车辆侧滑与侧翻的力学分析与避免方法

梁树星

(黑龙江农业工程职业学院，哈尔滨 150088)



车辆侧滑与侧翻的力学分析与避免方法

梁树星

(黑龙江农业工程职业学院，哈尔滨 150088)

车辆侧滑与侧翻是道路交通的常见事故，侧滑从力学上分析主要是摩擦力不足以提供车辆做圆周运动所需的向心力，车辆只能以增大转弯半径的方式减小向心力，即发生侧滑；而影响侧翻的因素还决定于车辆的轴距和重心的高度。至于何种条件下发生侧滑或侧翻比较二者发生的临界速度可以得到，掌握侧滑和侧翻发生的条件就可以从主、客观两方面采取一定的措施加以避免。

侧滑；侧翻；向心力；临界速度；力学分析；避免方法

车辆侧滑与侧翻是导致道路交通事故的重要因素，每年全球都有可观数量的车辆由于侧滑或侧翻而造成交通事故。造成侧滑与侧翻事故的因素较多，例如:道路不良、不恰当的操作、超载超重、装载不平衡、车辆技术参数、车辆故障等等。本文从车辆行驶的力学状态(不考虑车辆的电子控制系统，如:ABS、ESP等)来分析造成侧滑与侧翻事故的因素，从而警示车辆操作者注意控制车辆的行驶状态，避免车辆发生此类事故。

1 车辆侧滑时的力学分析

如果行驶速度v≤vmax，车辆可以顺利转弯，如果v>vmax，因车辆的最大静摩擦力不变，而转弯需要的向心力增加，造成车辆转弯所需的摩擦力不足以提供转弯所需的向心力，这样车辆就会以侧滑的方式增大转弯半径，减小圆周运动的向心力。

2 车辆侧翻时的力学分析

通常情况下，车辆由四个轮胎支持整个车重，发生侧翻时的临界点时刻，必有一侧的两个轮胎对地面的压力为零(失去地面的支持力)，例如:向左转弯时，车辆会向右侧翻，在临界点时整车重力由右侧两个轮胎承担，地面对左侧两个轮胎支持力为零。发生侧翻时的力学问题属于力矩的平衡问题，车辆不能看成质点。假设汽车重心位于两个轮胎中间的正上方且距离地面的高度为H，车轮距为L，发生右侧翻的临界点时，左轮受力为零，右轮受到指向圆心的摩擦力，地面给予的支持力，在重心位置到重力G，侧翻时可将右轮看成转轴，由于地面的支持力和摩擦力通过转轴，因此该二力对车辆不起转动作用，以汽车本身为参考系(非惯性系)，汽车受到与向心加速度方向相反的惯性离心力(该力并不是真实存在的力，是在非惯性系中虚拟的力，解决问题很方便)，该力的大小与圆周运动的向心力计算方法相同，其大小为：

如果有水平外力作用于车辆上，例如:行驶中出现刮风天气，车辆行驶的稳定性明显下降，顺风和逆风会影响车辆的行驶速度和制动距离，对侧滑和侧翻影响较大的横风。当风向指向转弯弧的曲率中心时，则计算时在向心力上加上横向风力，当风向背向转弯弧的曲率中心时，则计算时在向心力上减去横向风力，计算方法与上面分析过程相同，这里不再重复计算。此外，水平外力还与车辆装载货物的不均衡性有关，特别是发生侧翻时这种不均衡性对车辆的稳定性影响极大。特别需要提醒的是，有风天气会减小车辆对地面压力，从而减小了车辆与地面的摩擦力。这是因为空气流动的不均衡性以及车辆的流线型设计，流经车上方的空气速度较大，流经车辆下方的空气速度较慢，根据伯努利原理，流速大处压强小，因此会感觉车辆发 “飘”，预防的办法就是减慢车速。

3 避免侧滑与侧翻的方法

车辆侧滑一般有三种情况:前轮侧滑，后轮侧滑，整车侧滑(四轮侧滑)。前轮侧滑减小了车辆的角速度，路面较宽时危险性不大，向心力因侧滑而减小，一般可自行缓解或消失。后轮侧滑危险性极大，操作不当易侧翻，特别是后驱车辆遇雨雪路面时容易出现。整车侧滑极少出现，但却十分危险。

造成侧滑与侧翻的原因除了以上分析的主要因素外还有很多，例如:前后轮制动不均，胎压不标准，轮胎花纹磨平等。路面因素也很关键，例如:弯道、坡道、坑洞路面、冰雪路面、雨水路面都会对车辆的行驶状态造成影响。

避免侧滑与侧翻的方法分为主观和客观两个方面：主观方面须正确熟练操作，例如:不猛打方向盘、不突然加速和大力制动，发生侧滑时应采取适当回轮的方法进行解除，即侧滑时立即松开制动踏板并迅速向侧滑方向小幅度转动方向盘，其目的是增大转弯半径。在冰雪路面绝对不要采取紧急制动的方法，紧急制动不但不能将车停住，反而会加剧车辆侧滑和侧翻。客观方面是修建和改善路面条件，力求路面笔直平整，如遇弯道，外侧路面高于内侧路面可以使重力的一部分充当了转弯的向心力，从而缓解了只由摩擦力提供向心力的压力；及时更换磨损的轮胎；车辆的技术也很关键，配置了ABS、ESP的车辆优于普通车辆；车辆发生侧滑时一定要冷静，不要慌张，以免由于操作不当引发更大的事故。避免侧滑与侧翻最重要的因素就是一个字“慢”，只有以合理的速度遵章行驶才是避免事故的法宝。

[1] 周衍柏.理论力学教程[M].北京:高等教育出版社，1986.

[2] 杨宏菲.物理学基础教程[M]. 北京: 航空工业出版社，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

梁树星(1973-)，男，硕士，副教授。

U461

B

1674-8646(2017)04-0168-02