陈东乐

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）



重型车辆侧翻因素探讨

陈东乐

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）

摘 要：伴随着我国国民经济的快速发展，物流行业的迅速兴起，大载货能力的重型汽车需求量越来越大。在相关机构的调查中，重型汽车侧翻事故发生率仅次于碰撞发生率，具有事故发生率高，损失严重的特点。文章先从理论的角度来阐述载重汽车发生侧翻的条件，再从重型车辆的设计角度来讨论侧翻原因，并介绍了汽车倾翻阈值的确定方法，并从汽车设计角度提出如何减小汽车发生侧翻的不稳定因素。

关键词：重型车辆；侧翻；倾翻阈值；稳定性

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

随着工业的发展以及国家加大基础设施建设，公路的运输条件也在不断提高，运输结构向“重型化”、“高速化”发展，这对重型汽车提出了更高要求。重型车辆由于载货质量大，运输货物的特殊性，一旦发生事故，将对道路交通及安全造成巨大影响[1]。根据美国公路安全局（NHTSA）的统计数据表明，在所有交通事故中，车辆侧翻事故的危害程度仅次于车辆碰撞事故，居于第二位[2]。统计数据表明，在欧洲和北美造成人员伤亡的车辆事故中，侧翻事故占20%以上。侧翻事故仅占重型货车事故的8%至12%，但是造成的损失却占全部重型货车事故损失的60%左右。且重型车辆的侧翻伴随着货物的外泄，轻则堵塞道路，影响车辆畅行；重则压埋周围车辆，造成严重人员伤亡。

1、汽车侧翻研究方法

对于汽车侧翻的研究方法主要分为理论研究和实车台架研究。在理论研究方面，将汽车侧翻的影响因素分为两类即：1、汽车设计参数有关的静态部分,如汽车质心高度、轮距、悬架和轮胎特性等；2、与因汽车行驶而异有关的动态部分，如侧向加速度、车速、道路几何形状和驾驶员操作等。

在汽车试车台架研究方面，主要有三种测试方法即第一种方法是 SSF(Static Stability factor)法——静态稳定因子法，第一种方法是 SSF(Static Stability factor)法——静态稳定因子法，其原理是车辆质心高度确定后，当重力作用线越过车辆低侧端轮胎与地面接触点(线)时，车辆会侧翻；第二种方法是(Side Pull Ratio)法——侧拉比例系数法，当车辆质心位置测定后，将一水平横向力作用于车辆上并通过车辆质心，逐渐加大侧拉力，直至车辆对侧倾轮胎刚刚脱离地面为止。第三种方法是TTR(Tilt Table Ratio)法——侧倾比例系数法，车辆随侧倾试验台一起侧翻，直至车辆高侧端轮胎脱离地面时为止[3-6]。本文主要仅从理论角度来分析汽车设计参数对于侧翻稳定性的影响。

2、重型车辆侧翻的理论基础

2.1 垂直载荷转移率

为了研究车辆的侧翻稳定性，我们定义LTR表示左右侧或弯道内外侧车轮垂直的转移率，其表达式为：

其中式中Fz1为作用在汽车内侧轮胎上的地面垂直反作用力，Fz0为作用在汽车外车车轮上的地面垂直反作用力。由垂直载荷转移率的定义可知，当汽车在平路上直线行驶的时候，内外车轮受到的力相等，等于车重的一半，垂直载荷转移率LTR=0。当汽车侧翻时，弯道内侧的车轮离地，即Fz1=0，则LRT=1。由此可见，当Fz1越小，LRT越大，车辆的侧倾稳定性越底。当LTR=1时，车辆的侧向加速度为车辆的倾翻阀值，单位为重力加速度G，当车辆的侧向加速度大约或等于起侧翻阀值时，车来那个将发生侧翻[7]。

ay——汽车倾翻阀值g

B——轮距，m

GS——簧载质量的重力，N

Gu——非簧载质量的重力，N

hs——簧载质量质心距离地面的高度，m

hu——非簧载质量质心距离地面的高度，m

Kr——悬架的组合侧倾角刚度，N·m/rad

Ki——非悬架的组合侧倾角刚度N·m/rad

h——簧载质量侧倾力臂，m

2.2 弯道侧滑和侧翻的临界车速

2.2.1 侧滑

假设载重汽车在一个转弯半径为R，载重汽车重量为m，路面的附着系数为u，汽车发生侧滑的临界车速为。当把汽车看成一个质点，最大静摩擦力等于载重汽车产生的离心力的时候，即为侧滑的临界速度，当汽车转弯时，车速小于V滑，则该载重汽车就不会发生侧滑。

2.2.2 侧翻

假设，汽车 重心离地面的高度为h，两侧车轮之间的间距为B，汽车发生侧翻的临界速度为V翻。当汽车做圆周运动要发生侧翻时，内侧的车轮即将离开地面，因此地面所受到的车轮压力为0，此时的车速为侧翻时的临界车速，受力如右图所示。以载重车辆的外边车轮与地面的接触点连线为转动轴，由力矩平衡可得：

根据上式，我们可知，当u>B/2h时候，V滑＞ V翻，载重汽车告诉转向的时候容易发生侧翻，当u

3、汽车结构因素的影响

本章我们主要从载重汽车的质心高度，轮距、悬架和轮胎特性来讨论如何影响汽车侧翻稳定性。

3.1 质心高度

从计算机模拟以及倾翻试验的测量结果来看，汽车质心高度与倾翻阈值不成线性关系，但如果忽略汽车悬架和轮胎变形，不计非簧载质量及其侧倾的影响，则汽车的倾翻阈值可以表达为：

它是分析汽车侧倾特性最常用的方式,通常汽车质心高度每增加250mm,倾翻阈值下降约0.05g。

3.2 轮距

轮距受载重汽车最大车宽限制，对于特定的汽车，轮距是一个定值，轮距对汽车倾翻阈值影响很大，轮距的增加可使汽车的倾翻阈值增大，提高汽车的侧倾稳定性。

3.3 悬架

当汽车的质心高度和轮距一定时,载重汽车悬架系统的结构和参数对汽车的侧倾稳定性起非常重要的作用。在研究汽车侧倾稳定性时,引入“侧倾中心”的概念[8],即将车身相对地面转动时的瞬时轴线称为车身侧倾轴线,该轴线通过汽车前、后轴处横断面上的瞬时转动中心为侧倾中心,而侧倾中心的位置取决于悬架系统的结构和参数。

3.4 轮胎特性

轮胎的侧偏刚度、车轮与路面的附着系数、车轮垂直载荷、轮胎气压及磨损情况等都对汽车的侧翻稳定性有直接影响。

（1）轮胎与地面附着系数对侧翻稳定性的影响。

根据重型车辆静态储备系数定义，表达式为：

式中，μ轮胎与地面的侧向附着系数

当SM为负值，汽车发生侧翻，当SM为正值时，汽车处于稳定状态。由此可见，轮胎与地面侧向附着系数μ越大，汽车发生侧翻的可能性越大。

（2）轮胎侧偏刚度对侧翻稳定性的影响

轮胎的侧偏刚度是随着车轮垂直载荷的变化而变化的，侧偏刚度极值点载荷的大小，主要取决于轮胎胎体的侧弯刚度。轮胎胎体侧弯刚度大的轮胎，侧偏刚度极值点载荷较高。当增大轮胎垂直载荷，轮胎胎体侧弯刚度小的轮胎，会使车辆侧翻阈值减小，所以侧偏刚度是影响车辆侧翻稳定性的重要轮胎参数。重型车辆满载时后轴载荷很大，因此重型车辆轮胎应具有较高的侧偏刚度，以保证车辆拥有良好的侧翻稳定性。可以通过加大胎宽，增高胎压，采用低轮胎断面及子午线轮胎来提高重型车辆的侧翻稳定性。

4、结论

本文通过就载重汽车侧翻的理论性研究，分析了汽车结构因素对于车辆侧翻的影响，得出我们可以通过合理的设计，如即降低汽车质心高度、增大轮距、优化悬挂参数、提高轮胎刚度，许多载重汽车倾翻事故事可以避免的。

参考文献

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

[1] 吴生玉.基于ADAMS的车辆侧倾运动研究[D]：[硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2007.

[3] 万明,李厚林,田骅.汽车最大侧翻稳定角测量方法的研究[J].传动技术,1999,4:37-41.

[4] 邓楚南,袁有才,张克勤,周文浦,何力生,彭国祥,赵君松,詹涛,杨功兴.机动车的侧倾稳定性及侧翻试验台[J].专用汽车,1997,3:47-49. [5] 许其春,邵俊鹏,刁宏志,李平江,于扬.QFT-51 型全自动液压汽车侧翻试验台的研究[J].东北林业大学学报,1995.11.(23)6:75-79.

[6] 何锋,张永德.汽车静态侧翻门槛值的计算方法[J].贵州工业大学学报,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

作者简介：陈东乐，就职于重庆交通大学交通运输学院。

中图分类号：U461.6

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-144-03