第七章汽車側(cè)傾動力學(xué)當(dāng)汽車承受側(cè)向力時，車身便相對地發(fā)生側(cè)向傾斜，使法向力在左、右輪間重新分配，影響著彈性輪胎的側(cè)偏特性，還引起前輪定位參數(shù)發(fā)生變化以及側(cè)傾轉(zhuǎn)向，從而影響汽車穩(wěn)態(tài)及瞬間轉(zhuǎn)向特性等。過大的車身側(cè)傾會使車輛發(fā)生繞其縱軸旋轉(zhuǎn)90o以上的側(cè)翻，造成嚴(yán)重的交通事故。車側(cè)傾動力學(xué)主要內(nèi)容包括側(cè)傾中心、車輪側(cè)傾外傾、側(cè)傾轉(zhuǎn)向、側(cè)傾動力學(xué)模型、汽車側(cè)翻運(yùn)動及抗側(cè)傾性評價指標(biāo)等。目前，汽車側(cè)傾動力學(xué)在客車、貨車等高質(zhì)心商用車研究和開發(fā)中受到更多重視。7.1側(cè)傾幾何學(xué)7.1.1側(cè)傾中心車身在前、后軸處橫斷面上的瞬時轉(zhuǎn)動中心。單橫臂獨立懸架側(cè)傾中心四連桿機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動瞬心7.1側(cè)傾幾何學(xué)7.1.1側(cè)傾中心雙橫臂獨立懸架上車身的側(cè)傾中心及等效單橫臂懸架：車身在前、后軸處橫斷面上的瞬時轉(zhuǎn)動中心。7.1.2側(cè)傾軸線轎車前懸架的側(cè)傾中心通常比后懸架的側(cè)傾中心更靠近地面，這樣，輪距隨著懸架壓縮、伸張的變化更小，有利于增強(qiáng)直線行駛方向穩(wěn)定性，減小前輪胎的磨損。后懸架側(cè)傾中心與前懸架的等高或稍微高一點，可以減小側(cè)傾力臂，從而減小車輛的側(cè)傾角。7.2車身側(cè)傾變形與受力分析7.2.1懸架的線剛度Kl=2ks（1）非獨立懸架的線剛度（2）獨立懸架的線剛度一側(cè)懸架的線剛度整個懸架的線剛度7.2.1懸架的線剛度懸架的側(cè)傾角剛度：在單位車身側(cè)傾轉(zhuǎn)角下（車輪保持在地面上），懸架系統(tǒng)施加給車身總的彈性恢復(fù)力偶矩。車身發(fā)生小側(cè)傾角dφ時懸架側(cè)傾角剛度單橫臂獨立懸架的側(cè)傾角剛度7.2.2懸架的側(cè)傾角剛度側(cè)傾力矩組成：1）懸上質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩MφⅠ2）懸上質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩MφⅡ7.2.3側(cè)傾力矩3）懸下質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩MφⅢ總側(cè)傾力矩側(cè)傾力矩組成：7.2.3側(cè)傾力矩7.2.4車身側(cè)傾角車身側(cè)傾角會影響到汽車橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)汽車以0.4g的向心加速度沿定圓等速行駛時，車身側(cè)傾角控制在3o以內(nèi)較好，最大不允許超過7o。過大的側(cè)傾角使駕駛?cè)烁械讲环€(wěn)定、不安全。對平順性而言，雖然側(cè)傾角過大的汽車，乘客感到不舒適。提高汽車抗側(cè)傾能力的途徑：（1）提高前、后側(cè)傾中心離地高度，可以減短側(cè)傾力臂，但受到許多因素的限制。（2）加裝橫向穩(wěn)定桿，可以增大側(cè)傾角剛度，一般先加在前懸架，整車角剛度不夠時再加在后懸架，以增大不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。（1）簧載質(zhì)量慣性力引起的載荷轉(zhuǎn)移（2）非簧載質(zhì)量慣性力引起的載荷轉(zhuǎn)移7.3車輛轉(zhuǎn)彎側(cè)傾時的載荷轉(zhuǎn)移（3）側(cè)傾力矩引起的載荷轉(zhuǎn)移前、后軸左、右車輪垂直載荷轉(zhuǎn)移前、后軸的左、右車輪垂直載荷總轉(zhuǎn)移量ΔFZ1=ΔFZs1+ΔFZu1+ΔFZφ1ΔFZ2=ΔFZs2+ΔFZu2+ΔFZφ27.3車輛轉(zhuǎn)彎側(cè)傾時的載荷轉(zhuǎn)移汽車前、后軸上左右車輪載荷變動量取決于前后懸架的側(cè)傾角剛度、簧載質(zhì)量及其質(zhì)心位置、非簧載質(zhì)量、前后懸架側(cè)傾中心位置等一系列參數(shù)的數(shù)值。由于垂直載荷橫向轉(zhuǎn)移，各軸輪胎側(cè)偏剛度之和小于靜態(tài)條件下輪胎側(cè)偏剛度之和。這樣，前軸垂直載荷轉(zhuǎn)移使汽車趨于增加不足轉(zhuǎn)向，后軸垂直載荷轉(zhuǎn)移使汽車趨于過多轉(zhuǎn)向。正外傾負(fù)外傾非獨立懸架雙橫臂懸架7.4.1側(cè)傾外傾7.4側(cè)傾外傾和側(cè)傾轉(zhuǎn)向側(cè)傾外傾系數(shù)正外傾變化若發(fā)生在前輪，則使車輛趨于不足轉(zhuǎn)向；若發(fā)生在后輪，則趨于過多轉(zhuǎn)向。負(fù)外傾變化若出現(xiàn)在前輪，則使車輛趨于過多轉(zhuǎn)向；若發(fā)生在后輪，則趨于不足轉(zhuǎn)向。7.4側(cè)傾外傾和側(cè)傾轉(zhuǎn)向7.4.2側(cè)傾轉(zhuǎn)向（軸轉(zhuǎn)向、運(yùn)動學(xué)側(cè)偏）圖7.14后懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)7.4側(cè)傾外傾和側(cè)傾轉(zhuǎn)向7.4.2側(cè)傾轉(zhuǎn)向圖7.16Nissan240SX轎車多桿式后獨立懸架與原車斜臂式后獨立懸架的前束變化曲線圖7.15雙橫臂獨立懸架前輪定位參數(shù)的變化曲線獨立懸架的顛簸轉(zhuǎn)向Kinematics運(yùn)動學(xué)車身單自由度動力學(xué)模型懸架動態(tài)作用力慣性力FsY=msaY左、右車輪作用于地面的瞬態(tài)垂向力當(dāng)車輛行駛在有一定側(cè)向傾斜度φg的路面7.5單自由度車身側(cè)傾運(yùn)動分析考慮路面?zhèn)认蚱露鹊能囕v側(cè)傾模型例題7-1解：令7.5單自由度車身側(cè)傾運(yùn)動分析圖7.19階躍輸入下車輛瞬態(tài)響應(yīng)7.6三自由度汽車側(cè)傾動力學(xué)分析圖7.20三自由度汽車操縱動力學(xué)模型例題7-27.6三自由度汽車側(cè)傾動力學(xué)分析由于簧載質(zhì)量及其質(zhì)心到側(cè)傾軸線距離增大、繞X軸轉(zhuǎn)動慣量增加，改裝后電動車側(cè)傾角瞬態(tài)響應(yīng)峰值和穩(wěn)定值均比改裝前燃油車大得多。改裝后的電動車側(cè)傾角瞬態(tài)響應(yīng)峰值和穩(wěn)態(tài)值均有所減小。汽車側(cè)翻：汽車在行駛過程中繞其縱軸線轉(zhuǎn)動90°或更大的角度，以至車身與地面相接觸的一種極其危險的側(cè)向運(yùn)動。絆倒側(cè)翻：汽車行駛時產(chǎn)生側(cè)向滑動，并沖撞路面凸起或凹坑等障礙物時因“絆倒”而發(fā)生的側(cè)翻。轉(zhuǎn)向側(cè)翻：汽車在道路（包括側(cè)向坡道）上轉(zhuǎn)彎時，由于汽車的側(cè)向加速度超過一定限值，使得汽車內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零而引起的側(cè)翻。7.7汽車側(cè)翻側(cè)翻閾值靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)（SSF）B/2hg7.7.1剛性汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻SSF僅涉及車輛幾何參數(shù)，而不包括懸架、輪胎及車輛操縱動力學(xué)特性的影響，所以它僅能用于分析汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻，它比車輛的實際側(cè)翻閾值偏高。圖7.23側(cè)傾平面內(nèi)剛性汽車模型隨著車輛靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)SSF增大，車身的臨界側(cè)傾角φcr相應(yīng)增大，車輛側(cè)翻的可能性越小。隨著道路附著系數(shù)φ增大，車輛在不發(fā)生側(cè)滑情況下所能達(dá)到最大側(cè)向加速度aY相應(yīng)增大，會引起左右車輪較大的橫向載荷轉(zhuǎn)移，車輛不發(fā)生側(cè)翻的車身臨界側(cè)傾角φcr減小。車輛在高速公路上以較高速度轉(zhuǎn)彎時，無論是否發(fā)生側(cè)滑，一旦由于過大的側(cè)向加速度造成車身實際側(cè)傾角φ大于臨界值φcr，就會發(fā)生側(cè)翻事故。當(dāng)車輛在低附著系數(shù)路面轉(zhuǎn)彎，為了防止車輛側(cè)滑，一般車速較低，側(cè)向加速度aY較小，不發(fā)生側(cè)翻的車身臨界側(cè)傾角φcr反而會大一些。7.7.1剛性汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻引入側(cè)傾系數(shù)Rφ（rad/g），則當(dāng)FZi=0時，車輛在水平路面上側(cè)翻閾值車身的側(cè)傾會引起汽車質(zhì)心位置的偏移，從而改變汽車自重的抗側(cè)翻能力，使得側(cè)翻閾值減小。另外，當(dāng)汽車受側(cè)向力作用時，外側(cè)輪胎產(chǎn)生彈性變形，從而輪胎接地中心向內(nèi)偏移，輪距B減小，這使得側(cè)翻閾值又減小約5%。7.7.2帶懸架汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻某轎車hr/hs=0.5、Rφ=0.1rad/g，則aY/g=0.95B/2hs。與剛性汽車相比，側(cè)翻閾值減少了5%。圖7.25側(cè)傾平面內(nèi)帶懸架的汽車物理模型7.7.2帶懸架汽車的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻橫向載荷轉(zhuǎn)移率對于帶懸架的汽車單自由度動力學(xué)模型忽略側(cè)傾慣性力矩引起的載荷轉(zhuǎn)移若側(cè)向加速度aY盡可能大而側(cè)傾角φ仍小于5o時，則可通過測量此時aY估計LTR車輛SSF越大，則LTR越小，車輛越不容易側(cè)翻，由于LTR是基于內(nèi)、外側(cè)車輪垂直載荷載荷橫向轉(zhuǎn)