guò)記錄變形規(guī)前后變形情況計(jì)算得出；而頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失則可通過(guò)頂壓強(qiáng)度試驗(yàn)前后的高度變形情況計(jì)算得出。

該評(píng)價(jià)方法綜合考慮了客車的抗側(cè)翻能力以及側(cè)翻過(guò)程中車輛的上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等情況，可為客車安全性設(shè)計(jì)和比較提供參考。

目前國(guó)內(nèi)公告要求頂部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)都須強(qiáng)制執(zhí)行的客車有專用校車和B級(jí)單層客車。對(duì)于II級(jí)和III級(jí)客車，上述公式可修改成：

RPF=側(cè)翻臨界值×（1-上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失）

以兩款樣車為例，且都須要求進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)。樣車1的前、后輪距分別為1750mm和1610mm，質(zhì)心高度為1051mm；樣車2的前、后輪距分別為2020mm和1860mm，質(zhì)心高度為1321mm。其上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表2 頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

首先計(jì)算兩款樣車的側(cè)翻臨界值：樣車1為0.799，樣車2為0.734。接著分別對(duì)上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失（最大侵入量）和頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能量損失進(jìn)行計(jì)算：樣車1的能量損失為79.4%；樣車2的能量損失為75.6%。頂部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的能量損失是以車輛頂部位移量除以試驗(yàn)前車內(nèi)高度來(lái)進(jìn)行計(jì)算：樣車1的能量損失為3.1%；樣車2的能量損失為4.8%。

按照所提出的綜合評(píng)價(jià)公式，可得出樣車1的綜合評(píng)價(jià)因子為0.159；樣車2的綜合評(píng)價(jià)因子為0.17。由上述分析可以看出，盡管樣車2的側(cè)傾主動(dòng)安全性（側(cè)翻臨界值）不如樣車1，但由于其上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的能量損失要小，其綜合安全性要好。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了客車側(cè)傾及側(cè)翻的主要試驗(yàn)方法及其評(píng)價(jià)方法，在此基礎(chǔ)上提出了一種客車側(cè)傾及側(cè)翻的主被動(dòng)安全綜合評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)算例分析進(jìn)行了具體闡述，對(duì)于客車安全性的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)有一定的參考意義。

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