(論文)減速帶對大客車安全性及平順性的影響

1 8 8 中國客車行業(yè)發(fā)展論壇2 0 0 8 年中國客車學(xué)術(shù)年會論文集 減速帶對大客車安全性及平順性的影響 張 i 華，魏朗，余強(qiáng) ( 長安大學(xué)汽車運(yùn)輸安全保障技術(shù)交通部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要為了研究減速帶對大客車行駛的影響，以6 種不同結(jié)構(gòu)形式的減速帶作為試驗(yàn)對象，采用 J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 型客車進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)，并用3 2 通道數(shù)據(jù)采集儀記錄了實(shí)車試驗(yàn)時的試驗(yàn)車速、車軸加速度、車 身加速度等數(shù)據(jù)，然后建立了三元假設(shè)回歸模型，并進(jìn)行了模型的求解和假設(shè)檢驗(yàn)。由假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果可知，模型是 合理有效的。 關(guān)鍵詞 減速帶；大客車；安全性；平順性 U 弓I 舌 中國是多山的國家，由于山區(qū)公路自然及地理環(huán)境引發(fā)的道路交通事故也占到全國道路交通事故總數(shù) 的3 5 4 0 。2 0 0 7 年全國共發(fā)生了2 6 起1 次死亡1 0 人以上的特大道路交通事故，其中西部多山地區(qū)就 發(fā)生了1 5 起，占全部事故的5 7 7 0 。研究發(fā)現(xiàn)，群死群傷的特大惡性道路交通事故多與大型客運(yùn)車輛超 速有關(guān)。 為此，控制大型客運(yùn)車輛的行駛速度將成為遏制群死群傷惡性事故最有效的措施。在所有的控速設(shè)施 和措施中，以道路減速帶的控速效果最為良好，不僅大大降低了由于車輛超速引發(fā)的道路交通事故，同時也 降低了事故的嚴(yán)重程度。但是，減速帶的使用是一把雙刃劍，如果設(shè)計(jì)不合理，則不僅不能減少道路交通事 故的發(fā)生，還會嚴(yán)重影響到車輛行駛安全性和結(jié)構(gòu)安全性。為此，在減速帶安裝前，必須進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)， 以研究減速帶對車輛的影響。 1 試驗(yàn) 1 1 試驗(yàn)?zāi)康?減速帶之所以能夠有效控制車速，是因?yàn)檐囕v通過其上時車身及坐椅會產(chǎn)生較大的振動加速度，而較大 的振動沖擊加速度會使駕駛?cè)说某俗孢m性和駕駛安全感大幅降低，促使駕駛?cè)酥鲃咏档蛙囁?。但?shí)際上 車輛通過減速帶時，不僅會使車身和坐椅產(chǎn)生較大的振動加速度，也會使車軸產(chǎn)生較大的振動加速度，而車 軸加速度將會使懸架系統(tǒng)及車軸承受較大的沖擊力，嚴(yán)重影響到車輛的結(jié)構(gòu)安全性和行駛安全性。由此可 知，安全而有效的減速帶應(yīng)該是使車輛的車身及坐椅產(chǎn)生較大的振動加速度，而車軸產(chǎn)生較小的振動加 速度。 通過對大客車的減速帶試驗(yàn)，獲得不同車速下車輛的車軸振動加速度、車身地板振動加速度和坐椅振動 加速度，進(jìn)而研究減速帶的結(jié)構(gòu)形式及車速與大客車的車軸振動加速度、車身地板振動加速度和坐椅振動加 速度之間的關(guān)系。 1 2 試驗(yàn)方案 根據(jù)中國公路減速帶的應(yīng)用現(xiàn)狀及國外的相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)，在汽車平順性脈沖輸入試驗(yàn)方法的指導(dǎo)下，制 定了減速帶的試驗(yàn)方案。減速帶結(jié)構(gòu)形式的關(guān)鍵參數(shù)為高度尺寸和寬度尺寸，所以方案中采用了高度尺寸 為( 2 5 5 0 ) m m ，寬度尺寸為( 3 0 0 6 0 0 ) m m 的6 種減速帶，具體參數(shù)見表1 。試驗(yàn)車輛采用亞星 J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 型客車，其整車主要參數(shù)見表2 。 為了試驗(yàn)的安全性及車速控制的可靠性，減速帶的安裝路段應(yīng)選擇車流量較少，公路安全設(shè)施比較齊 全，公路兩側(cè)地勢比較平坦且距彎道較遠(yuǎn)的平直路段。為了減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相互疊加干擾，相鄰兩道減速帶 的設(shè)置間距不得小于1 0 0m 。減速帶的設(shè)置示意圖見圖1 。 客車試驗(yàn)技術(shù) 1 8 9 表1 減速帶參數(shù) 序號 寬度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 試驗(yàn)車輛的主要參數(shù) 車輛型號J S 6 8 2 0 C 3 2 D 1 生產(chǎn)廠家揚(yáng)州亞星客車有限公司 底盤型號E Q l 4 0 整備質(zhì)量 6 5 0 0 載客人數(shù) 3 0 輪胎型號 9 0 0 R 2 01 4 P R 試驗(yàn)中主要使用的儀器為3 2 通道數(shù)據(jù)采集儀、加速度傳感 器和光電五輪儀。其中加速度傳感器用于測量車輛通過減速帶 時各部位的加速度，光電五輪儀用來測量車輛通過減速帶時的 車速，3 2 通道數(shù)據(jù)采集儀用以同步采集加速度傳感器和光電五 輪儀測量的數(shù)據(jù)。 1 3 試驗(yàn)過程 試驗(yàn)時大客車以規(guī)定車速勻速正常通過減速帶，在減速帶 前5 0m 時應(yīng)穩(wěn)住車速，并開始記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)汽車通過減速帶且 強(qiáng)制控 速設(shè)施亡令 、 。 l O O m 圖1 減速帶設(shè)置示意圖 沖擊響應(yīng)消失后，停止記錄數(shù)據(jù)，一次試驗(yàn)結(jié)束。然后重復(fù)上述過程，記錄不同車速通過不同減速帶時的振 動加速度。 2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 2 1 回歸模型假設(shè) 由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)減速帶的寬度不變時，各最大( 絕對值) 加速度值與其高度大體成正比關(guān)系，且 不受試驗(yàn)車速的影響。則假設(shè)最大( 絕對值) 加速度與減速帶的高度、寬度及車速的關(guān)系式為 口一a ( h ，硼，口) = 向1 h + 角o + f ( w ，口) ( 1 ) 式中：口為最大( 絕對值) 加速度，m s ；h 為減速帶的高度，m ；w 為減速帶的寬度，m ；口為車速，m s ；f ( w ，口) 為W 與口對n 的影響函數(shù)；屆，、島。為變量系數(shù)。 由于車輛可以簡化為彈簧與質(zhì)量組合的振動系統(tǒng)，每一個彈簧與質(zhì)量的子系統(tǒng)都有它自身的一個固有 頻率，當(dāng)路面輸入激勵的頻率接近或等于其固有頻率時，該子系統(tǒng)將發(fā)生共振，系統(tǒng)的加速度響應(yīng)峰值達(dá)到 最大。而在遠(yuǎn)離其固有頻率時，則振動將會衰減，系統(tǒng)的加速度響應(yīng)峰值將會大大降低，類似于二次曲線。如 果假設(shè)輸入激勵的頻率為變量廠，減速帶的高度為定值，則系統(tǒng)的最大( 絕對值) 加速度可表示為 口一口( 廠) = 屈2 尸+ & ，廠+ 庳o ( 2 ) 對于沖擊振動而言，系統(tǒng)的最大( 絕對值) 加速度與系統(tǒng)的自然周期和脈沖持續(xù)時間的比值有關(guān)，而脈沖持 續(xù)時間為：T = w 。對于定系統(tǒng)，固有頻率是定值，亦即系統(tǒng)的自然周期為定值，所以最大( 絕對值) 加速度只 與脈沖寬度有關(guān)，即 口一f ( w ，口) = 屜z ( 老) 。+ 屜考+ 屜。 ( 3 ) 將( 3 ) 式代人( 1 ) 式得： 口2 口( ，硼，V ) 2 向， + 島。+ 屈z ( 考) + 屈考+ 像。 ( 4 ) 至此可以假設(shè)最大( 絕對值) 加速度與減速帶寬度、高度及試驗(yàn)車速的關(guān)系回歸模型為 口= 口( ，W ，u ) 2J 島+ 角 + 屜( 考) + 島考( 5 ) 1 9 0 中國客車行業(yè)發(fā)展論壇2 0 0 8 年中國客車學(xué)術(shù)年會論文集 2 2 回歸模型求解 令y = 口；z - = ；z z 一( 考) 2 ；z s 一考，代人式( 5 ) 即可將非線性回歸模型變換為標(biāo)準(zhǔn)的線性回歸模型 Y 一屆+ 角Z 1 + 位z 2 + J 8 j X 3 + ( 6 ) 式中：e 為試驗(yàn)隨機(jī)誤差，表示Y 的變化中不能由自變量z 、z z 、z s 解釋的部分；屆、怠、屈、J 臼j 分別為回歸系數(shù)。 將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算后代人上述線性回歸模型，根據(jù)最d x - - 乘法則，使得估計(jì)值夕與試驗(yàn)測量值的 誤差平方和S = ( 多一y ) 2 為最小，即可求得線性回歸模型的回歸系數(shù)。具體回歸結(jié)果見表3 。 表3回歸結(jié)果 項(xiàng)目 島向 屈屆 車軸加速度a - 一2 7 2 31 6 22 9 2 4 2 91 2 3 8 4 3 車身加速度a z 5 9 90 1 44 4 9 4 81 6 1 7 7 將回歸系數(shù)代人回歸模型即可得到車軸加速度、車身加速度及坐椅加速度與減速帶高度、寬度及車速的 關(guān)系表達(dá)式 口一屆+ 向h - + - f i e ( 考) + 屜老 ( 7 ) 口z J 島+ 向 + 屜( 旦W ) + 角考 ( 8 ) 2 3 回歸模型的假設(shè)檢驗(yàn) 回歸模型建立以后，進(jìn)一步對回歸模型進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)評價。假設(shè)檢驗(yàn)一般采用F 檢驗(yàn)。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為 F 一夏i 萬昱F ( m 川一m 1 ) ( 9 ) 式中：F 為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；S 回為回歸平方和；S 爰為殘差平方和；m 為自變量元數(shù)；以為試驗(yàn)次數(shù)。 假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果見表4 。 表4 假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果 項(xiàng)目車軸加速度a 車身加速度a zF 00 5 假設(shè)檢驗(yàn)F 3 3 3 36 4 32 9 2 由表4 可以看出，F(xiàn) 1 3 3 3 3 F o 0 5 2 9 2 ，F(xiàn) 2 = 6 4 3 F o 。5 2 9 2 ，因此在9 5 概率水平下，回 歸是顯著的，模型是合理有效的，可以應(yīng)用于減速帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3 結(jié)束語 ( 1 ) 由回歸模型的假設(shè)檢驗(yàn)可知，關(guān)于大客車車軸加速度、車身加速度與車速、減速帶的高度、寬度關(guān)系 的假設(shè)模型是合理有效的。 ( 2 ) 在其他條件不變的前提下，大客車車軸加速度、車身加速度與減速帶的高度成正比關(guān)系。 ( 3 ) 在減速帶高度不變的前提下，大客車車軸加速度、車身加速度與車速和減速帶比值成二次曲線關(guān)系。 參考文獻(xiàn) E 1 3 公安部交通管理局中華人民共和國道路交通事故統(tǒng)計(jì)( 2 0 0 7 年度) 公安部交通管理局，2 0 0 8 E 2 - 魏朗公路客運(yùn)安全分析客車技術(shù)與研究，2 0 0 0 ，2 2 ( 4 ) ：5 - 9 3 杜博英車速在道路安全審計(jì)中的作用公路交通科，2 0 0 4 ，2 1 ( 5 ) ：1 2 5 1 2 7 4 陳蔭三，魏朗公路強(qiáng)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