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泰斯福德TESD:爆胎对车辆控制的影响

http://www.auto-a.hc360.com2015年03月13日09:46 来源:慧聪汽车用品网T|T

    1、轮辋触地对轮胎力学特性的影响

    爆胎后轮胎脱圈阻力急剧减小,随之轮胎脱离轮辋,轮胎外侧胎唇陷入轮毂凹槽部位,丧失支撑力,车身自身重量下沉会导致轮辋直接与路面接触,如图1所示。

    轮胎脱圈轮辋触地会对轮胎的力学特性产生很大的影响,此时已变成刚性轮辋直接在路面上滚动。轮心存在侧向速度时,如果路面光滑平整,轮辋会在路面上产生侧向滑移,由于轮辋与路面的摩擦系数比轮胎与路面的摩擦系数小,因此轮辋触地后轮胎的侧向力会减小。如果路面凹凸不平或存在裂缝、刹车等情况,轮辋会“卡”在路面上,限制了轮辋的侧向运动,从而导致轮胎侧向力在瞬间内急剧增大到原来的20倍。

    2、轮胎爆胎对车辆行驶轨迹的影响

    (1)直线行驶右前轮爆胎仿真分析

    工况设定:汽车以100Km/h的初速度在正常附着系数(0.85)路面上直线加速行驶,当车速达到120Km/h时汽车右前轮发生爆裂。爆胎后按仿真结果曲线如图2至图7所示。图8为仿真结果三维动画图。

    从图3图4与图8可以看出,汽车右前轮发生爆胎后,若驾驶员向左急打方向盘并采取高强度制动时,汽车将发生翻车事故。轮胎发生爆胎时,其径向刚度急剧降低,使轮辋不停地碾压轮胎。同时爆胎轮胎的脱圈阻力急剧减小。驾驶员在爆胎0.5秒后突然施加的左转50度方向盘操作,使汽车产生一个很大的朝爆胎轮胎一侧的侧向加速度,导致右前轮的侧向力超过脱圈阻力,造成轮辋与轮胎分离,轮辋与地面直接接触在路面滑移。此时如果路面凹凸不平或存在裂缝,轮辋会“卡”在路面上,限制了轮胎的侧向滑移,使轮胎侧向力急剧增大,如图7所示,强大的离心力绕轮辋卡地点产生一个很大的翻倾力矩,从而导致翻车事故的发生。

    (2)直线行驶右后轮爆胎仿真分析

    工况设定:汽车以100Km/h的初速度在正常附着系数(0.85)路面上直线加速行驶,当车速达到120Km/h时汽车右前轮发生爆裂。爆胎后仿真结果曲线如图8至图13所示。图14为仿真结果三维动画图。

    从图10、图11与图15可以看出,汽车右后轮发生爆胎后,若驾驶员向左急打方向盘并采取高强度制动时,汽车将发生甩尾失控的严重后果。后轮爆胎并实施高强度制动时,汽车发生轴荷转移,汽车大部分重量由前轮承担,后轮的垂直载荷显著减小,同时爆胎轮胎侧偏刚度显著降低。在二者同时作用下爆胎车轮的侧向力急剧减少,如图14所示,使汽车具有过度转向趋势。驾驶员突然向左急打方向盘的操作使汽车瞬时产生一个较大的侧向加速度,后轮的侧向力不足以平衡此侧向加速度引起的离心力,从而使汽车发生甩尾。如汽车发生甩尾的过程中碰上障碍物,会导致汽车翻车或出现连续翻滚的事故。本文只做甩尾的仿真,对于汽车在甩尾过程中碰上障碍物而发生翻车的现象不作仿真。

    3、小结

    本章将基于UniTire的爆胎轮胎模型应用于CarSim软件,仿真研究了汽车爆胎后偏航的原因以及爆胎汽车在驾驶员不同反应操作下的动力学响应状况,分析了汽车在爆胎后发生事故的原因。

    首先,通过右侧前后轮爆胎仿真,研究了汽车在爆胎后驾驶员没有任何干预操作时的动力学响应,分析了汽车在发生爆胎后的偏航状况与发生偏航的原因。爆胎轮胎侧偏刚度降低改变了汽车固有转向特性,前轮爆胎汽车趋于不足转向,后轮爆胎汽车趋于过度转向。爆胎轮胎滚动阻力系数增大,导致汽车往爆胎车轮一侧偏航行驶。悬架的K&C特性对汽车在发生爆胎后的行驶状况也有影响。其次,汽车弯道行驶过程中外侧后轮发生爆胎时,驾驶员的控制无法维持汽车的稳定性,汽车会出现严重的甩尾现象。因此,汽车弯道行驶过程中弯道外侧后轮发生爆胎的情况是本文所述的爆胎情况中最危险的。最后,研究了爆胎后驾驶员存在错误操作时汽车的动力学响应状况。爆胎汽车固有转向特性的改变加大了驾驶员操纵汽车的难度,使驾驶员在爆胎瞬间极易出现判断偏差而进行了错误的或过于激烈的纠正操作。驾驶员在轮胎爆胎后出现错误的反应操作会导致汽车失控引发事故。前轮爆胎驾驶员过度转向过度制动等错误操作会使汽车翻车,后轮爆胎驾驶员过度转向过度制动等错误操作会使汽车发生甩尾失控的严重后果。

责任编辑:田新妹

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