汽车倾覆失效与横向稳定性

1.汽车纵向倾覆

汽车上坡行驶时，随着纵向坡度的增大，前轮的地面法向反作用力不断减小。当坡度足够大时，前轮的地面法向反作用力为零。此时，前轮将失去转向操纵能力，并可能产生纵翻。另外，如果上坡行驶所需的驱动力大于附着力时，会出现驱动轮滑转现象。

汽车在纵向坡道上等速行驶时的受力情况如图7-7所示。随着坡度角α（°）增大，前轮的地面法向反作用力F_z1逐渐减小，当F_z1=0时，汽车将绕后轴纵翻。当坡度较大时，车速较低。若忽略空气阻力，则此时有：

L₂Gcosα-h_gsinα=0

整理得，汽车纵翻时的坡度角α_f满足：

当在坡度角α大于α_f的道路上行驶时，汽车将发生纵向翻倾。质心高度h_g（m）较小，质心距后轴的距离L₂（m）较大时，汽车较不易发生纵翻。

另一方面，汽车所能驶上的最大坡道，受到附着条件限制。因此，汽车上坡时也可能发生车轮滑转。越野汽车大多是全轮驱动，当以较低速度等速上坡时，若道路的滑动附着系数为ϕ_s，有：

Gsinα_h=Gcosα_hϕ_s

车轮发生滑转所对应的坡度角a_h满足：

tanα_h=ϕ_s

若在坡度α＞α_h的道路上行驶，汽车将发生纵向滑移。为避免汽车纵翻，汽车纵向滑移应发生在纵翻之前，即应满足α_h＜α_f。此时，应满足如下条件：

图7-7 汽车在纵向坡道上等速行驶时的受力图

2.汽车侧向倾覆

与纵翻比较，汽车侧翻更为常见。侧翻分为由于侧坡引起的侧翻和由于侧向惯性力引起的侧翻两种情况。

（1）侧坡引起的侧翻 汽车在侧坡上直线行驶时，当坡度角β（°）大到使重力通过一侧车轮接地中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时（图7-8），则汽车将发生侧翻。此时有：

侧翻时，侧向坡度角β_f满足：

为了防止侧翻，汽车质心高度h_g（m）应小，轮距B（m）应宽。(www.xing528.com)

同样，在侧向力作用下汽车也可能发生侧滑，此时有：

Gsinβ_h=Gcosβ_hϕ_g

侧滑对应的侧向坡度角β_h满足：

图7-8 汽车的侧翻

tanβ_h=ϕ_g

若使侧滑发生在侧翻之前，β_h应小于β_f，此时所应满足的条件是：

（2）侧向惯性力引起的侧翻 汽车高速曲线行驶时，由于惯性力的作用也可能导致侧翻。汽车等速圆周运动时的受力情况见图7-9，若车速为V_a（km/h），圆周半径为R（m），汽车总重为G（N），则所产生的惯性力F_j（N）为：

侧翻时，有，因此，侧翻时所对应的车速V_af（km/h）为：

在惯性力F_j（N）作用下，汽车也可能发生侧滑，此时有：

所对应的车速V_ah（km/h）为：

图7-9 汽车圆周行驶受力情况

若使侧滑发生在侧翻之前，V_ah应小于V_af，此时须满足的条件也是：

称为侧向稳定性系数。因此，为了保证汽车高速行驶的横向稳定性，汽车都力求保持一定轮距，并尽量降低质心高度，以增大汽车的侧向稳定性系数。