重型車輛側翻因素探討

陳東樂

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

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重型車輛側翻因素探討

陳東樂

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

摘 要：伴隨著我國國民經濟的快速發展，物流行業的迅速興起，大載貨能力的重型汽車需求量越來越大。在相關機構的調查中，重型汽車側翻事故發生率僅次于碰撞發生率，具有事故發生率高，損失嚴重的特點。文章先從理論的角度來闡述載重汽車發生側翻的條件，再從重型車輛的設計角度來討論側翻原因，并介紹了汽車傾翻閾值的確定方法，并從汽車設計角度提出如何減小汽車發生側翻的不穩定因素。

關鍵詞：重型車輛；側翻；傾翻閾值；穩定性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.050

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-144-03

前言

隨著工業的發展以及國家加大基礎設施建設，公路的運輸條件也在不斷提高，運輸結構向“重型化”、“高速化”發展，這對重型汽車提出了更高要求。重型車輛由于載貨質量大，運輸貨物的特殊性，一旦發生事故，將對道路交通及安全造成巨大影響[1]。根據美國公路安全局（NHTSA）的統計數據表明，在所有交通事故中，車輛側翻事故的危害程度僅次于車輛碰撞事故，居于第二位[2]。統計數據表明，在歐洲和北美造成人員傷亡的車輛事故中，側翻事故占20%以上。側翻事故僅占重型貨車事故的8%至12%，但是造成的損失卻占全部重型貨車事故損失的60%左右。且重型車輛的側翻伴隨著貨物的外泄，輕則堵塞道路，影響車輛暢行；重則壓埋周圍車輛，造成嚴重人員傷亡。

1、汽車側翻研究方法

對于汽車側翻的研究方法主要分為理論研究和實車臺架研究。在理論研究方面，將汽車側翻的影響因素分為兩類即：1、汽車設計參數有關的靜態部分,如汽車質心高度、輪距、懸架和輪胎特性等；2、與因汽車行駛而異有關的動態部分，如側向加速度、車速、道路幾何形狀和駕駛員操作等。

在汽車試車臺架研究方面，主要有三種測試方法即第一種方法是 SSF(Static Stability factor)法——靜態穩定因子法，第一種方法是 SSF(Static Stability factor)法——靜態穩定因子法，其原理是車輛質心高度確定后，當重力作用線越過車輛低側端輪胎與地面接觸點(線)時，車輛會側翻；第二種方法是(Side Pull Ratio)法——側拉比例系數法，當車輛質心位置測定后，將一水平橫向力作用于車輛上并通過車輛質心，逐漸加大側拉力，直至車輛對側傾輪胎剛剛脫離地面為止。第三種方法是TTR(Tilt Table Ratio)法——側傾比例系數法，車輛隨側傾試驗臺一起側翻，直至車輛高側端輪胎脫離地面時為止[3-6]。本文主要僅從理論角度來分析汽車設計參數對于側翻穩定性的影響。

2、重型車輛側翻的理論基礎

2.1 垂直載荷轉移率

為了研究車輛的側翻穩定性，我們定義LTR表示左右側或彎道內外側車輪垂直的轉移率，其表達式為：

其中式中Fz1為作用在汽車內側輪胎上的地面垂直反作用力，Fz0為作用在汽車外車車輪上的地面垂直反作用力。由垂直載荷轉移率的定義可知，當汽車在平路上直線行駛的時候，內外車輪受到的力相等，等于車重的一半，垂直載荷轉移率LTR=0。當汽車側翻時，彎道內側的車輪離地，即Fz1=0，則LRT=1。由此可見，當Fz1越小，LRT越大，車輛的側傾穩定性越底。當LTR=1時，車輛的側向加速度為車輛的傾翻閥值，單位為重力加速度G，當車輛的側向加速度大約或等于起側翻閥值時，車來那個將發生側翻[7]。

ay——汽車傾翻閥值g

B——輪距，m

GS——簧載質量的重力，N

Gu——非簧載質量的重力，N

hs——簧載質量質心距離地面的高度，m

hu——非簧載質量質心距離地面的高度，m

Kr——懸架的組合側傾角剛度，N·m/rad

Ki——非懸架的組合側傾角剛度N·m/rad

h——簧載質量側傾力臂，m

2.2 彎道側滑和側翻的臨界車速

2.2.1 側滑

假設載重汽車在一個轉彎半徑為R，載重汽車重量為m，路面的附著系數為u，汽車發生側滑的臨界車速為。當把汽車看成一個質點，最大靜摩擦力等于載重汽車產生的離心力的時候，即為側滑的臨界速度，當汽車轉彎時，車速小于V滑，則該載重汽車就不會發生側滑。

2.2.2 側翻

假設，汽車 重心離地面的高度為h，兩側車輪之間的間距為B，汽車發生側翻的臨界速度為V翻。當汽車做圓周運動要發生側翻時，內側的車輪即將離開地面，因此地面所受到的車輪壓力為0，此時的車速為側翻時的臨界車速，受力如右圖所示。以載重車輛的外邊車輪與地面的接觸點連線為轉動軸，由力矩平衡可得：

根據上式，我們可知，當u>B/2h時候，V滑＞ V翻，載重汽車告訴轉向的時候容易發生側翻，當u

3、汽車結構因素的影響

本章我們主要從載重汽車的質心高度，輪距、懸架和輪胎特性來討論如何影響汽車側翻穩定性。

3.1 質心高度

從計算機模擬以及傾翻試驗的測量結果來看，汽車質心高度與傾翻閾值不成線性關系，但如果忽略汽車懸架和輪胎變形，不計非簧載質量及其側傾的影響，則汽車的傾翻閾值可以表達為：

它是分析汽車側傾特性最常用的方式,通常汽車質心高度每增加250mm,傾翻閾值下降約0.05g。

3.2 輪距

輪距受載重汽車最大車寬限制，對于特定的汽車，輪距是一個定值，輪距對汽車傾翻閾值影響很大，輪距的增加可使汽車的傾翻閾值增大，提高汽車的側傾穩定性。

3.3 懸架

當汽車的質心高度和輪距一定時,載重汽車懸架系統的結構和參數對汽車的側傾穩定性起非常重要的作用。在研究汽車側傾穩定性時,引入“側傾中心”的概念[8],即將車身相對地面轉動時的瞬時軸線稱為車身側傾軸線,該軸線通過汽車前、后軸處橫斷面上的瞬時轉動中心為側傾中心,而側傾中心的位置取決于懸架系統的結構和參數。

3.4 輪胎特性

輪胎的側偏剛度、車輪與路面的附著系數、車輪垂直載荷、輪胎氣壓及磨損情況等都對汽車的側翻穩定性有直接影響。

（1）輪胎與地面附著系數對側翻穩定性的影響。

根據重型車輛靜態儲備系數定義，表達式為：

式中，μ輪胎與地面的側向附著系數

當SM為負值，汽車發生側翻，當SM為正值時，汽車處于穩定狀態。由此可見，輪胎與地面側向附著系數μ越大，汽車發生側翻的可能性越大。

（2）輪胎側偏剛度對側翻穩定性的影響

輪胎的側偏剛度是隨著車輪垂直載荷的變化而變化的，側偏剛度極值點載荷的大小，主要取決于輪胎胎體的側彎剛度。輪胎胎體側彎剛度大的輪胎，側偏剛度極值點載荷較高。當增大輪胎垂直載荷，輪胎胎體側彎剛度小的輪胎，會使車輛側翻閾值減小，所以側偏剛度是影響車輛側翻穩定性的重要輪胎參數。重型車輛滿載時后軸載荷很大，因此重型車輛輪胎應具有較高的側偏剛度，以保證車輛擁有良好的側翻穩定性。可以通過加大胎寬，增高胎壓，采用低輪胎斷面及子午線輪胎來提高重型車輛的側翻穩定性。

4、結論

本文通過就載重汽車側翻的理論性研究，分析了汽車結構因素對于車輛側翻的影響，得出我們可以通過合理的設計，如即降低汽車質心高度、增大輪距、優化懸掛參數、提高輪胎剛度，許多載重汽車傾翻事故事可以避免的。

參考文獻

[1] http://wenku.baidu.com/view/4b200ecc050876323112129c.html.

[1] 吳生玉.基于ADAMS的車輛側傾運動研究[D]：[碩士學位論文].南京:南京航空航天大學,2007.

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[4] 鄧楚南,袁有才,張克勤,周文浦,何力生,彭國祥,趙君松,詹濤,楊功興.機動車的側傾穩定性及側翻試驗臺[J].專用汽車,1997,3:47-49. [5] 許其春,邵俊鵬,刁宏志,李平江,于揚.QFT-51 型全自動液壓汽車側翻試驗臺的研究[J].東北林業大學學報,1995.11.(23)6:75-79.

[6] 何鋒,張永德.汽車靜態側翻門檻值的計算方法[J].貴州工業大學學報,1997.12,（26）6:88-9.

[7] Rakheja S;Piche A；Sankar T S On the development of an early satety monitor for articulated freight vehicles.

[8] Fundamentals of Vehicle Dynamics M.Wrrendalc PA:SAE inc,1992.

Factors influencing the heavy vehicle rollover

Chen Dongle
（Institute of transportation, Chongqing jiaotong university, Chongqing 400074）

Abstract:Along with the rapid development of China's national economy, the rapid rise of the logistics industry, the demand for heavy trucks with large trucks is increasing. In the investigation of relevant agencies, heavy vehicle rollover accident occurrence rate second only to the collision rate, with a high accident rate, serious loss of charac-teristics. Firstly from the point of view of the theory to elaborate truck rollover condition, again from the point of view of the design of heavy vehicles to discuss rollover reasons, and introduced the vehicle rollover threshold me-thod to determine, and from the angle of automobile design put forward how to reduce vehicle rollover instability.

Keywords:heavy vehicle; rollover; rollover threshold; stability

作者簡介：陳東樂，就職于重慶交通大學交通運輸學院。

中圖分類號：U461.6

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-144-03