大客車防側(cè)翻預(yù)警及控制分析

孫艷妮

（西安汽車職業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710600）

前言

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的高速公路也逐漸完善。在這種情況下，公路運(yùn)輸已經(jīng)成為我國旅客最為主要的運(yùn)輸形式，但是伴隨著車輛的而不斷增加，全國道路交通事故也呈現(xiàn)出逐漸的上升趨勢，造成了大量的人員傷亡，并帶來巨大的財(cái)產(chǎn)損失。在眾多的道路交通事故中，鑒于大型客車載人較多，體積較大，質(zhì)心較高等特點(diǎn)，以至于其傾斜穩(wěn)定性比較差，在大型轉(zhuǎn)彎的過程中，極容易出現(xiàn)翻車事故。而一旦大型客車出現(xiàn)了側(cè)翻事故，將會造成更為嚴(yán)峻的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，必須要加強(qiáng)大型客車防側(cè)翻預(yù)警及控制系統(tǒng)研究，以減少其側(cè)翻的發(fā)生情況。

1 客車側(cè)翻因素分析

具體來說，客車側(cè)翻主要有兩種類型，即：靜態(tài)側(cè)翻和動態(tài)側(cè)翻。其中，靜態(tài)側(cè)翻主要是指客車在靜止的狀態(tài)下，受到外力因素的影響和作用，進(jìn)而使其發(fā)生側(cè)翻的現(xiàn)象。動態(tài)側(cè)翻則是指客車在運(yùn)行過程中，受到多種因素的影響和作用，而發(fā)生的側(cè)翻現(xiàn)象。

大型客車在運(yùn)行過程中，側(cè)翻現(xiàn)象發(fā)生比較迅速，且持續(xù)時間非常短，一般情況下，駕駛員很難對其提前進(jìn)行判斷。鑒于大型客車行駛的復(fù)雜性，導(dǎo)致其出現(xiàn)側(cè)翻現(xiàn)象的因素常常是由多種因素導(dǎo)致的。具體來說，導(dǎo)致客車發(fā)生側(cè)翻的因素主要包括以下幾種：

（1）就車身來說，大型客車的車身比較大，其重心比較高，當(dāng)其在行駛過程中遇到高速轉(zhuǎn)彎的時候，極容易受到風(fēng)向的擾動，以及客車行駛中所產(chǎn)生的離心力也極容易導(dǎo)致其車身出現(xiàn)傾角，甚至導(dǎo)致其出現(xiàn)側(cè)向荷載轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，并誘發(fā)其在行駛的過程中，出現(xiàn)側(cè)翻的現(xiàn)象。

（2）大客車在行駛的過程中，一旦遇到緊急變換車道、緊急避障的時候，受到軸荷的轉(zhuǎn)移，極容易導(dǎo)致其在運(yùn)行的過程中，出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)翻車事故。

（3）大客車在運(yùn)行的過程中，一旦運(yùn)行的路面比較濕滑，在這種路面上進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的時候，受到其前軸、后軸輪胎側(cè)向力飽和因素的影響，也會導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)側(cè)滑、失穩(wěn)等現(xiàn)象，并誘發(fā)其出現(xiàn)側(cè)翻的現(xiàn)象。

（4）大型客車在運(yùn)動過程中，由于其左右兩側(cè)的輪胎與路面的摩擦系統(tǒng)數(shù)之間存在一定的差異性，駕駛員一旦進(jìn)行驅(qū)動、制動操作的時候，就會導(dǎo)致大客車車身的狀態(tài)出現(xiàn)改變，進(jìn)而致使其質(zhì)心偏角出現(xiàn)較大的變化，并誘發(fā)客車失穩(wěn)出現(xiàn)側(cè)翻。

（5）大型客車駕駛員在行駛的過程中，一旦遇到緊急情況，如果操作失誤，就會使其產(chǎn)生較大的質(zhì)心側(cè)偏角。在這種情況下，駕駛員很難利用方向盤對車身的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而致使其出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。

可以說，受到多種因素的影響，大型客車在運(yùn)行的過程中，極容易出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，并誘發(fā)其出現(xiàn)側(cè)翻現(xiàn)象。因此，必須要在對側(cè)翻原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)防側(cè)翻預(yù)警及控制系統(tǒng)研究，以提升客車防側(cè)翻的穩(wěn)定性[1]。

2 防側(cè)翻預(yù)警和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 防側(cè)翻預(yù)警

大型客車發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象常常是一瞬間的過程，很難采取有效的措施進(jìn)行避免。而通過防側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)，可對車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，一旦當(dāng)其遇到側(cè)翻危險(xiǎn)的餓時候，該系統(tǒng)就會給客車駕駛?cè)藛T發(fā)出預(yù)警，進(jìn)而題型駕駛?cè)藛T采取有效的控制措施，以最大限度避免其側(cè)翻事故的發(fā)生。

就目前而言，在大型客車防側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)中，主要有兩種方式：

2.1.1 基于信號防側(cè)翻技術(shù)

主要是根據(jù)汽車在行駛過程中的參數(shù)進(jìn)行測量，經(jīng)通過所測定的數(shù)據(jù)，對汽車側(cè)傾狀態(tài)進(jìn)行估算。但是在這種情況下，對測量數(shù)據(jù)的傳感器精度要求相對比較高，并且傳感器在測量的過程中，也極容易受到外界環(huán)境因素的影響，以至于其在具體使用過程中，常常出現(xiàn)精度不高的現(xiàn)象。

2.1.2 基于模型的防側(cè)翻模型

主要是根據(jù)客車在運(yùn)行過程中瞬時的狀態(tài)態(tài)度，并結(jié)合建立的客車側(cè)翻模型，對其傾斜的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際運(yùn)行過程中，基于模型的防側(cè)翻系統(tǒng)，對傾斜狀態(tài)估算的精確度比較高。但是在該模式下，需要的計(jì)算量比較大，越是復(fù)雜的汽車側(cè)翻模型，其速算的精度比較高，同時所需要的計(jì)算時間也會相應(yīng)的變長，進(jìn)而導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。

2.2 防側(cè)翻預(yù)警和控制系統(tǒng)

2.2.1 參考模型

在建立防側(cè)翻預(yù)警和控制系統(tǒng)的過程和中，建立防側(cè)翻預(yù)警參考模型是其基礎(chǔ)和第一步，只有建立客車防側(cè)翻預(yù)警參考系統(tǒng)，才能對客車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢測，并對汽車側(cè)翻的規(guī)律進(jìn)行精準(zhǔn)地反應(yīng)，進(jìn)而對其側(cè)翻進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測。在具體進(jìn)行防側(cè)翻預(yù)警參考模型建立的過程中，筆者以三自由汽車側(cè)傾數(shù)學(xué)模型作為預(yù)警的參考模型為基礎(chǔ)，通過提高計(jì)算速度、忽略側(cè)傾專項(xiàng)、側(cè)傾外傾、變形轉(zhuǎn)型、變形外傾等方面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步減少了客車懸架、輪胎阻力對客車穩(wěn)定性的影響[2]。

按照相應(yīng)的計(jì)算公式和理論進(jìn)行計(jì)算之后，將大客車的相關(guān)參數(shù)帶入到參考模型中，就可以對大客車在運(yùn)行過程中的車速、前輪的轉(zhuǎn)角進(jìn)行精準(zhǔn)的檢測，進(jìn)而將傳感信號輸入到三自由度參考的模型中，進(jìn)而對大型客車運(yùn)行過程中的傾斜狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2 選取側(cè)翻指標(biāo)

在建立大型客車防側(cè)翻和控制系統(tǒng)中，側(cè)翻性能指標(biāo)是判斷其是否發(fā)生側(cè)翻最為重要的條件，并結(jié)合側(cè)翻指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值，判斷出是否需要向客車駕駛?cè)藛T發(fā)出警報(bào)信號，繼而使其及時進(jìn)行控制。通常情況下，在選取側(cè)翻指標(biāo)的過程中，均是通過側(cè)向加速度、質(zhì)心傾斜角兩個指標(biāo)對其是否會發(fā)生側(cè)翻進(jìn)行評定。具體來說，當(dāng)兩者指標(biāo)的比值超過側(cè)翻閾值的時候，客車就存在側(cè)翻的危險(xiǎn)。在這種情況下，控制系統(tǒng)就會及時向駕駛員出發(fā)預(yù)警信號。

除此之外，在選取側(cè)翻指標(biāo)的過程中，橫向荷載轉(zhuǎn)移率也是極為重要的一項(xiàng)指標(biāo)。這主要是大型客車在運(yùn)行轉(zhuǎn)向的過程中，極容易受到離心力的影響，致使其出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，并出現(xiàn)側(cè)翻。在這種情況下，汽車兩個車輪之間的垂直荷載隨之上升，內(nèi)側(cè)兩個車輪的垂直荷載則出現(xiàn)減少的現(xiàn)象。而橫向荷載轉(zhuǎn)移率則是這兩種指標(biāo)的比值，其具體公式如下：

在該公式中，F(xiàn)zi表示內(nèi)側(cè)車輪垂直反力；Fz0表示外側(cè)車輪垂直反力；

2.2.3 側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)

基于以上研究，在建立側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)的過程中，可以將客車動態(tài)橫向荷載轉(zhuǎn)移率、汽車行駛狀態(tài)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等有機(jī)聯(lián)系在一起。在這種情況下，只需要將其在運(yùn)行過程中的速度、專項(xiàng)輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測，并經(jīng)過預(yù)警模型的計(jì)算，就可以精準(zhǔn)地計(jì)算出客車運(yùn)行過程中的質(zhì)心側(cè)傾角、側(cè)傾角速度的函數(shù)等，進(jìn)而將其作為判斷客車是否發(fā)生側(cè)翻危險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，并利用其觸發(fā)預(yù)警器。

2.2.4 防側(cè)翻控制策略

客車駕駛?cè)藛T得到預(yù)警系統(tǒng)所發(fā)出的警報(bào)之后，必須要積極進(jìn)行防側(cè)翻控制。在具體進(jìn)行控制的過程中，目前均是通過控制驅(qū)動輪的形式，對車輪的差速進(jìn)行制動，進(jìn)行控制客車側(cè)翻的現(xiàn)象。這種控制方式的基本原理是，對車殼四個車輪中的某一個車輪、或者幾個車輪進(jìn)行單獨(dú)控制，進(jìn)而使其產(chǎn)生一個附加的橫擺力度，以改變客車的運(yùn)行狀態(tài)。從本質(zhì)上來說，這種控制方式對客車運(yùn)行當(dāng)時的轉(zhuǎn)向特性、動力特性進(jìn)行了改變，進(jìn)而使得客車無論出于什么樣的狀態(tài)之下，都可以改變客車的側(cè)向力，素質(zhì)降低了其側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，大型客車作為現(xiàn)代最為主要的運(yùn)行工具，其安全性一直是關(guān)注的特點(diǎn)。鑒于大型客車質(zhì)心高、輪距段、載客量大等因素的影響，在行駛的過程中，極容易受到多種因素的影響，出現(xiàn)側(cè)翻的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，必須要加強(qiáng)大型客車側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的研究，充分結(jié)合客車運(yùn)行的狀態(tài)，及時發(fā)出側(cè)翻危險(xiǎn)預(yù)警，并使得駕駛?cè)藛T及時進(jìn)行制動處理，以最大限度避免側(cè)翻現(xiàn)象的發(fā)生。