CN109318846A - 一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置，包括伸缩式吸能机构总成和倾角传感器，倾角传感器安装于客车的车架上；伸缩式吸能机构总成包括吸能盒、吸能纵梁、液压伸缩装置和具有静止部件与运动部件的滑动导轨，两个吸能纵梁焊接在吸能盒的左右两侧，滑动导轨中的静止部件与客车车架中段横梁焊接，滑动导轨中的运动部件与吸能纵梁焊接，吸能纵梁的末端与液压伸缩装置的前端通过螺栓连接，液压伸缩装置的末端与客车车架中段的上下两根纵梁焊接固定。本发明改变车辆最先触地部位，侧翻碰撞提前介入，提前进行碰撞能量吸收的思路进行结构设计，充分利用客车车架刚度大，结构强度高，传力路径顺畅的特点。

Description

一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置

技术领域：

本发明涉及一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置。

背景技术：

随着我国经济的飞速提升，以及国家大力发展旅游业，汽车工业和交通运输业得到了显著的进步。旅游客车也逐渐成为人们出行和旅游公司营运的主要交通工具。旅游景区车多，人多加之部分景区道路较小，这对旅游客车的行驶安全提出了挑战。

由于客车在满载的情况下具有质量大，质心位置较高等特点，在高速转弯和弯道直径较小的工况下，极易发生侧翻事故，对乘客的生命安全造成严重威胁。因此，国家于2013年推出强制标准GB17578《客车上部结构强度要求及试验方法》，对客车侧翻工况下的结构强度做出了要求，并对侧翻后的生存空间做出了规定。图1中的车内梯形框线表示客车内生存空间，图2为客车侧翻示意图。当客车在L₁＝800mm高的翻转平台以角速度不超过ω＝0.087rad/s侧翻，在侧翻试验过程中生存空间之外的车辆其他部件不得侵入生存空间，也不应该发生结构件完全断裂的现象。在客车侧翻碰撞发生时，顶盖与侧围连接处最先接触地面，碰撞能量主要靠车身侧围结构的变形吸收，这对车身结构的抗弯性能提出了较高的要求。

近些年随着国家标准的强制执行，以及客车侧翻事故的频发，各客车生产厂家已经对客车上部结构强度引起足够的重视。通过查阅相应文献并结合已量产客车的结构可以发现，在当前的侧翻法规下，客车侧翻最先触地位置为侧围和顶盖的连接处，此处连接刚度较弱。同时当前对客车侧翻工况下其结构强度的加强方式主要集中在：1增加侧围骨架与搁梁，腰梁连接处的连接刚度。2增加车身骨架方钢的尺寸规格。3在侧围骨架与顶盖连接处增加斜撑。4采用封闭环结构。5采用先进材料等。这些方式主要旨在提高客车车身在侧翻工况下的抗弯性能。但是目前的主要技术方法还存在一定的局限性：1当前的结构加强方案没有考虑改变车辆的最先触地部位。2主要的加强方法集中在车身侧围与车架和顶盖连接处，而其连接处刚度较小，加之侧围、顶盖和车架三者连接形成的矩形截面具有抗变形能力差的先天不足，导致优化设计空间较小。3不同车型的车身结构不一样，需要对不同的车型进行相应的加强结构设计，加大了车型的研发周期和相关设计人员的工作量。4目前设计人员的设计思路主要集中在如何提高车身的抗弯性能并进行相应的车身结构设计，其并没有从改变车辆的触地部位，碰撞提前介入，提前吸能，减小车辆触地时刻总动能的思路进行相应的设计。车辆与地面接触前的过程中，整车的重力做功，产生了较大的冲击能量，这就需要较强的车身结构，这对相关设计人员的专业能力提出了较高的要求同时也可能引起过设计的问题。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置。

本发明所采用的技术方案有：一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置，包括伸缩式吸能机构总成和倾角传感器，所述倾角传感器安装于客车的车架上；所述伸缩式吸能机构总成包括吸能盒、吸能纵梁、液压伸缩装置和具有静止部件与运动部件的滑动导轨，两个吸能纵梁焊接在吸能盒的左右两侧，滑动导轨中的静止部件与客车车架中段横梁焊接，滑动导轨中的运动部件与吸能纵梁焊接，吸能纵梁的末端与液压伸缩装置的前端通过螺栓连接，液压伸缩装置的末端与客车车架中段的上下两根纵梁焊接固定。

进一步地，所述倾角传感器位于客车的整车质心处。

本发明具有如下有益效果：本发明改变车辆最先触地部位，侧翻碰撞提前介入，提前进行碰撞能量吸收的思路进行结构设计，充分利用客车车架刚度大，结构强度高，传力路径顺畅的特点。本发明无需对车身侧围等车身结构进行特定的加强处理，适应性较好。

附图说明：

图1为现有的客车内生存空间示意图。

图2为图1客车侧翻示意图。

图3为本发明中伸缩式吸能机构总成安装正视图。

图4为本发明中伸缩式吸能机构总成安装俯视图。

图5-1为本发明中伸缩式吸能机构总成的俯视图。

图5-2为本发明中伸缩式吸能机构总成的左视图。

图5-3为本发明中伸缩式吸能机构总成的主视图。

图6为本发明的整体安装位置图。

图7为本发明的工作状态图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图3-7所示，本发明一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置，包括伸缩式吸能机构总成和倾角传感器，倾角传感器安装于客车的车架上，且倾角传感器位于客车的整车质心处。

伸缩式吸能机构总成包括吸能盒1、吸能纵梁2、液压伸缩装置4和具有静止部件与运动部件的滑动导轨3，两个吸能纵梁2焊接在吸能盒1的左右两侧，滑动导轨3中的静止部件与客车车架中段横梁焊接，滑动导轨3的运动部件与吸能纵梁2焊接，吸能纵梁2的末端与液压伸缩装置4的前端通过螺栓连接，液压伸缩装置4的末端与客车车架中段的上下两根纵梁焊接固定。

伸缩式吸能机构总成安装于车架中段第三格栅面与第四格栅面之间的纵梁上，并且在整车车架左右两侧对称安装，整体安装位置如图6所示，工作状态如图7所示。

本发明从改变车辆最先触地部位，侧翻碰撞提前介入，提前进行碰撞能量吸收的思路进行结构设计，充分利用客车车架刚度大，结构强度高，传力路径顺畅的特点。本发明提高客车的安全性，减小侧翻后车辆结构件的变形，保证车辆侧翻事故中乘员的安全。

本发明利用吸能机构的最先触地作用，在车身侧围和顶盖的连接处撞击地面前吸收大量冲击能量。具体实施方式为通过在车架两端安装相应的可伸缩式的吸能机构，当客车发生侧翻时，倾角传感器检测车辆侧倾角度，当侧倾角度达到车辆的侧翻临界角时，侧翻侧的吸能机构，能够伸出车外与地面碰撞，将碰撞力通过车架传递分散出去。当碰撞力传递至其他部件之后，吸能机构发生塑性变形，吸收冲击能量，以减少作用在车辆薄弱部位的冲击能量，降低其碰撞变形，保证车内的生存空间不受侵入。

通过客车侧翻碰撞提前介入，提前进行碰撞能量吸收的思路进行结构设计，充分利用客车车架刚度大，结构强度高，传力路径顺畅的特点。其原理如下：

当客车在按照国标GB17578《客车上部结构强度要求及试验方法》进行侧翻试验时，其基准能量为：

式中：M为总有效质量，单位为千克(kg)；h0为车辆的质心高度，单位为米(m)；t为从车辆质心到纵向垂直中心平面的垂直距离，单位为米(m)；B为侧翻试验中转动轴到车辆纵向垂直中心平面的垂直距离，单位为米(m)；g为重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s2)；h1为车辆在开始不稳定状态时，质心到撞击平面水平面高度，单位为米(m)。

以客车侧翻开始时的基准能量ER为系统总能量，从侧翻开始至车辆停止运动，系统保持能量守恒。

E_R＝E_a+E_b+E_f+E_q (2)

式中：Ea为吸能机构变形吸收的能量；Eb为车辆其他部件变形吸收的能量；Ef为摩擦能；Eq为其他能量，如玻璃破碎，液体泄漏等。

在侧翻事故中，降低侧围的变形，保证车内的生存空间不受侵入可以通过减小Eb值来实现。另Ef与Eq占总能量ER的比例非常小，这里忽略不计。通过公式2可以发现，在总能量不变的情况下，提高Ea的大小可以显著降低Eb值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置，其特征在于：包括伸缩式吸能机构总成和倾角传感器，所述倾角传感器安装于客车的车架上；所述伸缩式吸能机构总成包括吸能盒(1)、吸能纵梁(2)、液压伸缩装置(4)和具有静止部件与运动部件的滑动导轨(3)，两个吸能纵梁(2)焊接在吸能盒(1)的左右两侧，滑动导轨(3)中的静止部件与客车车架中段横梁焊接，滑动导轨(3)中的运动部件与吸能纵梁(2)焊接，吸能纵梁(2)的末端与液压伸缩装置(4)的前端通过螺栓连接，液压伸缩装置(4)的末端与客车车架中段的上下两根纵梁焊接固定。

2.如权利要求1所述的基于能量吸收的客车侧翻乘员防护装置，其特征在于：所述倾角传感器位于客车的整车质心处。