中国农业大学学报��!∀#∃�%&∋(∀#)∗!(+∃,!#∃−∀(./!0(,12�∃345�364778汽车一护栏碰撞的仿真模型刘志斌�周一鸣冯联杰熊卫民�车辆工程学院�湖北工学院摘要运用计算机仿真技术,对汽车同护栏等路边设施的碰撞过程进行了仿真分析,用欧拉法和拉格朗日法建立了汽车三维运动分析模型,确定了汽车一护栏的弹性碰撞模型并描述了逻辑判断,提出了汽车与护栏碰撞后汽车的接触面积、碰撞力和碰撞力矩的算法,给出的应用实例的仿真结果表明,研制的仿真软件可用于路边设计和预测汽车的性能。关锐词汽车!路边护栏!碰撞模型!模拟中图分类号∀#∃%&∃!∋()∗%&∗+,−./0120.3445167348,3.,090445:501;3,<331=3>5?4381.;8≅≅53≅Α5−Β>5Χ51Β>0−Δ5Ε516�9043罗0Φ=3>5343Γ16一133≅516,9Η∀Ι316Α581ϑ53Κ5016Λ35Ε51�Μ−Χ35(04/,3?>153∀15Ν3≅:5,/ΗΧ:,≅8?,∋>3.565,84:5Ε−48,501<5,>8Ο3≅:018430ΕΟ−,3≅一Χ8:3.:0Φ,<8≅3%Π8(Ο453.Φ0≅,>3:5Ε−48,50181.8184/:5:0Φ,>35ΕΟ83,Ο≅0?3.−≅3Χ3,<3318Ν3>534381.8:Ο≅516Χ8≅Θ≅53≅&∋>3Γ−43≅81.Α86≅816581Ο≅5135Ο43:8≅3−:3.,03:,8Χ45:>,>3Ε8,>3Ε8,5384Ε0.340Φ,>3Ν3>5343<5,>,>≅33一.5Ε31:50184Ε0,501&∋>3Ε0.340Φ30445:501Χ3,<331Ν3>534381.≅08.:5.3:Ο≅516Χ8≅≅53≅%Π.3Ν340Ο3.&∋>34065384ϑ−.6Ε31,0Φ5ΕΟ83,Ο≅0?3.−≅38≅3.5:?−:3.&∋>38460≅5,>ΕΦ0≅,>3301,83,8≅38,5ΕΟ83,Φ0≅3381.5ΕΟ83,,0≅Ρ−3,8:<3448:,>38((453.(051,0Φ,>3Φ0≅3301,>3Ν3>5343%Π(≅3:31,3.&Ι51844/,,>38((4538,5013ΣΘ8ΕΟ43:8≅365Ν31&Τ3/<0≅.:Ν3>5343!Χ8≅≅53≅!30445:501一Ε闭34!:5Ε−48,501由于计算机技术的发展,用计算机仿真技术对交通事故进行研究已显示出巨大的优越性。对汽车一护栏碰撞过程的仿真研究,既有助于进行汽车的动态设计和分析,预测汽车的安全性,也有助于进行护栏的合理设计,使护栏能有效地吸收碰撞能量,并借助本身的弹性,将汽车导入车道边。计算机仿真的基础是数学模型〔‘〕。数学模型考虑的因素越全面,计算机仿真的结果越逼真、越精确,但解决问题的难度也越大,所以笔者在建立数学模型时,对各种模型进行了一些简化。收稿日期Υ%∗∗∃一ς%一ς#�刘志斌,北京清华东路%Ω号中国农业大学�东校区#)信箱,%ςςςΞ)第6期刘志斌等9汽车一护栏碰撞的仿真模型4汽车模型模型假设如下94:汽车模型限于具有独立悬架或非独立悬架的四轮汽车,悬架的柔度对转向和车轮外倾角的影响忽略不计;<:转向系统本身没有模型,转向输入和转向自由度直接与前轮的平均转向角相关;=:轮胎被处理成薄的圆盘,因而在陡坡突变且车轮近似平行于间断处的情况下,不考虑轮胎的横向包容性所导致的响应偏差;减振器特性曲线在压缩阶段和伸展阶段是对称的。在对汽车模型的分析中,采用<套基本的坐标系9第4套为固结于空间的右手坐标系,即空间坐标系;第<套为固定于车身的动坐标系,又称汽车坐标系。空间坐标系遵循右手法则,其才轴指向下,而了轴和了轴方向任选;类似地,汽车坐标系的>轴向下,即指向汽车底部,?轴则指向车辆前方,1轴指向汽车右侧,汽车坐标系原点在汽车簧上质量的质心。汽车分析模型是一个由=,6或≅个刚体组成的多刚体系统,这些刚体实际上是由簧上质量Α底盘和车身:和簧下质量Α车轮或车轴:组成的,这里用了∀个自由度川。<路边护栏模型路边护栏是公路安全设施中最重要的一种,其基本形式有刚性护栏、弹性护栏Α又称半刚性护栏:和柔性护栏=种。护栏的作用是当汽车与护栏碰撞时,在不被破坏的情况下吸收部分碰撞能量,并将汽车导入行车道,保证汽车不越过护栏冲进相对车道,或翻滚下护坡,因此对护栏的要求,首先是具有足够的强度和适当的刚度,其次是具有较强的吸能特性和一定的导向能力。这里主要讨论弹性护栏,分析汽车与护栏碰撞时护栏的受力和变形情况。弹性护栏主要由横梁、立柱和地基组成,当汽车与护栏碰撞时,这=个部分共同参与作用。笔者建立护栏模型时作了以下假设94:整个护栏系统为弹性支座连续梁,连续梁等截面,具有一致的弯曲刚度ΑΒ�:;<:护栏足够长或无限长;=:护栏的立...
