汽车瞬态侧翻的力学研究

准静态汽车侧翻只是实际汽车侧翻的一种简化，即假设了汽车侧向加速度的变化既均匀又较慢。可是汽车侧向加速度的变化较快时的侧翻，必须研究汽车的侧倾响应。

图4-24为一种最简单的汽车侧倾物理模型。由于计及了悬架质量参与侧倾运动，因此与带悬架汽车的准静态侧倾模型相比，它增加了悬架质量m_g绕汽车纵轴的转动惯量I_s。

计及侧倾运动的汽车在侧向加速度阶跃输入下的侧倾角响应如图4-25所示。汽车的侧倾角在初次达到稳态值之后有一个超调量，这说明汽车在比准静态下更小的侧向加速度时内侧车轮就可能离开地面，即汽车的瞬态侧倾阈值比准静态时的小。对于轿车和多用途汽车，阶跃转向时侧倾阈值比准静态阈值（B/2h_g）低约30%，而货车则低约50%。

图4-24 计及侧倾转动惯量的汽车侧翻模型

图4-25 阶跃输入下的侧倾响应

超调量的大小取决于侧倾阻尼。通过增加侧倾阻尼来抑制汽车的侧倾运动，从而达到增大侧倾阈值的目的。图4-26为通过计算得出，侧倾阈值随临界阻尼比的变化曲线。无阻尼时，侧倾阈值最小；而后，侧倾阈值随阻尼比的增大而增大，但增大的速率趋于平缓。

把表4-2所列出的汽车稳态侧翻阈值范围与图4-26所示的汽车瞬态侧倾阈值范围相比较，的确，货车类的瞬态值比稳态值要小许多，而轿车类次之。(www.xing528.com)

在侧向加速度正弦输入的条件下，汽车侧倾响应取决于输入频率。图4-27给出了侧倾响应与输入频率的关系。频率为零时，侧倾阈值接近于带悬架汽车准静态时之值；随着频率的增加，侧倾阈值减小，直至到达侧倾共振频率时最小，接着又迅速增大。

对于重型货车，侧倾共振频率低于1Hz。经验表明，重型货车在高速公路上正常行驶时，驾驶人通常在2s时间内，操纵汽车侧向位移240～300cm，以变更车道避让其他车辆或障碍物，在此过程中，操纵频率约为0.5Hz，很容易造成侧翻。

图4-26 侧翻阻尼比对侧翻阈值的影响

图4-27 侧倾响应与输入频率的关系

对于轿车和多用途汽车，其侧倾共振频率为1.5Hz，甚至更高。在此频率下操纵汽车转向时，汽车的侧向偏移很小（小于30cm）。因此此类汽车因侧倾共振引起侧翻的可能性不大。