汽车横向稳定性与交通安全分析

汽车横向稳定性与交通安全分析 总第67期 内蒙古公路与运输 Highways&TransportationinInnerMongolia41 文章编号1005—0574一(2001)01—0041—04 汽车横向稳定性与交通安全分析 蔡果 (湖南公安高等专科学校.长沙410006) 【摘要】汽车横向稳定性主要受路面附着系数,转向半径和路面攒向倾角等因素 的限制,文章对此进行了分析 得到了保持汽车横向稳定性的方法,提出了用汽车主动安全技术保持汽车横向稳 定性的设想. 【关键词】稳定性;侧精;侧倾;极限;附着系数;离心力:设想 中围分类号:U461文献标识码:A Abstract:Rollstabilityofautoraobil~issubiecttOadhesioncoefficient.turningradius.rollan gleandsoonfactors restrictionsmainly.Thisartideanatyzedthese.andgotmethodsmaintainingstabilityofauto mobile,andputforward assumptionstomaintainstabilityofautomobilebyautomobileactivesafetytechnology. Keywords:stahility;crosswayslide:rolling;thelirrth;adhesioncoefficient;centrifugalforc e;assum~tions ,保持其横 汽车在行驶过程中,能否实现安全转向 向稳定性是非常关键的.汽车的横向稳定性是指汽车 抵抗横向侧滑和侧倾的能力它有一定的限度,如果汽 车在转弯时的运动状态超过这一限度,就会出现侧滑 或侧倾的险情,这是产生弯道事故的主要原因之一.笔 者认为,保持汽车的横向稳定性,主要取决于道路条件 和驾驶员的操纵水平两个方面.这两个方面只要有一 个出现问题,汽车的横向稳定性就会降低或丧失,危及 行车安全. l汽车的抗侧滑稳定性 1.1汽车不侧滑的稳定条件和抗侧滑极限 图1所示,是汽车平地转向时的受力情况.图中, 为汽车质心高度(m),B为轮距(m),C为汽车质心 距转弯外侧车轮与地面接触中心的距离(m),mg为汽 车作用于地面的总重力(N),N,Lv:为地面的支承反 力iN),P,P分别为由离心力引起的左右轮产生向 外侧滑移的趋势. 瞳l汽车平地转弯时的受力筒囤 按照力学原理,汽车平地转向行驶时的离心力大 小为: , 2 ,一(1) 武中商心力(); 一 汽丰转向速度(m/s); 埘一汽丰总质量(kg)} R一汽车转向半径(m). 由(1)式可知,汽车离心力与转向速度的二次方成 正比,随着转向速度的提高,离心力将急剧增大.当离 心力的太小达到车轮与地面间的横向附着极限时,汽 车将因车轮横向滑移(侧滑)而失去稳定性. 汽车平地转向行驶时,车轮与地面的总侧向附着 力为: Yj=?g?(2) 式中一怠侧向附着力(N); 埘一汽丰怠质量(kg); g一重力加速度(9.8m/s){ 一 侧向附着系数. 很明显,当Y=Yj时,汽车将失去横向稳定性. 因此汽车不出现侧滑的条件是: _ Z ?'g'体(3) 这时的转向速度称为抗侧滑稳定速度极限 (口…),其值可由式(3)求得: 一'......'......一 口村一?R?g?竹(4) 这个车速极限的高低,反应了汽车抗侧滑的能力. 42 内蒙古公路与运输 Highways&TransportationinInnerMongo[iaZOO1年第1期 由于种种原因,汽车转弯时,离心力引起的前,后 车轮达到轮胎与地面附着极限的先后可能不同,因此 汽车失去横向稳定后也可能呈现出不同的运动状态 当前轮先达到附着极限时,因前轮发生侧滑,汽车的横 摆角速度减小,转向半径增大,汽车向外侧甩出,发生 所谓的偏航"现象,严重时汽车会驶出路外.若后轮先 达到附着极限,后轮将向外侧侧滑,使汽车的横摆速度 增加,转向半径减小,发生所谓的"甩尾"现象.由于转 向半径减小,使离心力进一步增加,甩尾加剧,严重时 诱发汽车激转,甚至侧翻j. 由上面的分析可知,汽车转向时避免侧滑的有效 措施之一是将转向车速控制在抗侧滑稳定速度极限以 下,其实质是使离心力不致过大.据资料显示,在弯道 上发生的事故,有60是由于离心力的影响导致的. 为此,驾驶员驾车转弯时,应特别注意控制车速,不能 开快车,否则,汽车产生侧滑,"偏航"和甩尾"的危险 现象就可能发生. 1,2影响汽车横向稳定性的主要因素 从以上分析可知,汽车横向稳定性可用汽车的抗 侧滑稳定速度极限的高低来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示由(3)式可以看出, 影响汽车横向稳定速度极限高低的因素主要是转向半 径R和侧向附着系数. 实践证明,侧向附着系数与车轮的滑移率和滑 转率有关.对前者,人们从汽车制动稳定性分析中了解 较多,而对后者,则可能知之甚少.因为人们往往注重 于滑转率与牵引力的关系,而忽视了滑转率对侧向附 着系数的影响,所以对汽车抗侧滑稳定性的分析和认 识并不太深人.实际上,汽车在道路上行驶时,因受到 路面附着条件的限制,发动机驱动力大于路面附着力 而出现车轮滑转,影响纵向和侧向附着系数大小变化 的现象,与汽车制动时,车轮与地面之间产生滑移,其 纵向和侧向附着系数产生相应变化的情况非常类似, 如果将这种变化情况用曲线在同一张图上表示,则呈 现镜像"关系,如图2所示. 糍 噼 椰 横向附着系数吼横rq附着系数n — ',/——<, 侧向附着系数,/\/,,,向附着系数 /,\\/,\ 一 ,, , .驱矾.1f..制动.,,,,,.一 滑转率/%0滑穆率/% 固2附着慕数蕾}I幕率和滑转事变化的美采 由图2可见,当车轮出现滑转时,随着滑转率的增 大,车轮与地面问的侧向附着系数将急剧减小.假如汽 车是在上坡路段转弯,因上坡阻力较大,需要增大驱动 力,此时驾驶员必然加大油门;若路面附着力较小,发 动机对车轮的驱动力可能达到路面的附着力极限,使 车轮出现滑转,轮胎与路面问的侧向附着系数随之迅 速减小,抵抗侧滑的能力很快降低,尽管此时汽车转弯 的速度可能不高,产生的离心力不大,汽车也可能侧 滑,产生"偏航"或"甩尾".这种危险情况往往是驾驶员 难以料到的,应当充分予以重视. 式(4)表明,随着汽车转向半径R的变化,汽车转 向抗侧滑稳定速度极限高低也随之变化.这种变化通 常是瞬时变化,既与转弯路段的道路弯道半径有关,又 与汽车转向特性有关.如何适应这种变化,一般是由驾 驶员适时转动转向盘来实现的.R较大,转弯时允许 的抗侧滑稳定速度极限就会较高,反之则小.为了保证 汽车安全转向,倘若条件允许,应尽量使转向半径R 较大,以利汽车以较理想的速度转向.如果弯道太急, 转弯半径较小,这时驾驶员应当预先降低行车速度,使 转向时的离心力不致过大.转弯时,驾驶员千万不能一 边紧急制动一边骤然转向.据统计,7o的车辆发生侧 滑都是在转弯带紧急制动的时候.因为紧急制动时,对 于没有安装制动防抱死装置的汽车,其车轮可能抱死 产生滑移,抗侧滑稳定性降低;骤然转向,汽车横摆速 度增加,转向半径急剧减小,离心力突然增大.二者合 一 , 汽车会立刻失去横向稳定性,出现侧滑,甚至侧翻. 1.3汽车在有横向倾角路面转弯时的抗侧滑极限 上述分析的是汽车在平地上转弯时的抗侧滑速度 极限,如果转弯路面有一定的横向倾角,如路拱和超 高【受力简图如图3,图4所示),则汽车侧滑速度极限 值将为 ?s×x(5) 当路面向转弯内侧倾斜时,上式中的tan取正 值一反之取负值.当弯道半径一定时,若路面向转弯内 侧倾斜(如图3所示),汽车自重沿横向坡度方向的分 力mgsin的方向与汽车转弯时的离心力沿横向坡度 方向的分力Y,COS的方向相反,使引起汽车侧滑的合 力减小,汽车的抗侧滑稳定性有所提高;若路面向转弯 外侧倾斜(如图4所示),汽车自重沿横向坡度方向的 分力mgsin的方向与汽车转弯时的离心力沿横向坡 度方向的分力COS的方向相同,导致汽车侧滑的合 力增加,使汽车抗侧滑稳定速度极限降低. 总第6T期蔡果:汽车横向稳定性与交通安全分析— 髓3汽车在有内埋I横城路面上转弯时的受力筒圈 围4汽车在有外?横坡路面上转弯时的受力简阿 2汽车的抗侧倾稳定性分析 2.1汽车不侧倾的稳定条件和抗侧倾极限 按图1所示汽车平地转弯时受力情况,设汽车转 弯时的速度为(m/s),R为汽车转向半径(n1),对轮 胎与地面接触点中心O取矩,其汽车转弯时的力矩平 衡方程式为: y×H+?2×B—mg×C一0(6) 即×H+N×B—mg×C一0【7) 汽车转弯行驶过程中,由于所产生的离心力的影 响,会使得内侧车轮的支承反力?:藏小,当转弯速度 达到一定限度时,?.为零,式(7)为: '' ×一g×C(8) 式(8)左边是汽车转弯时离心力产生的侧倾力矩. 右边是汽车自重产生的抗侧倾力矩.当离心力再增大 时,式(8)左边将大于右边,汽车即出现侧倾.由此可 知,汽车转弯不产生侧倾的条件是: ×H?g×C(9) 由式(9)可求得汽车抗侧倾稳定速度极限为: 一 ?(c?鲁)(1n) 如果汽车质心居中,那么.C为轮距B的二分之 一 ,式(IO)可写成: _一~ fgRB 由式(11)可知,如果汽车转向半径一定,则汽车抗 侧倾速度极限的高低与汽车轮距与汽车质心高度的比 例相关.若转向的汽车是空车,式(11)中的希正好等 于汽车在空载,静态状态下的最大侧倾稳定角的正切 值,通常称之为抗侧倾系数,即: 【an0一一B(12) 式中,为汽车在空载,静态状态下的最大侧倾 稳定角.在GB7258—1997《机动车运行安全技术条 件》中对各种车型的最大侧倾角作出了具体规定.例如 质量为整备质量1.2倍以上的汽车,最大侧倾稳定角 不得小于35.,将这个值代人式(12),可求得质量为整 备质量1.2倍以上的汽车在乎地转弯时的抗侧倾稳定 速度极限为: r = ?等一一 2,620(13) 如果将不同|R值代人上式,可得出一系列不同转 向半径下的抗侧倾稳定速度极限值.这些值可作为研 制汽车主动安全装置的参数值,非常有用. 汽车装载后,其质心位置通常总是升高的,由式 (11)可知,其抗侧倾稳定速度极限值将随之下降.也就 是说,汽车装载后的抗侧倾稳定速度极限一般总是小 于空载时的抗侧倾稳定速度极限,在空载时能以较高 速度转过的弯,装载后再以这个速度就可能转不过去, 冒险为之,汽车就可能失去横向稳定性.由式(IO)可以 看出,汽车装载的均衡性对侧倾稳定车速极限的大小 也有不小的影响.如果装载后质心偏左或偏右,式中c 值就会小于或大于二分之一轮距B,汽车向左或向右 转弯时的抗侧倾稳定速度极限会出现差别.从安全角 度考虑,c值只能取小于二分之一轮距B,因此就整 体而言,汽车抗侧倾稳定速度极限将降低.若装载后汽 车质心向左或向右偏离较大,由于汽车向左或向右方 转弯时抗侧倾稳定性不一致,还会给驾驶操作造成困 难,影响行车安全.因此.装载货物时应尽量注意左右 均衡,并且尽量使货物的质心相对地面的高度低一些; 特别是货物装得较高时,在转弯行驶中应特别注意控 制车速,以保证汽车稳定行驶. 22汽车在有横向倾角路面转弯时的抗侧倾极限 以上分析的是汽车在水平路面上转弯时的抗侧倾 稳定性情况,若考虑路面横向倾角.时的影响,则汽车 转弯时的抗侧倾稳定速度极限为: (il)…*(I4) 44只L 内蒙古公路与运输 MongoliaHighwaysTransportationinINnerMongotia&2001年第1期 取C等于二分之一轮距B时,汽车转弯时的抗侧 倾稳定速度极限为: 一*(15) 在上面两式中,当路面向转弯内侧倾斜时,tail 取正值,反之取负值.显然,如果路面向转弯内侧倾斜 (如设弯道超高时),有利于提高汽车抗侧倾稳定性. 3有关保持汽车横向稳定性的方法和设想 3.1保持汽车横向稳定性的方法 实际上,汽车的行驶状态主要是由路面与轮胎的 作用力决定的,驾驶员对汽车的操纵,其实质是对轮胎 与路面作用力的控制.因此,从上面分析可 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出保持 汽车横向稳定性的方法,概括起来有四点:一是在驾驶 操作上,驾驶员应当注意控制转弯车速,缓打方向;二 是在汽车装载上,尽量使装载均衡,质心位置低,货物 捆扎牢固;三是在道路结构上,可采取增大弯道半径, 增设弯道超高(路面向转弯内侧倾斜)和改善路面附着 性能的办法;四是在汽车结构上,可考虑安装汽车制动 防抱死装置和汽车驱动防滑转控制装置等主动安全装 置,使轮胎与路面的附着条件维持在峰值状态 3.2研制汽车主动安全装置的设想 要提高汽车的横向稳定性,从汽车技术角度而言, 应从提高汽车的主动安全性能人手.根据以上汽车横 向稳定性的分析可知,汽车的横向稳定性主要与附着 系数,转向半径和质心位置有关.因此,提高汽车横向 稳定性的主动安全性应重点从这几方面考虑. 为了使路面附着系数保持在最佳范围,目前国内 外许多汽车都安装了制动防抱死装置ABS.20世纪80 年代中期,国际上又开始发展汽车驱动力控制技术,即 汽车防滑转技术ASR(Anti—SlipRegulation).这项技 术是根据车辆行驶行为,运用数学算法和控制逻辑使 车辆驱动轮在恶劣路面或复杂行驶条件下产生最佳纵 向驱动力的主动安全系统.这种系统能够提高车辆的 牵引性,操纵性,稳定性和舒适性,减小轮胎磨损和事 故风险,增加行驶安全性和驾驶轻便性.ASR技术是 在ABS技术上的延伸.ABS是通过控制车轮与地面 的滑移率,使制动力最大,同时保持路面附着系数在晟 佳范围.ASR则是通过控制车轮的滑转率,使驱动力 最大,而保持路面附着系数在最佳范围.ASR技术目 前在国内还处于探索阶段,仍有许多难题有待解决(本 文不阐述). 虽然ABS和ASR技术对提高汽车横向稳定性都 有一定的作用,但是只为解决汽车稳定性中路面附着 条件问题提供了途径根据上面对汽车横向稳定性的 分析,笔者以为在研究开发这两项技术的同时,可以同 时考虑汽车抗侧滑和抗侧倾的主动安全装置的研究开 发,其基本思路如下: ?汽车抗侧滑主动安全装置.这种装置具备适时 检测转向车速转向半径,道路横向倾角的能力.将检 测到的信号经过换算,对比,得出一个抗侧滑稳定速度 极限值,输给制动力自动控制等相关装置,从而自动将 汽车转向速度控制在抗侧滑稳定速度极限值范围内, 保证转向安全 ?汽车抗侧倾主动安全装置.这种装置能够适时 检测汽车转向时内侧车轮的地面反力,当检测到这个 反力小到一定程度时.即给汽车制动装置发出信号,自 动降低转向速度,使离心力减小,从而防止汽车转弯时 侧倾的发生. 以上两种设备可以与ABS,ASR的设备整台在一 起,有的原件可以共用,以减小体积,降低成本.因详细 内容非本文讨论的范围,不赘述. 4参考文献 [1]何光里汽车运用工程师 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [s].北京:^民交通出版社.191. [nl蔡果汽车制动跑偏和制动蚵滑安全分折[IJ.内蒙古公路与运辅. 2000,(2):28-30 [3]边硝远,阵思忠忾车驱动防滑控}旨『系统的研究lJ]武汉汽车工业 大学.2099(6). [4]张成保.汽车驱动防滑的控制方法研究[J]忾车工程,2000.(5) _5]付亮彩.汽车的横向稳定性与转弯安全llJ].汽车驾驶员,2000, '11) (编辑李新生) 收稿日期}200102一i2 纳米汽油在中国研制成功 北京大学最新研制开发的汽油乳化剂是, 种利用现代最新纳米技术研制开发的,它能对 汽油品质进行改造,最大限度地促进汽油燃烧. 使用时,只要将微乳化剂以适当比例加入汽油 便可使用.交通部汽车运输节能技术检测中心 专家实验后认为,汽油在加入该微乳化剂后,可 降低汽车油耗1O,20,增加动力性能25, 并使尾气中的污染物排放降低50,80.它 还可以清洗积炭,并提高汽油的综合性能.节约 能源与减少污染是它的最大优点.