汽車高速彎道爆胎試驗研究

倪加林

摘 要：本文通過對某種轎車進行高速彎道爆胎試驗，分析研究爆胎后的車輛操縱穩定性，為駕駛人員的安全提供參考。

關鍵詞：高速;爆胎;彎道;穩定性

1 引言

由于高速公路汽車行駛車速較快，發生車輛爆胎事故的概率也隨之增大。爆胎的發生嚴重影響汽車行駛安全，這是因為爆胎瞬間輪胎氣壓急劇下降，爆胎車輪轉動半徑變小和滾動阻力變大，使汽車急速向爆胎一側轉向[1]，此時若進行較大的轉向或急剎車會導致輪胎脫離輪輞，側向力急劇增加，會導致車輛沖出跑道，甚至發生翻車。

汽車高速彎道行駛時突然爆胎是爆胎中一種比較危險的情形。本文對某種轎車進行彎道高速爆胎試驗，分析研究爆胎后的車輛穩定性和安全性。

2 試驗方案

2.1 爆胎輪胎

為了更好的模擬汽車爆胎，同時考慮試驗人員的安全，本次試驗采用爆胎試驗專用的爆胎模擬裝置。

爆胎模擬裝置由放氣輪胎（見圖1）、遙控裝置等組成。需要對某個車輪進行爆胎試驗，提前將該輪胎更換為放氣輪胎，并對按個該輪胎充氣至輪胎規定的正常氣壓。

試驗中需要爆胎時，按下遙控開關，該放氣輪胎電磁閥迅速打開，在0.2s內輪胎氣壓可以降至標準大氣壓，真實的再現了車輛正常爆胎后的情形。

2.2 試驗場地

根據高速公路彎道的特點及考慮到爆胎后的車輛安全性，試驗場地選擇國內某飛機場的跑道，試驗彎道設計為圓環形狀，彎道行駛及爆胎示意圖見圖2。其中行駛通道為半徑為100m的圓環跑道，跑道寬度為3.5m;其中圓形通道的兩側布置橡膠防撞樁;行駛方向為逆時針，爆胎點設置為第一排防撞樁處。

2.3 試驗項目

國內高速公路轎車行駛車速一般低于120km/h，考慮到車速是影響車輛穩定性的關鍵因素，因此爆胎前試驗車速選擇120km/h，本次試驗分別對左前輪、右前輪、左后輪、右后輪進行爆胎，具體試驗項目見表1。

2.4 試驗方法

試驗前準備工作。試驗前車輛安裝GPS、陀螺儀、高度計、測力方向盤等傳感器，爆胎車輪更換為放氣輪胎，駕駛員沿著圖2所示行駛路線進行20km的車輛預熱。

試驗實施。試驗車輛以120km/h的車速進入試驗通道，并沿環道行駛3圈;第4圈當車輛行駛至爆胎點時，按下爆胎遙控開關進行模擬爆胎，然后駕駛員松開油門踏板，輕打或不打方向盤，控制車輛沿著預定路線減速行駛，采集爆胎后直到車輛停止過程的數據。試驗需要重復進行3次。

試驗結果判定。判斷爆胎后車輛安全條件：爆胎5s內，車輛能沿著試驗通道減速停車，且試驗過程中車輛不能碰到防撞樁。

3 試驗結果及分析

3.1 左前輪爆胎結果分析

左前輪爆胎后，車輛穩定性能一般，車輛相對安全;但駕駛操作不當有沖出車道的危險。

爆胎后的主要表現為：（1）爆胎后車輛能在5s內安全停車;（2）爆胎2s左右，車輛很難控制，為維持車輛在行駛通道內行駛，需要進行大角度的方向盤修正。

從圖3可以看出：（1）爆胎5S內，車速由120km/h減速到0;（2）為維持車輛穩定，爆胎2s內方向盤轉角由60°上升到100°再降為60°，3s后方向盤轉角修正為16°左右，同時轉角緩慢修正至車輛停車;（3）橫擺角速度2s內基本能保持穩定，橫擺角速度在10～15°/s之間波動;2.5s后橫擺角速度下降為5°/s，并緩慢下降直至停車。

3.2 右前輪爆胎結果分析

右前輪爆胎后，整車穩定性能較好，車輛安全。

爆胎后的主要表現為：（1）爆胎后車輛能在5s內安全停車;（2）爆胎2s左右，通過小角度修正方向盤，車輛可以在行駛通道內減速并安全停車。

從圖4可以看出：（1）爆胎5S內，車速由120km/h減速到0;（2）為維持車輛穩定，爆胎2s內方向盤轉角由60°下降到20°，2.3s后方向盤轉角降至5°，隨后緩慢修正至車輛停車;（3）橫擺角速度2s內基本能保持穩定，橫擺角速度在10～12°/s之間波動;2.3s后橫擺角速度下降為5°/s，并緩慢下降直至停車。

3.3 左后輪爆胎結果分析

左后輪爆胎后，整車穩定性能差，車輛不安全，有翻車和沖出車道的危險。

爆胎后的主要表現為：（1）爆胎2s左右，車輛很難控制，且明顯向內側跑偏，沖出行駛通道，并撞壞橡膠防撞樁;（2）爆胎5s內車輛不能減速停車;（3）左后輪胎爆胎時炸成碎片，輪輞直接與地面接觸，車輛發生劇烈抖動，有明顯翻車傾向。

從圖5可以看出：（1）爆胎5S內，車速由120km/h減速至40km/h，距停車有較長的安全距離（停車時間是爆胎后6.8s）;（2）為維持車輛穩定，爆胎2s內方向盤轉角由60°修正為0°，3s后方向盤轉角修正為13°左右，并保持該轉角至車輛停車;（3）橫擺角速度2s內由12°/s下降為2°/s左右，并保持穩定直至停車。

3.4 右后輪爆胎結果分析

右后輪爆胎后，整車穩定性較差，車輛不安全，有沖出車道的危險。

爆胎后的主要表現為：（1）爆胎2s左右，為保持車輛穩定性，方向盤需要修正，但是車輛沖出行駛通道，并撞壞橡膠防撞樁;（2）爆胎5s內車輛不能減速停車。

從圖6可以看出：（1）爆胎5S內，車速由120km/h減速至24km/h，距停車有一定的安全距離（停車時間是爆胎后5.9s）;（2）為維持車輛穩定，爆胎2s內方向盤轉角由60°修正為0°，3s后方向盤轉角修正為13°左右，并保持該轉角至車輛停車;（3）橫擺角速度2s內由12°/s下降為2°/s左右，并保持穩定直至停車。

5 結語

通過本次汽車高速彎道爆胎試驗，可得出以下結論：

（1）左前輪爆胎，車輛穩定性一般，相對安全;但操作不當，車輛有沖出車道的危險。

（2）右前輪爆胎，車輛穩定性較好，車輛安全。

（3）左后輪爆胎，車輛穩定性差，車輛有沖出車道和翻車的危險。

（4）右后輪爆胎，車輛穩定性較差，車輛有沖出車道的危險。

參考文獻：

[1]郭孔輝，黃江，宋曉琳.爆胎轎車整車運動分析及控制[J].轎車工程，2007，29（12）：1041-1045