JT6100SD新型双层客车操纵稳定性
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( 1) 客车转向即将侧倾时, 汽车的侧向加速度为 a0, 分别就悬挂质量对 O 点取矩、就整车对 N 点取 矩得方程组( 1)
C5 5 - Gs a0R co s5 - Gs Rsin5 = 0 g
( 1)
( Gs+ Gfr) B2
Gs Rcos5 -
a0[ Gs( h+
Rco s5 ) + g
Gf r r ] =
计算出该车型的临界侧向加速度、满载临界侧翻角
和空载临界侧翻角。
临界侧向加速度 a0= 0. 400 2 g 满载临界侧翻角 B0= 27°
空载临界侧翻角 B0= 34°
事实上由于该车型为空气悬挂系统, 其在转弯
过程中或在斜坡上发生侧倾时, 控制阀会自动调节 左、右气囊的气压, 以抵抗车身发生侧倾, 因此实际
4
悬挂质心到后轴水平距离
hs/ m m as/ m m bs / mm
1 679 1 421 3 173 3 448 2 027 1 752
5
侧倾力臂
h5 / mm
1 443 1 181
6
前簧负荷
F1/ N
26 460
7
后簧负荷
F2/ N
20 702
8
前悬架线刚度
C 1/ N·m ห้องสมุดไป่ตู้- 1
9
后悬架线刚度
图 1 前、后悬架导向杆布置
横向稳定器结构示意图见图 2, 其结构参数见
表 1。
表 1 稳定器参数
/ mm
参数
LC
LT
L0
L
L1
L2
L3
d
前悬架 1 026 868 780 426. 5 351. 5 79. 0 44 50
后悬架 812 600 438 426. 0 361. 7 106. 2 81 50
( 2) 汽车悬挂质量中心到其侧倾中心 O 点的距 离为常量 R , 设 R = h5 , 且 O 点到地面的距离只与悬 挂质量有关, 在侧倾过程中亦为常量。
( 3) 汽车非悬挂中心离地高度等于车轮半径 rk,
且在侧倾过程中车轮恒垂直于路面, 车轮半径 rk 为 常量。 2. 3. 2 满载和空载临界侧翻角的计算
Driving stability of JT6100 double-decker bus
L I N Y ing
( Center of T ra nspor tation Planning and R esearch, D epar tment o f Co mmunicatio ns o f Jiangsu Pr ov ince Go ver nment , N anjing 210004, China)
JT 6100SD 新型双层客车操纵稳定性
林 莺
( 江苏省交通厅 交通规划研究中心, 江苏 南京 210004)
摘 要: 针对大型客车的结构特点, 分析了影响大型客车操纵稳定性的因素, 并对相关参数进行了 计算。计算结果均满足相关规范要求, 提出了进一步改善其操作稳定性的建议措施。 关键词: 汽车工程; 双层客车; 操纵稳定性; 悬挂系统; 车身侧倾角 中图分类号: U461. 6 文献标识码: A
5 g = a/ ( gk h) = 3. 924/ ( 9. 81 × 3. 30) = 0. 12 rad = 6. 88°
计算结果符合国家规定: 当侧向加速度为 0. 4 g 时, 双层客车车身相对侧倾角应不大于 7°。
第 6 期 林 莺: JT 6100SD 新型双层客车操纵稳定性 10 1
表 3 三种不同状况的车身侧倾角计算
悬架侧倾刚度
客车横向稳定 车身侧倾角
状况
/ N m·r ad- 1
系数
/ ( °)
C5= C5df + C5dr+ k h= C5 / ( Gsh5 ) - 1 5 g= a/ ( gk h)
C5f + C5r
前、后轴均未安装
289 358
0. 426
40. 30
1 大客车操纵稳定性存在的问题
1. 1 大客车的主要结构特点 ( 1) 整车尺寸大、质量大, 转向轮负荷比一般小轿
车大 10 倍左右, 横摆惯性矩比小轿车大近 100 倍。 ( 2) 轮胎侧偏刚度系数小, 大客车轮胎比小轿车
大得多, 但轮胎的侧偏刚度并不以同一比例随着负 荷能力的加大而增长, 大客车轮胎单位负荷的侧偏 刚度( 即侧偏刚度系数) 比小轮胎低得多, 有的只有 小轮胎的 50% 。
辆, 其悬挂质量中心与其转动中心有一较大的距离
R, 当汽车遇到侧坡或转向时, 车身将相对车轴转动
角度 5 , 设计时不能忽视这一角度 5 的影响, 必须建 立更精确的计算关系式, 为此对模型作如下假设:
( 1) 车轴与车身之间由具有一定侧倾角刚度的
弹性悬架连接, 当汽车遇到侧坡或转弯时车身( 悬挂 质量) 绕其侧倾中心转动一角度 5 。
( 2) 由于整车重心高而相对侧刚度低, 所以大客 车的车身侧倾角较大。在相同侧向加速度下, 一般大 客车的侧倾角约为小轿车的 2 倍, 不但直接影响汽 车的稳态转向特性和瞬态响应, 而且还影响车辆的 平顺性, 使乘客产生不安全、不舒适的感觉。
( 3) 整车重心高度与轮距比较大, 转向时内、外 轮之间的负荷转移率也较大, 这对大客车的极限行 驶能力是不利的。
B0 =
tg -
1
B 2h 0
=
tg
-
1
2
1 836 × 1 222
-
36. 9°
式中: B 为轮距; h0 为重心高。 上述关于汽车侧倾失效临界侧向加速度和临界
侧翻角计算方法, 对于小轿车等重心较低, 且悬挂质
量中心接近其转动中心的车辆具有一定的参考价
值, 但对于大客车尤其是双层客车等重心较高的车
后悬架: hcr = r k- 185= 448- 185= 263 m m 其中, rk 为车轮滚动半径, rk= 448 mm
其它与操纵稳定性有关的参数如表 2 所示。 表 2 悬挂系统计算参数
序号
名 称
参数
参数值 满载 空载
1
客车悬挂质量
Gs/ N
135 730 88 690
2
悬挂质心高度
3
悬挂质心到前轴水平距离
上述关于汽车侧倾失效临界侧向加速度和临界侧翻角计算方法对于小轿车等重心较低且悬挂质量中心接近其转动中心的车辆具有一定的参考价值但对于大客车尤其是双层客车等重心较高的车辆其悬挂质量中心与其转动中心有一较大的距离r当汽车遇到侧坡或转向时车身将相对车轴转动角度设计时不能忽视这一角度的影响必须建立更精确的计算关系式为此对模型作如下假设
( 1) 横摆惯性矩大, 轮胎侧偏刚度系数低, 再加 上轴距长, 转向系传动比大, 因而转向反应慢、灵敏 度低, 驾驶员操作时有迟钝感。
收稿日期: 2003-06-27 作者简介: 林 莺( 1959-) , 女, 江西上饶人, 江苏省交通厅交通规划研究中心高级工程师.
1 00 长安大学学报( 自然科学版) 2003 年
( 4) 系统惯性和摩擦阻力大, 因而大客车的转向 回正性能比小轿车差。
( 5) 非独立式悬架使左右车轮的运动相互关联, 很容易引起前轮摆振和方向盘的振动。
2 JT6100SD 新型双层客车操纵稳定性
2. 1 悬挂系统设计 JT 6100SD 新型双 层客车前、后悬 挂系统均为
空气悬架+ 双向筒式减振器, 上导向杆为近似平行 布置, 下导向杆 V 形布置, 装 5 50 的横向稳定杆。前 悬架 2 个空气囊左右中心距为 1 245 mm , 后悬架 4 个空气囊左右中心距为 1 510 mm。前、后悬架导向 杆布置示意图见图 1。
( 3) 非独立的悬架结构型式, 为了在简化底盘结 构的同时提高可靠性, 大客车很少像小轿车那样采 用独立悬架, 大多为非独立式悬架。
( 4) 重心位置较高, 大客车尤其是双层客车、高 档卧铺客车等, 其整车重心高与轮距之比较大, 达到 0. 7～0. 8, 而小轿车一般不超过 0. 45。
( 5) 传动系结构复杂, 转向系传动比较大, 大客 车传动杆系结构件多且复杂, 传动比一般为 18～ 30, 而近代小轿车仅为 12～16。 1. 2 操纵稳定性的主要问题
2. 2 操纵稳定性分析计算 2. 2. 1 悬挂系统有关参数的计算
前、后悬挂侧倾中心分别为前、后 V 形推力杆 ( 下推力杆) 中心线交点在过前、后轴线的横截面上
图 2 横向稳定器结构
的投影, 其离地高度 hcf 、hcr 是分析操纵稳定性的重 要参数。
前 悬 架: hcf = r k - 254. 25 = 448 - 254. 25 = 197. 75 m m
临界侧翻角要大于上述计算值, 车身侧倾角也小于
上述计算结果。
2. 4 极限行驶速度的计算
假设公路弯道无超高, 汽车在弯道上行驶时的
极限行驶速度可由下式计算
分别就悬挂质量对 O 点取矩、就整车对 N 点取矩得
方程组( 2)
C5 5 - GsR sin( B0+ 5 ) = 0
Gs
B cos( B0 + 2
5)
-
R s in(
A0 +
5
)-
h sin B0
+ ( 2)
Gf r
B
co sB0 2
-
r sinB0
=0
整理后代入有关参数, 按照“逼近试算法”分别
对于汽车操纵稳定性的研究, 以往大多是针对 小轿车进行的, 虽然理论和试验分析的基本原理、方 法同样适用于大客车, 但由于二者结构相差甚远, 因 而分析研究的重点大不相同, 大客车抗侧倾性能的 计算比小轿车要复杂得多。由中国公路车辆机械总 公司、江苏亚星客车集团有限公司和江苏省交通科 学研究院等单位共同研制的 JT 6100SD 新型双层客 车, 是用于大城市主干线及周边卫星城市之间旅客 运输、城郊旅游观光的新型低地板大客车, 其操纵稳 定性的研究对于提高大客车的整车性能和技术水平 有一定的参考价值。
0
式中: Gf r 为非悬挂质量; h 为悬挂质量侧倾中心高,
h=
hcf +
(
h cr
-h L
cf
)
as
。
满载
h =
193. 75+
( 263-
193. 75) 5 200
×3
1 75=
236
mm
空载
h =
193. 75+
( 263-
193. 75) 5 200
×3
4 48=
240
mm
( 2) 客车遇到侧坡即将侧倾时, 侧坡坡度为 A0,
第 23 卷 第 6 期 2003 年 11 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Chang ′an Universit y ( Natural Science Editio n)
文章编号: 1671-8879( 2003) 06-0099-04
Vo l. 23 No. 6 No v. 2003
C 2/ N·m m- 1
10
前悬架侧倾刚度
C 5f / Nm ·rad- 1
11
后悬架侧倾刚度
C5 r/ N m·r ad- 1
12 前悬架横向稳定器的侧倾刚度 C df / Nm·r ad- 1
13 后悬架横向稳定器的侧倾刚度 C df / Nm·r ad- 1
144. 7 197. 6 110 332 179 026 279 728 234 081
2. 2. 2 车身侧倾角计算 设该客车作稳态圆周行驶时, 侧向加速度为 a
= 0. 3 g = 2. 943 m/ s2, 其车身侧倾角根据是否安装 横向稳定器的 3 种状况分别计算, 结果如表 3 所示。 当侧向加速度为 a= 0. 4 g= 3. 924 m / s2 时, 车 身侧倾角为
Abstract: According t o t he structure charact erist ic of big bus, the facto rs t hat inflaence it s driving st abil it y w er e analyzed. T he coeff icient s of driving st abilit y w as calculat ed. T he resul ts sho w t hat t he coeff icient s reach t he st andar d. Som e sug gest ions t o improve it s dr iv ing st abilit y w er e present ed . Key words: vehicle eng ineer ing ; do uble-decker bus; dr iv ing st abilit y ; suspensio n syst em ; heeling ang le
前轴安装、后轴未安装
569 086
2. 020
8. 15
前、后轴均安装
803 167
3. 300
5. 21
2. 3 客车临界失效分析 2. 3. 1 模型假设
根据汽车理论, 汽车满载状态发生侧倾失效的
临界侧向加速度为
a0 =
B 2h 0
=
2
1 836 × 15
00
=
0. 612 g
汽车空载状态发生侧倾失效的临界侧翻角为
C5 5 - Gs a0R co s5 - Gs Rsin5 = 0 g
( 1)
( Gs+ Gfr) B2
Gs Rcos5 -
a0[ Gs( h+
Rco s5 ) + g
Gf r r ] =
计算出该车型的临界侧向加速度、满载临界侧翻角
和空载临界侧翻角。
临界侧向加速度 a0= 0. 400 2 g 满载临界侧翻角 B0= 27°
空载临界侧翻角 B0= 34°
事实上由于该车型为空气悬挂系统, 其在转弯
过程中或在斜坡上发生侧倾时, 控制阀会自动调节 左、右气囊的气压, 以抵抗车身发生侧倾, 因此实际
4
悬挂质心到后轴水平距离
hs/ m m as/ m m bs / mm
1 679 1 421 3 173 3 448 2 027 1 752
5
侧倾力臂
h5 / mm
1 443 1 181
6
前簧负荷
F1/ N
26 460
7
后簧负荷
F2/ N
20 702
8
前悬架线刚度
C 1/ N·m ห้องสมุดไป่ตู้- 1
9
后悬架线刚度
图 1 前、后悬架导向杆布置
横向稳定器结构示意图见图 2, 其结构参数见
表 1。
表 1 稳定器参数
/ mm
参数
LC
LT
L0
L
L1
L2
L3
d
前悬架 1 026 868 780 426. 5 351. 5 79. 0 44 50
后悬架 812 600 438 426. 0 361. 7 106. 2 81 50
( 2) 汽车悬挂质量中心到其侧倾中心 O 点的距 离为常量 R , 设 R = h5 , 且 O 点到地面的距离只与悬 挂质量有关, 在侧倾过程中亦为常量。
( 3) 汽车非悬挂中心离地高度等于车轮半径 rk,
且在侧倾过程中车轮恒垂直于路面, 车轮半径 rk 为 常量。 2. 3. 2 满载和空载临界侧翻角的计算
Driving stability of JT6100 double-decker bus
L I N Y ing
( Center of T ra nspor tation Planning and R esearch, D epar tment o f Co mmunicatio ns o f Jiangsu Pr ov ince Go ver nment , N anjing 210004, China)
JT 6100SD 新型双层客车操纵稳定性
林 莺
( 江苏省交通厅 交通规划研究中心, 江苏 南京 210004)
摘 要: 针对大型客车的结构特点, 分析了影响大型客车操纵稳定性的因素, 并对相关参数进行了 计算。计算结果均满足相关规范要求, 提出了进一步改善其操作稳定性的建议措施。 关键词: 汽车工程; 双层客车; 操纵稳定性; 悬挂系统; 车身侧倾角 中图分类号: U461. 6 文献标识码: A
5 g = a/ ( gk h) = 3. 924/ ( 9. 81 × 3. 30) = 0. 12 rad = 6. 88°
计算结果符合国家规定: 当侧向加速度为 0. 4 g 时, 双层客车车身相对侧倾角应不大于 7°。
第 6 期 林 莺: JT 6100SD 新型双层客车操纵稳定性 10 1
表 3 三种不同状况的车身侧倾角计算
悬架侧倾刚度
客车横向稳定 车身侧倾角
状况
/ N m·r ad- 1
系数
/ ( °)
C5= C5df + C5dr+ k h= C5 / ( Gsh5 ) - 1 5 g= a/ ( gk h)
C5f + C5r
前、后轴均未安装
289 358
0. 426
40. 30
1 大客车操纵稳定性存在的问题
1. 1 大客车的主要结构特点 ( 1) 整车尺寸大、质量大, 转向轮负荷比一般小轿
车大 10 倍左右, 横摆惯性矩比小轿车大近 100 倍。 ( 2) 轮胎侧偏刚度系数小, 大客车轮胎比小轿车
大得多, 但轮胎的侧偏刚度并不以同一比例随着负 荷能力的加大而增长, 大客车轮胎单位负荷的侧偏 刚度( 即侧偏刚度系数) 比小轮胎低得多, 有的只有 小轮胎的 50% 。
辆, 其悬挂质量中心与其转动中心有一较大的距离
R, 当汽车遇到侧坡或转向时, 车身将相对车轴转动
角度 5 , 设计时不能忽视这一角度 5 的影响, 必须建 立更精确的计算关系式, 为此对模型作如下假设:
( 1) 车轴与车身之间由具有一定侧倾角刚度的
弹性悬架连接, 当汽车遇到侧坡或转弯时车身( 悬挂 质量) 绕其侧倾中心转动一角度 5 。
( 2) 由于整车重心高而相对侧刚度低, 所以大客 车的车身侧倾角较大。在相同侧向加速度下, 一般大 客车的侧倾角约为小轿车的 2 倍, 不但直接影响汽 车的稳态转向特性和瞬态响应, 而且还影响车辆的 平顺性, 使乘客产生不安全、不舒适的感觉。
( 3) 整车重心高度与轮距比较大, 转向时内、外 轮之间的负荷转移率也较大, 这对大客车的极限行 驶能力是不利的。
B0 =
tg -
1
B 2h 0
=
tg
-
1
2
1 836 × 1 222
-
36. 9°
式中: B 为轮距; h0 为重心高。 上述关于汽车侧倾失效临界侧向加速度和临界
侧翻角计算方法, 对于小轿车等重心较低, 且悬挂质
量中心接近其转动中心的车辆具有一定的参考价
值, 但对于大客车尤其是双层客车等重心较高的车
后悬架: hcr = r k- 185= 448- 185= 263 m m 其中, rk 为车轮滚动半径, rk= 448 mm
其它与操纵稳定性有关的参数如表 2 所示。 表 2 悬挂系统计算参数
序号
名 称
参数
参数值 满载 空载
1
客车悬挂质量
Gs/ N
135 730 88 690
2
悬挂质心高度
3
悬挂质心到前轴水平距离
上述关于汽车侧倾失效临界侧向加速度和临界侧翻角计算方法对于小轿车等重心较低且悬挂质量中心接近其转动中心的车辆具有一定的参考价值但对于大客车尤其是双层客车等重心较高的车辆其悬挂质量中心与其转动中心有一较大的距离r当汽车遇到侧坡或转向时车身将相对车轴转动角度设计时不能忽视这一角度的影响必须建立更精确的计算关系式为此对模型作如下假设
( 1) 横摆惯性矩大, 轮胎侧偏刚度系数低, 再加 上轴距长, 转向系传动比大, 因而转向反应慢、灵敏 度低, 驾驶员操作时有迟钝感。
收稿日期: 2003-06-27 作者简介: 林 莺( 1959-) , 女, 江西上饶人, 江苏省交通厅交通规划研究中心高级工程师.
1 00 长安大学学报( 自然科学版) 2003 年
( 4) 系统惯性和摩擦阻力大, 因而大客车的转向 回正性能比小轿车差。
( 5) 非独立式悬架使左右车轮的运动相互关联, 很容易引起前轮摆振和方向盘的振动。
2 JT6100SD 新型双层客车操纵稳定性
2. 1 悬挂系统设计 JT 6100SD 新型双 层客车前、后悬 挂系统均为
空气悬架+ 双向筒式减振器, 上导向杆为近似平行 布置, 下导向杆 V 形布置, 装 5 50 的横向稳定杆。前 悬架 2 个空气囊左右中心距为 1 245 mm , 后悬架 4 个空气囊左右中心距为 1 510 mm。前、后悬架导向 杆布置示意图见图 1。
( 3) 非独立的悬架结构型式, 为了在简化底盘结 构的同时提高可靠性, 大客车很少像小轿车那样采 用独立悬架, 大多为非独立式悬架。
( 4) 重心位置较高, 大客车尤其是双层客车、高 档卧铺客车等, 其整车重心高与轮距之比较大, 达到 0. 7～0. 8, 而小轿车一般不超过 0. 45。
( 5) 传动系结构复杂, 转向系传动比较大, 大客 车传动杆系结构件多且复杂, 传动比一般为 18～ 30, 而近代小轿车仅为 12～16。 1. 2 操纵稳定性的主要问题
2. 2 操纵稳定性分析计算 2. 2. 1 悬挂系统有关参数的计算
前、后悬挂侧倾中心分别为前、后 V 形推力杆 ( 下推力杆) 中心线交点在过前、后轴线的横截面上
图 2 横向稳定器结构
的投影, 其离地高度 hcf 、hcr 是分析操纵稳定性的重 要参数。
前 悬 架: hcf = r k - 254. 25 = 448 - 254. 25 = 197. 75 m m
临界侧翻角要大于上述计算值, 车身侧倾角也小于
上述计算结果。
2. 4 极限行驶速度的计算
假设公路弯道无超高, 汽车在弯道上行驶时的
极限行驶速度可由下式计算
分别就悬挂质量对 O 点取矩、就整车对 N 点取矩得
方程组( 2)
C5 5 - GsR sin( B0+ 5 ) = 0
Gs
B cos( B0 + 2
5)
-
R s in(
A0 +
5
)-
h sin B0
+ ( 2)
Gf r
B
co sB0 2
-
r sinB0
=0
整理后代入有关参数, 按照“逼近试算法”分别
对于汽车操纵稳定性的研究, 以往大多是针对 小轿车进行的, 虽然理论和试验分析的基本原理、方 法同样适用于大客车, 但由于二者结构相差甚远, 因 而分析研究的重点大不相同, 大客车抗侧倾性能的 计算比小轿车要复杂得多。由中国公路车辆机械总 公司、江苏亚星客车集团有限公司和江苏省交通科 学研究院等单位共同研制的 JT 6100SD 新型双层客 车, 是用于大城市主干线及周边卫星城市之间旅客 运输、城郊旅游观光的新型低地板大客车, 其操纵稳 定性的研究对于提高大客车的整车性能和技术水平 有一定的参考价值。
0
式中: Gf r 为非悬挂质量; h 为悬挂质量侧倾中心高,
h=
hcf +
(
h cr
-h L
cf
)
as
。
满载
h =
193. 75+
( 263-
193. 75) 5 200
×3
1 75=
236
mm
空载
h =
193. 75+
( 263-
193. 75) 5 200
×3
4 48=
240
mm
( 2) 客车遇到侧坡即将侧倾时, 侧坡坡度为 A0,
第 23 卷 第 6 期 2003 年 11 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Chang ′an Universit y ( Natural Science Editio n)
文章编号: 1671-8879( 2003) 06-0099-04
Vo l. 23 No. 6 No v. 2003
C 2/ N·m m- 1
10
前悬架侧倾刚度
C 5f / Nm ·rad- 1
11
后悬架侧倾刚度
C5 r/ N m·r ad- 1
12 前悬架横向稳定器的侧倾刚度 C df / Nm·r ad- 1
13 后悬架横向稳定器的侧倾刚度 C df / Nm·r ad- 1
144. 7 197. 6 110 332 179 026 279 728 234 081
2. 2. 2 车身侧倾角计算 设该客车作稳态圆周行驶时, 侧向加速度为 a
= 0. 3 g = 2. 943 m/ s2, 其车身侧倾角根据是否安装 横向稳定器的 3 种状况分别计算, 结果如表 3 所示。 当侧向加速度为 a= 0. 4 g= 3. 924 m / s2 时, 车 身侧倾角为
Abstract: According t o t he structure charact erist ic of big bus, the facto rs t hat inflaence it s driving st abil it y w er e analyzed. T he coeff icient s of driving st abilit y w as calculat ed. T he resul ts sho w t hat t he coeff icient s reach t he st andar d. Som e sug gest ions t o improve it s dr iv ing st abilit y w er e present ed . Key words: vehicle eng ineer ing ; do uble-decker bus; dr iv ing st abilit y ; suspensio n syst em ; heeling ang le
前轴安装、后轴未安装
569 086
2. 020
8. 15
前、后轴均安装
803 167
3. 300
5. 21
2. 3 客车临界失效分析 2. 3. 1 模型假设
根据汽车理论, 汽车满载状态发生侧倾失效的
临界侧向加速度为
a0 =
B 2h 0
=
2
1 836 × 15
00
=
0. 612 g
汽车空载状态发生侧倾失效的临界侧翻角为