基于虚拟技术的大客车侧翻安全性分析及其改进设计研究.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程2010年第5期基于虚拟技术的大客车侧翻安全性分析及其改进设计研究周鑫美，兰凤崇，陈吉清，谢然(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)摘要：侧翻是客车交通事故的主要形态之一，其耐撞性设计是产品开发过程中不可或缺的内容。通过建立某客车侧翻有限元模型并求解计算，分析和评价其侧翻安全性能，提出相应改进设计，经数值仿真对比，验证了改进设计的正确性。研究结果表明，对客车的设计、生产以及安全性评价具有一定指导作用。关键词：客车侧翻；安全；有限元模型；优化中图分类号：U462．2文献标识码：A文章编号：167l-313

2、3(2010)05卅115----04Researchonanalysisandoptimizationdesignofcoachroll·overbasedonFEMtechnologyZHOUXin—mei，LANFeng—chong，CHENji—qing，XIERan(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering，SCUT，Guangzhou510640，China)Abstract：Roll—overisoneofthemaintrafficaccidentformsforcoach，itserashwort

3、hinessdesignisallessentialprocessofprod-uetdevelopment．TheFiniteElementModel(FEM)ofcoachroll-overisestablishedforsafetyresearch，andsomeimprovementmeasureswei'eproposedalsoafterFEManalysis，finally，theimprovementmeasuresWel'everifiedresonablebyFEManalysis．Theresearchachievementisus

4、efulforthedesign、manufactureofcoachinpractice．Keywords：coachroll-over；safety；FEM；optimization0引言随着我国城市交通网络的发展和公路客运量的迅猛增长，客车的安全性正越来越受到广泛地重视。侧翻是客车交通事故中最为主要的形式之一，与轿车相比，由于客车乘员较多，一旦发生翻车事故，其造成的生命财产损失往往更加严重。因此，如何提高客车的抗侧翻能力，以期更好地保护乘客的生命安全已成为一个非常重要的问题。国外对客车的侧翻安全性问题，无论是在计算机模拟，还是在试验验证方面，都有了

5、非常深入的研究。在衡量客车侧翻安全性方面，欧洲和美国还特别制定了各自的安全法规ECE-R66和FMVSS。我国汽车工业起步较晚，目前专门针对客车侧翻所进行的研究还很少，对客车进行各种侧翻试验所需要的专用试验场也很少，无论是理论研究还是试验方面，均处于初级阶段。1客车侧翻安全性研究方法及评价指标国内外对客车侧翻安全性的研究方法有实车试验和有限元分析。ECE—R66对客车侧翻试验的规定：在离地800ram，水平放置的旋转平台带动下，试验车辆以一定角速度旋转直至侧翻至水泥地面，重心CG经CG’、CG”至最后位置CG"，如图1所示。00图1客车侧翻试验示意由于实

6、车试验代价很高，因此国内外通常仅仅将其作为设计开发的一个后期验证。而在设计开发阶段，通常采用CAE技术对其抗侧翻能力进行研究。为了评价客车的侧翻安全性能，可以从以下几个方面对客车的侧翻安全性能给予具体评价¨’2J。1)车身结构对剩余空间的侵入量d：ECE—R66规l】5现代制造工程2010年第5期设备设计／诊断维修／再制造定，无论在侧翻过程中的任何时刻，车身结构均不允许侵入生存空间，同时生存空间亦不能突兀到车身结构之外。因此，车身结构对剩余空间的侵入量d越小越好。2)加速度：客车在侧翻碰撞过程中所受到的冲击载荷可以通过碰撞过程中的加速度表征出来。加速度越

7、大，客车车身以及带给乘客的冲击载荷就越大，碰撞安全性能越差。2有限元模型的建立本文以某客车为例，参照ECE—R66相关规定，在hypermesh环境下的Ls—dyna软件中，建立了包括生存空间在内的某长12m旅游大客车整车侧翻有限元模型，如图2所示。为节约计算时间，取旋转平台旋转至与水平地面呈350夹角时刻为初始分析时刻。图2整车侧翻有限兀模型客车结构主要由底盘和车身骨架组成，底盘和车身骨架亦是整车强度和刚度的主要来源，相对来说，蒙皮、车身附件和非承载件等对客车侧翻安全性能的影响很小，因此，在建模过程中需要进行必要的简化处理；材料、单元属性、接触及边界条

8、件等有关信息的定义对模型的仿真结果影响很大。以上相关信息的设置和定义如下。1)车