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)向加速度達到一定的數(shù)值，該數(shù)值要超過車輛側(cè)面重量轉(zhuǎn)移到車輪上所抵消的加速度值。通過有坡度的路面（或無路情況）時由于不平路面的沖擊，地面松軟或其他障礙物會促使側(cè)向壓力提高從而使車輛“失足”。 側(cè)翻過程是一個包括作用在車輛上和車輛里的力的相互作用的復雜過程。側(cè)翻受操縱和高速公路的影響。人們已經(jīng)通過理論分析以及包括一系列復雜設備的模型實驗研究側(cè)翻過程。這個過程很容易通

2、過靜態(tài)基本結(jié)構(gòu)實驗來理解（忽略慣性和滾動平面上的加速度），并且促進發(fā)展更加復雜的模型。1、 剛性汽車的準靜態(tài)側(cè)翻 汽車側(cè)翻的最基本的機械特性可以通過考查轉(zhuǎn)彎過程中穩(wěn)定車身的受力均衡性來了解。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)動情況，假定汽車在穩(wěn)定狀態(tài)以使汽車沒有滾動加速度，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，而且角度很小時約有。以汽車接地點為中心的力矩關(guān)系為： （91） 從式（91）我們可以得出ay： （92） 在水平路面上（），沒有側(cè)向加速度，方程也成立。此時，內(nèi)側(cè)車輪載重，F(xiàn)zi，是車總重的一半。另外通過正確選擇坡面角度，可以使Fzi保持在具有側(cè)向加速度的汽車重量的一半.，即通過公式： （93） 在公路設計中，坡面被準確用在曲率設計中。在給定半徑和預定行駛速度的情況下，恰當?shù)倪x擇坡面以產(chǎn)生一個側(cè)向加速度，這個加速度在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)車輪上的負載必定減少。正是通過這個過程，汽車在轉(zhuǎn)彎過程中能夠去抵抗或抵消側(cè)翻運動力矩。當內(nèi)側(cè)車輪負載為零時極限轉(zhuǎn)彎情況就會發(fā)生（所有的負載轉(zhuǎn)移到外側(cè)車輪上）。在此極限位置側(cè)翻將會開始發(fā)生，這是因為汽車不能繼續(xù)維持在滾動平面上的平衡。側(cè)翻開始時的側(cè)向加速度是臨界加速度，并由公式給出： （94）沒有坡度時，使側(cè)翻發(fā)生的側(cè)向加速度的臨界值僅僅是?。這種簡單的側(cè)翻臨界點的估算過去常常用在汽車抵抗側(cè)翻運動的性能的估算中。該公式非常簡便，應為它只需要兩個汽車參數(shù)輪距和重心高度。然而，這種估算卻很保守（預測的側(cè)翻臨界值比精確值大很多

5、），該公式主要用來比較汽車性能而不是預測絕對的性能水平（一些動力學專家利用這種側(cè)翻臨界點逆形式作為汽車側(cè)翻傾向的估算，臨界點越低性能越好）。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），只有達到旅行車和輕型卡車的側(cè)翻的側(cè)向加速度才會有良好的轉(zhuǎn)彎能力。這就是說汽車無側(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)計證明卻不是這樣的，從而激勵更深入的側(cè)翻運動現(xiàn)象的分析在本章后面作探討。對重型卡車來說，由于在輪胎摩擦極限內(nèi)就可以達到側(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。穩(wěn)態(tài)車身側(cè)翻可以通過側(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。由于我們假設汽車處于穩(wěn)態(tài)，當側(cè)翻角為零時，側(cè)向加速度能達到側(cè)翻臨界值，一旦達到該臨界值，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，因為中心提高且向外側(cè)車輪偏移。圖93穩(wěn)態(tài)汽車側(cè)翻時的平衡橫向加速度這個區(qū)域不是從來就不是不穩(wěn)定的狀態(tài)，考慮到倆個車輪由于運動不協(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），使其遠離平衡點，如果這種遠離繼續(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。當側(cè)翻開始時，便產(chǎn)生了一個新的概念。由于汽車本身的不穩(wěn)定性，當汽車內(nèi)側(cè)車輪感離開地面時的狀態(tài)恰好被稱為汽車側(cè)翻的起始點。然而，對于駕駛員來說，通過控制轉(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。理論上，只有當側(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，側(cè)翻才是不可避免的。這個極限點即是圖中平衡加速度達到0的點（）人們很高興地認識到

8、技藝精湛的駕駛員可以使汽車達到這一點，并且在不穩(wěn)定狀態(tài)下用兩個車輪進行長距離駕駛。然而，如果汽車不小心側(cè)翻達到這個極值點時，一般的駕駛者很少能夠避免側(cè)翻。從傳統(tǒng)的觀點來看，汽車設計者們應該假定一旦汽車一側(cè)的側(cè)輪離開地面，大多數(shù)駕駛者來不及反應做出技術(shù)動作，所以應該側(cè)重于盡量完善汽車性能，使其達到該點。2、 考慮懸架的準靜態(tài)側(cè)翻象前面所做的分析那樣忽略輪胎和懸架的復雜性，過高的估計汽車的側(cè)翻臨界點。在轉(zhuǎn)彎時，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，車身在側(cè)翻過程中會伴隨著重心向轉(zhuǎn)彎過程中汽車外側(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)的汽車上的這些機械構(gòu)造。車身由它的質(zhì)量MS來表示，它連接在一個經(jīng)過假設是側(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。如果忽略質(zhì)量和軸的轉(zhuǎn)動，就會對側(cè)翻臨界點得出簡單的分析結(jié)果。假設左側(cè)車輪的載重量為零，計算右側(cè)車輪接觸地面的點的力矩用如下公式： （95） 此時彈性體的側(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，同時側(cè)向加速度用每克的弧度數(shù)來表示。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，上面方程

10、（96）中右邊第二項的存在而使側(cè)翻臨界點減少。對于一輛旅行車來說，0.5，側(cè)翻剛度為0.6度每克（0.1弧度g），第二項大約為0.95。那就是說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)向滑動的影響。類似的機構(gòu)原理來源于外側(cè)車輪的側(cè)向偏向，轉(zhuǎn)彎時，它允許車輪上的負載中心向內(nèi)側(cè)移動，有效的減少了輪距。對于典型的旅行車而言，車輪接地點的側(cè)向滑移又可以導致另外5的側(cè)翻臨界值的減少

11、。更簡捷的側(cè)向滑移的分析和有效側(cè)翻臨界點需要詳細的車輪模型和懸架系統(tǒng)。在該裝置中必須考慮以下幾點：l 懸架側(cè)翻中心側(cè)翻直接導致彈性體重心的側(cè)向移動。l 由于整體式車橋的側(cè)翻或獨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。l 由于轉(zhuǎn)向力和偏導裝置，車輪垂向力作用點的側(cè)向移動。（這些因素反映在取代兼有轉(zhuǎn)向和外傾的過多轉(zhuǎn)向運動過程中）。l 前后懸架和車輪的作用不同。對分析結(jié)果來說，考慮所有這些影響是不行的。特別的。如果前后懸架在負載和側(cè)翻剛度都相差較大時，同時模擬前后兩懸架的作用是必要的。當包括這些影響時，計算機程序是通常使用的計算準靜態(tài)側(cè)翻臨界點的方法。當這些機械裝置被簡明的模擬時，

12、汽車準靜態(tài)側(cè)翻響應便是如圖95所示的形式。側(cè)向加速度很小時，汽車側(cè)翻響應線性增加，直線斜率為側(cè)翻剛度。這個過程繼續(xù)進行直到其中一個內(nèi)側(cè)車輪舉起。（由于前后懸架和其負載的不同，實際汽車中，前后兩車輪一定不會同時離開地面。以多橋卡車為例，隨著每個內(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。）在該點上，由于側(cè)翻剛度被減少到僅由一個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?shù)诙€內(nèi)側(cè)車輪抬升時，側(cè)翻臨界點便已達到。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。這個平面圖表明，對于一輛給定輪距和重心高度的汽車來說，最高的側(cè)翻臨界點可通過提供最可能高

13、側(cè)翻剛度的彈性體（用高側(cè)翻剛度的懸架）和設計前后懸架以使內(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)翻時的平衡橫向加速度已經(jīng)發(fā)展的試驗方法去測量準靜態(tài)側(cè)翻臨界點通過“側(cè)翻實驗臺”。顧名思義，該試驗臺使汽車側(cè)翻，翻滾或平放，通過測量側(cè)翻出現(xiàn)時的角度來確定側(cè)翻臨界點。該方法對于具有很高的重心和很小的側(cè)翻角度（一般2025度）的重型卡車相當精確。然而對旅行車來說，側(cè)翻臨界點可能在45度左右。在角度很大時，作用在車身上向下的重力分力大幅度減少（45度時為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，從而導致過早的側(cè)翻并使試驗失?。o效）。為了避免這些錯誤，試驗程序必須設

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

15、體加一個轉(zhuǎn)動性力矩。如圖96所示，車身用MS表示，轉(zhuǎn)動慣性力矩為IXXS。懸架剛度和汽車左右兩側(cè)減震裝置來顯示。另外，前后車輪和懸架結(jié)合在一起以簡代分析過程。該模型對于檢測汽車在自然界中階躍輸入時突然施加側(cè)向加速度時的響應很有作用。當汽車進入滑路面，離合器鎖止然后經(jīng)受一個突然的轉(zhuǎn)向力回復力，此時離合器松開，也是一個典型的瞬態(tài)過程。另外，這也可以模擬汽車從低摩擦路面進入高摩擦路面時的效果?？梢粤谐鰝?cè)翻平臺上的運動微分方程來分析解決階躍輸入的問題。該系統(tǒng)響應和如圖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相似。圖97階躍輸入下的側(cè)翻響應在突然的加速度輸入情況下，側(cè)翻角響應是一個二次系統(tǒng)，在低

16、于臨界點時，側(cè)翻角增加到平衡點，但是因為當它達到平衡點時，仍然有側(cè)翻速度，它會越過穩(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)生一個低于準靜態(tài)臨界點的側(cè)向加速度，由于過沖量的存在，在瞬態(tài)響應中，它會導致側(cè)翻，這樣側(cè)翻臨界點低于瞬時操縱時的值。圖98 階躍輸入時阻尼對側(cè)翻臨界點的影響越過穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角的程度依賴于側(cè)翻阻尼器，圖98所示對于旅行車，商務車和重型卡車的計算側(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)在沒有阻尼器時，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

17、于汽車和商務用車來說，瞬時轉(zhuǎn)向操縱將減少側(cè)翻臨界值大約30，而對于準靜態(tài)懸掛汽車只減少10，對重型卡車來說，減少量接近50。運用一個正弦加速度輸入的模型說明在側(cè)翻臨界點上側(cè)翻共振的效果，正弦加速度輸入和障礙滑雪賽的過程相似。圖99正弦輸入下側(cè)翻臨界點頻率圖商務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以及對于不同路面的操縱特點。在正弦側(cè)向加速度輸入下，汽車響應依賴于輸入的頻率。圖99所示的對于汽車，商務車和重型卡車的側(cè)翻（車輪抬起）時的側(cè)向加速度和頻率的關(guān)系。頻率為0時，側(cè)翻臨界加速度接近于穩(wěn)態(tài)時的側(cè)翻加速度。穩(wěn)態(tài)時側(cè)翻加速度可以通過準靜態(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)驗表明，汽車變換車道操縱超過2秒（0.5Hz）也能引起側(cè)翻并使重型卡車側(cè)翻加快，司機很容易做到兩秒的速度調(diào)節(jié)。同時，操縱頻率必須使汽車側(cè)向移動810英尺以避免正常公路行駛速度時的路障。這樣，汽車變換車道操縱已確認為重型卡車側(cè)翻事故的常見原因。商務車和汽車相比較于輪胎寬度比例來說具有較低的重心，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，必須有非常快的轉(zhuǎn)向操縱。對司機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的

19、減少，它們只產(chǎn)生很小的側(cè)向偏移（即使一個相對應范圍到2Hz的轉(zhuǎn)向操縱也將僅僅導致汽車側(cè)向偏移一英尺）。由此得到的邏輯結(jié)論是：對旅行車和商務車而言，簡單的側(cè)翻共振對側(cè)翻不起什麼作用。為了汽車變換車道操縱和成功應付各種障礙，左右振動的時間應較低（4秒一次）。1HZ以內(nèi)的激勵頻率使汽車側(cè)翻共振很接近于準靜態(tài)時的狀態(tài)。因此，對這些汽車來講，以側(cè)翻的觀點看階躍轉(zhuǎn)向操縱比正弦轉(zhuǎn)向操縱確實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)翻響應橫擺運動產(chǎn)生側(cè)向加速度從而導致側(cè)翻，然后側(cè)翻又影響（改變）橫擺響應，通過輪胎轉(zhuǎn)向

20、力的減少而引起側(cè)向負載轉(zhuǎn)移和懸置。許多計算機模型利用汽車動力學已經(jīng)發(fā)展研究橫擺側(cè)翻關(guān)系這個行為的特點。圖910正弦輸入操縱時的輪胎受力和側(cè)向加速度相位圖用一個更綜合的模型去檢測正弦轉(zhuǎn)向操縱，去解釋汽車側(cè)翻響應的一個額外的重要現(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側(cè)向力（只被輪胎的松弛長度延緩）。但是，后輪只到側(cè)偏角產(chǎn)生時才受力。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)向力同時達到最

21、大值，側(cè)向加速度將達到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在相當長的時間內(nèi)傳遞加速度而調(diào)節(jié)加速度時使汽車橫擺邊向。對旅行車而言，這種影響導致緊急轉(zhuǎn)彎時反應遲緩。由于時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)動汽車常常驅(qū)動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)向時的靈敏性。四輪驅(qū)動除了具有轉(zhuǎn)向靈敏這一特點外，同時也會導致潛在的側(cè)翻行為提高。我們知道側(cè)翻共振頻率的范圍是1.52.0HZ，沒有相位滯后的四輪驅(qū)動汽車很容易讓司機在不可捉摸的駕駛中不小心引發(fā)側(cè)翻共振。在很長的汽車如學校巴士，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)向加速度一個持續(xù)2秒鐘的正弦轉(zhuǎn)向輸入可激發(fā)出一個汽車橫擺響應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為對牽引車及全掛車的安全性是極為有害的。因為對牽引車的低水平駕駛被擴大化而且能夠?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)束駕駛時幫助全掛車抵制側(cè)翻。這種特性現(xiàn)在正被應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的決定性的一個等級。比如路緣石或軟路面，從而使汽車側(cè)翻。雖然對這種現(xiàn)象的理解還處在不發(fā)達的階段，但為這種現(xiàn)象設計模型的工作已開始發(fā)展起來。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。汽車由一個彈簧上質(zhì)量以及一個非簧載質(zhì)量（由前部和后部的汽車懸架組合而成）來表示。如圖912所示。當汽車用

24、一個簡單的質(zhì)量塊來進行研究其橫向搖擺和側(cè)翻時，簧載和非簧載質(zhì)量在側(cè)翻，側(cè)向和垂向直線運動中有幾個自由度。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。該模型是國際公路交通運輸安全委員會用公共基金開發(fā)。所以，任何人可以通過向委員會申請得到使用權(quán)。這款車型過去常常用來研究在汽車經(jīng)歷側(cè)翻時的狀態(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到側(cè)翻點。在車輪受到?jīng)_擊時，汽車轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的運動能量等于簧載和非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量的0.5倍乘以它們各自轉(zhuǎn)動速率的平方。同時，汽車重心的升高所

25、增加的勢能等于質(zhì)量乘以汽車重心升高的高度。如果這兩種能量總和超過了潛在能量，必須提高汽車重心使其超過外側(cè)車輪，側(cè)翻就會產(chǎn)生。從機械觀點來看，這種能量法有很多不足。因為假設中所有的運動能量都轉(zhuǎn)代為勢能從而將汽車重心提高到了側(cè)翻點，它忽略了來自于車輪在該過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儲藏和損失。圖913所示為典型的車輪受沖擊過程的能量分析法結(jié)果：垂線標繪為純側(cè)翻能量，它是每一時刻動能和增加的勢能之和。側(cè)翻臨界點是重心超過外側(cè)車輪時的勢能值。如果側(cè)翻能量超過臨界點，側(cè)翻將會發(fā)生。在分析過程中，試驗汽車在距離路緣石還有7.5英尺時被賦予一定的初速度。在每秒鐘22

26、英尺的速度下，碰撞會引起側(cè)翻能量水平的瞬時提高，這是由于旋轉(zhuǎn)的動能以及汽車重心的高度產(chǎn)生的勢能引起的。然而，總能量經(jīng)常很好的保持在臨界點以下，因此側(cè)翻不會發(fā)生。過一段時間，能量就會在懸架系統(tǒng)的作用下消失。每秒鐘23.075英尺時剛好足夠使汽車側(cè)翻的速度。側(cè)翻能量達到側(cè)翻臨界點，在這一點上動能部分幾乎接近零。此后，在汽車完成側(cè)翻時，能量降低。在每秒2527英尺這樣更高的初速度下，側(cè)翻就會產(chǎn)生。圖913不平路面沖擊時的動能這種方法論應用在檢查側(cè)翻對汽車性能參數(shù)的影響中。當然，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)翻的動作。汽車的重量顯然受到很少的影響，除了當它影響到行駛高度重量增加會降低汽車重心高度時。同樣的，懸架剛度和減振特性所受到的影響也很小。4 、 側(cè)翻事故過程 注重在汽車設計中側(cè)翻機械特性的主要動力是減少或避免側(cè)翻事故的發(fā)生。最近幾年中，分析學家們已經(jīng)核查了事故報告。他們所做的努力是為了確認那些與側(cè)翻經(jīng)過聯(lián)系最為緊密的汽車特性這個假定是這樣的，可以通過留意這些相關(guān)的汽車特性來減少側(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致側(cè)翻的因素，應該經(jīng)過討論得出能夠較好地減少這種潛在因素的方法。然而，當認識到商務車的非路面因素側(cè)翻比旅行車高，其部分原因是在這種環(huán)境中商務車使用得更頻繁，這種方法的缺點就更明顯了。通過制造更低更寬的汽車以改善它們的側(cè)翻性能，只能通過減少這種路面的遷移率來實現(xiàn)。為了事故統(tǒng)計學標準化,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,商務車(重心高,四輪驅(qū)動,用于個人運輸),輕型卡車(用于個人運輸和輕載拖運)和重型卡車.他們?yōu)槊绹鴩夜方煌ò踩?/p>

29、局所作的系統(tǒng)工藝學工作中檢驗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)翻臨界點用坐標標出.這里的側(cè)翻事故是指側(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,坐標圖中的分散現(xiàn)象表明需要側(cè)翻臨界點之外的更多知識去解釋事故原因.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,對于汽車設計者來說,通過增加汽車側(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 檢驗側(cè)翻事故

30、發(fā)生率和果斷的分析家對汽車不同的特點作出假設解時,這自然觀察是常用的。近來，對于小可車和商務車的側(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。在他們的工作中，更寬的車輛范圍被考慮進去。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，并且所說的側(cè)翻是第一最為嚴重的事故。 從坐標圖中數(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，沒有明顯的側(cè)翻傾向。聯(lián)邦汽車安標準（美國）建議事故率很高的商務車的臨界值最小為1.2。另外，商務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)。汽車設計者們利用事故記錄來檢查一些其他的因素，這些