客車爆胎應急安全裝置的研究和運用

黃明慧

摘 要：客車爆胎后，為了測試客車轉向力的增量，必須進行汽車運行時的爆胎測試模擬演練;這種方法有重復、成本高、安全、操作不良等諸多問題。文章對汽車爆胎時動力進行分析，對汽車爆胎過程中汽車方向盤轉向力增加是主要因素進行了研究，在理論上和實驗上，對方案的審查及其合理性和效率都可以有效地加以簡化，并大大提高工作效率。

關鍵詞：爆胎;增加轉向力;應急保護裝置

0 前言

目前，隨著車輛數量的增加和高速道路的迅速發展，道路事故也在增加。根據相關的統計數據，大約70%的重大國內公路交通事故是由輪胎破裂或嚴重漏氣造成的。所以對客車爆胎應急安全裝置的研究和運用變得十分重要。研究表明，高速行駛汽車爆胎會導致汽車運動特性的突變，司機的事故反應和操作直接影響車輛行駛后果，操作不當會發生事故。在爆胎事件中進行的安全研究和應用已成為國內外廣泛關注的問題，因此，對汽車爆胎事故安全裝置的技術研究進入了快速發展階段。爆胎應急安全裝置應用的同時，還需要對設備的需要進行核查。目前，已經為客車制定了行業標準JT/T782-2010《營運客車爆胎應急安全裝置技術要求》。對輪胎爆炸期間和之后的輪距、剎車和行駛規定了要求，包括對汽車輪胎爆炸時旋轉力試驗的附加要求。

目前，這種試驗方法有以下問題：與爆胎的實際情況相比，一種典型的模擬方法是射擊方法和爆炸方法，并且在我國，火器和彈藥受到非常嚴格的管制，很難實現其操作而且有安全風險。在用射擊和爆炸裝置模擬爆胎時，由于位置、輪胎厚度、所用爆炸物的數量、槍管直徑等原因而造成的爆胎，重復性不夠強烈。目前還正在進行用輪圈充氣裝置模擬爆震的研究，從理論上講，可以精確調整輪胎破裂的效果，并實現良好的重復;但這種方法對于每一個輪圈規格必須專門設計為生產特殊的排氣裝置，處理時間長，成本高。因此，作者認為，如果這次試驗不模擬車輛在運動中的突然爆胎就得出與其相關的試驗結果，這將有事半功倍的效果。

1 爆胎過程和應急安全設備概述

如前所述，當汽車的第一軸-側輪胎爆炸時，汽車的機動性會急劇上升，這是直接相關的，當普通輪胎爆胎后，當地面摩擦和撞擊時，輪胎被從直接接地的車輪上卸下，并且發生急劇變化（在該方向的不確定性），導致汽車無法控制。

在正常工作輪中的加裝的爆胎應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輪發生爆胎的時候在行駛里程內不會發生脫圈，輪輞不會接觸地面。

目前符合JT/T 782 -2010《營運客車爆胎應急安全裝置技術要求》中定義的安全裝置基本上可分為兩類：第一種是在輪胎中安裝有支撐體，發生爆胎時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防止輪胎脫圈從而避免輪輞接地[1]。每一個結構都有自己的優點和缺點，這里沒有具體說明，他們有一個共同點：爆胎發生后，在行駛范圍內，可以保證爆胎的輪子正常地滾動到地上，只是因為設計和尺寸不同，保護裝置各不相同，輪徑在爆胎后發生變化，車輪滾動阻力變化或大或小。

2 爆胎時車輪動力分析

根據汽車爆胎理論，制造單質自由系統模型。

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

在這種情況下，路面是一個理論平面，所以q=0，也就是說，在距離z處脫離平衡狀態時，質量為m1的慣性力。

根據牛頓第三定律，在這種情況下，道路向相應車輪的作用力將等于動態載荷的增量。

由于懸掛的總阻尼系數較低，為了便于計算，將忽略阻尼系數C的影響，因此：應當指出，本文件中的計算結果，主要用于估計最大道路動力負荷對輪胎的增量和忽視阻尼系數C的影響，這將使動態最大值大于實際偏差。

3 爆胎車輪垂直載荷增量和旋轉力計算

3.1 爆胎車輪的垂直載荷增大

為了量化輪胎在輪胎破裂時對路面造成的垂直動力負荷增大的情況，本文件分析了兩輛汽車，本文件第二章概述了兩個結構的事故安全裝置。

顯然，由于安全裝置外部表面與第二種類型的同一類型輪胎的齒冠內部部分之間距離很大，安裝第二種類型的輪胎時在輪胎破裂時，安全裝置發生了相當大的懸掛質量垂直位移，從而增加了垂直動力負荷。

由于計算了兩種型號的汽車，計算了垂直動力負荷的增加，因此，這兩種類型車輛的移動負荷與靜態負荷的增長分別為3.94%和4.74%。

3.2 爆胎時轉向力增量

按汽車轉彎系統工作原理：汽車轉彎時舵面作用：

Fb-舵壓力，Tr-轉向盤扭矩，I-轉向系的力傳動比，rh -轉向盤的半徑，η-轉向系的傳動效率。

但是：

T1-輪滾動阻力力矩，T2-當輪胎與地面接觸時的摩擦力矩，T3-穩定舵力矩或自動復位構成阻力的正力矩。

在本項目下進行的試驗中，由于汽車爆胎必須在前后直接運行，車輪不能偏離，T2和T3可以忽略，和TR的增長主要取決于T1。

而且，根據文獻[2]，經驗公式滿足了T1與機載載荷之間的聯系。

4 方案的提出和驗證

根據上述理論分析和計算：從爆胎開始到結束時：路面平整達到了平衡狀態，整個過程中的G尺寸是符合合理區間的。公式F/M1≤5%，請注意，在第三章和第四章的理論計算中，為了從質量上分析垂直載荷F與相關輪架重量的增長率，采用了一種略為近似的方法，主要基于兩個原則：忽略次要因素和近似的處理導致結果F的偏差。在這種情況下，F/M1≤5%的計算仍然有效[2]。

5 結束語

對客車爆胎應急安全裝置的研究和運用對經濟社會發展以及道路事故的減少發生有著重要作用，對司機遇到相應的突發問題也可減少錯誤操作也有重要意義。因此，國家應支持此種方法的研究與運用，積極推動發展相關項目。

參考文獻：

[1]周磊，張向文.基于Dugoff輪胎模型的爆胎車輛運動學仿真[J].計算機仿真，2012，29（06）：308-311+385.

[2]王望予.汽車設計（第4版）[M].機械工業出版社，2004.