汽車側(cè)翻分析

1、汽車側(cè)翻分析在汽車行駛中中，側(cè)翻是其中一種最為嚴(yán)重并且威脅成員安全的事故。側(cè)翻可以定義為能夠使車輛繞其縱軸旋轉(zhuǎn)90度或更多以至于車身同地面接觸的任何一種操縱。側(cè)翻可以由一個(gè)或一系列綜合因素產(chǎn)生。它可以發(fā)生在平直的水平地面上，并且車輛的側(cè)向加速度達(dá)到一定的數(shù)值，該數(shù)值要超過(guò)車輛側(cè)面重量轉(zhuǎn)移到車輪上所抵消的加速度值。通過(guò)有坡度的路面（或無(wú)路情況）時(shí)由于不平路面的沖擊，地面松軟或其他障礙物會(huì)促使側(cè)向壓力提高從而使車輛“失足”。 側(cè)翻過(guò)程是一個(gè)包括作用在車輛上和車輛里的力的相互作用的復(fù)雜過(guò)程。側(cè)翻受操縱和高速公路的影響。人們已經(jīng)通過(guò)理論分析以及包括一系列復(fù)雜設(shè)備的模型實(shí)驗(yàn)研究側(cè)翻過(guò)程。這個(gè)過(guò)程很容易通

2、過(guò)靜態(tài)基本結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)來(lái)理解（忽略慣性和滾動(dòng)平面上的加速度），并且促進(jìn)發(fā)展更加復(fù)雜的模型。1、 剛性汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻 汽車側(cè)翻的最基本的機(jī)械特性可以通過(guò)考查轉(zhuǎn)彎過(guò)程中穩(wěn)定車身的受力均衡性來(lái)了解。穩(wěn)定的車輛是指懸架和輪胎的偏置在分析中被忽略掉。在轉(zhuǎn)彎操縱中，側(cè)向力作用在地面上來(lái)平衡作用在汽車重心上的側(cè)向加速度，如圖92所示。側(cè)向力作用在車輛上的位置的不同產(chǎn)生一個(gè)力矩，該力矩使車輛向如圖所示的外側(cè)側(cè)翻.圖92 側(cè)翻汽車的受力 為了分析轉(zhuǎn)動(dòng)情況，假定汽車在穩(wěn)定狀態(tài)以使汽車沒(méi)有滾動(dòng)加速度，并且使輪胎如圖所示受力（前輪和后輪）。在很多公路環(huán)境中，它也適合考慮橫向坡度。如大家所知的坡度和道路轉(zhuǎn)彎處汽車外側(cè)比內(nèi)

3、側(cè)高出的程度。在分析中，將角度表示為”，想左下的坡度表示正角。這個(gè)方向的坡度有助于平衡側(cè)向加速度。斜坡角度通常情況下很小，而且角度很小時(shí)約有。以汽車接地點(diǎn)為中心的力矩關(guān)系為： （91） 從式（91）我們可以得出ay： （92） 在水平路面上（），沒(méi)有側(cè)向加速度，方程也成立。此時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪載重，F(xiàn)zi，是車總重的一半。另外通過(guò)正確選擇坡面角度，可以使Fzi保持在具有側(cè)向加速度的汽車重量的一半.，即通過(guò)公式： （93） 在公路設(shè)計(jì)中，坡面被準(zhǔn)確用在曲率設(shè)計(jì)中。在給定半徑和預(yù)定行駛速度的情況下，恰當(dāng)?shù)倪x擇坡面以產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向加速度，這個(gè)加速度在00.1的范圍內(nèi)。在道路外側(cè)比內(nèi)側(cè)高的曲度下汽車具有加速度

4、為零時(shí)的速度稱為中間速度。 重新回到方程（92），隨著側(cè)向加速度的增大，內(nèi)側(cè)車輪上的負(fù)載必定減少。正是通過(guò)這個(gè)過(guò)程，汽車在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中能夠去抵抗或抵消側(cè)翻運(yùn)動(dòng)力矩。當(dāng)內(nèi)側(cè)車輪負(fù)載為零時(shí)極限轉(zhuǎn)彎情況就會(huì)發(fā)生（所有的負(fù)載轉(zhuǎn)移到外側(cè)車輪上）。在此極限位置側(cè)翻將會(huì)開始發(fā)生，這是因?yàn)槠嚥荒芾^續(xù)維持在滾動(dòng)平面上的平衡。側(cè)翻開始時(shí)的側(cè)向加速度是臨界加速度，并由公式給出： （94）沒(méi)有坡度時(shí)，使側(cè)翻發(fā)生的側(cè)向加速度的臨界值僅僅是?。這種簡(jiǎn)單的側(cè)翻臨界點(diǎn)的估算過(guò)去常常用在汽車抵抗側(cè)翻運(yùn)動(dòng)的性能的估算中。該公式非常簡(jiǎn)便，應(yīng)為它只需要兩個(gè)汽車參數(shù)輪距和重心高度。然而，這種估算卻很保守（預(yù)測(cè)的側(cè)翻臨界值比精確值大很多

5、），該公式主要用來(lái)比較汽車性能而不是預(yù)測(cè)絕對(duì)的性能水平（一些動(dòng)力學(xué)專家利用這種側(cè)翻臨界點(diǎn)逆形式作為汽車側(cè)翻傾向的估算，臨界點(diǎn)越低性能越好）。路面上各種類型汽車的側(cè)翻臨界值是不同的，例如典型的汽車的臨界值如下表所示：穩(wěn)態(tài)汽車模型表明由于輪胎摩擦的增加（典型的最大摩擦系數(shù)是0.8），只有達(dá)到旅行車和輕型卡車的側(cè)翻的側(cè)向加速度才會(huì)有良好的轉(zhuǎn)彎能力。這就是說(shuō)汽車無(wú)側(cè)翻的在平坦路面上疾馳是可能的。由此我們可得出結(jié)論，這些類型的汽車側(cè)翻情況是很少的。然而，事故統(tǒng)計(jì)證明卻不是這樣的，從而激勵(lì)更深入的側(cè)翻運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的分析在本章后面作探討。對(duì)重型卡車來(lái)說(shuō)，由于在輪胎摩擦極限內(nèi)就可以達(dá)到側(cè)翻臨界值，側(cè)翻同樣很明顯。

6、這樣，如果駕駛員讓汽車在干燥路面上疾駛，那麼重型卡車很可能冒著側(cè)翻的危險(xiǎn)。穩(wěn)態(tài)車身側(cè)翻可以通過(guò)側(cè)向加速度和側(cè)翻角的函數(shù)圖作出更完全的闡述，如圖93所示。由于我們假設(shè)汽車處于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)側(cè)翻角為零時(shí)，側(cè)向加速度能達(dá)到側(cè)翻臨界值，一旦達(dá)到該臨界值，內(nèi)側(cè)車輪開始抬升，汽車開始以一定角度側(cè)翻，使平衡側(cè)向加速度能力減小，因?yàn)橹行奶岣咔蚁蛲鈧?cè)車輪偏移。圖93穩(wěn)態(tài)汽車側(cè)翻時(shí)的平衡橫向加速度這個(gè)區(qū)域不是從來(lái)就不是不穩(wěn)定的狀態(tài)，考慮到倆個(gè)車輪由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)而發(fā)生側(cè)翻，為了保持平衡，在上圖所示曲線上汽車側(cè)翻角必須具有精確的數(shù)值，以使平衡時(shí)側(cè)向加速度具有精確的數(shù)值。任何輕微地增加側(cè)翻角的干擾，就使平衡側(cè)向加速度減少，未

7、被平衡的側(cè)向加速度將產(chǎn)生橫擺加速度（橫擺加速度又使側(cè)向加速度增加），使其遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，如果這種遠(yuǎn)離繼續(xù)下去在1秒或2秒內(nèi)汽車側(cè)翻角很快增加，從而完成側(cè)翻。當(dāng)側(cè)翻開始時(shí)，便產(chǎn)生了一個(gè)新的概念。由于汽車本身的不穩(wěn)定性，當(dāng)汽車內(nèi)側(cè)車輪感離開地面時(shí)的狀態(tài)恰好被稱為汽車側(cè)翻的起始點(diǎn)。然而，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，通過(guò)控制轉(zhuǎn)向盤從而阻止側(cè)翻發(fā)生是可能的，這樣，汽車側(cè)向加速度減少到汽車能恢復(fù)正常位置的水平。由于汽車以一定速度側(cè)翻，所以必須快速（0.5秒內(nèi)）作出反應(yīng)。理論上，只有當(dāng)側(cè)翻角變得很大，一致與汽車重心超出了外側(cè)車輪與地面接觸線時(shí)，側(cè)翻才是不可避免的。這個(gè)極限點(diǎn)即是圖中平衡加速度達(dá)到0的點(diǎn)（）人們很高興地認(rèn)識(shí)到

8、技藝精湛的駕駛員可以使汽車達(dá)到這一點(diǎn)，并且在不穩(wěn)定狀態(tài)下用兩個(gè)車輪進(jìn)行長(zhǎng)距離駕駛。然而，如果汽車不小心側(cè)翻達(dá)到這個(gè)極值點(diǎn)時(shí)，一般的駕駛者很少能夠避免側(cè)翻。從傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看，汽車設(shè)計(jì)者們應(yīng)該假定一旦汽車一側(cè)的側(cè)輪離開地面，大多數(shù)駕駛者來(lái)不及反應(yīng)做出技術(shù)動(dòng)作，所以應(yīng)該側(cè)重于盡量完善汽車性能，使其達(dá)到該點(diǎn)。2、 考慮懸架的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻象前面所做的分析那樣忽略輪胎和懸架的復(fù)雜性，過(guò)高的估計(jì)汽車的側(cè)翻臨界點(diǎn)。在轉(zhuǎn)彎時(shí)，側(cè)面載重量轉(zhuǎn)移使內(nèi)側(cè)車輪減少載重量而使外側(cè)車輪增加載重量。與此同時(shí)，車身在側(cè)翻過(guò)程中會(huì)伴隨著重心向轉(zhuǎn)彎過(guò)程中汽車外側(cè)側(cè)向轉(zhuǎn)移。重力的分力能夠減少力臂從而抵制側(cè)翻的產(chǎn)生。圖94顯示的是具有懸架

9、系統(tǒng)的汽車上的這些機(jī)械構(gòu)造。車身由它的質(zhì)量MS來(lái)表示，它連接在一個(gè)經(jīng)過(guò)假設(shè)是側(cè)翻中心的軸上。側(cè)翻中心是指汽車發(fā)生側(cè)翻所圍繞的軸心，也使側(cè)向力由軸轉(zhuǎn)移到彈性塊所在的點(diǎn)。如果忽略質(zhì)量和軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)對(duì)側(cè)翻臨界點(diǎn)得出簡(jiǎn)單的分析結(jié)果。假設(shè)左側(cè)車輪的載重量為零，計(jì)算右側(cè)車輪接觸地面的點(diǎn)的力矩用如下公式： （95） 此時(shí)彈性體的側(cè)翻角僅是側(cè)翻剛度，是側(cè)向加速度ay的數(shù)倍。側(cè)翻剛度是側(cè)翻角變化率，同時(shí)側(cè)向加速度用每克的弧度數(shù)來(lái)表示。代入消去側(cè)翻角從而得到側(cè)向加速度： （96）圖中： h=汽車重心到地面的高度 hr=側(cè)翻中心到地面的垂直距離 t=輪距 =側(cè)翻剛度（弧度克）由于考慮到汽車重心的側(cè)向滑動(dòng)，上面方程

10、（96）中右邊第二項(xiàng)的存在而使側(cè)翻臨界點(diǎn)減少。對(duì)于一輛旅行車來(lái)說(shuō)，0.5，側(cè)翻剛度為0.6度每克（0.1弧度g），第二項(xiàng)大約為0.95。那就是說(shuō)由于這樣的作用原理，側(cè)翻臨界值大約減少了5。賽車具有低側(cè)翻剛度和低重心，受這種影響更低。然而，豪華轎車具有較高的側(cè)翻剛度和重心，受這種影響也更大。與獨(dú)立懸架（一般具有低側(cè)翻中心）相比，整體式轎車（一般具有高側(cè)翻中心）由于減少了從汽車重心到側(cè)翻中心的距離所以可以減少側(cè)向滑動(dòng)的影響。類似的機(jī)構(gòu)原理來(lái)源于外側(cè)車輪的側(cè)向偏向，轉(zhuǎn)彎時(shí)，它允許車輪上的負(fù)載中心向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，有效的減少了輪距。對(duì)于典型的旅行車而言，車輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移又可以導(dǎo)致另外5的側(cè)翻臨界值的減少

11、。更簡(jiǎn)捷的側(cè)向滑移的分析和有效側(cè)翻臨界點(diǎn)需要詳細(xì)的車輪模型和懸架系統(tǒng)。在該裝置中必須考慮以下幾點(diǎn)：l 懸架側(cè)翻中心側(cè)翻直接導(dǎo)致彈性體重心的側(cè)向移動(dòng)。l 由于整體式車橋的側(cè)翻或獨(dú)立式彈性車輪的外傾，并考慮到輪距，懸架側(cè)翻中心的側(cè)向移動(dòng)。l 由于轉(zhuǎn)向力和偏導(dǎo)裝置，車輪垂向力作用點(diǎn)的側(cè)向移動(dòng)。（這些因素反映在取代兼有轉(zhuǎn)向和外傾的過(guò)多轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中）。l 前后懸架和車輪的作用不同。對(duì)分析結(jié)果來(lái)說(shuō)，考慮所有這些影響是不行的。特別的。如果前后懸架在負(fù)載和側(cè)翻剛度都相差較大時(shí)，同時(shí)模擬前后兩懸架的作用是必要的。當(dāng)包括這些影響時(shí)，計(jì)算機(jī)程序是通常使用的計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻臨界點(diǎn)的方法。當(dāng)這些機(jī)械裝置被簡(jiǎn)明的模擬時(shí)，

12、汽車準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻響應(yīng)便是如圖95所示的形式。側(cè)向加速度很小時(shí)，汽車側(cè)翻響應(yīng)線性增加，直線斜率為側(cè)翻剛度。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行直到其中一個(gè)內(nèi)側(cè)車輪舉起。（由于前后懸架和其負(fù)載的不同，實(shí)際汽車中，前后兩車輪一定不會(huì)同時(shí)離開地面。以多橋卡車為例，隨著每個(gè)內(nèi)側(cè)車輪的舉升，斜率發(fā)生變化，結(jié)果在此區(qū)域形成由三，四段線性部分組成的曲線。）在該點(diǎn)上，由于側(cè)翻剛度被減少到僅由一個(gè)和地面仍然接觸的懸架產(chǎn)生的剛度，曲線斜率變的較低。當(dāng)?shù)诙€(gè)內(nèi)側(cè)車輪抬升時(shí)，側(cè)翻臨界點(diǎn)便已達(dá)到。這以后，側(cè)翻曲線沿著向下的斜線，完全和所討論的穩(wěn)態(tài)車輛相同。這個(gè)平面圖表明，對(duì)于一輛給定輪距和重心高度的汽車來(lái)說(shuō)，最高的側(cè)翻臨界點(diǎn)可通過(guò)提供最可能高

13、側(cè)翻剛度的彈性體（用高側(cè)翻剛度的懸架）和設(shè)計(jì)前后懸架以使內(nèi)側(cè)車輪在相同的側(cè)翻角條件下抬升獲得。圖95懸架汽車側(cè)翻時(shí)的平衡橫向加速度已經(jīng)發(fā)展的試驗(yàn)方法去測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻臨界點(diǎn)通過(guò)“側(cè)翻實(shí)驗(yàn)臺(tái)”。顧名思義，該試驗(yàn)臺(tái)使汽車側(cè)翻，翻滾或平放，通過(guò)測(cè)量側(cè)翻出現(xiàn)時(shí)的角度來(lái)確定側(cè)翻臨界點(diǎn)。該方法對(duì)于具有很高的重心和很小的側(cè)翻角度（一般2025度）的重型卡車相當(dāng)精確。然而對(duì)旅行車來(lái)說(shuō)，側(cè)翻臨界點(diǎn)可能在45度左右。在角度很大時(shí)，作用在車身上向下的重力分力大幅度減少（45度時(shí)為30）。被減少的作用在懸架和輪胎上的力是車身抬升到正常行駛位置以上，從而導(dǎo)致過(guò)早的側(cè)翻并使試驗(yàn)失?。o(wú)效）。為了避免這些錯(cuò)誤，試驗(yàn)程序必須設(shè)

14、計(jì)或施加一個(gè)側(cè)向力于重心位置（纜繩拖拉試驗(yàn)）或者施加一個(gè)純力矩于車身上。3、 汽車的瞬態(tài)側(cè)翻迄今為止，分析必須是準(zhǔn)靜態(tài)，且模擬當(dāng)汽車處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的側(cè)翻（準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)只在側(cè)向加速度變化比汽車側(cè)翻反應(yīng)慢時(shí)才合理）。為了考察汽車隨側(cè)向加速度變化的情況，一個(gè)瞬間模擬是必需的。瞬態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)希望描述出汽車側(cè)翻隨時(shí)間變換的關(guān)系，在最基本的水平下，簡(jiǎn)單的側(cè)翻模擬試驗(yàn)通常被用來(lái)檢驗(yàn)簡(jiǎn)單的隨時(shí)間變化的側(cè)向加速度的響應(yīng)情況。漸漸的，更廣泛的綜合各種偏搖想法的模擬試驗(yàn)臺(tái)和側(cè)翻平臺(tái)被發(fā)展去檢測(cè)各種操縱環(huán)境下的側(cè)翻響應(yīng)。31簡(jiǎn)單的側(cè)翻模型最早最簡(jiǎn)單的研究瞬態(tài)響應(yīng)的方法是一個(gè)和原來(lái)討論的懸掛汽車類似的模型，在該模型上對(duì)彈性

15、體加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)性力矩。如圖96所示，車身用MS表示，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩為IXXS。懸架剛度和汽車左右兩側(cè)減震裝置來(lái)顯示。另外，前后車輪和懸架結(jié)合在一起以簡(jiǎn)代分析過(guò)程。該模型對(duì)于檢測(cè)汽車在自然界中階躍輸入時(shí)突然施加側(cè)向加速度時(shí)的響應(yīng)很有作用。當(dāng)汽車進(jìn)入滑路面，離合器鎖止然后經(jīng)受一個(gè)突然的轉(zhuǎn)向力回復(fù)力，此時(shí)離合器松開，也是一個(gè)典型的瞬態(tài)過(guò)程。另外，這也可以模擬汽車從低摩擦路面進(jìn)入高摩擦路面時(shí)的效果?？梢粤谐鰝?cè)翻平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)微分方程來(lái)分析解決階躍輸入的問(wèn)題。該系統(tǒng)響應(yīng)和如圖97所示的施加階躍輸入的調(diào)節(jié)減振的單自由度的響應(yīng)相似。圖97階躍輸入下的側(cè)翻響應(yīng)在突然的加速度輸入情況下，側(cè)翻角響應(yīng)是一個(gè)二次系統(tǒng)，在低

16、于臨界點(diǎn)時(shí)，側(cè)翻角增加到平衡點(diǎn)，但是因?yàn)楫?dāng)它達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)，仍然有側(cè)翻速度，它會(huì)越過(guò)穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角。此后，側(cè)翻角減小并且振蕩，直到穩(wěn)定在平衡的穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角。階躍輸入操縱產(chǎn)生一個(gè)低于準(zhǔn)靜態(tài)臨界點(diǎn)的側(cè)向加速度，由于過(guò)沖量的存在，在瞬態(tài)響應(yīng)中，它會(huì)導(dǎo)致側(cè)翻，這樣側(cè)翻臨界點(diǎn)低于瞬時(shí)操縱時(shí)的值。圖98 階躍輸入時(shí)阻尼對(duì)側(cè)翻臨界點(diǎn)的影響越過(guò)穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角的程度依賴于側(cè)翻阻尼器，圖98所示對(duì)于旅行車，商務(wù)車和重型卡車的計(jì)算側(cè)翻臨界值阻力比的函數(shù)圖。最低的側(cè)翻臨界值出現(xiàn)在沒(méi)有阻尼器時(shí)，它隨著阻尼比的增加以漸漸減小的速率增加。即使這樣，側(cè)翻阻尼器的作用是明顯的。汽車側(cè)翻臨界值隨著臨界阻尼從050增加接近13。從公式可見，對(duì)

17、于汽車和商務(wù)用車來(lái)說(shuō)，瞬時(shí)轉(zhuǎn)向操縱將減少側(cè)翻臨界值大約30，而對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)懸掛汽車只減少10，對(duì)重型卡車來(lái)說(shuō)，減少量接近50。運(yùn)用一個(gè)正弦加速度輸入的模型說(shuō)明在側(cè)翻臨界點(diǎn)上側(cè)翻共振的效果，正弦加速度輸入和障礙滑雪賽的過(guò)程相似。圖99正弦輸入下側(cè)翻臨界點(diǎn)頻率圖商務(wù)車定義為多用途的旅行車（而不是旅行車）。它具有110英尺軸距或小于110以及對(duì)于不同路面的操縱特點(diǎn)。在正弦側(cè)向加速度輸入下，汽車響應(yīng)依賴于輸入的頻率。圖99所示的對(duì)于汽車，商務(wù)車和重型卡車的側(cè)翻（車輪抬起）時(shí)的側(cè)向加速度和頻率的關(guān)系。頻率為0時(shí)，側(cè)翻臨界加速度接近于穩(wěn)態(tài)時(shí)的側(cè)翻加速度。穩(wěn)態(tài)時(shí)側(cè)翻加速度可以通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)懸置汽車模型獲得。隨著頻

18、率的增加，側(cè)翻臨界加速度降低，直到一個(gè)最小值，該值等于側(cè)翻共振頻率。重心較高的重型卡車側(cè)翻共振頻率低于，這使得它特別容易側(cè)翻。經(jīng)驗(yàn)表明，汽車變換車道操縱超過(guò)2秒（0.5Hz）也能引起側(cè)翻并使重型卡車側(cè)翻加快，司機(jī)很容易做到兩秒的速度調(diào)節(jié)。同時(shí)，操縱頻率必須使汽車側(cè)向移動(dòng)810英尺以避免正常公路行駛速度時(shí)的路障。這樣，汽車變換車道操縱已確認(rèn)為重型卡車側(cè)翻事故的常見原因。商務(wù)車和汽車相比較于輪胎寬度比例來(lái)說(shuō)具有較低的重心，其側(cè)翻共振頻率為1.5Hz，有的更大一些。為了調(diào)節(jié)側(cè)翻共振，必須有非?？斓霓D(zhuǎn)向操縱。對(duì)司機(jī)行為的研究表明以這些頻率的轉(zhuǎn)向操縱輸入是通常的范圍。另外，由于在這些頻率下汽車橫擺響應(yīng)的

19、減少，它們只產(chǎn)生很小的側(cè)向偏移（即使一個(gè)相對(duì)應(yīng)范圍到2Hz的轉(zhuǎn)向操縱也將僅僅導(dǎo)致汽車側(cè)向偏移一英尺）。由此得到的邏輯結(jié)論是：對(duì)旅行車和商務(wù)車而言，簡(jiǎn)單的側(cè)翻共振對(duì)側(cè)翻不起什麼作用。為了汽車變換車道操縱和成功應(yīng)付各種障礙，左右振動(dòng)的時(shí)間應(yīng)較低（4秒一次）。1HZ以內(nèi)的激勵(lì)頻率使汽車側(cè)翻共振很接近于準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)的狀態(tài)。因此，對(duì)這些汽車來(lái)講，以側(cè)翻的觀點(diǎn)看階躍轉(zhuǎn)向操縱比正弦轉(zhuǎn)向操縱確實(shí)代表了一種更具有挑戰(zhàn)性的操縱方式。32 橫擺側(cè)翻模型 為了發(fā)展最完整和精確的汽車側(cè)翻情形的理論，必須依靠更廣泛的汽車模型，以模擬橫擺和側(cè)翻響應(yīng)橫擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生側(cè)向加速度從而導(dǎo)致側(cè)翻，然后側(cè)翻又影響（改變）橫擺響應(yīng)，通過(guò)輪胎轉(zhuǎn)向

20、力的減少而引起側(cè)向負(fù)載轉(zhuǎn)移和懸置。許多計(jì)算機(jī)模型利用汽車動(dòng)力學(xué)已經(jīng)發(fā)展研究橫擺側(cè)翻關(guān)系這個(gè)行為的特點(diǎn)。圖910正弦輸入操縱時(shí)的輪胎受力和側(cè)向加速度相位圖用一個(gè)更綜合的模型去檢測(cè)正弦轉(zhuǎn)向操縱，去解釋汽車側(cè)翻響應(yīng)的一個(gè)額外的重要現(xiàn)象前后輪受力的一致性。汽車轉(zhuǎn)向只靠前輪控制，轉(zhuǎn)向操縱并不立刻使前輪受到一個(gè)側(cè)向力（只被輪胎的松弛長(zhǎng)度延緩）。但是，后輪只到側(cè)偏角產(chǎn)生時(shí)才受力。結(jié)果，在正弦轉(zhuǎn)向操縱中，后輪受力呈現(xiàn)相位差。對(duì)旅行車而言，這種現(xiàn)象如圖910中解釋。在1Hz的正弦轉(zhuǎn)向顯示中，后輪側(cè)向力大約落后前輪0.2秒，即大約落后.相位。依賴于和力的側(cè)向加速度由于相位落后而減少。如果前后輪所受側(cè)向力同時(shí)達(dá)到最

21、大值，側(cè)向加速度將達(dá)到0.8g而不是0.5g。在這種操縱中，頻率越高減少越多。相位落后的影響是通過(guò)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)傳遞加速度而調(diào)節(jié)加速度時(shí)使汽車橫擺邊向。對(duì)旅行車而言，這種影響導(dǎo)致緊急轉(zhuǎn)彎時(shí)反應(yīng)遲緩。由于時(shí)間落后隨著汽車輪距的增加而增加，在這種操縱下，大型汽車不象小型汽車那樣靈活。四輪驅(qū)動(dòng)汽車常常驅(qū)動(dòng)后輪使其和前輪方向相同以減少相位落后，從而提高緊急轉(zhuǎn)向時(shí)的靈敏性。四輪驅(qū)動(dòng)除了具有轉(zhuǎn)向靈敏這一特點(diǎn)外，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致潛在的側(cè)翻行為提高。我們知道側(cè)翻共振頻率的范圍是1.52.0HZ，沒(méi)有相位滯后的四輪驅(qū)動(dòng)汽車很容易讓司機(jī)在不可捉摸的駕駛中不小心引發(fā)側(cè)翻共振。在很長(zhǎng)的汽車如學(xué)校巴士，卡車和牽引車拖車中

22、，相位滯后是很顯著的。如圖911所示的牽引車和雙聯(lián)全掛車的側(cè)向加速度隨時(shí)間變化的曲線。（“雙聯(lián)”是指拖著全掛車的牽引車半掛車）。圖911牽引車和全掛車的側(cè)向加速度一個(gè)持續(xù)2秒鐘的正弦轉(zhuǎn)向輸入可激發(fā)出一個(gè)汽車橫擺響應(yīng)的滯后增幅以及全掛車的側(cè)翻共振。由此可見，全掛車具有比牽引車大得多的側(cè)向加速度。由于車長(zhǎng)的影響，全掛車上的側(cè)向加速度與牽引車的側(cè)向加速度的相位幾乎正好相差180度破壞旋轉(zhuǎn)軸橫擺的滯后增幅被認(rèn)為對(duì)牽引車及全掛車的安全性是極為有害的。因?yàn)閷?duì)牽引車的低水平駕駛被擴(kuò)大化而且能夠?qū)е氯珤燔嚢l(fā)生側(cè)翻。避免這種情況的一種方法就是在牽引車半掛車之間安放掛接裝置。這種裝置可以提供側(cè)翻力偶。在側(cè)翻力偶下

23、偏離相位的側(cè)向加速度使全掛車在駕駛初始時(shí)幫助牽引車半掛車抵制側(cè)翻，而且牽引車半掛車在結(jié)束駕駛時(shí)幫助全掛車抵制側(cè)翻。這種特性現(xiàn)在正被應(yīng)用在新一代的牽引車，掛車的掛接裝置中并在不斷的發(fā)展。33 絆倒側(cè)翻車輛在側(cè)向滑行中受到某物體的障礙，這是側(cè)翻事故中需要特殊模型試驗(yàn)的決定性的一個(gè)等級(jí)。比如路緣石或軟路面，從而使汽車側(cè)翻。雖然對(duì)這種現(xiàn)象的理解還處在不發(fā)達(dá)的階段，但為這種現(xiàn)象設(shè)計(jì)模型的工作已開始發(fā)展起來(lái)。已經(jīng)開發(fā)出了一種非線性的自由度為8的模擬模型，它利用簡(jiǎn)單的線性子系統(tǒng)模仿輪胎，懸掛系統(tǒng)及沖擊力。汽車由一個(gè)彈簧上質(zhì)量以及一個(gè)非簧載質(zhì)量（由前部和后部的汽車懸架組合而成）來(lái)表示。如圖912所示。當(dāng)汽車用

24、一個(gè)簡(jiǎn)單的質(zhì)量塊來(lái)進(jìn)行研究其橫向搖擺和側(cè)翻時(shí)，簧載和非簧載質(zhì)量在側(cè)翻，側(cè)向和垂向直線運(yùn)動(dòng)中有幾個(gè)自由度。側(cè)向車輪所受沖擊力約束力用既是彈性又是塑性的變形來(lái)模擬。減振作用包括車輪中的能量耗散力，簧載和非簧載質(zhì)量之間的側(cè)向襯套，懸架中的減振器和車輪沖擊力。該模型是國(guó)際公路交通運(yùn)輸安全委員會(huì)用公共基金開發(fā)。所以，任何人可以通過(guò)向委員會(huì)申請(qǐng)得到使用權(quán)。這款車型過(guò)去常常用來(lái)研究在汽車經(jīng)歷側(cè)翻時(shí)的狀態(tài)。集中討論是否有足夠的能量產(chǎn)生于約束沖擊中以提高汽車的重心從而達(dá)到側(cè)翻點(diǎn)。在車輪受到?jīng)_擊時(shí)，汽車轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)能量等于簧載和非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的0.5倍乘以它們各自轉(zhuǎn)動(dòng)速率的平方。同時(shí)，汽車重心的升高所

25、增加的勢(shì)能等于質(zhì)量乘以汽車重心升高的高度。如果這兩種能量總和超過(guò)了潛在能量，必須提高汽車重心使其超過(guò)外側(cè)車輪，側(cè)翻就會(huì)產(chǎn)生。從機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)看，這種能量法有很多不足。因?yàn)榧僭O(shè)中所有的運(yùn)動(dòng)能量都轉(zhuǎn)代為勢(shì)能從而將汽車重心提高到了側(cè)翻點(diǎn)，它忽略了來(lái)自于車輪在該過(guò)程中和地面接觸所產(chǎn)生的額外能量輸入或損失，也忽略了輪胎和懸架中的能量?jī)?chǔ)藏和損失。圖913所示為典型的車輪受沖擊過(guò)程的能量分析法結(jié)果：垂線標(biāo)繪為純側(cè)翻能量，它是每一時(shí)刻動(dòng)能和增加的勢(shì)能之和。側(cè)翻臨界點(diǎn)是重心超過(guò)外側(cè)車輪時(shí)的勢(shì)能值。如果側(cè)翻能量超過(guò)臨界點(diǎn)，側(cè)翻將會(huì)發(fā)生。在分析過(guò)程中，試驗(yàn)汽車在距離路緣石還有7.5英尺時(shí)被賦予一定的初速度。在每秒鐘22

26、英尺的速度下，碰撞會(huì)引起側(cè)翻能量水平的瞬時(shí)提高，這是由于旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能以及汽車重心的高度產(chǎn)生的勢(shì)能引起的。然而，總能量經(jīng)常很好的保持在臨界點(diǎn)以下，因此側(cè)翻不會(huì)發(fā)生。過(guò)一段時(shí)間，能量就會(huì)在懸架系統(tǒng)的作用下消失。每秒鐘23.075英尺時(shí)剛好足夠使汽車側(cè)翻的速度。側(cè)翻能量達(dá)到側(cè)翻臨界點(diǎn)，在這一點(diǎn)上動(dòng)能部分幾乎接近零。此后，在汽車完成側(cè)翻時(shí)，能量降低。在每秒2527英尺這樣更高的初速度下，側(cè)翻就會(huì)產(chǎn)生。圖913不平路面沖擊時(shí)的動(dòng)能這種方法論應(yīng)用在檢查側(cè)翻對(duì)汽車性能參數(shù)的影響中。當(dāng)然，人們發(fā)現(xiàn)輪距寬度和汽車重心高度的幾何參數(shù)所受的影響最大。第二個(gè)極為重要的變量是碰撞中汽車的車身變形特性，傳遞較大的沖擊變形的

27、過(guò)程中，擠壓中消失的能量減少了能量總和，而總的能量能夠?qū)е缕囎笥覀?cè)翻的動(dòng)作。汽車的重量顯然受到很少的影響，除了當(dāng)它影響到行駛高度重量增加會(huì)降低汽車重心高度時(shí)。同樣的，懸架剛度和減振特性所受到的影響也很小。4 、 側(cè)翻事故過(guò)程 注重在汽車設(shè)計(jì)中側(cè)翻機(jī)械特性的主要?jiǎng)恿κ菧p少或避免側(cè)翻事故的發(fā)生。最近幾年中，分析學(xué)家們已經(jīng)核查了事故報(bào)告。他們所做的努力是為了確認(rèn)那些與側(cè)翻經(jīng)過(guò)聯(lián)系最為緊密的汽車特性這個(gè)假定是這樣的，可以通過(guò)留意這些相關(guān)的汽車特性來(lái)減少側(cè)翻事故發(fā)生的頻率。在這些研究中，事故類型和汽車類型分類研究是常用的方法。最簡(jiǎn)單的處理方法是，在所有特定的汽車事故類型中，側(cè)翻頻率假設(shè)是在所有的汽車都

28、是相同的事故類型的范圍中。所以，那些汽車的任何非典型特性都是潛在的導(dǎo)致側(cè)翻的因素，應(yīng)該經(jīng)過(guò)討論得出能夠較好地減少這種潛在因素的方法。然而，當(dāng)認(rèn)識(shí)到商務(wù)車的非路面因素側(cè)翻比旅行車高，其部分原因是在這種環(huán)境中商務(wù)車使用得更頻繁，這種方法的缺點(diǎn)就更明顯了。通過(guò)制造更低更寬的汽車以改善它們的側(cè)翻性能，只能通過(guò)減少這種路面的遷移率來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了事故統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化,必須區(qū)分道路因素和非道路因素事故,側(cè)翻作為第一或僅有事故,側(cè)翻是伴隨事故.,使用因素和外部環(huán)境因素.考慮到汽車類型,通常被分為小客車,商務(wù)車(重心高,四輪驅(qū)動(dòng),用于個(gè)人運(yùn)輸),輕型卡車(用于個(gè)人運(yùn)輸和輕載拖運(yùn))和重型卡車.他們?yōu)槊绹?guó)國(guó)家公路交通安全

29、局所作的系統(tǒng)工藝學(xué)工作中檢驗(yàn)了各種小轎車的事故發(fā)生率和側(cè)翻傾向的關(guān)系.一些數(shù)據(jù)記錄如圖914所示.側(cè)情率(致命事故率每100000輛新車每年)和側(cè)翻臨界點(diǎn)用坐標(biāo)標(biāo)出.這里的側(cè)翻事故是指?jìng)?cè)翻作為第一或伴隨事故.數(shù)據(jù)顯示,隨著臨界值的增加,側(cè)翻事故發(fā)生率有減少的傾向.然而,坐標(biāo)圖中的分散現(xiàn)象表明需要側(cè)翻臨界點(diǎn)之外的更多知識(shí)去解釋事故原因.例如,Mercury Capri的事側(cè)翻故發(fā)生率是Vega三倍,它們卻有相同的側(cè)翻臨界值.由于這些不同的特點(diǎn),對(duì)于汽車設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),通過(guò)增加汽車側(cè)翻臨界值而得到確切低的側(cè)翻事故率是不可能的圖914 小轎車的側(cè)翻事故率圖915 小轎車和商用車的側(cè)翻事故率 檢驗(yàn)側(cè)翻事故

30、發(fā)生率和果斷的分析家對(duì)汽車不同的特點(diǎn)作出假設(shè)解時(shí),這自然觀察是常用的。近來(lái)，對(duì)于小可車和商務(wù)車的側(cè)翻事故的系統(tǒng)分析被Robert-son和Relley處理。該分析中有一些潛因素分析檢驗(yàn)。在他們的工作中，更寬的車輛范圍被考慮進(jìn)去。如圖915所示，為每100000輛汽車每年的事故量和側(cè)翻臨界值的關(guān)系，并且所說(shuō)的側(cè)翻是第一最為嚴(yán)重的事故。 從坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)我們看出，側(cè)翻臨界值事故發(fā)生之間更為直接關(guān)系。由于包含了較高事故率的商務(wù)車（CT-5，CJ-7,Blazer和 Bronco），所以得出了上面的關(guān)系。在臨界植為1.251.6的 汽車中，沒(méi)有明顯的側(cè)翻傾向。聯(lián)邦汽車安標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)）建議事故率很高的商務(wù)車的臨界值最小為1.2。另外，商務(wù)車的事故率極高不僅在該研究中發(fā)現(xiàn)，也在其他研究中發(fā)現(xiàn)。汽車設(shè)計(jì)者們利用事故記錄來(lái)檢查一些其他的因素，這些