基于TruckSim的客車行駛安全因素研究

李亞楠，王麗婷，焦卓彬

（1.長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064；2.長安大學 運輸工程學院，陜西 西安 710064）

引言

隨著汽車保有量的上升，交通事故發生率也隨之上升[1]，客車事故頻繁發生，相比較于小型車輛來說，客車由于其載客人數多，一旦發生側翻，其傷亡人數都不是小數。通過研究客車在行駛時影響其安全的因素，有助于降低客車發生側翻的概率，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，對客車在路面上的行駛安全因素進行分析。

1 仿真模型建立

1.1 客車建模

TruckSim是分析車輛動力學、開發主動控制器、計算大型車輛的性能特征以及設計下一代主動安全系統地普遍首選工具。TruckSim可以準確分析客車的行駛狀況，建模時主要涉及車輛整體外形、制動系統、懸架系統、動力傳遞系統、行駛系統[3]。以某款客車為例，在不同的設置界面下對該客車進行建模，下面圖1和圖2分別為其中的車身建模和輪胎建模：

圖1 車身結構尺寸

圖2 輪胎建模

1.2 模型驗證

由于Trucksim已經在各大高校和實驗室廣泛使用，因此只需驗證是否符合國家標準GB 12676-2014中對客車剎車的制動距離的要求即可，需要滿足從60km/h開始減速制動距離要滿足下面公式[4]：

式中：

S---制動距離（m）；

v---制動初速度（km/h）。

根據式（1），制動距離小于36.39m即可。經過驗證，文章中建立的模型制動距離為 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，道路附著系數為0.85，速度從60km/h到120km/h依次進行仿真，可以得到客車在行駛時的側向加速度，通過多組試驗，將數據導出進行整理為圖3。

從圖3中可以看出速度在90km/h以下時，客車運行平穩沒有發生失穩現象，在100km/h時客車的側向加速度已經超過了0.4g，發生了側滑，如果駕駛員操作不當或是路面情況發生變化，客車在行駛時可能會發生側翻。因此車速時影響客車行駛安全的因素之一。

圖3 側向加速度

2.2 方向盤角速度

客車在行駛過程中難免會遇到一些緊急情況，駕駛員可能會進行急速轉動方向盤的操作來躲避危險[5]。文章通過魚鉤試驗，設置方向盤角速度依次從 60°/s增加到 270°/s，運行速度為 80km/h，經過八組實驗，將結果數據導出整合得到圖4：

圖4 側向加速度

由圖4可以發現客車的側向加速度在60°/s到120°/s變化比較明顯，在 120°/s方向盤角速度行駛時側向加速度超過了0.4g，發生了側滑，此時方向盤角速度對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，此時方向盤角速度對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 質心高度

客車因為本身高度、尺寸大，質心相對小型車輛較高，而客車在行駛的時候會因為載重量不同導致客車質心有變化，客車行駛安全性會隨著質心的高低有所變化[6]。文章將客車質心高度依次從1200m提高到2200m進行試驗，運行速度為80km/h，在雙移線行駛工況下，將得到地試驗結果數據輸出得到圖5：

圖5 側向加速度

從圖5中可以看到質心的高低變化對側向加速度基本沒有超過0.4g，車輛沒有發生側滑，但是側向加速度在隨著質心高度變大而變大，在設置質心高度為2200m的試驗中查看輪胎受到的垂直反力，如圖6所示，發現在6.575s的時候左側前輪受到的垂直反力為零，左側后輪受到的垂直反力數值很小，即將發生側翻。因此客車質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

文章設置了不同道路附著系數來模擬仿真客車的行駛狀況，在雙移線運行工況下，行駛速度為 80km/h，道路附著系數從1到0.2變化進行模擬仿真，分別對應瀝青、干燥、潮濕、雪、冰路面，將仿真得到的結果進行輸出整理，得到圖7：

圖7 側向加速度

從圖7中可以看到隨著道路附著系數的減小，在一定范圍內客車行駛路徑相似，在道路附著系數為0.2時，客車側向加速度超過了0.6g，發生了側滑。因此道路附著系數屬于影響客車行駛安全的因素。

2.5 彎道半徑

文章本節設置了不同的彎道半徑對客車行駛的影響，根據《公路公路技術標準》[7]，在仿真時將彎道半徑從100m逐漸增加到350m，運行速度為80km/h，將仿真結果數據進行整理得到圖8。

通過圖8可以發現彎道半徑影響著客車行駛安全，在半徑為100m的實驗狀況下，客車發生了側滑，隨著彎道半徑的逐漸增大，客車的側向加速度明顯下降。因此道路也是作為影響客車行駛安全的因素之一。

圖8 側向加速度

3 總結

綜上所述，影響客車安全行駛的因素涉及很多方面，通過 TruckSim對客車不同的行駛工況進行仿真可以發現客車在行駛時會受到人為因素、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在關注的一個熱點問題，掌握了影響客車安全的因素，才能對客車進行更深入地研究，從而提高客車行駛安全性，避免客車出現側翻、側滑等危險的情況。后續對于客車的研究應該考慮更多地影響因素以及結合空氣動力學進行模擬仿真，不斷去完善對客車行駛安全影響因素的研究。