布劳斯几何设计方法的改进.pdfVIP

布劳斯几何设计方法的改进 李运胜1金宴2 ． (1交通部公路科学研究所北京10008$；2上海大众汽车有限公司上海201805) 摘要作为汽车试验场高速环道的主要几何设计技术，布劳斯几何设计方法已经 在世界各国汽车试验场的建设中得到了广泛的应用并获得了成功，但进一 步的研究表明：布劳斯几何设计方法由于在选择技术参数时没有考虑到车 辆高速行驶时人体的舒适性尚存在着一定的缺陷。本论文从介绍高速环道 布劳斯几何设计方法八手，对以侧摆角速度、侧摆角加速度、侧摆角加加速 度、法向加速度和偏向角速度为主的高速环道行驶舒适指标进行了研究，并 以运动学和人体对运动的敏感度理论为基础。建立了一套完整的行驶舒适 极限；最后论文将行驶舒适性指标和行驶舒适极限引入到布劳斯几何设计 方法体系中，并对行驶舒适极限在高速环道圆曲线半径选择和缓和曲线长 度确定中的运用进行了深入探讨．从而完善了布劳斯几何设计方法。 关键词布劳斯几何设计汽车试验场 高速环遭 1．高速环道几何设计概述 高速环道是汽车试验场中专供汽车进行连续高速行驶试验的闭合循环跑道，其常用的几 何设计方法有麦克康纳尔设计法和布劳斯设计法。 ．” 麦克康纳尔几何设计方法是美国福特(Ford)公司车辆实验部主任麦克康纳尔(W．A． 年由德国的皮特(Peter Sch．hr)先生求得该数学模型的级数解后形成的高速环道几何设计 方法。 汽车试验场高速环道的建设实践表明：以上两种几何设计方法都是可行的，但二者各有其 优缺点，其中布劳斯几何设计方法最大的缺陷是在选择设计技术参数时没有考虑对车辆高速 行驶时的人体舒适性进行评价。 本论文拟在深入探讨布劳斯曲线的基础上，对布劳斯几何设计方法进行改进。 。 2．布劳斯曲线的几何设计原理 、 布劳斯几何设计方法假设高速环道弯道部分的几何线形为满足车辆行驶重心轨迹三个主 要特征要求(即车辆行驶重心轨迹连续且光滑、重心行驶轨迹曲率连续、重心行驶轨迹曲率变 837 化率连续)的多项式，并通过推导求得满足以上要求的最简单的多项式为： t=1，=i1·【，·(舌)2一：·(吾)3】 (·) 式中：^——缓和曲线上任意点的曲率5 r——缓和曲线上任意点的平曲线半径‘ R——圆曲线半径； j_一计算点至缓和曲线起点的距离(弧长)o S——缓和曲线的总长度。 根据以上曲率公式，按照与回旋线相同的方法，即可推导出布劳斯曲线的平面坐标计算公 式如下： 小D 。∑Ⅲ。∑㈦ 紫一 其中：咄=薹ck·(去)“‘·(一去)i·d‰ k．=蔫ckt·(去)犯“‘·(一丽1‘)·i是 以上各式中，n，i。j，k均为正整数，其它同前。 3．行驶舒适性指标与行驶舒适极限 3．1行驶舒适性指标 行驶舒适性是人体对运动的一种感觉和反应．麦克康纳尔的研究表明：乘员并不是对所有 能感知的运动自由度的变化都会产生不舒适的感觉，而是只有当这些自由度的变化大到一定 的程度时，人体才会感觉到不舒适。更进一步的研究认为：乘员的行驶舒适性取决于车辆行驶 过程中乘员在六个运动自由度方向的位移、速度、加速度及加速度变化率(即加加速度)的大 ，J、。 借鉴麦克康纳尔对人体感觉开始极限值的研究方法，本论文拟选取侧摆运动特性中的便4 摆角速度、角加速度、角加加速度，法向运动特性中的法向加速度和偏向运动特性中的偏向角 速度作为行驶舒适性指标，并通过对该五个特性值的验算来检验布劳斯几何设计参数选择的 合理性。 3．2行驶舒适极限 通过对世界各国已建汽车试验场中有代表