汽车侧翻稳定性与预警综述分解

汽车侧翻稳定性与预警综述

摘要：近年来，汽车侧翻事故作为重要的安全问题，受到越来越多的关注。美国高

速公路交通安全管理局统计数据表明，在汽车事故中，侧翻的危害程度仅次于碰

撞事故居第二位。然而，我国目前针对高速急转弯时汽车侧翻动态稳定性及预警方面

的研究还很少。因此，本文总结归纳了目前主流侧翻稳定性模型，侧翻预警的硬件系统与算法。通过仿真来计算侧倾角，来得测算汽车侧翻稳定性。以及时下最为新颖的通过DPS来获得汽车的侧倾角，横向加速度等数据来预警。本文比较了各种方案的利弊，对目前汽车的侧翻稳定性分析及预警研究做了一定程度的综述。

关键字：侧翻模型，侧翻控制器，预警算法，侧翻仿真，GPS侧翻控制系统

Abstract: in recent years, the most important safety problems as vehicle rollover accident, has attracted more and more attention. High U.S.Highway traffic safety administration statistics show that, in a car accident, harm degree rollover after touchHit the house second. However, China's current high speed sharp turning vehicle dynamic rollover stability and rollover warningThe study is also very little. Therefore, this paper summarizes the current mainstream rollover stability model, hardware system and rollover warning algorithm. Through the simulation to calculate the roll angle measurement, more automobile side tumbling stability. And nowadays the most novel through the DPS to get the car's side angle, lateral acceleration and other data to alert. In this paper, based on the comparison of the advantages and disadvantages of the various schemes on the current car rollover stability analysis and early warning research made a certain degree of review.

Keywords:rollover model, rollover warning algorithm, controller, rollover simulation, GPS rollover control system

1.汽车侧翻模型及动态稳定性分析

1.1简明汽车模型

建立模型为研究汽车侧翻提供了很大的便利。合适的模型可以直观反应汽车的运动状态。成光华在分析国内外有关汽车侧翻预警的研究基础上，建立了由“自行车模型”或侧倾平面模型组成的线性三自由度汽车侧翻模型。该模型不仅包含了汽车静态因数，也包含轮胎、悬架等造成的动态因数，是汽车侧翻预警算法和硬件在环仿真的基础。汽车侧翻预警算法中选用汽车的横向载荷转移率作为汽车是否发生侧翻的判断标准，根据汽车左右车轮的载荷LTR（Lateral-load Transfer Rate）的变化，计算汽车模型当前状态距离侧翻的时间值TTR （Time-To-Rollover），对汽车侧翻状态及时地预警。

而对于客车这类形状较为单一的运载工具。覃祯员建立了立柱模型，揭示了侧面结构。依据侧翻试验要求，客车应从水平位置缓慢翻转到不稳定角，在这个翻转过程中车辆不应出现摆动和受翻转速度的影响。在侧翻仿真模拟过程中，可以模拟车辆及翻转平台从水平位置翻转到不稳定角后车辆靠自身重力自由翻转撞击到刚性地面，但为了节省仿真计算时间，笔者将客车翻转过程中与地面接触时刻作为初始仿真时刻，并赋予车辆绕着旋转平台转轴作旋转，其初始翻转角速度ω计算方式如下:式中: m 为车辆整备质量，mm; IXX为转动惯量，kgmm2; ΔH 为车辆从不稳定角翻转到接触地面过程中其质心高度的变化量，mm; r 为车辆在不稳定角位置其质心到翻转平台旋转轴的旋转半径，mm。通过刚性单元模拟生存空间，生存空间与车身地板骨架刚性连接，生存空间与车辆结构件、地面之间无需定义接触，目的是为了观察侧翻过程中侧面结构请入情况。笔者建立了某12 m 客车侧翻有限元仿真模型，如图4 所示。

1.2三自由度汽车模型

金智林等人以运动型多功能汽车为研究对象，在车辆坐标系下建立了其线性三自由度侧翻模型。该模型包括横向、横摆以及侧倾方向的响应及其耦合影响，能反映影响运动型多功能汽车高速急转弯时侧翻的主要因素。此外，考虑汽车侧翻过程中引起的轮胎及悬架变形

因素对车轮侧偏角的影响，建立了线性的轮胎动力学模型。1.3.1 汽车侧翻动力学模型汽车侧翻动力学模型是研究汽车侧翻问题的基础，其形式和复杂程度因不同的研究目的而异。为了研究汽车侧翻动力学基础的一般规律，可以抓住汽车侧翻的主要特征，而对其它影响因素进行简化，建立简单的侧翻动力学模型。

三自由度汽车侧倾模型[59-97]，是研究汽车侧倾运动的最为基础的模型。如图1.5 所示，该模型由“自行车”模型和侧倾平面模型组成，包括汽车横向运动、横摆运动以及侧倾运动。运用理论力学可以得到这三个自由度方向反映汽车侧翻运动特性的数学模型，根据数学模型可以分析汽车侧翻指标以及汽车结构参数和随机因素对侧倾运动的影响。祝军等人分析汽车在侧翻和滚翻过程中的受力状态和轮胎或车身与路面的相互作用方式,建立汽车侧翻和滚

翻的运动学和动力学模型,揭示汽车临界侧翻碰撞力与持续作用时间等参数的关系,推导侧翻车辆侧向速度的范围,确定滚筒模型中关键参数的选取方法。

杨利勇利用具有可变形悬架和轮胎的汽车侧翻模型,分析了悬架及轮胎等因素对汽车侧翻的影响,推导出包括轮距变化、举升效应、轮胎转动惯性力矩等因素在内的汽车侧翻阈值公式,突出影响汽车侧翻的悬架因素,为评估悬架对汽车侧翻稳定性影响提供了理论依据。果忽略