車輛側滑與側翻的力學分析與避免方法

梁樹星

(黑龍江農業(yè)工程職業(yè)學院，哈爾濱 150088)

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車輛側滑與側翻的力學分析與避免方法

梁樹星

(黑龍江農業(yè)工程職業(yè)學院，哈爾濱 150088)

車輛側滑與側翻是道路交通的常見事故，側滑從力學上分析主要是摩擦力不足以提供車輛做圓周運動所需的向心力，車輛只能以增大轉彎半徑的方式減小向心力，即發(fā)生側滑；而影響側翻的因素還決定于車輛的軸距和重心的高度。至于何種條件下發(fā)生側滑或側翻比較二者發(fā)生的臨界速度可以得到，掌握側滑和側翻發(fā)生的條件就可以從主、客觀兩方面采取一定的措施加以避免。

側滑；側翻；向心力；臨界速度；力學分析；避免方法

車輛側滑與側翻是導致道路交通事故的重要因素，每年全球都有可觀數量的車輛由于側滑或側翻而造成交通事故。造成側滑與側翻事故的因素較多，例如:道路不良、不恰當的操作、超載超重、裝載不平衡、車輛技術參數、車輛故障等等。本文從車輛行駛的力學狀態(tài)(不考慮車輛的電子控制系統(tǒng)，如:ABS、ESP等)來分析造成側滑與側翻事故的因素，從而警示車輛操作者注意控制車輛的行駛狀態(tài)，避免車輛發(fā)生此類事故。

1 車輛側滑時的力學分析

如果行駛速度v≤vmax，車輛可以順利轉彎，如果v>vmax，因車輛的最大靜摩擦力不變，而轉彎需要的向心力增加，造成車輛轉彎所需的摩擦力不足以提供轉彎所需的向心力，這樣車輛就會以側滑的方式增大轉彎半徑，減小圓周運動的向心力。

2 車輛側翻時的力學分析

通常情況下，車輛由四個輪胎支持整個車重，發(fā)生側翻時的臨界點時刻，必有一側的兩個輪胎對地面的壓力為零(失去地面的支持力)，例如:向左轉彎時，車輛會向右側翻，在臨界點時整車重力由右側兩個輪胎承擔，地面對左側兩個輪胎支持力為零。發(fā)生側翻時的力學問題屬于力矩的平衡問題，車輛不能看成質點。假設汽車重心位于兩個輪胎中間的正上方且距離地面的高度為H，車輪距為L，發(fā)生右側翻的臨界點時，左輪受力為零，右輪受到指向圓心的摩擦力，地面給予的支持力，在重心位置到重力G，側翻時可將右輪看成轉軸，由于地面的支持力和摩擦力通過轉軸，因此該二力對車輛不起轉動作用，以汽車本身為參考系(非慣性系)，汽車受到與向心加速度方向相反的慣性離心力(該力并不是真實存在的力，是在非慣性系中虛擬的力，解決問題很方便)，該力的大小與圓周運動的向心力計算方法相同，其大小為：

如果有水平外力作用于車輛上，例如:行駛中出現刮風天氣，車輛行駛的穩(wěn)定性明顯下降，順風和逆風會影響車輛的行駛速度和制動距離，對側滑和側翻影響較大的橫風。當風向指向轉彎弧的曲率中心時，則計算時在向心力上加上橫向風力，當風向背向轉彎弧的曲率中心時，則計算時在向心力上減去橫向風力，計算方法與上面分析過程相同，這里不再重復計算。此外，水平外力還與車輛裝載貨物的不均衡性有關，特別是發(fā)生側翻時這種不均衡性對車輛的穩(wěn)定性影響極大。特別需要提醒的是，有風天氣會減小車輛對地面壓力，從而減小了車輛與地面的摩擦力。這是因為空氣流動的不均衡性以及車輛的流線型設計，流經車上方的空氣速度較大，流經車輛下方的空氣速度較慢，根據伯努利原理，流速大處壓強小，因此會感覺車輛發(fā) “飄”，預防的辦法就是減慢車速。

3 避免側滑與側翻的方法

車輛側滑一般有三種情況:前輪側滑，后輪側滑，整車側滑(四輪側滑)。前輪側滑減小了車輛的角速度，路面較寬時危險性不大，向心力因側滑而減小，一般可自行緩解或消失。后輪側滑危險性極大，操作不當易側翻，特別是后驅車輛遇雨雪路面時容易出現。整車側滑極少出現，但卻十分危險。

造成側滑與側翻的原因除了以上分析的主要因素外還有很多，例如:前后輪制動不均，胎壓不標準，輪胎花紋磨平等。路面因素也很關鍵，例如:彎道、坡道、坑洞路面、冰雪路面、雨水路面都會對車輛的行駛狀態(tài)造成影響。

避免側滑與側翻的方法分為主觀和客觀兩個方面：主觀方面須正確熟練操作，例如:不猛打方向盤、不突然加速和大力制動，發(fā)生側滑時應采取適當回輪的方法進行解除，即側滑時立即松開制動踏板并迅速向側滑方向小幅度轉動方向盤，其目的是增大轉彎半徑。在冰雪路面絕對不要采取緊急制動的方法，緊急制動不但不能將車停住，反而會加劇車輛側滑和側翻?？陀^方面是修建和改善路面條件，力求路面筆直平整，如遇彎道，外側路面高于內側路面可以使重力的一部分充當了轉彎的向心力，從而緩解了只由摩擦力提供向心力的壓力；及時更換磨損的輪胎；車輛的技術也很關鍵，配置了ABS、ESP的車輛優(yōu)于普通車輛；車輛發(fā)生側滑時一定要冷靜，不要慌張，以免由于操作不當引發(fā)更大的事故。避免側滑與側翻最重要的因素就是一個字“慢”，只有以合理的速度遵章行駛才是避免事故的法寶。

[1] 周衍柏.理論力學教程[M].北京:高等教育出版社，1986.

[2] 楊宏菲.物理學基礎教程[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社，2010.

Mechanics analysis and avoidance method of vehicle sideslip and rollover

LIANG Shu-xing

(Heilongjiang Agricultural Engineering Vocational College, Harbin 150088, China)

The vehicle sideslip and rollover is the common accident of road traffic. Sideslip is caused mainly because the friction is not enough to provide the centripetal force needed for the circular motion of the vehicle. The vehicle can only reduce the centripetal force by increasing the turning radius, which causes the occurrence of sideslip. And the factors affecting the rollover are also determined by the wheelbase of the vehicle and the height of the gravity. Measures can be taken to avoid the accidents from aspects of subjectivity and objectivity by grasping the conditions of sideslip and rollover.

Sideslip; Rollover; Centripetal force; Critical velocity; Mechanics analysis; Avoidance method

2016-12-11

梁樹星(1973-)，男，碩士，副教授。

U461

B

1674-8646(2017)04-0168-02