《汽车理论与性能评价》课件 项目4汽车操纵稳定性评价-任务5试验及评价汽车侧翻稳定性

任务4.5试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》一、学习目标知识目标1.能够说出汽车侧翻稳定性的评价指标；2.能够理解汽车侧翻产生的过程；3.能够说出侧翻阈值的含义及其影响因素；4.能够描述汽车静态、动态侧翻稳定性的测试流程和方法；

5.能够说出汽车静态、动态侧翻稳定性的评价标准。能力目标1.能够查阅及使用国家标准GB/T14172-2021和GB6323-2014；

2.能够搭建汽车静态、动态侧翻稳定性检测场景；3.能够实施汽车静态、动态侧翻稳定性检测；4.能够使用GB7258-2017和QC480-1999评价汽车静态、动态侧翻稳定性；

5.能够撰写汽车静态、动态侧翻稳定性检测报告。

试验及评价汽车侧翻稳定性

《汽车理论与性能评价》一、学习目标素质目标1.鉴于汽车侧翻稳定性试验的复杂性，树立学生的操作安全意识；2.电子陀螺仪的使用过程中，培养学生的实践应用素养和数据分析思维。

试验及评价汽车侧翻稳定性

《汽车理论与性能评价》二、任务描述某公司乘用车需要对其开发的样车进行操纵系统侧翻稳定性检测及评价，作为

汽车性能检测评价人员，请查找相关标准，

明确侧翻稳定性评价指标及评价方法。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目1.美国的侧翻评价简介–静态评价美国于2003年10月7日通过对49CFR

Part575最终法规的修订。在该法规中，车辆的侧翻

试验主要分为两类:静态测试主要以静态稳定系数SSF来评定

;动态试验包括鱼钩试验和J型

转向试验。

2004年起，美国NCAP根据该法规的要求对车辆的侧翻评价标准在原来仅计算

车辆的静态稳定系数的基础上，引入了动态机动试验作为辅助评价指标，形成综合评分方

式(主要以SSF为主，动态试验为辅)，并加入NCAP星级评价系统中。具体的星级评价标准见

表4-5-1。美国采用的静态侧翻评价标准是静态稳定性因数SSF静态稳定性因数，SSF定义为汽车轮

距的一半与汽车质心高度之比。具体的理论知识和计算过程后面详述。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目表

美国NCAP关于车辆侧翻的星级评价指标《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目2.美国的侧翻评价简介

–动态评价车辆的动态侧翻试验目前较为通用的方法主要是J-turn试验和鱼钩(Fish-hook)试验。(1)J-turn试验J-turn试验的工况为汽车处于满载状态车速80km/h直线行驶达到稳态后，以1000(

°)/s

的速度迅速转动转向盘，

其转向幅度为车辆转弯时侧向加速度为0.3g处的方向盘转角的8倍，

即220

°

。方向盘转到该角度之后，保持4s，然后用2s将方向盘回到初始位置方向盘的转角

曲线如图4-5-1所示。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目《汽车理论与性能评价》J-turn试验方向盘转角曲线图4-5-1三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目2.美国的侧翻评价简介

–动态评价(2)鱼钩(Fish-hook)试验鱼钩试验是研究汽车高速瞬态转弯特性的一种重要试验方法，是检验车辆滚翻特性的重

要试验，其工况为汽车处于满载状态，车速80km/h直线行驶达到稳态后，以720(

°)/s的

速度转动方向盘进行一个急速转弯，

转向幅度是基准方向盘转角的6.5倍，即179

°

,保持

250ms，然后同样以720(

°)/s

的速度向另外一个方向进行转弯，

达到179

°

,保持3s时间，

方向盘逐渐复位。方向盘转角曲线如图4-5-2所示。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目《汽车理论与性能评价》鱼钩试验方向盘转角曲线图4-5-2三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目3.国内的侧翻评价简介(1)静态侧翻测评简介在静侧翻稳定性方面，我国采用的标准有最大侧倾稳定角。最大侧倾稳定角是指汽车不发生侧翻的极限角，国家标准GB/T14172-2009“汽车静侧翻稳定性台架试验方法”采用静

态侧翻稳定性台架试验测量汽车的静态最大侧倾稳定角，

侧翻试验台试验模拟汽车稳态侧

翻工况来预测车辆静态稳定的极限值。在国标中最大侧倾稳定角的定义:车辆举升一侧全部

轮胎支承平面法向反力至零时的侧倾角。(2)动态侧翻测评简介在动态侧翻评价标准中，

我国采用的标准是GB/T6323-2014“汽车操纵稳定性试验方法”试验及评价汽车侧翻稳定性中的蛇行试验，其测量相关指标参数见下列参考文件。《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目3.国内的侧翻评价简介参考文件4-5-1

蛇行试验方法试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目4.汽车的侧翻特性(1)侧翻的分类汽车侧翻大体上可分为两大类，

-类是曲线运动引起的侧翻(maneuver

imducedrollover)，另一类是绊倒侧翻(tipped

rollover)。前者指汽车在道路(包括侧向坡道上行

驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零面引起的

侧翻

;后者是指汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”。(2)侧翻稳定性评价指标车辆侧翻稳定性评价指标可用于判定车辆的主动抗侧翻能力，是描述车辆侧翻安全性的

重要指标。侧向加速度、侧倾角、横向载荷转移率是常见的评价侧翻稳定性的指标。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目4.汽车的侧翻特性(3)刚性汽车的准静态侧“刚性汽车

”是指忽略汽车悬架及轮胎的弹性变形，“准静态”指汽车的稳态转向。在

侧倾平面内，刚性汽车稳态转向模型如图4-5-3所示。假设道路的侧向坡道角β很小，即sinβ

=

β

,

cosβ

=

1，于是有：may

ℎg

−mgℎg

+

mgB

=

0

4-5-1

4-5-2试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目4.汽车的侧翻特性汽车在水平路面上直线行驶(β

=

0,ay

=

0)时，内侧车轮的垂直反力Fzi

=

mg/2。当

ay

=

0时，若要仍保持Fzi

=

mg/2不变，则道路的侧向坡道角β

=

ayΤg，高速公路拐弯处

的坡道角就是根据此原理来设计的。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目4.汽车的侧翻特性由式4-5-2可知，随着侧向加速度ay

的增大，Fzi逐渐减小。当Fzi减小到零时，汽车在侧

倾平面内不能保持平衡，从而开始侧翻。汽车开始侧翻时所受的侧向加速度(g)称为侧翻阈

值(rollover

threshold)，可由下式给出

4-5-3显然，当坡道角β

=

0时，侧翻阈值为BΤ2ℎg，此值常用来预估汽车的抗侧翻能力，

因为

它只需要轮距B和质心高度ℎg两个结构参数，应用起来十分方便。但由于忽略了悬架及轮胎

的弹性，且这里仅考虑汽车的准静态情况，

所以预估值偏高。表4-5-2列出了几种汽车的侧

翻阈值。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目图4-5-3

侧倾平面内刚性汽车模型《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目表

几种汽车侧翻阈值范围《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目4.汽车的侧翻特性在良好路面上，

轮胎附着系数可达到0.8，即侧向加速度

αy达到0.8g

时，汽车开始侧滑。由表4-5-2可知，中、重型货车在尚未达到侧滑时，即已开始侧翻:而对轿车和轻型货车

而言，似乎是尚未侧翻即已侧滑。然而事故统计表明，此类汽车在侧翻时有时并未产生侧

滑。根据相关文献的统计数据可知，

随着侧翻阈值的增大，侧翻事故率呈现下降趋势。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目5.带悬架汽车的准静态侧翻图4-5-4给出了侧倾平面内带悬架的汽车物理模型，车厢用悬挂质量ms表示。车厢的侧

倾引起汽车质心位置的偏移，从而改变了汽车自重的抗侧翻能力，使得侧倾阈值减小。若

忽略车桥的质量和侧倾，则有σM0=

msay

ℎg

−msg

BΤ2

−

Φℎg

−r+FziB

=

04-5-4若引入侧倾率Rφ(rad/g)，则悬挂质量的侧倾角Φ中可用下式表示Φ

=

RΦ

4-5-5试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》例如某轿车ℎrΤℎg

=

0.5

、RΦ

=

0.

1rad/g

，则

=

0.95与刚性汽车相比，侧倾阈值减少了5%。另外，当汽车受侧向力作用时，

外侧轮胎产生弹性变形，从而轮胎接地中心向

内移，轮距B减小，这使得侧翻阈值又减小约5%。5.带悬架汽车的准静态侧翻当Fzi

=

0时，得侧倾阈值为

:

试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目《汽车理论与性能评价》4-5-6三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目图4-5-4

侧倾平面内带悬架的汽车物理模型

试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目6.汽车瞬态侧翻前面讨论了汽车的准静态侧翻，

而准静态假设只有当侧向加速度变化较慢时才是合理的。

为了解侧向加速度变化较快时汽车的侧翻，

必须研究汽车的侧倾响应。图4-5-5是一种最简单的汽车侧倾物理模型。此模型与前面讲述过的带悬架的汽车模型

相似，不过这里车厢用悬挂质量ms。和侧倾转动惯量Is来表示。该模型对阶跃输入的响应类似于有阻尼单自由度系统对阶跃输入的响应，见图4-5-6。汽车的侧倾角在初次达到稳态值之后有一个超调量，说明汽车在比准静态下更小的侧向加

速度时，内侧车轮就可能离开地面，

即汽车的瞬态侧倾阈值比准静态时的小。对于轿车和

多用途车辆，阶跃转向时的侧倾阈值比B/2hg低约30%，而货车则低约50%。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目6.汽车瞬态侧翻超调量的大小取决于侧倾阻尼。图4-5-7给出了计算得到的侧倾阈值随临界阻尼比的变

化曲线。无阻尼时，侧倾阈值最小

;随着阻尼比的增加，侧倾阈值也增大，

但增大的速率逐渐减小。在侧向加速度正弦输入条件下，汽车侧倾响应取决于输入频率。图4-5-8给出了侧倾响

应与输入频率的关系。频率为零时，

侧倾阈值接近带悬架汽车准静态时之值

;随着频率的增

加，侧倾阈值减小，直至侧倾共振频率时达到最小，然后又迅速增大。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目6.汽车瞬态侧翻对于重型货车，侧倾共振频率低于1Hz。经验表明，在高速公路上正常行驶时，驾驶员

通常在2s内操纵汽车侧向移动240～300cm，以更改车道避开车辆或其他障碍。在此过程中，

操纵频率约为0.5Hz，很容易造成重型货车的侧翻。对于多用途车辆和轿车，其侧倾共振频

率为1.5Hz甚至更高。在此频率下操纵汽车转向时，汽车的侧向偏移通常很小(小于30cm)，

因此就此类车辆而言，侧倾共振引起侧翻的可能性不大。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目图4-5-5

汽车侧倾物理模型图

图4-5-6

阶跃输入下的侧倾响应《汽车理论与性能评价》试验及评价汽车侧翻稳定性三、查阅标准，明确侧翻稳定性检测项目图4-5-7

侧倾阈值随临界阻尼比的变化曲线

图4-5-8

侧倾响应与输入频率的关系《汽车理论与性能评价》三、查阅标准，明确汽车侧翻稳定性检测项目7.汽车动态侧翻仿真动画请参考数字版教材完成学习。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》四、搭建汽车静态侧翻试验场景参考资料4-5-2

汽车静侧翻稳定性台架试验方法试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》五、实施汽车静态侧翻试验1.汽车静侧翻稳定性台架试验方法参考资料4-5-2

汽车静侧翻稳定性台架试验方法试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》五、实施侧翻稳定性试验2.汽车静态侧翻仿真动画请参考数字版教材完成学习。试验及评价汽车侧翻稳定性《汽车理论与性能评价》六、评价汽车静态侧翻稳定性1.侧倾稳定性及驻车稳定角按GB/T14172规定的方法，客车、发动机中置且宽高比小于等于0.9的乘用车在乘客区

满载行李舱空载的情况下测试时，向左侧和右侧倾斜的侧倾稳