汽车的侧翻在线视频

同学们大家好

下面进行第五章

汽车的操纵稳定性第24知识点

汽车的侧翻的介绍

汽车的侧翻是指汽车在行驶过程中

绕其纵轴线 也就是X轴

转动90 °

或者更大角度的运动

以至于车身与地面会相互接触

这是一个非常危险的运动

汽车的侧翻

大体上可分为两大类

一类就是曲线运动的时候

它引起的侧翻

它这个时候

也很可能是侧向加度太大

最后阈值不够

侧翻阈值不够

它直接就侧翻了

另一种是绊倒型侧翻

这个曲线运动的侧翻

是在路上行驶的时候侧向加速度

超过了这样某一个限值

这个时候

使得内侧车轮的垂直反力为0

因为汽车在曲线行驶的时候

都是向外侧来倾斜的

当倾斜到了内侧车轮的

这种垂直反力为0的时候

它就翻转了

这个是一种

后边的这种 绊倒型侧翻

汽车发生侧滑了

路面附着系数不够

在一定侧向加速的情况下就侧滑了

但是路面上有障碍

这时候就绊在车轮上

就会把它绊倒 就会把它绊倒

这样叫做绊倒型侧翻

而在我们讨论的内容里边

我们只讨论前边这种

曲线运动时候侧翻

绊倒型侧翻因为是偶然的

这个东西在这里就不讨论了

从汽车的这种运动型侧翻里边

大体上又分为三类

一个就是

刚性汽车的准静态侧翻

这个汽车把它假设成刚性的

悬架没有 车轮轮胎也不变形

当这时你去导出来一个侧翻

它最直观 最简单

但是离实际也就越远

第二种就是考虑

带悬架汽车的准静态侧翻

也就是说我考虑悬架的作用

也就是说我这个汽车

曲线运动的时候

它悬架一作用

这时候质心会偏离出来一些

实际上使得汽车的稳定性的阈值

它实际是下降了

但是稍稍接近于实际一点

第三种的侧翻

它是瞬态侧翻

实际上汽车真正侧翻

基本上都是瞬态侧翻

稳态运动的时候

它怎么会侧翻呢

一般来讲它都是瞬态侧翻

当然这个稍稍复杂一点

实际上我们遵循着由易到难的流程

来介绍一下侧翻

首先介绍一下

刚性汽车的这种准静态的侧翻

这里刚性汽车

实际上也就是不考虑悬架

和轮胎的变形

这种准静态就是说

汽车在稳态转向的时候

这个时候就把它当成准静态

假如汽车有一定的角度

有一定的角度的情况下

假如我们认为这个角度

用β来表示

我们假设这个角度相对比较小

我们这时认为

sinβ就用β来表示

cosβ就用1

近似的来表示

针对这样的一个

刚性汽车的侧翻模型

我们会列出它的

侧翻的时候受力的情况

我们最上头这个表达式

实际上就是对外侧车轮

取力矩平衡的时候

它的这么一个表达式

这一项当然侧向加速度

乘以质心的高度

直接是导致侧翻的力矩

这样一项

则是由于道路坡道角引起的

这跟到底向哪方面倾斜是有关的

这个就是内侧车轮

它的垂直反力乘以轮距

这个也是造成侧翻的力矩

这个就是质心的位置

引起的稳定的力矩

假如在这里边

我们把侧向加速度除以g

把它提取出来

然后就会导出这样一个式子

这有一个坡道角

加上中括弧里边

一个是1/2

减去内侧车轮垂直反力除以mg

等式外边是轮距

除上质心的高度

当然侧翻的条件

实际上也就是内侧车轮的

垂直载荷为0

内侧车轮垂直载荷为0的情况下

那么我就会得到

侧翻的时候的表达式

等式是这样的

侧向加速度除以重力加速度g

这个等于什么呢

就等于轮距

除以两倍的质心的高度

再加上一个坡道

当坡道角β等于0的时候

那么我们就会得到侧翻的阈值

等于轮距

除上两倍的质心的高度

经常用这个数值

来预估汽车的抗侧翻能力

因为这是一个刚性汽车

然后显然这个阈值

估计出来是偏大一些的

偏大一些的

但是它又非常简洁

它只需要轮距和质心高度

这两个参数

用起来非常方便

在这个表格当中我们可以看到

一般来讲像轿车等等的

它这侧翻阈值都会大于1

尤其像跑车

它质心位置比较低

它侧翻阈值是最大的

当然在侧翻阈值里最小的

都是些什么车呢

重型货车和中型货车

一般来讲

由于它的质心位置相对比较高

然后像这种重型货车

它只有0.4到0.6

中型货车也就是0.6到0.8

相对来讲是比较小的

我们一般来讲

现在的公路条件都比较好了

附着系数一般来讲

都会到0.8以上

当侧翻阈值小于0.8的时候

汽车在路上走的时候

肯定是先侧翻

它不会先侧滑

你侧向加速度太大了

它就直接倒下去

尤其是那种质心非常高的罐车

或者一些集装箱的这种车等等

它在转弯的时候要非常小心

要使得侧向加速度比较小

它才会不侧翻

但是我们尽管很多轿车

刚才说了

表上列的阈值都大于1了

大于1了

意思它好像似乎不会侧翻

不会侧翻

但是事故统计表明

汽车 它有的时候

在很多车在侧翻的时候

它并没有侧滑

实际上也就是说明

刚才的刚性的这种侧翻

实际上是估值过高了

下边这个图

我们给出了这样一些国外的

很多统计的状况

也就是说它的侧翻阈值

和侧翻事故率的

统计的结果

这个图上当然表示

这横坐标

都是侧翻阈值

都是两倍的重心高度是分母

分子就是轮距B 是吧

这两个图都是一样的

当然我们可以看到

这个是指的

纵坐标是10万辆汽车

它发生侧翻的概率的情况

当然对于侧翻阈值很大的车

它也会有一点

但是这个量是非常少的

随着侧翻阈值的这个减小

那么它发生率也就提高了

当然左边图a

它实际上是指的微型汽车

微型汽车

这个b图是指的轿车

和多用途的汽车

当然微型车相对来讲

侧翻的概率稍稍大一点

无论侧翻阈值是多少

好像似乎它侧翻概率

都稍稍的比起轿车

稍稍多一点

尽管这些轿车

它都还会发生侧翻

但是明显的规律也就是

侧翻阈值大的

相对来讲侧翻的概率也就降低

刚才讨论的

就是刚性汽车的

按道理这种侧翻阈值

一般大于1以后

它就差不多就不应该侧翻了

那是为什么呢

因为刚才

给出来还是刚性汽车的

这种实际上我们的汽车

它是带悬架的

下面我讨论一下

带悬架汽车的准静态的侧翻

下边这个图

给出来的是带悬架汽车

它侧翻的时候的受力的情况

在这个图里边

这个车的轮距仍然还是B

带着悬架以后

它实际上也就是汽车

在受到侧向加速度以后

它首先会有侧倾

它有了一个侧倾角

这时候

质心就会偏出

原来的中心平面

当然偏出来这个距离

取决于质心高度

和侧倾中心高度

当然质心高度

和侧倾中心高度的之差

然后决定了

偏出来的距离的大小

按照刚才的这个模型

我们就也会得到侧翻阈值

首先我们根据刚才的受力模型

得到一个受力的方程式

这个式子

就像这个式子所表达的这样

在这里边

主要就是考虑了这样一项

也就是侧倾角

然后乘上质心至地面的距离

减去一个侧倾中心的高度

就是这样一项

当然了假如我们采用

侧倾柔度数值

把它带进去

实际上也就是侧倾角

应该是侧倾柔度

乘上侧向加速度

这样我们就可以得到

侧翻的阈值的表达式

刚才我们这个两倍的质心高度

分子是B的这样一项之外

还加了后边这一项

后边这一项

当然在这里边一般来讲

侧倾中心的高度

都是小于质心高度

所以这一项当然是小于1的

所以在这种情况下

这个分母就会大于1了

分母一大于1

侧翻阈值就会下降了

下面我们代入一些具体数值

看看侧翻阈值可能会下降多少

假如某一个轿车

侧倾中心的高度

和它的质心高度的比值0.5

然后侧倾的柔度

是每一个g侧向加速度的情况下

它有0.1弧度

大体上相当于不到6°

这样的一个侧倾值

这个时候它侧翻阈值

正好就变成了0.95倍的

原来刚性汽车的侧翻阈值

也就是悬架的影响

使得它降低了5%

另外实际上

汽车受到侧向力的时候

外侧轮胎

实际上也会产生侧向变形

实际上也是被压缩了

内侧轮胎由于受力减小了

也会伸张了

实际上轮胎本身

还产生了一个一定的侧倾

这个时候它实际上也使得

整个的侧倾角也变得大了一点

并且轮胎的弹性变形

还会使得轮胎接地中心向内偏移

实际上导致的是轮距减小两个效应

也就是轮胎的变形

也会使得侧翻阈值

大体上又减小5%

也就是考虑了悬架和轮胎变形以后

使得你的侧翻阈值下降10%

也就是在原来的基础上打了九折

这个使得阈值稍稍有些减轻

由于我们刚才看到

有时候1.5 1.4侧翻阈值的时候

它仍然还会侧翻

按道理是减小了10%

比如1.5变成1.35

它仍然大于你的

什么路面的附着系数

一般好的路也就是1.0左右

那为什么呢

实际上这时候主要还是瞬态

这种作用造成的

也就是汽车的瞬态侧翻

下边这个图是一个最简单的

汽车侧倾的物理模型

当然在这个模型里边

主要是增加了悬架质量

和转动惯量的影响

这是它的示意图

除了质心位置

会偏离出来一下以外

在这里边有它的转动惯量

和它的质量

也就是说它在侧倾的时候

它还有动态的作用在里边

采用模型以后

对于阶跃输入的响应

实际上类似于有阻尼的

单自由度的系统

对于阶跃输入的响应

这个响应的图

就像图所示是这样

这个横坐标是时间

这个纵坐标是侧倾角

随着瞬态的作用

有了侧向加速度输入以后

给一个阶跃输入

阶跃输入响应是这样一个响应

它会有一个超调

假如这个是稳态侧倾角的情况下

由于有这个超调

实际上就使得瞬态的侧倾角

会进一步的增大

一般来讲由于有超调的作用

也就是汽车瞬态的侧翻的阈值

比起准静态的时候

会有进一步的缩小

一般来说对于轿车和多用途的车来讲

阶跃转向的时候

侧翻阈值大体上会下降30%

也就是说它会降低30%

而货车甚至于它可能降低50%

通过这个我们就可以理解

有时候你的侧翻阈值1.5

甚至还有可能侧翻

1.5的话说实在

要是下降30%

这时候也就接近于1了

就接近于1了

这时候假如附着系数特殊的高

那么它也可能会侧翻

当然了对于大货车

它就更危险了

我们看到了大货车侧翻阈值

本来也就是0.4到0.6

下降一半

变成0.2到0.3了

所以开大货车来讲

说实在的真正高速行驶的时候

要非常小心

在高速公路上做移线的时候

比如说像超车

那么就要慢慢慢慢的过去

不能急打方向盘过去

这时候很可能会造成侧翻

一般来讲

超调量的大小

是取决于侧倾阻尼的

下边这个图

给出了侧倾阻尼

对侧翻阈值的影响

我们这个图的横坐标

是临界阻尼比

这个纵坐标

当然就是的所谓的侧翻阈值

当然这0的时候

它的侧翻阈值是最小的

随着阻尼比的增大

实际上

侧翻阈值是缓慢增加的

无论是货车

多用途车和轿车

基本上都是状况

一般我们的阻尼比是在0.3左右

基本上30%阻尼比的时候

它的侧翻阈值

基本上就可以

把它当成瞬态的侧翻阈值

从刚才那个图我们可以看到

没阻尼的时候

侧翻阈值是最小的

随着这个阻尼的增大

稍稍的侧翻阈值有所增大

当然在侧向加速度

是正弦输入的情况下

比如像我们前边

坐中间位置的

操纵稳定性实验的时候

你给它就是正弦输入

在正弦输入的条件下

实际上汽车的侧倾响应

它和输入频率有很大的关系

不仅仅取决于阻尼

和输入的频率有很大的关系

当输入的频率

接近于固有频率的时候

那么它就会产生共振

这时候超调量会变得非常的大

下边这个图

给出了侧倾响应

与输入频率的关系

我们这个图的横坐标

当然就是频率

这个纵坐标就是侧倾加速度

当我们这个频率接近于0的时候

得到的应该就是稳态的阈值

当然了

我们在接近于共振的时候

就会使得这个数值

大幅度的缩小

我们可以看到重型货车

实际上它频率也是最低的

大体上也只有0.8赫兹左右

而对于轿车 多用途车

基本上都是在1.5以上

实际上相对来讲

就会安全得多

对于大货车我们可以看到

它的共振频率小于1

甚至只有0.8赫兹左右

一般根据驾驶员的经验

在高速公路上正常行驶的时候

驾驶员他比如要做移线

会在两秒钟内操纵汽车

侧向移动

差不多三米左右距离

因为你要超车

当然要移线

要移出一个车宽来

这个时候实际上对于大货车来讲

就已经很危险了

这时候大货车

更改车道避开其它障碍的时候

那假如两秒钟

实际上也就是0.5赫兹的频率

它已经很接近于它的0.8赫兹

或者1赫兹的

这时候共振频率

总之已经在

它的共振频率的0.3倍的

就是1/3这个共振频率的

这样上方了

比如就是1赫兹

那么一般来讲

进入1/3的这个共振频率区域

实际上就是有共振的效应了

实际上这时候就有共振的效应了

假如要是0.5赫兹的时候

这个时候它就会造成

比较大的侧倾

瞬态的响应

很容易造成侧翻

当然对于多用途车或者轿车

由于它的共振频率

在1.5赫兹左右

这时候0.5赫兹

大体上也就是在

它的1/3左右的样子

还没有进入共振区

这个时候一般来讲是安全的

一般这个时候安全

所以对大货车来讲

反而它是非常危险的

有关侧翻的知识

就介绍到这里