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客 车 技 术 与 研 究第4期 BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.4 2019作者简介:纪绪北(1985 ),男,硕士;工程师;主要从事客车结构安全和流体的仿真分析工作㊂客车侧翻仿真与试验分析纪绪北,雷发荣,潘亚南,陈 龙(比亚迪汽车工业有限公司,广东深圳 518118)摘 要:根据GB 17578 2013的要求,对某款客车进行侧翻试验和多组参数方案的仿真分析㊂关键词:客车侧翻;仿真与试验;生存空间中图分类号:U467.1+4;U469.1 文献标志码:A 文章编号:1006-3331(2019)04-0016-03Simulation and Test Analysis of a Coach RolloverJI Xubei,LEI Farong,PAN Yanan,CHEN Long(BYD Automobile Industry Co.,Ltd.,Shenzhen 518118,China)Abstract :According to the requirements of GB 17578 2013,the author does the rollover test and the sim⁃ulation of multi-parameter scheme for a coach.Key words :coach rollover;simulation and test;living space 客车已成为中短途的客运主力,然而客车 群死群伤”的事故时有发生,给人民的生命财产带来了巨大的隐患㊂数据统计[1-2],侧翻发生的事故率和死伤人数比例是最高的㊂欧洲和中国相继出台了客车侧翻法规ECE R66[3]和GB 17578 2013[4],对客车侧翻性能提出了明确的要求㊂为了提高客车设计水平,计算机仿真技术在侧翻分析中得到广泛应用[5-10],由于仿真模型中关键参数的设置对仿真的结果影响较大,所以仿真的精度和一致性应与侧翻试验对标㊂1 侧翻有限元模型前处理1.1 侧翻模型的建立根据某款客车的UG 数模,应用HyperMesh 软件进行前处理,将模型离散成二维和三维单元网格㊂根据GB 17578 2013中网格质量要求对网格进行质量检查,符合要求后赋予相应的材料属性和参数㊂仿真模型与实车的质量㊁质心数据见表1㊂表1 质量和质心位置(x ,y ,z )对比质量/tx /mm y /mm z /mm 实车7.09267931.0-187.0仿真模型7.10261241.6-185.6侧翻试验是将整车置于800mm 高的翻转平台上,车轮侧面用阻挡块挡住,平台绕转轴缓慢抬升至车辆临界失稳状态,在重力作用下,整车翻转到水平的水泥地面上㊂此款车型侧翻临界的转动角速度为2.07rad /s㊂1.2 参数设置在侧翻过程中由于结构变形比较严重,结构件之间会出现接触,因此在仿真模型中设置整车骨架结构单元之间的自接触,主要参数:静摩擦系数为0.35,动摩擦系数为0.2㊂整车与刚性地面之间的接触是本文的研究重点,其取值对仿真的结构影响较大㊂在仿真模型中,取值分别为0.2㊁0.4㊁0.6㊁0.8和摩擦绑定(tie)㊂骨架的失效形式和取值对骨架的断裂仿真影响较大,在仿真模型中,采用两种失效形式:等效应变失效值取0.12,等效拉伸塑性应变失效值取0.04㊁0.05㊁0.06㊂2 仿真分析2.1 仿真结果的有效性验证将建立的整车骨架有限元模型提交到LS_DY-NA 进行计算,根据计算资源,设置积分步长,计算总时长为0.3s㊂图1为整车侧翻变形最大时刻的示意61图㊂从整个计算过程的内能㊁动能㊁沙漏能等随时间变化曲线中可知:滑移能为1083.2J,沙漏能为588.6J,都在初始动能51489.1J 的5%之内;Mass⁃ing Scaling 质量增加了0.234t,不超过总质量7.09t的5%;整车的撞击能E c =M ×g ×Δh =4813.13J 小于分析的初始最大动能E k =51489.1J,上部结构的吸收能量E a =3895.7J 大于上部结构需要吸收的总能量E T =0.75E c =3609.75J,满足仿真分析要求㊂图1 侧翻仿真整车变形最大时刻2.2 生存空间测量在侧翻试验中,为了检测车身立柱是否侵入生存空间,通常在车架上固定变形规,位置与车身立柱位置对应㊂在变形规上安装针头,测量试验前后针头伸出的长度,得到车身立柱在侧翻过程中与生存空间的最小距离㊂在仿真分析中同样测量仿真过程中生存空间的测点与立柱之间的最小间距㊂2.3 材料失效断裂在侧翻试验与仿真分析中,因碰撞冲击力的作用,车身结构材料发生大变形,在受力集中位置容易出现塑性铰,从而发生折弯或断裂㊂分析仿真断裂的位置与试验断裂位置的一致性㊂3 数据分析本文以材料的两种失效形式㊁多组失效系数和多组摩擦系数进行侧翻仿真分析,测量生存空间与车身立柱之间的距离,以及统计车身骨架断裂的位置,并与试验结果对标㊂本文方案参数取值见表2㊂其中等效塑性应变是材料在整个变形过程中塑性应变的积累结果,取值范围一般为0.08~0.12㊂Thining 塑性应变是塑性应变的一种细化,是金属材料拉伸变薄达到一定程度后失效,其取值0.04~0.06㊂摩擦系数是侧翻客车车身与刚性地面的摩擦关系,其取值范围一般在0~1之间,或者tie_weld 绑定,tie_weld 是将地面与车身接触摩擦力设置无穷大,阻止车身与地面的滑动摩擦㊂表2 仿真方案参数设置方案失效类型失效取值摩擦系数1~4等效塑性应变0.120.2,0.4,0.6,0.85~6等效塑性应变0.10,0.080.087~9等效塑性应变0.12,0.10,0.08tie_weld 10~12Thininng 塑性应变0.06,0.05,0.04tie_weld 3.1 生存空间距离分析在试验过程中,由于其他因素的干扰,变形规上的针头变形折弯等,部分测点位置的针头数据不可用㊂现以12种方案中的方案6㊁7㊁11数据为例进行统计㊁分析㊂在侧翻试验中剔除异常数据,共获得了23个可用的试验数据,与对应的仿真数据对标进行处理分析㊂将试验中得到的数据位置测点从分析点1到分析点6,再从变形规1到变形规6的位置,分别命名为分析点1至分析点23㊂生存空间与车身立柱的最小距离如图2所示㊂图2 生存空间与立柱间的距离从图2中可以看出侧翻试验值与3种仿真方案中的数据变化趋势有较好的一致性,如分析点1~13的距离都小于0,说明生存空间已与车身立柱发生干涉,仿真与试验结果接近㊂分析点14~23大于0,仿真方案中测点16~23大于0,生存空间与车身立柱之间有安全距离,但是仿真与试验之间存在一定的偏差㊂对上述的12种仿真方案进行数据分析,将试验数据减去仿真分析中的23个测点的数据,得到差值,以 0”为目标值,进行方差和标准差计算,分析仿真71 第4期 纪绪北,雷发荣,潘亚南,等:客车侧翻仿真与试验分析值与试验值的偏离程度㊂结果见表3㊂表3 生存空间距离数据处理结果方案1方案2方案3方案4方案5方案6方差9555.096998.374787.622843.631769.32473.14标准差97.7583.6669.1953.3342.0621.75方案7方案8方案9方案10方案11方案12方差150.24340.17404.4183.86457.101725.75标准差12.2618.4420.1113.5621.3841.54从3表可知:1)从方案1到方案4可以看出,在失效形式和取值相同的情况下,摩擦系数越大,生存空间与立柱最小距离的仿真值与试验值越接近;2)从方案4到方案6可以看出,在失效形式和摩擦系数相同的情况下,失效取值越小,生存空间与立柱最小距离的仿真值与试验值越接近;3)从方案6到方案8可以看出,在摩擦绑定(tie),失效为等效塑性应变时,失效取值对结果的影响不大,生存空间与立柱最小距离的仿真值与试验值较接近;4)从方案10到方案12可以看出,在Thining失效,摩擦绑定(tie)时,失效取值越大,生存空间与立柱最小距离的仿真值与试验值越接近㊂3.2 断裂失效分析将仿真结果进行断裂失效位置统计分析,并与试验结果进行对比分析研究㊂方案7至方案12仿真结果中骨架断裂位置数量情况统计结果见表4,其中A 代表仿真断裂试验未断裂位置数量,B代表仿真与试验断裂情况一致位置数量,C代表仿真未断裂试验断裂位置数量,D代表仿真准确度,计算公式如下:D=B A+B×100%表4 断裂失效数据分析A B C D/%方案7/86/132/26/625/13.3方案9/1020/04/54/316.7/100方案11/121/56/82/085.7/61.5从表4可知,方案7㊁8和9仿真与试验断裂情况一致性较差;仿真中断裂位置与方案10和11相比较多;方案10和11仿真断裂情况与试验较为接近㊂4 结束语综合考虑生存空间与车身立柱距离和车身断裂情况,在客车侧翻仿真分析中,车身材料失效设置为Thininng塑性应变,大小设置为0.06,车身与地面的摩擦设置为tie_weld即可获得与试验较为接近的结果㊂采用此参数的客车侧翻仿真分析有利于准确㊁快速地改进整车设计,节约时间和成本,提高客车侧翻认证通过的可能性㊂参考文献:[1]孙超.汽车侧翻安全的CAE仿真研究[D].沈阳:东北大学,2010.[2]李毅.大客车侧翻碰撞安全性设计与优化关键技术研究[D].广州:华南理工大学,2012.[3]ECE R66/01.Uniform Technical Prescriptions Concerning the Approval of Large Passenger Vehicles with Regard to the Strength of Their Superstructure[S].2006.[4]全国汽车标准化技术委员会.客车上部结构强度要求及试验方法:GB17578 2013[S].北京:中国标准出版社, 2013:11.[5]王安庆.大客车车身段侧翻仿真分析[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012.[6]孙信,王青春,桂良进,等.大客车翻滚安全性有限元分析[J].汽车技术,2007(8):34-37.[7]TIWARI,Sanjay.Performance Evaluation of Bus Structure in Rollover as Per ECE-R66Using Validated Numerical Simula⁃tion[C]∥SAE Pater,Pune:VE Commerical Vehicles Ltd, 2009:1-7.[8]那景新,王秋林,高剑峰,等.基于侧翻安全性的客车腰梁接头结构改进研究[J].汽车工程,2015(7):848-852. [9]邓兆祥,胡玉梅,王攀,等.客车耐撞性结构优化设计[J].机械工程学报,2005,41(11):217-220.[10]王超,金智林,张甲乐.大客车侧翻稳定性分析及防侧翻鲁棒控制[J].重庆理工大学学报(自然科学),2017(10):12-19.收稿日期:2018-06-0381客 车 技 术 与 研 究 2019年8月。
X型自卸车型侧翻分析报告张敏北汽福田汽车股份有限公司长沙汽车厂技术中心CAE分析室长沙410129近年来，自卸车的侧翻己经成为一个重要的安全问题，据统计，自卸车侧翻事故己成为仅次于汽车正面碰撞的严重车辆事故，侧翻稳定性研究引起了人们的重视。
而自卸车由于自身结构因素决定了其整车的质心高度较一般载货车要高，其失稳的危险性也较一般载货车要高。
自卸车特殊的、危害最大的失效形式是卸载时作业失稳自卸汽车按货厢倾卸方向分为后倾卸式和三面倾卸式两种。
倾卸机构是自卸汽车的关键装置，它直接关系到自卸汽车的使用性能及整体布置。
倾卸机构要有很好的动力性，卸料过程平衡、协调，满足结构紧凑、安全可靠的要求由于自卸汽车通常采用的是车架和车厢相分离的结构以及开式车厢，致使自卸汽车车厢在卸货时的刚度较弱，再加上运载货物的物理和化学性质、气候、道路、工作场地的影响，有时在卸载时会出现侧翻现象，发生严重的事故。
根据事故的分析统计，影响汽车侧翻的因素很多，也很复杂。
其中导致事故发生的两个关键因素有：(1)驾驶员对汽车的操纵或者货物装载不良。
(2)道路条件不良。
（3）车辆设计问题。
（4）高速转向因此，自卸汽车的倾翻稳定性是自卸汽车设计及使用过程中的重要研究热点问题。
有必要对侧翻的情况进行分析，计算和试验，以提高自卸车抗侧翻的能力但是，由于自卸车的应用领域限制了其设计研究的范围和规模。
而传统设计大都采用类比法或经验取值法，也限制了产品性能的进一步提高，往往自卸车的作业稳定性试验并不够，己不能适应社会高速发展和对产品安全高性能的要求。
下面就将某自卸车型作为研究对象进行分析，利用CAD，CAE等手段。
1、 某整车参数。
表1 某车型参数2、 静止状态整车为刚性时的侧翻计算2.1 理论分析在不考虑悬架及轮胎弹性变形的情况下，即将整车视为“刚性汽车”的模型。
假设重型汽车在侧翻时尚未发生侧滑，当发生侧翻时其中一个轮胎不受力，轮胎与地面的相对距离迅速增加。
大客车侧翻原因分析侧翻事故作为所有道路交通事故中致命率极高的恶性交通事故，对国民经济与人身安全具有很大的危害。
汽车侧倾稳定性在行車安全中的问题越来越突出，交通事故中侧翻事故所占的比例逐年递增。
目前国内在防侧翻控制方面的研究还处于理论研究阶段，防侧翻控制技术还不成熟，没有成熟可靠的防侧翻控制产品装配车辆。
即使是高端的客车车型，采用的也是国外公司匹配的产品，大部分营运车辆并没有装备防侧翻系统。
此外，国内公路交通运输普遍的超载现象，更进一步恶化了车辆的侧翻稳定性。
本文对大客车侧翻事故进行研究，对55起交通事故进行了调查以及对导致侧翻的原因进行分析，包括对侧翻阈值的分析来评价大客车的侧翻稳定性，从而为主动控制技术、安全驾驶方面、疲劳监测方面等对其预防进行研究分析打下基础。
标签：侧翻原因；交通事故一、道路交通事故原因分析道路交通事故的影响因素体系包含四个子系统，第一为用路者因素，第二为道路因素，第三为交通流与车辆因素，第四为环境因素。
（一）用路者因素驾驶员是道路交通事故的主要因素，引起事故的原因可以分为直接因素和间接因素，直接因素有：感知不准、反应不当、判断失误；间接因素有：生理状况异常、心理状况异常、违章驾驶、驾驶经验不足等。
（二）车辆因素根据对某高速公路连续三年事故统计资料的分析，由于汽车机械故障所致交通事故占所有事故占所有事故的12.63%。
汽车的新旧、性能优劣、维修好坏等都会影响事故的多少。
车辆种类的多样化使行驶在路上的车辆尺寸不一、载重相差悬殊，性能差别很大，而驾驶员并不完全熟悉各种车辆的性能与特点，这些都给交通安全造成隐患。
（三）道路因素道路上交通事故的形成，其表象与直接的诱因多为驾车者的违章或过失，而潜在与间接的因素涉及到道路的线形设计。
线形设计通过对驾车者行为的客观干扰，据事故调查显示，事故在道路上会出现明显的集中分布，这与道路因素有关，而道路因素分为道路等级、平面线形、纵断面线形、道路横断面构成和交叉口五个方面。
图1正弦停滞转向试验中转向盘转角输入图慢增量转向试验中的“A”值应在该项试验完成后的小时内计算确定。
整个试验过程中，不能更换轮胎。
换了轮胎，需要按照轮胎磨合的规定对该组轮胎进行再次的磨合试验后，开始正弦停滞转向试验。
顺时针和逆时针的两组试验都完成以后，对试验所得3试验曲线根据相关规定，在ESC试验（方向以模型中的车辆坐标系为参考，设定最后一次方向盘转角为270°）过程中，如果慢增量转向试验中计算得出的值6.5A≤300°，那么每组正弦停滞试验的最后一次试验中，6.5A或270°中的较大者为转向盘转角幅值；其中任何一次正弦停滞试验的转3.1.2横摆角速度曲线横摆角速度与时间变化的关系曲线，如图4所示。
（图4中±0.56rad/s为侧翻临界点）3.1.3侧向加速度曲线见图5。
（图5中±12.43m/s2为侧翻临界点）3.1.4侧倾角曲线车辆相对于水平试验路面的车身侧倾角随时间变化的关系曲线，见图6。
（图6中±5.95°为侧翻临界点）由上图可知，在没有ESC系统介入或其失效的前提下，防侧翻支架是提供试验安全的唯一保障。
3.2ESC介入工作时的数据曲线3.2.1方向盘转角曲线在此次ESC试验过程中，每组试验的最后一次试验图2峰值横摆角速度随方向盘转角的变化曲线图3方向盘转角曲线图图4横摆角速度变化1曲线图5侧向加速度曲线图图6侧倾角(°)曲线图3.2.2横摆角速度曲线由陀螺仪（RT3000）测得的车辆在此试验条件下的横摆角速度随时间变化的曲线图，如图8所示。
3.2.3侧向加速度曲线由陀螺仪（RT3000）测得在此试验条件下车辆侧向加速度随时间变化的曲线图，如图9所示。
由上图可知，在方向盘转角输入为270°的正弦停滞试验过程中，车辆相对于路面的侧倾角随着方向盘输入角度的变化而变化，与上节的理论分析相一致，在实际测试图7方向盘转角曲线图图8车辆横摆角速度曲线图图9侧向加速度曲线图图10侧倾角(°)曲线。
汽车碰撞模拟仿真中车辆侧翻的动力学分析近年来，随着汽车安全性的不断提升，对于汽车碰撞的仿真模拟也变得越来越重要。
其中，汽车侧翻事故在道路交通事故中占据一定的比例，因此对车辆侧翻动力学的深入研究和分析具有重要意义。
本文将通过汽车碰撞模拟仿真，深入探讨车辆侧翻的动力学分析。
1. 车辆侧翻的影响因素分析在进行车辆侧翻动力学分析之前，首先需要了解影响车辆侧翻的各种因素。
主要包括以下几个方面：1.1 汽车动力学性能：汽车的重心高度、车辆质量分布、悬挂系统、转向灵敏度等直接影响车辆的侧翻稳定性。
例如，高重心、重量分布不均匀的车辆更容易侧翻。
1.2 车辆速度和行驶轨迹：车辆速度和行驶轨迹对车辆侧翻具有重要影响。
高速行驶时，车辆的侧翻风险更高。
1.3 外部环境因素：包括道路状况、车辆所受侧风及其他外力的作用等。
不同的道路状况和侧风风速会对车辆侧翻产生不同的影响。
2. 汽车碰撞模拟仿真技术汽车碰撞模拟仿真技术是一种通过计算机模拟和分析车辆在碰撞过程中的动力学行为和变形情况的方法。
通过建立数学模型、运用数值计算方法，可以在实验室环境下模拟真实的碰撞事故，帮助工程师评估汽车的安全性能。
此外，仿真还可以根据不同的碰撞角度、碰撞速度和碰撞对象对车辆侧翻的影响进行分析。
3. 车辆侧翻的动力学分析通过汽车碰撞模拟仿真，可以获得车辆在不同碰撞条件下的动力学响应数据。
根据这些数据，可以进行车辆侧翻的动力学分析。
3.1 车辆滚转角度分析：通过模拟碰撞后车辆的滚动角度变化，可以评估车辆侧翻的风险。
如果滚动角度较大，说明车辆在碰撞过程中有可能侧翻。
3.2 车辆转向角分析：车辆在侧翻过程中，转向角度的变化也十分重要。
模拟分析车辆在侧翻过程中转向角的变化情况，可以有效评估车辆侧翻的风险。
3.3 车辆重心高度分析：车辆重心的高度对侧翻稳定性有着直接的影响。
通过计算模拟，可以确定不同重心高度对车辆侧翻风险的影响程度。
4. 车辆侧翻风险评估根据上述动力学分析结果，可以对车辆的侧翻风险进行评估，具体包括以下几个方面：4.1 确定车辆侧翻的潜在风险：根据模拟结果，确定车辆在不同碰撞条件下的侧翻潜在风险。
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图9－2 侧翻汽车的受力 汽车侧翻分析在汽车行驶中中,侧翻就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,地面松软或其她障碍物会促使侧向压力提高从而使车辆“失足”。
侧翻过程就是一个包括作用在车辆上与车辆里的力的相互作用的复杂过程。
侧翻受操纵与高速公路的影响。
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(忽略惯性与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。
稳定的车辆就是指悬架与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、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(前轮与后轮)。
在很多公路环境中,它也适合考虑横向坡度。
如大家所知的坡度与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”ϕ”,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()1cos ,sin ==ϕϕϕ。
以汽车接地点为中心的力矩关系为:02=-+-t zi y Mgt F Mh h Ma ϕ (9－1)从式(9－1)我们可以得出a y : h t MgF h t g a zi y-+=ϕ2 (9－2)在水平路面上(0=ϕ),没有侧向加速度,方程也成立。
此时,内侧车轮载重,F zi ,就是车总重的一半。
另外通过正确选择坡面角度,可以使F zi 保持在具有侧向加速度的汽车重量的一半、,即通过公式:g a y =ϕ (9－3)在公路设计中,坡面被准确用在曲率设计中。
在给定半径与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。
正就是通过这个过程,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,这就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就是临界加速度,并由公式给出:hh g a t yϕ+=2 (9－4) 没有坡度时,使侧翻发生的侧向加速度的临界值仅仅就是??。
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—轮距与重心高度。
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就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th 2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就是不同的,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就是0、8),只有达到旅行车与轻型卡车的侧翻的侧向加速度才会有良好的转弯能力。
这就就是说汽车无侧翻的在平坦路面上疾驰就是可能的。
由此我们可得出结论,这些类型的汽车侧翻情况就是很少的。
然而,事故统计证明却不就是这样的,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与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。
这个区域不就是从来就不就是不稳定的状态,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就是可能的,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,侧翻才就是不可避免的。
这个极限点即就是图中平衡加速度达到0的点()2(tan 1t h -=ϕ) 人们很高兴地认识到技艺精湛的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,一般的驾驶者很少能够避免侧翻。
从传统的观点来瞧,汽车设计者们应该假定一旦汽车一侧的侧轮离开地面,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、 考虑悬架的准静态侧翻象前面所做的分析那样忽略轮胎与悬架的复杂性,过高的估计汽车的侧翻临界点。
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。
重力的分力能够减少力臂从而抵制侧翻的产生。
图9－4显示的就是具有悬架系统的汽车上的这些机械构造。
车身由它的质量M S 来表示,它连接在一个经过假设就是侧翻中心的轴上。
侧翻中心就是指汽车发生侧翻所围绕的轴心,也使侧向力由轴转移到弹性块所在的点。
如果忽略质量与轴的转动,就会对侧翻临界点得出简单的分析结果。
假设左侧车轮的载重量为零,计算右侧车轮接触地面的点的力矩用如下公式:[])(200r S y S h h t g M h a M M ---==∑φ (9－5) 此时弹性体的侧翻角φ仅就是侧翻刚度φR ,就是侧向加速度a y 的数倍。
侧翻刚度就是侧翻角变化率,同时侧向加速度用每克的弧度数来表示。
代入消去侧翻角从而得到侧向加速度:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=h h R h t g a r y1112φ (9－6)图9－3稳态汽车侧翻时的平衡横向加速度图中: h=汽车重心到地面的高度h r =侧翻中心到地面的垂直距离t=轮距R =侧翻刚度(弧度／克)由于考虑到汽车重心的侧向滑动,上面方程(9－6)中右边第二项的存在而使侧翻临界点ht 2减少。
对于一辆旅行车来说,h h r ＝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。
那就就是说由于这样的作用原理,侧翻临界值大约减少了5％。
赛车具有低侧翻刚度与低重心,受这种影响更低。
然而,豪华轿车具有较高的侧翻刚度与重心,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的距离所以可以减少侧向滑动的影响。
类似的机构原理来源于外侧车轮的侧向偏向,转弯时,它允许车轮上的负载中心向内侧移动,有效的减少了轮距。
对于典型的旅行车而言,车轮接地点的侧向滑移又可以导致另外5％的侧翻临界值的减少。
更简捷的侧向滑移的分析与有效侧翻临界点需要详细的车轮模型与悬架系统。
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的侧向移动。
● 由于整体式车桥的侧翻或独立式弹性车轮的外倾,并考虑到轮距,悬架侧翻中心的侧向移动。
● 由于转向力与偏导装置,车轮垂向力作用点的侧向移动。
(这些因素反映在取代兼有转向与外倾的过多转向运动过程中)。
● 前后悬架与车轮的作用不同。
对分析结果来说,考虑所有这些影响就是不行的。
特别的。
如果前后悬架在负载与侧翻 刚度都相差较大时,同时模拟前后两悬架的作用就是必要的。
当包括这些影响时,计算机程序就是通常使用的计算准静态侧翻临界点的方法。
当这些机械装置被简明的模拟时,汽车准静态侧翻响应便就是如图9－5所示的形式。
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。
(由于前后悬架与其负载的不同,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,随着每个内侧车轮的举升,斜率发生变化,结果在此区域形成由三,四段线性部分组成的曲线。
)在该点上,由于侧翻刚度被减少到仅由一个与地面仍然接触的悬架产生的刚度,曲线斜率变的较低。
当第二个内侧车轮抬升时,侧翻临界点便已达到。
这以后,侧翻曲线沿着向下的斜线,完全与所讨论的稳态车辆相同。
这个平面图表明,对于一辆给定轮距与重心高度的汽车来说,最高的侧翻临界点可通过提供最可能高侧翻刚度的弹性体(用高侧翻刚度的悬架)与设计前后悬架以使内侧车轮在相同的侧翻角条件下抬升获得。
已经发展的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的角度来确定侧翻临界点。
该方法对于具有很高的重心与很小的侧翻角度(一般20～25度)的重型卡车相当精确。
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,作用在车身上向下的重力分力大幅度减少(45度时为30％)。
被减少的作用在悬架与轮胎上的力就是车身抬升到正常行驶位置以上,从而导致过早的侧翻并使试验失败(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、汽车的瞬态侧翻迄今为止,分析必须就是准静图9－5悬架汽车侧翻时的平衡横向加速度态,且模拟当汽车处于稳态时的侧翻(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的情况,一个瞬间模拟就是必需的。
瞬态响应模拟试验希望描述出汽车侧翻随时间变换的关系,在最基本的水平下,简单的侧翻模拟试验通常被用来检验简单的随时间变化的侧向加速度的响应情况。
渐渐的,更广泛的综合各种偏摇想法的模拟试验台与侧翻平台被发展去检测各种操纵环境下的侧翻响应。
