汽車(chē)側(cè)翻分析

汽車(chē)側(cè)翻分析在汽車(chē)行駛中中，側(cè)翻是其中一種最為嚴(yán)重并且威脅成員安全的事故。側(cè)翻可以定義為能夠使車(chē)輛繞其縱軸旋轉(zhuǎn)90度或更多以至于車(chē)身同地面接觸的任何一種操縱。側(cè)翻可以由一個(gè)或一系列綜合因素產(chǎn)生。它可以發(fā)生在平直的水平地面上，并且車(chē)輛的側(cè)向加速度達(dá)到一定的數(shù)值，該數(shù)值要超過(guò)車(chē)輛側(cè)面重量轉(zhuǎn)移到車(chē)輪上所抵消的加速度值。通過(guò)有坡度的路面（或無(wú)路情況）時(shí)由于不平路面的沖擊，地面松軟或其他障礙物會(huì)促使側(cè)向壓力提高從而使車(chē)輛“失足”。側(cè)翻過(guò)程是一個(gè)包括作用在車(chē)輛上和車(chē)輛里的力的相互作用的復(fù)雜過(guò)程。側(cè)翻受操縱和高速公路的影響。人們已經(jīng)通過(guò)理論分析以及包括一系列復(fù)雜設(shè)備的模型實(shí)驗(yàn)研究側(cè)翻過(guò)程。這個(gè)過(guò)程很容易通過(guò)靜態(tài)基本結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)來(lái)理解（忽略慣性和滾動(dòng)平面上的加速度），并且促進(jìn)發(fā)展更加復(fù)雜的模型。1、剛性汽車(chē)的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻汽車(chē)側(cè)翻的最基本的機(jī)械特性可以通過(guò)考查轉(zhuǎn)彎過(guò)程中穩(wěn)定車(chē)身的受力均衡性來(lái)了解。穩(wěn)定的車(chē)輛是指懸架和輪胎的偏置在分析中被忽略掉。在轉(zhuǎn)彎操縱中，側(cè)向力作用在地面上來(lái)平衡作用在汽車(chē)重心上的側(cè)向加速度，如圖9－2所示。側(cè)向力作用在車(chē)輛上的位置的不同產(chǎn)生一個(gè)力矩，該力矩使車(chē)輛向如圖所示的外側(cè)側(cè)翻.圖9－2側(cè)翻汽車(chē)的受力為了分析轉(zhuǎn)動(dòng)情況，假定汽車(chē)在穩(wěn)定狀態(tài)以使汽車(chē)沒(méi)有滾動(dòng)加速度，并且使輪胎如圖所示受力（前輪和后輪）。在很多公路環(huán)境中，它也適合考慮橫向坡度。如大家所知的坡度和道路轉(zhuǎn)彎處汽車(chē)外側(cè)比內(nèi)側(cè)高出的程度。在分析中，將角度表示為””，想左下的坡度表示正角。這個(gè)方向的坡度有助于平衡側(cè)向加速度。斜坡角度通常情況下很小，而且角度很小時(shí)約有。以汽車(chē)接地點(diǎn)為中心的力矩關(guān)系為：圖9－2側(cè)翻汽車(chē)的受力（9－1）從式（9－1）我們可以得出ay：（9－2）在水平路面上（），沒(méi)有側(cè)向加速度，方程也成立。此時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪載重，F(xiàn)zi，是車(chē)總重的一半。另外通過(guò)正確選擇坡面角度，可以使Fzi保持在具有側(cè)向加速度的汽車(chē)重量的一半.，即通過(guò)公式：（9－3）在公路設(shè)計(jì)中，坡面被準(zhǔn)確用在曲率設(shè)計(jì)中。在給定半徑和預(yù)定行駛速度的情況下，恰當(dāng)?shù)倪x擇坡面以產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向加速度，這個(gè)加速度在0～0.1的范圍內(nèi)。在道路外側(cè)比內(nèi)側(cè)高的曲度下汽車(chē)具有加速度為零時(shí)的速度稱(chēng)為中間速度。重新回到方程（9－2），隨著側(cè)向加速度的增大，內(nèi)側(cè)車(chē)輪上的負(fù)載必定減少。正是通過(guò)這個(gè)過(guò)程，汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中能夠去抵抗或抵消側(cè)翻運(yùn)動(dòng)力矩。當(dāng)內(nèi)側(cè)車(chē)輪負(fù)載為零時(shí)極限轉(zhuǎn)彎情況就會(huì)發(fā)生（所有的負(fù)載轉(zhuǎn)移到外側(cè)車(chē)輪上）。在此極限位置側(cè)翻將會(huì)開(kāi)始發(fā)生，這是因?yàn)槠?chē)不能繼續(xù)維持在滾動(dòng)平面上的平衡。側(cè)翻開(kāi)始時(shí)的側(cè)向加速度是臨界加速度，并由公式給出：（9－4）沒(méi)有坡度時(shí)，使側(cè)翻發(fā)生的側(cè)向加速度的臨界值僅僅是??。這種簡(jiǎn)單的側(cè)翻臨界點(diǎn)的估算過(guò)去常常用在汽車(chē)抵抗側(cè)翻運(yùn)動(dòng)的性能的估算中。該公式非常簡(jiǎn)便，應(yīng)為它只需要兩個(gè)汽車(chē)參數(shù)—輪距和重心高度。然而，這種估算卻很保守（預(yù)測(cè)的側(cè)翻臨界值比精確值大很多），該公式主要用來(lái)比較汽車(chē)性能而不是預(yù)測(cè)絕對(duì)的性能水平（一些動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家利用這種側(cè)翻臨界點(diǎn)逆形式作為汽車(chē)側(cè)翻傾向的估算，臨界點(diǎn)越低性能越好）。路面上各種類(lèi)型汽車(chē)的側(cè)翻臨界值是不同的，例如典型的汽車(chē)的臨界值如下表所示：穩(wěn)態(tài)汽車(chē)模型表明由于輪胎摩擦的增加（典型的最大摩擦系數(shù)是0.8），只有達(dá)到旅行車(chē)和輕型卡車(chē)的側(cè)翻的側(cè)向加速度才會(huì)有良好的轉(zhuǎn)彎能力。這就是說(shuō)汽車(chē)無(wú)側(cè)翻的在平坦路面上疾馳是可能的。由此我們可得出結(jié)論，這些類(lèi)型的汽車(chē)側(cè)翻情況是很少的。然而，事故統(tǒng)計(jì)證明卻不是這樣的，從而激勵(lì)更深入的側(cè)翻運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的分析在本章后面作探討。對(duì)重型卡車(chē)來(lái)說(shuō)，由于在輪胎摩擦極限內(nèi)就可以達(dá)到側(cè)翻臨界值，側(cè)翻同樣很明顯。這樣，如果駕駛員讓汽車(chē)在干燥路面上疾駛，那麼重型卡車(chē)很可能冒著側(cè)翻的危險(xiǎn)。穩(wěn)態(tài)車(chē)身側(cè)翻可以通過(guò)側(cè)向加速度和側(cè)翻角的函數(shù)圖作出更完全的闡述，如圖9－3所示。由于我們假設(shè)汽車(chē)處于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)側(cè)翻角為零時(shí)，側(cè)向加速度能達(dá)到側(cè)翻臨界值，一旦達(dá)到該臨界值，內(nèi)側(cè)車(chē)輪開(kāi)始抬升，汽車(chē)開(kāi)始以一定角度側(cè)翻，使平衡側(cè)向加速度能力減小，圖9－5懸架汽車(chē)側(cè)翻時(shí)的平衡橫向加速度已經(jīng)發(fā)展的試驗(yàn)方法去測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻臨界點(diǎn)通過(guò)“側(cè)翻實(shí)驗(yàn)臺(tái)”。顧名思義，該試驗(yàn)臺(tái)使汽車(chē)側(cè)翻，翻滾或平放，通過(guò)測(cè)量側(cè)翻出現(xiàn)時(shí)的角度來(lái)確定側(cè)翻臨界點(diǎn)。該方法對(duì)于具有很高的重心和很小的側(cè)翻角度（一般20～25度）的重型卡車(chē)相當(dāng)精確。然而對(duì)旅行車(chē)來(lái)說(shuō)，側(cè)翻臨界點(diǎn)可能在45度左右。在角度很大時(shí)，作用在車(chē)身上向下的重力分力大幅度減少（45度時(shí)為30％）。被減少的作用在懸架和輪胎上的力是車(chē)身抬升到正常行駛位置以上，從而導(dǎo)致過(guò)早的側(cè)翻并使試驗(yàn)失?。o(wú)效）。為了避免這些錯(cuò)誤，試驗(yàn)程序必須設(shè)計(jì)或施加一個(gè)側(cè)向力于重心位置（纜繩拖拉試驗(yàn)）或者施加一個(gè)純力矩于車(chē)身上。3、汽車(chē)的瞬態(tài)側(cè)翻迄今為止，分析必須是準(zhǔn)靜態(tài)，且模擬當(dāng)汽車(chē)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的側(cè)翻（準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)只在側(cè)向加速度變化比汽車(chē)側(cè)翻反應(yīng)慢時(shí)才合理）。為了考察汽車(chē)隨側(cè)向加速度變化的情況，一個(gè)瞬間模擬是必需的。瞬態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)希望描述出汽車(chē)側(cè)翻隨時(shí)間變換的關(guān)系，在最基本的水平下，簡(jiǎn)單的側(cè)翻模擬試驗(yàn)通常被用來(lái)檢驗(yàn)簡(jiǎn)單的隨時(shí)間變化的側(cè)向加速度的響應(yīng)情況。漸漸的，更廣泛的綜合各種偏搖想法的模擬試驗(yàn)臺(tái)和側(cè)翻平臺(tái)被發(fā)展去檢測(cè)各種操縱環(huán)境下的側(cè)翻響應(yīng)。3．1簡(jiǎn)單的側(cè)翻模型最早最簡(jiǎn)單的研究瞬態(tài)響應(yīng)的方法是一個(gè)和原來(lái)討論的懸掛汽車(chē)類(lèi)似的模型，在該模型上對(duì)彈性體加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)性力矩。如圖9－6所示，車(chē)身用MS表示，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩為IXXS。懸架剛度和汽車(chē)左右兩側(cè)減震裝置來(lái)顯示。另外，前后車(chē)輪和懸架結(jié)合在一起以簡(jiǎn)代分析過(guò)程。該模型對(duì)于檢測(cè)汽車(chē)在自然界中階躍輸入時(shí)突然施加側(cè)向加速度時(shí)的響應(yīng)很有作用。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入滑路面，離合器鎖止然后經(jīng)受一個(gè)突然的轉(zhuǎn)向力回復(fù)力，此時(shí)離合器松開(kāi)，也是一個(gè)典型的瞬態(tài)過(guò)程。另外，這也可以模擬汽車(chē)從低摩擦路面進(jìn)入高摩擦路面時(shí)的效果?？梢粤谐鰝?cè)翻平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)微分方程來(lái)分析解決階躍輸入的問(wèn)題。該系統(tǒng)響應(yīng)和如圖9－7所示的施加階躍輸入的調(diào)節(jié)減振的單自由度的響應(yīng)相似。圖9－7階躍輸入下的側(cè)翻響應(yīng)在突然的加速度輸入情況下，側(cè)翻角響應(yīng)是一個(gè)二次系統(tǒng)，在低于臨界點(diǎn)時(shí)，側(cè)翻角增加到平衡點(diǎn)，但是因?yàn)楫?dāng)它達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)，仍然有側(cè)翻速度，它會(huì)越過(guò)穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角。此后，側(cè)翻角減小并且振蕩，直到穩(wěn)定在平衡的穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角。階躍輸入操縱產(chǎn)生一個(gè)低于準(zhǔn)靜態(tài)臨界點(diǎn)的側(cè)向加速度，由于過(guò)沖量的存在，在瞬態(tài)響應(yīng)中，它會(huì)導(dǎo)致側(cè)翻，這樣側(cè)翻臨界點(diǎn)低于瞬時(shí)操縱時(shí)的值。圖9－8階躍輸入時(shí)阻尼對(duì)側(cè)翻臨界點(diǎn)的影響越過(guò)穩(wěn)態(tài)側(cè)翻角的程度依賴(lài)于側(cè)翻阻尼器，圖9－8所示對(duì)于旅行車(chē)，商務(wù)車(chē)和重型卡車(chē)的計(jì)算側(cè)翻臨界值—阻力比的函數(shù)圖。最低的側(cè)翻臨界值出現(xiàn)在沒(méi)有阻尼器時(shí)，它隨著阻尼比的增加以漸漸減小的速率增加。即使這樣，側(cè)翻阻尼器的作用是明顯的。汽車(chē)側(cè)翻臨界值隨著臨界阻尼從0～50％增加接近1／3。從公式可見(jiàn)，對(duì)于汽車(chē)和商務(wù)用車(chē)來(lái)說(shuō)，瞬時(shí)轉(zhuǎn)向操縱將減少側(cè)翻臨界值大約30％，而對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)懸掛汽車(chē)只減少10％，對(duì)重型卡車(chē)來(lái)說(shuō)，減少量接近50％。運(yùn)用一個(gè)正弦加速度輸入的模型說(shuō)明在側(cè)翻臨界點(diǎn)上側(cè)翻共振的效果，正弦加速度輸入和障礙滑雪賽的過(guò)程相似。圖9－9正弦輸入下側(cè)翻臨界點(diǎn)－頻率圖商務(wù)車(chē)定義為多用途的旅行車(chē)（而不是旅行車(chē)）。它具有110英尺軸距或小于110以及對(duì)于不同路面的操縱特點(diǎn)。在正弦側(cè)向加速度輸入下，汽車(chē)響應(yīng)依賴(lài)于輸入的頻率。圖9－9所示的對(duì)于汽車(chē)，商務(wù)車(chē)和重型卡車(chē)的側(cè)翻（車(chē)輪抬起）時(shí)的側(cè)向加速度和頻率的關(guān)系。頻率為0時(shí)，側(cè)翻臨界加速度接近于穩(wěn)態(tài)時(shí)的側(cè)翻加速度。穩(wěn)態(tài)時(shí)側(cè)翻加速度可以通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)懸置汽車(chē)模型獲得。隨著頻率的增加，側(cè)翻臨界加速度降低，直到一個(gè)最小值，該值等于側(cè)翻共振頻率。重心較高的重型卡車(chē)側(cè)翻共振頻率低于，這使得它特別容易側(cè)翻。經(jīng)驗(yàn)表明，汽車(chē)變換車(chē)道操縱超過(guò)2秒（0.5Hz）也能引起側(cè)翻并使重型卡車(chē)側(cè)翻加快，司機(jī)很容易做到兩秒的速度調(diào)節(jié)。同時(shí)，操縱頻率必須使汽車(chē)側(cè)向移動(dòng)8～10英尺以避免正常公路行駛速度時(shí)的路障。這樣，汽車(chē)變換車(chē)道操縱已確認(rèn)為重型卡車(chē)側(cè)翻事故的常見(jiàn)原因。商務(wù)車(chē)和汽車(chē)相比較于輪胎寬度比例來(lái)說(shuō)具有較低的重心，其側(cè)翻共振頻率為1.5Hz，有的更大一些。為了調(diào)節(jié)側(cè)翻共振，必須有非?？斓霓D(zhuǎn)向操縱。對(duì)司機(jī)行為的研究表明以這些頻率的轉(zhuǎn)向操縱輸入是通常的范圍。另外，由于在這些頻率下汽車(chē)橫擺響應(yīng)的減少，它們只產(chǎn)生很小的側(cè)向偏移（即使一個(gè)相對(duì)應(yīng)范圍到2Hz的轉(zhuǎn)向操縱也將僅僅導(dǎo)致汽車(chē)側(cè)向偏移一英尺）。由此得到的邏輯結(jié)論是：對(duì)旅行車(chē)和商務(wù)車(chē)而言，簡(jiǎn)單的側(cè)翻共振對(duì)側(cè)翻不起什麼作用。為了汽車(chē)變換車(chē)道操縱和成功應(yīng)付各種障礙，左右振動(dòng)的時(shí)間應(yīng)較低（4秒一次）。1HZ以內(nèi)的激勵(lì)頻率使汽車(chē)側(cè)翻共振很接近于準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)的狀態(tài)。因此，對(duì)這些汽車(chē)來(lái)講，以側(cè)翻的觀點(diǎn)看階躍轉(zhuǎn)向操縱比正弦轉(zhuǎn)向操縱確實(shí)代表了一種更具有挑戰(zhàn)性的操縱方式。3．2橫擺—側(cè)翻模型為了發(fā)展最完整和精確的汽車(chē)側(cè)翻情形的理論，必須依靠更廣泛的汽車(chē)模型，以模擬橫擺和側(cè)翻響應(yīng)橫擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生側(cè)向加速度從而導(dǎo)致側(cè)翻，然后側(cè)翻又影響（改變）橫擺響應(yīng)，通過(guò)輪胎轉(zhuǎn)向力的減少而引起側(cè)向負(fù)載轉(zhuǎn)移和懸置。許多計(jì)算機(jī)模型利用汽車(chē)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)發(fā)展研究橫擺—側(cè)翻關(guān)系這個(gè)行為的特點(diǎn)。圖9－10正弦輸入操縱時(shí)的輪胎受力和側(cè)向加速度相位圖用一個(gè)更綜合的模型去檢測(cè)正弦轉(zhuǎn)向操縱，去解釋汽車(chē)側(cè)翻響應(yīng)的一個(gè)額外的重要現(xiàn)象—前后輪受力的一致性。汽車(chē)轉(zhuǎn)向只靠前輪控制，轉(zhuǎn)向操縱并不立刻使前輪受到一個(gè)側(cè)向力（只被輪胎的松弛長(zhǎng)度延緩）。但是，后輪只到側(cè)偏角產(chǎn)生時(shí)才受力。結(jié)果，在正弦轉(zhuǎn)向操縱中，后輪受力呈現(xiàn)相位差。對(duì)旅行車(chē)而言，這種現(xiàn)象如圖9－10中解釋。在1Hz的正弦轉(zhuǎn)向顯示中，后輪側(cè)向力大約落后前輪0.2秒，即大約落后.相位。依賴(lài)于和力的側(cè)向加速度由于相位落后而減少。如果前后輪所受側(cè)向力同時(shí)達(dá)到最大值，側(cè)向加速度將達(dá)到0.8g而不是0.5g。在這種操縱中，頻率越高減少越多。相位落后的影響是通過(guò)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)傳遞加速度而調(diào)節(jié)加速度時(shí)使汽車(chē)橫擺邊向。對(duì)旅行車(chē)而言，這種影響導(dǎo)致緊急轉(zhuǎn)彎時(shí)反應(yīng)遲緩。由于時(shí)間落后隨著汽車(chē)輪距的增加而增加，在這種操縱下，大型汽車(chē)不象小型汽車(chē)那樣靈活。四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)常常驅(qū)動(dòng)后輪使其和前輪方向相同以減少相位落后，從而提高緊急轉(zhuǎn)向時(shí)的靈敏性。四輪驅(qū)動(dòng)除了具有轉(zhuǎn)向靈敏這一特點(diǎn)外，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致潛在的側(cè)翻行為提高。我們知道側(cè)翻共振頻率的范圍是1.5～2.0HZ，沒(méi)有相位滯后的四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)很容易讓司機(jī)在不可捉摸的駕駛中不小心引發(fā)側(cè)翻共振。在很長(zhǎng)的汽車(chē)如學(xué)校巴士，卡車(chē)和牽引車(chē)—拖車(chē)中，相位滯后是很顯著的。如圖9－11所示的牽引車(chē)和雙聯(lián)全掛車(chē)的側(cè)向加速度隨時(shí)間變化的曲線。（“雙聯(lián)”是指拖著全掛車(chē)的牽引車(chē)—半掛車(chē)）。圖9－11牽引車(chē)和全掛車(chē)的側(cè)向加速度一個(gè)持續(xù)2秒鐘的正弦轉(zhuǎn)向輸入可激發(fā)出一個(gè)汽車(chē)橫擺響應(yīng)的滯后增幅以及全掛車(chē)的側(cè)翻共振。由此可見(jiàn)，全掛車(chē)具有比牽引車(chē)大得多的側(cè)向加速度。由于車(chē)長(zhǎng)的影響，全掛車(chē)上的側(cè)向加速度與牽引車(chē)的側(cè)向加速度的相位幾乎正好相差180度破壞旋轉(zhuǎn)軸橫擺的滯后增幅被認(rèn)為對(duì)牽引車(chē)及全掛車(chē)的安全性是極為有害的。因?yàn)閷?duì)牽引車(chē)的低水平駕駛被擴(kuò)大化而且能夠?qū)е氯珤燔?chē)發(fā)生側(cè)翻。避免這種情況的一種方法就是在牽引車(chē)—半掛車(chē)之間安放掛接裝置。這種裝置可以提供側(cè)翻力偶。在側(cè)翻力偶下偏離相位的側(cè)向加速度使全掛車(chē)在駕駛初始時(shí)幫助牽引車(chē)—半掛車(chē)抵制側(cè)翻，而且牽引車(chē)—半掛車(chē)在結(jié)束駕駛時(shí)幫助全掛車(chē)抵制側(cè)翻。這種特性現(xiàn)在正被應(yīng)用在新一代的牽引車(chē)，掛車(chē)的掛接裝置中并在不斷的發(fā)展。3．3絆倒側(cè)翻車(chē)輛在側(cè)向滑行中受到某物體的障礙，這是側(cè)翻事故中需要特殊模型試驗(yàn)的決定性的一個(gè)等級(jí)。比如路緣石或軟路面，從而使汽車(chē)側(cè)翻。雖然對(duì)這種現(xiàn)象的理解還處在不發(fā)達(dá)的階段，但為這種現(xiàn)象設(shè)計(jì)模型的工作已開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種非線性的自由度為8的模擬模型，它利用簡(jiǎn)單的線性子系統(tǒng)模仿輪胎，懸掛系統(tǒng)及沖擊力。汽車(chē)由一個(gè)彈簧上質(zhì)量以及一個(gè)非簧載質(zhì)量（由前部和后部的汽車(chē)懸架組合而成）來(lái)表示。如圖9－12所示。當(dāng)汽車(chē)用一個(gè)簡(jiǎn)單的質(zhì)量塊來(lái)進(jìn)行研究其橫向搖擺和側(cè)翻時(shí)，簧載和非簧載質(zhì)量在側(cè)翻，側(cè)向和垂向直線運(yùn)動(dòng)中有幾個(gè)自由度。側(cè)向車(chē)輪所受沖擊力／約束力用既是彈性又是塑性的變形來(lái)模擬。減振作用包括車(chē)輪中的能量耗散力，簧載和非簧載質(zhì)量之間的側(cè)向襯套，懸架中的減振器和車(chē)輪沖擊力。該模型是國(guó)際公路交通運(yùn)輸安全委員會(huì)用公共基金開(kāi)發(fā)。所以，任何人可以通過(guò)向委員會(huì)申請(qǐng)得到使用權(quán)。這款車(chē)型過(guò)去常常用來(lái)研究在汽車(chē)經(jīng)歷側(cè)翻時(shí)的狀態(tài)。集中討論是否有足夠的能量產(chǎn)生于約束沖擊中以提高汽車(chē)的重心從而達(dá)到側(cè)翻點(diǎn)。在車(chē)輪受到?jīng)_擊時(shí)，汽車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)能量等于簧載和非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的0.5倍乘以它們各自轉(zhuǎn)動(dòng)速率的平方。同時(shí)，汽車(chē)重心的升高所增加的勢(shì)能等于質(zhì)量乘以汽車(chē)重心升高的高度。如果這兩種能量總和超過(guò)了潛在能量，必須提高汽車(chē)重心使其超過(guò)外側(cè)車(chē)輪，側(cè)翻就會(huì)產(chǎn)生。從機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)看，這種能量法有很多不足。因?yàn)榧僭O(shè)中所有的運(yùn)動(dòng)能量都轉(zhuǎn)代為勢(shì)能從而將汽車(chē)重心提高到了側(cè)翻點(diǎn)，它忽略了來(lái)自于車(chē)輪在該過(guò)程中和地面接觸所產(chǎn)生的額外能量輸入或損失，也忽略了輪胎和懸架中的能量?jī)?chǔ)藏和損失。圖9－13所示為典型的車(chē)輪受沖擊過(guò)程的能量分析法結(jié)果：垂線標(biāo)繪為純側(cè)翻能量，它是每一時(shí)刻動(dòng)能和增加的勢(shì)能之和。側(cè)翻臨界點(diǎn)是重心超過(guò)外側(cè)車(chē)輪時(shí)的勢(shì)能值。如果側(cè)翻能量超過(guò)臨界點(diǎn)，側(cè)翻將會(huì)發(fā)生。在分析過(guò)程中，試驗(yàn)汽車(chē)在距離路緣石還有7.5英尺時(shí)被賦予一定的初速度。在每秒鐘22英尺的速度下，碰撞會(huì)引起側(cè)翻能量水平的瞬時(shí)提高，這是由于旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能以及汽車(chē)重心的高度產(chǎn)生的勢(shì)能引起的。然而，總能量經(jīng)常很好的保持在臨界點(diǎn)以下，因此側(cè)翻不會(huì)發(fā)生。過(guò)一段時(shí)間，能量就會(huì)在懸架系統(tǒng)的作用下消失。每秒鐘23.075英尺時(shí)剛好足夠使汽車(chē)側(cè)翻的速度。側(cè)翻能量達(dá)到側(cè)翻臨界點(diǎn)，在這一點(diǎn)上動(dòng)能部分幾乎接近零。此后，在汽車(chē)完成側(cè)翻時(shí)，能量降低。在每秒25～27英尺這樣更高的初速度下，側(cè)翻就會(huì)產(chǎn)生。圖9－13不平路面沖擊時(shí)的動(dòng)能這種方法論應(yīng)用在檢查側(cè)翻對(duì)汽車(chē)性能參數(shù)的影響中。當(dāng)然，人們發(fā)現(xiàn)輪距寬度和汽車(chē)重心高度的幾何參數(shù)所受的影響最大。第二個(gè)極為重要的變量是碰撞中汽車(chē)的車(chē)身變形特性，傳遞較大的沖擊變形的過(guò)程中，擠壓中消失的能量減少了能量總和，而總的能量能夠?qū)е缕?chē)左右側(cè)翻的動(dòng)作。汽車(chē)的重量顯然受到很少的影響，除了當(dāng)它影響到行駛高度—重量增加會(huì)降低汽車(chē)重心高度時(shí)。同樣的，懸架剛度和減振特性所受到的影響也很小。4、側(cè)翻事故過(guò)程注重在汽車(chē)設(shè)計(jì)中側(cè)翻機(jī)械特性的主要?jiǎng)恿κ菧p少或避免側(cè)翻事故的發(fā)生。最近幾年中，分析學(xué)家們已經(jīng)核查了事故報(bào)告。他們所做的努力是為了確認(rèn)那些與側(cè)翻經(jīng)過(guò)聯(lián)系最為緊密的汽車(chē)特性—這個(gè)假定是這樣的，可以通過(guò)留意這些相關(guān)的汽車(chē)特性來(lái)減少側(cè)翻事故發(fā)生的頻率。在這些研究中，事故類(lèi)型和汽車(chē)類(lèi)型分類(lèi)研究是常用的方法。最簡(jiǎn)單的處理方法是，在所有特定的汽車(chē)事故類(lèi)型中，側(cè)翻頻率假設(shè)是在所有的汽車(chē)都是相同的事故類(lèi)型的范圍中。所以，那些汽車(chē)的任何非典型特性都是潛在的導(dǎo)致側(cè)翻的因素，應(yīng)該經(jīng)過(guò)討論得出能夠較好地減少這種潛在因素的方法。然而，當(dāng)認(rèn)識(shí)到商務(wù)車(chē)的非路面因素側(cè)翻比旅行車(chē)高，其部分原因是在這種環(huán)境中商務(wù)車(chē)使用得更頻繁，這種方法的缺點(diǎn)就更明顯了。通過(guò)制造更低更寬的汽車(chē)以改善它們的側(cè)翻性能，只能通過(guò)減少這種路面的遷移率來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了事故統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化,必須區(qū)分道路因素和非道路因素事故,側(cè)翻作為第一或僅有事故,側(cè)翻是伴隨事故.,使用因素和外部環(huán)境因素.考慮到汽車(chē)類(lèi)型,通常被分為小客車(chē),商務(wù)車(chē)(重心高,四輪驅(qū)動(dòng),用于個(gè)人運(yùn)輸),輕型卡車(chē)(用于個(gè)人運(yùn)輸和輕載拖運(yùn))和重型卡車(chē).他們?yōu)槊绹?guó)國(guó)家公路交通安全局所作的系統(tǒng)工藝學(xué)工作中檢驗(yàn)了各種小轎車(chē)的事故發(fā)生率和側(cè)翻傾向的關(guān)系.一些數(shù)據(jù)記錄如圖9－14所示.側(cè)情率(致命事故率每100000輛新車(chē)每年)和側(cè)翻臨界點(diǎn)用坐標(biāo)標(biāo)出.這里的側(cè)翻事故是指?jìng)?cè)翻作為第一或伴隨事故.數(shù)據(jù)顯示,隨著臨界值的增加,側(cè)翻事故發(fā)生率有減少的傾向.然而,坐標(biāo)圖中的分散現(xiàn)象表明需要側(cè)翻臨界點(diǎn)之外的更多知識(shí)去解釋事故原因.例如,MercuryCapri的事側(cè)翻故發(fā)生率是Vega三倍,它們卻有相同的側(cè)翻臨界值.由于這些不同的特點(diǎn),對(duì)于汽車(chē)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),通過(guò)增加汽車(chē)側(cè)翻臨界值而得到確切低的側(cè)翻事故率是不可能的圖9－14小轎車(chē)的側(cè)翻事故率圖9－15小轎車(chē)和商用車(chē)的側(cè)翻事故率檢驗(yàn)側(cè)翻事故發(fā)生率和果斷的分析家對(duì)汽車(chē)不同的特點(diǎn)作出假設(shè)解時(shí),這自然觀察是常用的。近來(lái)，對(duì)于小可車(chē)和商務(wù)車(chē)的側(cè)翻事故的系統(tǒng)分析被Robert-son和Relley處理。該分析中有一些潛因素分析檢驗(yàn)。在他們的工作中，更寬的車(chē)輛范圍被考慮進(jìn)去。如圖9－15所示，為每100000輛汽車(chē)每年的事故量和側(cè)翻臨界值的關(guān)系，并且所說(shuō)的側(cè)翻是第一最為嚴(yán)重的事故。從坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)我們看出，側(cè)翻臨界值事故發(fā)生之間更為直接關(guān)系。由于包含了較高事故率的商務(wù)車(chē)（CT-5，CJ-7,Blazer和Bronco），所以得出了上面的關(guān)系。在臨界植為1.25~1.6的汽車(chē)中，沒(méi)有明顯的側(cè)翻傾向。聯(lián)邦汽車(chē)安標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)）建議事故率很高的商務(wù)車(chē)的臨界值最小為1.2。另外，商務(wù)車(chē)的事故率極高不僅在該研究中發(fā)現(xiàn)，也在其他研究中發(fā)現(xiàn)。汽車(chē)設(shè)計(jì)者們利用事故記錄來(lái)檢查一些其他的因素，這些因素可能對(duì)于不同類(lèi)型的汽車(chē)的使用來(lái)說(shuō)具有一定的特殊性。同時(shí)，利用事故記錄也能判定這些因素是否與實(shí)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，從而能夠提供一些商務(wù)車(chē)具有很高的側(cè)翻事故率的其他可能解釋。例如，被商務(wù)車(chē)所吸引的那一類(lèi)型的汽駕駛者都是喜歡冒險(xiǎn)得人，因此也就更可能出事故。這一說(shuō)法經(jīng)常是大家爭(zhēng)論的話題。然而，當(dāng)那非側(cè)翻重大事故發(fā)生率來(lái)比較，商務(wù)車(chē)卻并不比轎車(chē)的高。當(dāng)駕駛者的總體特征——