汽车转向侧翻稳定性分析.pdfVIP

3 No．7，201 EquipmentManufacturingTechnology 汽车转向侧翻稳定性分析 薛俊，胡灿，覃正海 (广西大学机械工程学院，广西南宁530004) 摘要：汽车侧翻是一种严重的交通事故，它对人身安全及社会财产都构成较大危害。根据汽车侧翻理论，以三自由度线 性汽车侧翻模型为基础，建立七自由度汽车侧翻模型。根据汽车稳态转向特性，获得稳态转向状态方程。应用Madab模 拟软件。对汽车转向进行仿真。依据仿真结果，具体分析汽车参数对侧翻的影响，从控制侧翻的角度，对汽车设计及优化 提出科学依据。 关键词：汽车侧翻；汽车稳定性；稳态转向 中图分类号：U461 文献标识码：A 随着汽车平均行驶速度越来越高，汽车侧向稳定 车侧向位移、汽车衡摆角度、汽车簧载质量侧倾角。 性在行车安全中的问题越来越突出。一份美国国家高 本文所用模型是以三自由度模型为基础，以前轮为 转向轮，考虑轮胎载荷转移引起的轮胎滚动中心高 速公路交通安全局(NHTSA)的统计报告指出，在所有 机动车辆碰撞事故中死亡的人数增长了4％，而侧翻 度变化，并将前后车桥各简化为一个扭转弹簧和一 造成的死亡人数增长了10％；相同期间，乘用车致命 根刚性杆，称这个刚性杆为前(后)轴，且簧载质量相 侧翻事故减少15％，而轻型货车的致命侧翻事故却 对底盘不发生绕三轴的扭转。建立模型是还需做如下 增加了43％；2001年，10138人死于侧翻碰撞事故， 假设：忽略转向系统的影响，忽略侧风的影响；忽略 占当年车辆致命事故的32％，其中8407人死于单车车身绕Y轴的俯仰运动；假设汽车沿戈轴速度u不 侧翻事故。美国致命事故分析报告系统显示，在轻型 变；忽略轮胎及悬架的非线性因素；忽略地面切向力 车辆单车碰撞事故中，54％的致命事故与侧翻有关“。 与侧偏力对轮胎侧倾特性的影响；忽略左右轮胎因 汽车侧翻定义为汽车行驶过程中绕其纵轴转动 载荷变化而引起的轮胎特性的变化，即同轴的两个 90。或更多，以至车身与地面相接触的危险运动过 车轮在xy平面内有相同的转角和侧偏角；忽略轮胎 程121。汽车侧翻分为动态侧翻和静态侧翻，而动态侧 回正力矩的作用；假设横向速度，横摆角速度及侧倾 翻又分为“绊倒”侧翻和“非绊倒”侧翻。“绊倒”侧翻 角速度都远小于车速。建立七自由度模型如图1。 是指汽车在运动中与道路边缘冲撞或汽车滑移向软 质路面引起的侧翻行为；“非绊倒”侧翻是指汽车在 极限行驶状态下，例如高速行驶时转弯角过大，汽车 因受到地面侧向摩擦力过大而引起的侧翻行为。本 文所提到的侧翻如不特别说明，一律指“非绊倒”侧 翻。本文以三自由度模型为基础，建立了七自由度模 型侧翻模型，应用Matlab完成稳态转向仿真。根据仿 真结果分析汽车结构参数对汽车抗侧翻能力的影 图1 七自由度汽车侧翻模型 响，提出汽车的设计的科学依据。 图1为汽车左转向，O点为静态时簧载质量受到 的重力方向与地面的交点，O点与汽车固结，并以此 1 模型建立 汽车侧翻模型是研究汽车侧翻的基础，现在应 撑力；凡为内侧后轮受到地面的侧偏力；民为外侧 用最多的是三自由度模型12l，三个自由度分别为：汽 后轮受到地面的侧偏力；R为内侧前轮受到地面的 收稿日期：2013一04106 作者简介：薛俊(1986一)，男，陕西宝鸡人，研究生，研究方向为机械动力学。 12 万方数据 《装备制造技术)2013年第7期 侧偏力；昂为外侧前轮受到地面的侧偏力tf为簧载 根据轮胎侧倔特性怛1： 质量侧倾角；l，为汽车横向速度；u为汽车纵向速度； W为汽车横摆角速度；d为前轮转角；6，为前轮侧偏 卜耻蝴一枷胁‘簟卜引…) 角；b