客車(chē)爆胎應(yīng)急安全裝置的研究和運(yùn)用

黃明慧

摘 要：客車(chē)爆胎后，為了測(cè)試客車(chē)轉(zhuǎn)向力的增量，必須進(jìn)行汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的爆胎測(cè)試模擬演練;這種方法有重復(fù)、成本高、安全、操作不良等諸多問(wèn)題。文章對(duì)汽車(chē)爆胎時(shí)動(dòng)力進(jìn)行分析，對(duì)汽車(chē)爆胎過(guò)程中汽車(chē)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向力增加是主要因素進(jìn)行了研究，在理論上和實(shí)驗(yàn)上，對(duì)方案的審查及其合理性和效率都可以有效地加以簡(jiǎn)化，并大大提高工作效率。

關(guān)鍵詞：爆胎;增加轉(zhuǎn)向力;應(yīng)急保護(hù)裝置

0 前言

目前，隨著車(chē)輛數(shù)量的增加和高速道路的迅速發(fā)展，道路事故也在增加。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，大約70%的重大國(guó)內(nèi)公路交通事故是由輪胎破裂或嚴(yán)重漏氣造成的。所以對(duì)客車(chē)爆胎應(yīng)急安全裝置的研究和運(yùn)用變得十分重要。研究表明，高速行駛汽車(chē)爆胎會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)運(yùn)動(dòng)特性的突變，司機(jī)的事故反應(yīng)和操作直接影響車(chē)輛行駛后果，操作不當(dāng)會(huì)發(fā)生事故。在爆胎事件中進(jìn)行的安全研究和應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的問(wèn)題，因此，對(duì)汽車(chē)爆胎事故安全裝置的技術(shù)研究進(jìn)入了快速發(fā)展階段。爆胎應(yīng)急安全裝置應(yīng)用的同時(shí)，還需要對(duì)設(shè)備的需要進(jìn)行核查。目前，已經(jīng)為客車(chē)制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T782-2010《營(yíng)運(yùn)客車(chē)爆胎應(yīng)急安全裝置技術(shù)要求》。對(duì)輪胎爆炸期間和之后的輪距、剎車(chē)和行駛規(guī)定了要求，包括對(duì)汽車(chē)輪胎爆炸時(shí)旋轉(zhuǎn)力試驗(yàn)的附加要求。

目前，這種試驗(yàn)方法有以下問(wèn)題：與爆胎的實(shí)際情況相比，一種典型的模擬方法是射擊方法和爆炸方法，并且在我國(guó)，火器和彈藥受到非常嚴(yán)格的管制，很難實(shí)現(xiàn)其操作而且有安全風(fēng)險(xiǎn)。在用射擊和爆炸裝置模擬爆胎時(shí)，由于位置、輪胎厚度、所用爆炸物的數(shù)量、槍管直徑等原因而造成的爆胎，重復(fù)性不夠強(qiáng)烈。目前還正在進(jìn)行用輪圈充氣裝置模擬爆震的研究，從理論上講，可以精確調(diào)整輪胎破裂的效果，并實(shí)現(xiàn)良好的重復(fù);但這種方法對(duì)于每一個(gè)輪圈規(guī)格必須專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)為生產(chǎn)特殊的排氣裝置，處理時(shí)間長(zhǎng)，成本高。因此，作者認(rèn)為，如果這次試驗(yàn)不模擬車(chē)輛在運(yùn)動(dòng)中的突然爆胎就得出與其相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，這將有事半功倍的效果。

1 爆胎過(guò)程和應(yīng)急安全設(shè)備概述

如前所述，當(dāng)汽車(chē)的第一軸-側(cè)輪胎爆炸時(shí)，汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性會(huì)急劇上升，這是直接相關(guān)的，當(dāng)普通輪胎爆胎后，當(dāng)?shù)孛婺Σ梁妥矒魰r(shí)，輪胎被從直接接地的車(chē)輪上卸下，并且發(fā)生急劇變化（在該方向的不確定性），導(dǎo)致汽車(chē)無(wú)法控制。

在正常工作輪中的加裝的爆胎應(yīng)急安全裝置的作用原理是憑借安全裝置的支撐或者限位讓車(chē)輪發(fā)生爆胎的時(shí)候在行駛里程內(nèi)不會(huì)發(fā)生脫圈，輪輞不會(huì)接觸地面。

目前符合JT/T 782 -2010《營(yíng)運(yùn)客車(chē)爆胎應(yīng)急安全裝置技術(shù)要求》中定義的安全裝置基本上可分為兩類(lèi)：第一種是在輪胎中安裝有支撐體，發(fā)生爆胎時(shí)靠支撐體支撐避免輪輞接地;第二種是在輪輞溝槽中安裝卡環(huán)防止輪胎脫圈從而避免輪輞接地[1]。每一個(gè)結(jié)構(gòu)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這里沒(méi)有具體說(shuō)明，他們有一個(gè)共同點(diǎn)：爆胎發(fā)生后，在行駛范圍內(nèi)，可以保證爆胎的輪子正常地滾動(dòng)到地上，只是因?yàn)樵O(shè)計(jì)和尺寸不同，保護(hù)裝置各不相同，輪徑在爆胎后發(fā)生變化，車(chē)輪滾動(dòng)阻力變化或大或小。

2 爆胎時(shí)車(chē)輪動(dòng)力分析

根據(jù)汽車(chē)爆胎理論，制造單質(zhì)自由系統(tǒng)模型。

其中包括：M1……懸掛質(zhì)量，k……懸架剛性，c……減震器阻尼系數(shù)，q……路面不平度輸入函數(shù)。

在這種情況下，路面是一個(gè)理論平面，所以q=0，也就是說(shuō)，在距離z處脫離平衡狀態(tài)時(shí)，質(zhì)量為m1的慣性力。

根據(jù)牛頓第三定律，在這種情況下，道路向相應(yīng)車(chē)輪的作用力將等于動(dòng)態(tài)載荷的增量。

由于懸掛的總阻尼系數(shù)較低，為了便于計(jì)算，將忽略阻尼系數(shù)C的影響，因此：應(yīng)當(dāng)指出，本文件中的計(jì)算結(jié)果，主要用于估計(jì)最大道路動(dòng)力負(fù)荷對(duì)輪胎的增量和忽視阻尼系數(shù)C的影響，這將使動(dòng)態(tài)最大值大于實(shí)際偏差。

3 爆胎車(chē)輪垂直載荷增量和旋轉(zhuǎn)力計(jì)算

3.1 爆胎車(chē)輪的垂直載荷增大

為了量化輪胎在輪胎破裂時(shí)對(duì)路面造成的垂直動(dòng)力負(fù)荷增大的情況，本文件分析了兩輛汽車(chē)，本文件第二章概述了兩個(gè)結(jié)構(gòu)的事故安全裝置。

顯然，由于安全裝置外部表面與第二種類(lèi)型的同一類(lèi)型輪胎的齒冠內(nèi)部部分之間距離很大，安裝第二種類(lèi)型的輪胎時(shí)在輪胎破裂時(shí)，安全裝置發(fā)生了相當(dāng)大的懸掛質(zhì)量垂直位移，從而增加了垂直動(dòng)力負(fù)荷。

由于計(jì)算了兩種型號(hào)的汽車(chē)，計(jì)算了垂直動(dòng)力負(fù)荷的增加，因此，這兩種類(lèi)型車(chē)輛的移動(dòng)負(fù)荷與靜態(tài)負(fù)荷的增長(zhǎng)分別為3.94%和4.74%。

3.2 爆胎時(shí)轉(zhuǎn)向力增量

按汽車(chē)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)工作原理：汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)舵面作用：

Fb-舵壓力，Tr-轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩，I-轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比，rh -轉(zhuǎn)向盤(pán)的半徑，η-轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)效率。

但是：

T1-輪滾動(dòng)阻力力矩，T2-當(dāng)輪胎與地面接觸時(shí)的摩擦力矩，T3-穩(wěn)定舵力矩或自動(dòng)復(fù)位構(gòu)成阻力的正力矩。

在本項(xiàng)目下進(jìn)行的試驗(yàn)中，由于汽車(chē)爆胎必須在前后直接運(yùn)行，車(chē)輪不能偏離，T2和T3可以忽略，和TR的增長(zhǎng)主要取決于T1。

而且，根據(jù)文獻(xiàn)[2]，經(jīng)驗(yàn)公式滿足了T1與機(jī)載載荷之間的聯(lián)系。

4 方案的提出和驗(yàn)證

根據(jù)上述理論分析和計(jì)算：從爆胎開(kāi)始到結(jié)束時(shí)：路面平整達(dá)到了平衡狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程中的G尺寸是符合合理區(qū)間的。公式F/M1≤5%，請(qǐng)注意，在第三章和第四章的理論計(jì)算中，為了從質(zhì)量上分析垂直載荷F與相關(guān)輪架重量的增長(zhǎng)率，采用了一種略為近似的方法，主要基于兩個(gè)原則：忽略次要因素和近似的處理導(dǎo)致結(jié)果F的偏差。在這種情況下，F(xiàn)/M1≤5%的計(jì)算仍然有效[2]。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)客車(chē)爆胎應(yīng)急安全裝置的研究和運(yùn)用對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及道路事故的減少發(fā)生有著重要作用，對(duì)司機(jī)遇到相應(yīng)的突發(fā)問(wèn)題也可減少錯(cuò)誤操作也有重要意義。因此，國(guó)家應(yīng)支持此種方法的研究與運(yùn)用，積極推動(dòng)發(fā)展相關(guān)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)：

[1]周磊，張向文.基于Dugoff輪胎模型的爆胎車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（06）：308-311+385.

[2]王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)（第4版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.