PDF《魏朗道路交通事故模拟再现的车辆动力学三维模型_魏朗》

1 车辆三维四轮动力学模型 本研究在改进以前的碰撞车辆二维四轮动力学 模型[2,

3 ] 的基础上 ,提出在进行道路交通事故过程中 碰撞后运动阶段的动力学计算时 ,可采用如图 1所 示的碰撞车辆三维简化模型. 在此阶段 ,碰撞车辆在 冲击或运动惯量的作用下 ,从碰撞作用结束瞬间位 置开始"自由运动"直至车辆最后停止 ,此间车辆只 受重力和车轮 - 地面作用力 ,而诸如空气阻力等可忽 略不计. 若假设: ( 1)路面坡度为零 ,无 (不计 )坑洼不平;

( 2)忽略空气阻力 ,忽略轮胎回正力矩的作用;

( 3)整车质心在车体上的位置不因悬架变形而 改变. 则由图 1可得下列碰撞车辆动力学三维计算模 型V・oz = ( Fzf h+ Fz fm+ Fzrh+ Fzrm - mg ) /m V ・ oe = - [( Fg fh+ Fg fm ) cosW + ( Fe rh+ Fe rm )+ (FY f h+ FY fm ) sin W] /m V ・ oa = - [(FY fh+ FY fm ) cosW + ( Fa rh+ Fa rm ) - (Fg f h+ Fg fm ) sinW] /m j ¨ = Z0 (Fa f h+ Fa fm+ Fa rh+ Fa rm ) - Lcf

2 ( Fzf h+ Fzf m )+ Lcr

2 (Fzrh+ Fzrm ) /(md

2 j) h ¨ = Z0 ( Fe f h+ Fe f m+ Fe rh+ Fe rm )+ Bcm

2 (Fz fm+ Fzrm ) - Bch

2 (Fz fh+ Fzrh ) /(md

2 j) k ・ = M0 /(md

2 θ) M0 = [(FY fh+ FY fm ) sin W + ( Fg fh+ Fg fm ) cosW]Lf - (Fe rh+ Fe rm ) (L- Lf )+ B ( Fa fm - Fa f h ) /2 + Mf Mf = B [(FY f m - FY fh ) cosW - ( Fg fm - Fg f h ) sin W] /2 Fa fh = FY f h cosW - Fg f h sin W Fzf h = [mf g - Kf h (Lsf h - Lsp )+ Df h ( Lcf j ・ + Bch h ・ ) ] / cos(h + j ) Fzf m= [mf g - Kf m ( Lsf m - Lsp )+ Drh (Lcf j ・ - Bch h ・ ) ] / cos(h + j) Fa fm = FY f m cosW - Fg f m sin W Fe f h = Fg f h cosW + FY f h sin W Fe f m= Fg f m cosW + FY f m sin W Fzrh = [mr g - Krh ( Lsrh - Lsp )+ Df m ( Lcf j ・ - Bcm h ・ ) ] / cos(h + j) Fzrm = [mr g - Krm (Lsrm - Lsp ) - Drm (Lcf j ・ + Bcm h ・ ) ] / cos(h + j ) 图1动力学三维模型 Fig.

1 Dynamics 3-D model 图 2为碰撞车辆动力学简化模型的侧视分析示 意图、正视分析示意图 ,由图 2可得车辆各相关参数 关系式 Lsfm = [( Z0 - rt ) secj - Lf tgj]sec h + B

2 tgh Lsrm= [( Z0 - rt )secj + Lr tgj]sec h + B

2 tgh Lsfh = [(Z0 - rt ) sec j - Lf tgj]sec h - B

2 tgh Lsrh = [(Z0 - rt ) sec j - Lf tgj]sec h - B

2 tgh Bcm= B

2 cosh + Z0+ B

2 sinh - re tgh Bch = B

2 cosh - Z0 - B

2 sin h - re tgh

89 第 3期 魏朗,等: 道路交通事故模拟再现的车辆动力学三维模型 图2碰撞车辆动力学简化模型 Fig.

2 Simplified impact vehicle dynamics m odel Lcf = Lf cosj - ( Z0 - Lf sin j - re ) tgj Lcr= Lr cosj + ( Z0+ Lr sin j - re ) tgj 模型中诸符号意义为: Z、 X、 Y 为车辆质心在地 面坐标系中的位置坐标值 ( m);

j 为过质心的车体 横截面与 Z 轴向所成角度值 (俯仰角 ,逆时针为正 ) (rad);

h为车体纵向中心面与 Z 轴向所成角度值 (侧倾角 ,逆时针为正 ) ( rad) ;

θ 为车体纵向中心面 与X轴向所成角度值 (横摆角 ,逆时针为正 ) ( rad);

k为车体横摆角速度 ( rad /s);

W 为转向角度值 (逆时 针为正 ) ( rad) ;

V 为速度 ( m /s);

F 为地面对轮胎的 作用力 ( N );

M 为作用力矩 ( N・ m);

d 为车体横摆 转动惯性半径 ( m);

m 为汽车质量 ( kg);

K 为悬架等 效刚度 ( N /m) ;

D 为悬架阻尼系数 ( Ns /m);

L 为轴 距(m);

B 为轮距 ( m);

Lf 为车体质心距前轴距离 ( m);

Lr 为车体质心距后轴距离 ( m) ;

Lsp为车辆静止 状态时质心距车轴垂直平面的距离 ( m);

re 为车轮 滚动半径 ( m). 上述模型中各符号的下标意义: z、 x、 y 为 Z轴 向、 X 轴向、 Y 轴向分量;