陈启鹏 何丽华 熊巧巧 项琳
贵州大学机械工程学院

【摘要】重型汽车由于结构尺寸大、质心较高、装载量大等因素，导致其侧倾稳定性相对乘用车较差，容易发生侧翻事故。侧翻将导致严重的生命财产损失。通过研究重型汽车防侧翻技术，可以运用技术手段来避免侧翻的发生。在实际重型汽车行驶条件下，关于侧翻的研究是十分有必要的。阐述了目前国内外在重型汽车防侧翻技术方面的研究现状，总结了重型汽车防侧翻的关键技术，展望了未来防侧翻技术的发展趋势。

关键词：重型汽车；侧翻；防侧翻技术

0 引言

重型汽车由于结构尺寸大、质心较高、装载质量大等因素，导致其侧倾稳定性比乘用车差，容易发生侧翻。据美国公路交通安全管理局（NHTSA）的相关数据表明，在所有交通事故中，汽车侧翻事故的危害程度仅次于汽车碰撞事故而居第二位。1992～1996年，美国每年发生的各类汽车侧翻事故高达22 700起，是仅次于正面碰撞的行车事故。1993～1998年，35 000余人死于交通事故，其中非碰撞事故占10%，而重大非碰撞事故中的90%是侧翻事故。2004年中国发生侧翻事故和坠车事故共计20 495起，死亡9 174人，分别占道路交通事故总起数和死亡人数的3.96%和8.57%。近年来，随着我国汽车产业和交通运输业的持续发展，重型汽车数量日益增多，汽车侧翻事故也不断增加，可见研究防侧翻技术来避免侧翻事故的发生是十分必要的。

1 重型汽车防侧翻技术的国内外研究现状

1.1 国外研究现状

美国、德国等国家在防侧翻技术研究方面起步比较早。很多汽车厂家、研究机构和大学都对汽车防侧翻技术进行了研究。1990年Preston·Thomas等人提出了一种侧翻预警系统，该系统通过横向载荷转移率（LTR）来判断汽车的侧倾稳定性。LTR为0时，车辆行驶状况良好；LTR的绝对值为1时，汽车发生侧翻。

1993年Dunwoody模拟了一个配有侧翻主动控制系统的半挂车的稳态转弯性能，该主动控制系统由一个液压控制元件以及给拖车的每个轴提供控制扭矩的液压制动器组成，它能测量出拖车的横向加速度和侧倾角。研究发现该控制系统能够提高汽车稳态侧翻阈值20%～30%。

1994年Lin等通过一个基于横向加速度反馈的侧翻控制系统来模拟拖拉机半挂车的钢架变形性能。研究发现该侧翻控制系统可以减少稳态、瞬态载荷转移范围，提高了汽车的侧翻安全性。

1998年Sampson和Cebon提出了一种基于二次线性调节器的车辆侧翻控制设计方法，在用这种方法设计侧翻控制系统时，设计者能同时考虑到性能和功耗的要求。

1999年美国德尔福公司推出防侧翻系统，即主动稳定杆系统。2005年推出第二代系统。2008年接着推出第三代新型ASBS（自动稳定杆系统），其性能超越了以往的传统稳定杆，它利用中心交叉控制能有效提高汽车的侧倾稳定性，防止汽车侧翻。

1999年Wielenga提出利用差动制动代替全轮制动来防止汽车侧翻的方法。当弹簧减震器检测到汽车轮胎离开地面或者超过车辆横向加速度阈值时，车辆启用差动制动，以防汽车侧翻。

2000年Bo-Chiuan Chen和Huei Peng根据侧翻时间（Time-To-Rollover TTR）指标提出了一种防侧翻控制算法，建立了一个通过转向和不同制动情况输入来计算侧翻时间（TTR）的简单模型，它的控制性能最后用实例在TruckSim动态仿真软件中得到了验证。

1.2 国内研究现状

国内对防侧翻技术的研究起步相对较晚一些，在1997年贵州工业大学的何锋等人就提出了汽车静态侧翻门槛值的计算方法，并对罐式汽车侧倾稳定性进行了深入的研究，在侧翻方面取得了一定成果，为国内的汽车侧翻稳定性研究打下了基础。

2005年，上海交通大学汽车工程研究所的朱五二和何维康对冷藏车侧倾稳定性进行了分析，建立了冷藏车侧倾运动的数学模型，计算了冷藏车在不同装载情况下的侧翻稳定性，为冷藏车的设计提供了一定的理论依据。

2005年3月，长安大学汽车学院的余强和马建提出半主动悬架有利于改善汽车的侧翻稳定性，建立了汽车半主动悬架系统单轴简化模型，通过模拟分析得出，相对于被动悬架系统，半主动悬架系统使汽车的侧倾角、侧倾角速度和侧倾角加速度在行驶过程中振荡幅度有大幅度的减小，提高了汽车的侧翻稳定性。但相对于主动悬架系统，半主动悬架系统对汽车的侧翻稳定性改善幅度较小。在同年7月，余强和马建又分析了主动悬架对汽车侧翻稳定性的改善情况，建立了汽车主动悬架系统单轴简化模型，通过模拟分析得出，相对于被动悬架系统和半主动悬架系统，主动悬架系统使汽车的侧倾角、侧倾角速度和侧倾角加速度在行驶过程中振荡幅度有大幅度的减小，提高了汽车的侧翻稳定性。

2007年，南京航空航天大学的金智林、翁建生等人对汽车侧翻及稳定性进行了理论分析，得到了汽车侧翻系统准动态稳定因子和稳定性条件，并用Matalab软件中的Simulink工具对其理论分析进行了验证。

2008年，河北工程大学和吉林大学的朱天军、郑红艳等人，对半挂汽车列车侧倾稳定性进行了分析，在Matlab\Simulink中建立了半挂汽车列车数学模型和动力仿真模型，并在转向盘阶跃输入下进行了仿真，通过分析牵引车驱动轴的载荷转移变化情况，得出不同车速和车辆结构参数对汽车侧倾稳定性的影响及牵引车的驱动轴为侧倾稳定性危险车轴。

2010年，淮阴工学院交通工程学院的夏晶晶、常绿等人，提出基于模型预测的侧翻主动控制方法。该方法主要是通过控制空气悬架的充放气来实现对空气悬架的刚度调节，从而实现车辆侧翻的主动控制，提高重型车辆的侧倾稳定性。

2 重型汽车防侧翻技术

2.1 差动制动

差动制动控制是在汽车运动过程中，给每个车轮施加一个单独的制动力来改变汽车运动的姿态，以保持车辆路径跟踪的能力及稳定性，提高车辆的侧倾稳定性，以防止车辆侧翻的一种控制方法。差动制动控制系统的传感器检测车辆的横摆角速度、航向角与侧向加速度，并结合悬架载荷传感器的检测结果，通过车子的侧倾，侧向运动和横摆运动的耦合，可以有效地降低汽车的侧翻。

2.2 空气悬架防侧翻控制系统

空气悬架车辆防侧翻控制系统主要使用空气悬架系统来预防汽车侧翻。空气悬架主要由控制电脑、空气泵、储压罐、气动前后减震器和空气分配器等组成。

空气悬架车辆防侧翻控制系统是指，在车辆行驶时，不断采集方向盘转角与车速信号，当可能发生侧翻危险时，系统先依据车辆模型计算出空气悬架的目标刚度，再依据空气悬架的充放气特性计算出充放气所需的时间，最后对空气悬架进行充放气控制，以实现实时调整左右空气悬架的刚度，防止汽车侧翻。

2.3 半主动和主动悬架系统

半主动悬架系统是在原被动悬架系统的基础上，将传统的减振器改变为阻尼连续可调的形式，通过控制系统调整减振器的阻尼力大小，改变车身侧倾振动状态，提高汽车的侧翻稳定性，预防汽车侧翻。

汽车的主动悬架系统是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置，由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成，通过该装置来控制阻尼作用力，以改变车身的侧倾状态，提高汽车的侧倾稳定性，预防汽车侧翻。

2.4 防侧翻杆

防侧翻杆控制系统，主要是通过U形的主动防侧倾杆和两个伺服阀控制液压执行机构来实现主动侧倾控制。防侧倾杆在中间由两个液压执行器连接到车身，杆的两端连接到车轮上，通过一个执行器伸展来压缩另一个执行器以实现防倾杆的扭转，产生主动侧倾控制力矩来控制车声，以确保转向时车身向内侧倾斜。

3 结束语

随着我国汽车工业的发展，重型汽车在交通运输业中占据着重要位置，重型汽车由于结构尺寸大、质心高等因素，导致其侧翻稳定性相对乘用车较差，一旦发生侧翻将导致严重的生命和财产损失，因此，研究重型汽车防侧翻技术来避免重型汽车侧翻尤为重要。国内外很多专家和学者都对重型汽车的侧翻稳定性做了大量的研究，发明了很多防侧翻技术，但由于防侧翻技术的实时性以及成本等问题，导致防侧翻技术实用性并不乐观，更为合理的防侧翻技术还有待进一步完善。