汽车侧翻分析分析解析Word格式.docx

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图9－2侧翻汽车受力

为了分析转动情况，假定汽车在稳定状态以使汽车没有滚动加速度，并且使轮胎如图所示受力（前轮和后轮）。

在很多公路环境中，它也适合考虑横向坡度。

如大家所知坡度和道路转弯处汽车外侧比内侧高出程度。

在分析中，将角度表示为”

”，想左下坡度表示正角。

这个方向坡度有助于平衡侧向加速度。

斜坡角度通常情况下很小，而且角度很小时约有

。

以汽车接地点为中心力矩关系为：

（9－1）

从式（9－1）我们可以得出ay：

（9－2）

在水平路面上（

），没有侧向加速度，方程也成立。

此时，内侧车轮载重，Fzi，是车总重一半。

另外通过正确选择坡面角度，可以使Fzi保持在具有侧向加速度汽车重量一半.，即通过公式：

（9－3）

在公路设计中，坡面被准确用在曲率设计中。

在给定半径和预定行驶速度情况下，恰当选择坡面以产生一个侧向加速度，这个加速度在0～0.1范围内。

在道路外侧比内侧高曲度下汽车具有加速度为零时速度称为中间速度。

重新回到方程（9－2），随着侧向加速度增大，内侧车轮上负载必定减少。

正是通过这个过程，汽车在转弯过程中能够去抵抗或抵消侧翻运动力矩。

当内侧车轮负载为零时极限转弯情况就会发生（所有负载转移到外侧车轮上）。

在此极限位置侧翻将会开始发生，这是因为汽车不能继续维持在滚动平面上平衡。

侧翻开始时侧向加速度是临界加速度，并由公式给出：

（9－4）

没有坡度时，使侧翻发生侧向加速度临界值仅仅是?

?

这种简单侧翻临界点估算过去常常用在汽车抵抗侧翻运动性能估算中。

该公式非常简便，应为它只需要两个汽车参数—轮距和重心高度。

然而，这种估算却很保守（预测侧翻临界值比精确值大很多），该公式主要用来比较汽车性能而不是预测绝对性能水平（一些动力学专家利用这种侧翻临界点逆形式

作为汽车侧翻倾向估算，临界点越低性能越好）。

路面上各种类型汽车侧翻临界值是不同，例如典型汽车临界值如下表所示：

稳态汽车模型表明由于轮胎摩擦增加（典型最大摩擦系数是0.8），只有达到旅行车和轻型卡车侧翻侧向加速度才会有良好转弯能力。

这就是说汽车无侧翻在平坦路面上疾驰是可能。

由此我们可得出结论，这些类型汽车侧翻情况是很少。

然而，事故统计证明却不是这样，从而激励更深入侧翻运动现象分析在本章后面作探讨。

对重型卡车来说，由于在轮胎摩擦极限内就可以达到侧翻临界值，侧翻同样很明显。

这样，如果驾驶员让汽车在干燥路面上疾驶，那麽重型卡车很可能冒着侧翻危险。

稳态车身侧翻可以通过侧向加速度和侧翻角函数图作出更完全阐述，如图9－3所示。

由于我们假设汽车处于稳态，当侧翻角为零时，侧向加速度能达到侧翻临界值，一旦达到该临界值，内侧车轮开始抬升，汽车开始以一定角度侧翻，使平衡侧向加速度能力减小，因为中心提高且向外侧车轮偏移。

图9－3稳态汽车侧翻时平衡横向加速度

这个区域不是从来就不是不稳定状态，考虑到俩个车轮由于运动不协调而发生侧翻，为了保持平衡，在上图所示曲线上汽车侧翻角必须具有精确数值，以使平衡时侧向加速度具有精确数值。

任何轻微地增加侧翻角干扰，就使平衡侧向加速度减少，未被平衡侧向加速度将产生横摆加速度（横摆加速度又使侧向加速度增加），使其远离平衡点，如果这种远离继续下去在1秒或2秒内汽车侧翻角很快增加，从而完成侧翻。

当侧翻开始时，便产生了一个新概念。

由于汽车本身不稳定性，当汽车内侧车轮感离开地面时状态恰好被称为汽车侧翻起始点。

然而，对于驾驶员来说，通过控制转向盘从而阻止侧翻发生是可能，这样，汽车侧向加速度减少到汽车能恢复正常位置水平。

由于汽车以一定速度侧翻，所以必须快速（0.5秒内）作出反应。

理论上，只有当侧翻角变得很大，一致与汽车重心超出了外侧车轮与地面接触线时，侧翻才是不可避免。

这个极限点即是图中平衡加速度达到0点（

）

人们很高兴地认识到技艺精湛驾驶员可以使汽车达到这一点，并且在不稳定状态下用两个车轮进行长距离驾驶。

然而，如果汽车不小心侧翻达到这个极值点时，一般驾驶者很少能够避免侧翻。

从传统观点来看，汽车设计者们应该假定一旦汽车一侧侧轮离开地面，大多数驾驶者来不及反应做出技术动作，所以应该侧重于尽量完善汽车性能，使其达到该点。

2、考虑悬架准静态侧翻

象前面所做分析那样忽略轮胎和悬架复杂性，过高估计汽车侧翻临界点。

在转弯时，侧面载重量转移使内侧车轮减少载重量而使外侧车轮增加载重量。

与此同时，车身在侧翻过程中会伴随着重心向转弯过程中汽车外侧侧向转移。

重力分力能够减少力臂从而抵制侧翻产生。

图9－4显示是具有悬架系统汽车上这些机械构造。

车身由它质量MS来表示，它连接在一个经过假设是侧翻中心轴上。

侧翻中心是指汽车发生侧翻所围绕轴心，也使侧向力由轴转移到弹性块所在点。

如果忽略质量和轴转动，就会对侧翻临界点得出简单分析结果。

假设左侧车轮载重量为零，计算右侧车轮接触地面点力矩用如下公式：

（9－5）

此时弹性体侧翻角

仅是侧翻刚度

，是侧向加速度ay数倍。

侧翻刚度是侧翻角变化率，同时侧向加速度用每克弧度数来表示。

代入消去侧翻角从而得到侧向加速度：

（9－6）

图中：

h=汽车重心到地面高度

hr=侧翻中心到地面垂直距离

t=轮距

=侧翻刚度（弧度／克）

由于考虑到汽车重心侧向滑动，上面方程（9－6）中右边第二项存在而使侧翻临界点

减少。

对于一辆旅行车来说，

＝0.5，侧翻刚度为0.6度每克（0.1弧度／g），第二项大约为0.95。

那就是说由于这样作用原理，侧翻临界值大约减少了5％。

赛车具有低侧翻刚度和低重心，受这种影响更低。

然而，豪华轿车具有较高侧翻刚度和重心，受这种影响也更大。

与独立悬架（一般具有低侧翻中心）相比，整体式轿车（一般具有高侧翻中心）由于减少了从汽车重心到侧翻中心距离所以可以减少侧向滑动影响。

类似机构原理来源于外侧车轮侧向偏向，转弯时，它允许车轮上负载中心向内侧移动，有效减少了轮距。

对于典型旅行车而言，车轮接地点侧向滑移又可以导致另外5％侧翻临界值减少。

更简捷侧向滑移分析和有效侧翻临界点需要详细车轮模型和悬架系统。

在该装置中必须考虑以下几点：

●悬架侧翻中心侧翻直接导致弹性体重心侧向移动。

●由于整体式车桥侧翻或独立式弹性车轮外倾，并考虑到轮距，悬架侧翻中心侧向移动。

●由于转向力和偏导装置，车轮垂向力作用点侧向移动。

（这些因素反映在取代兼有转向和外倾过多转向运动过程中）。

●前后悬架和车轮作用不同。

对分析结果来说，考虑所有这些影响是不行。

特别。

如果前后悬架在负载和侧翻

刚度都相差较大时，同时模拟前后两悬架作用是必要。

当包括这些影响时，计算机程序是通常使用计算准静态侧翻临界点方法。

当这些机械装置被简明模拟时，汽车准静态侧翻响应便是如图9－5所示形式。

侧向加速度很小时，汽车侧翻响应线性增加，直线斜率为侧翻刚度。

这个过程继续进行直到其中一个内侧车轮举起。

（由于前后悬架和其负载不同，实际汽车中，前后两车轮一定不会同时离开地面。

以多桥卡车为例，随着每个内侧车轮举升，斜率发生变化，结果在此区域形成由三，四段线性部分组成曲线。

）在该点上，由于侧翻刚度被减少到仅由一个和地面仍然接触悬架产生刚度，曲线斜率变较低。

当第二个内侧车轮抬升时，侧翻临界点便已达到。

这以后，侧翻曲线沿着向下斜线，完全和所讨论稳态车辆相同。

这个平面图表明，对于一辆给定轮距和重心高度汽车来说，最高侧翻临界点可通过提供最可能高侧翻刚度弹性体（用高侧翻刚度悬架）和设计前后悬架以使内侧车轮在相同侧翻角条件下抬升获得。

图9－5悬架汽车侧翻时平衡横向加速度

已经发展试验方法去测量准静态侧翻临界点通过“侧翻实验台”。

顾名思义，该试验台使汽车侧翻，翻滚或平放，通过测量侧翻出现时角度来确定侧翻临界点。

该方法对于具有很高重心和很小侧翻角度（一般20～25度）重型卡车相当精确。

然而对旅行车来说，侧翻临界点可能在45度左右。

在角度很大时，作用在车身上向下重力分力大幅度减少（45度时为30％）。

被减少作用在悬架和轮胎上力是车身抬升到正常行驶位置以上，从而导致过早侧翻并使试验失败（无效）。

为了避免这些错误，试验程序必须设计或施加一个侧向力于重心位置（缆绳拖拉试验）或者施加一个纯力矩于车身上。

3、汽车瞬态侧翻

迄今为止，分析必须是准静态，且模拟当汽车处于稳态时侧翻（准静态假设只在侧向加速度变化比汽车侧翻反应慢时才合理）。

为了考察汽车随侧向加速度变化情况，一个瞬间模拟是必需。

瞬态响应模拟试验希望描述出汽车侧翻随时间变换关系，在最基本水平下，简单侧翻模拟试验通常被用来检验简单随时间变化侧向加速度响应情况。

渐渐，更广泛综合各种偏摇想法模拟试验台和侧翻平台被发展去检测各种操纵环境下侧翻响应。

3．1简单侧翻模型

最早最简单研究瞬态响应方法是一个和原来讨论悬挂汽车类似模型，在该模型上对弹性体加一个转动性力矩。

如图9－6所示，车身用MS表示，转动惯性力矩为IXXS。

悬架刚度和汽车左右两侧减震装置来显示。

另外，前后车轮和悬架结合在一起以简代分析过程。

该模型对于检测汽车在自然界中阶跃输入时突然施加侧向加速度时响应很有作用。

当汽车进入滑路面，离合器锁止然后经受一个突然转向力回复力，此时离合器松开，也是一个典型瞬态过程。

另外，这也可以模拟汽车从低摩擦路面进入高摩擦路面时效果。

可以列出侧翻平台上运动微分方程来分析解决阶跃输入问题。

该系统响应和如图9－7所示施加阶跃输入调节减振单自由度响应相似。

图9－7阶跃输入下侧翻响应

在突然加速度输入情况下，侧翻角响应是一个二次系统，在低于临界点时，侧翻角增加到平衡点，但是因为当它达到平衡点时，仍然有侧翻速度，它会越过稳态侧翻角。

此后，侧翻角减小并且振荡，直到稳定在平衡稳态侧翻角。

阶跃输入操纵产生一个低于准静态临界点侧向加速度，由于过冲量存在，在瞬态响应中，它会导致侧翻，这样侧翻临界点低于瞬时操纵时值。

图9－8阶跃输入时阻尼对侧翻临界点影响

越过稳态侧翻角程度依赖于侧翻阻尼器，图9－8所示对于旅行车，商务车和重型卡车计算侧翻临界值—阻力比函数图。

最低侧翻临界值出现在没有阻尼器时，它随着阻尼比增加以渐渐减小速率增加。

即使这样，侧翻阻尼器作用是明显。

汽车侧翻临界值随着临界阻尼从0～50％增加接近1／3。

从

公式可见，对于汽车和商务用车来说，瞬时转向操纵将减少侧翻临界值大约30％，而对于准静态悬挂汽车只减少10％，对重型卡车来说，减少量接近50％。

运用一个正弦加速度输入模型说明在侧翻临界点上侧翻共振效果，正弦加速度输入和障碍滑雪赛过程相似。

图9－9正弦输入下侧翻临界点－频率图

商务车定义为多用途旅行车（而不是旅行车）。

它具有110英尺轴距或小于110以及对于不