汽车侧翻分析分析解析.doc

汽车侧翻分析在汽车行驶中中，侧翻是其中一种最为严重并且威胁成员安全的事故。侧翻可以定义为能够使车辆绕其纵轴旋转90度或更多以至于车身同地面接触的任何一种操纵。侧翻可以由一个或一系列综合因素产生。它可以发生在平直的水平地面上，并且车辆的侧向加速度达到一定的数值，该数值要超过车辆侧面重量转移到车轮上所抵消的加速度值。通过有坡度的路面（或无路情况）时由于不平路面的冲击，地面松软或其他障碍物会促使侧向压力提高从而使车辆“失足”。侧翻过程是一个包括作用在车辆上和车辆里的力的相互作用的复杂过程。侧翻受操纵和高速公路的影响。人们已经通过理论分析以及包括一系列复杂设备的模型实验研究侧翻过程。这个过程很容易通过静态基本结构实验来理解（忽略惯性和滚动平面上的加速度），并且促进发展更加复杂的模型。1、刚性汽车的准静态侧翻汽车侧翻的最基本的机械特性可以通过考查转弯过程中稳定车身的受力均衡性来了解。稳定的车辆是指悬架和轮胎的偏置在分析中被忽略掉。在转弯操纵中，侧向力作用在地面上来平衡作用在汽车重心上的侧向加速度，如图9－2所示。侧向力作用在车辆上的位置的不同产生一个力矩，该力矩使车辆向如图所示的外侧侧翻.图9－2侧翻汽车的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。如大家所知的坡度和道路转弯处汽车外侧比内侧高出的程度。在分析中，将角度表示为””，想左下的坡度表示正角。这个方向的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的力矩关系为：（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，是车总重的一半。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的汽车重量的一半.，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的情况下，恰当的选择坡面以产生一个侧向加速度，这个加速度在0～0.1的范围内。在道路外侧比内侧高的曲度下汽车具有加速度为零时的速度称为中间速度。重新回到方程（9－2），随着侧向加速度的增大，内侧车轮上的负载必定减少。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（所有的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的平衡。侧翻开始时的侧向加速度是临界加速度，并由公式给出：（9－4）没有坡度时，使侧翻发生的侧向加速度的临界值仅仅是??。这种简单的侧翻临界点的估算过去常常用在汽车抵抗侧翻运动的性能的估算中。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（预测的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的性能水平（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的估算，临界点越低性能越好）。路面上各种类型汽车的侧翻临界值是不同的，例如典型的汽车的临界值如下表所示：稳态汽车模型表明由于轮胎摩擦的增加（典型的最大摩擦系数是0.8），只有达到旅行车和轻型卡车的侧翻的侧向加速度才会有良好的转弯能力。这就是说汽车无侧翻的在平坦路面上疾驰是可能的。由此我们可得出结论，这些类型的汽车侧翻情况是很少的。然而，事故统计证明却不是这样的，从而激励更深入的侧翻运动现象的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的危险。稳态车身侧翻可以通过侧向加速度和侧翻角的函数图作出更完全的阐述，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稳态汽车侧翻时的平衡横向加速度这个区域不是从来就不是不稳定的状态，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的数值，以使平衡时侧向加速度具有精确的数值。任何轻微地增加侧翻角的干扰，就使平衡侧向加速度减少，未被平衡的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，便产生了一个新的概念。由于汽车本身的不稳定性，当汽车内侧车轮感离开地面时的状态恰好被称为汽车侧翻的起始点。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的，这样，汽车侧向加速度减少到汽车能恢复正常位置的水平。由于汽车以一