Боковой упор

Последний класс аварий с опрокидыванием, который требует особого моделирования, это случай, когда автомобиль скользит вбок, ударяясь о какой-нибудь объект, например, бордюр или мягкий грунт, который отправляет автомобиль в опрокидывание. Были разработаны инженерные модели этого явления [12], хотя понимание этого явления находится в зачаточном состоянии. Была разработана нелинейная имитационная модель с восемью степенями свободы, которая использует простые линейные подсистемы  для моделирования шин, подвески и сил удара. Транспортное средство представлено подрессоренной массой и неподрессоренной массой (объединённых передней и задней подвесками), как показано на Рисунке 9.11. Эти массы могут свободно перемещаться в поперечной, продольной и вертикальной плоскостях, в то время как рыскание и продольный наклон автомобиля анализируются с помощью одной сосредоточенной массы. Сила удара для бокового удара колесо/бордюр моделируется с помощью пластичных и упругих деформаций. Эффекты демпфирования включены через энергии диссипативных (рассеивающих) сил в шинах, боковые втулки между подрессоренной и неподрессоренной массами, амортизаторы в подвеске и силу удара колесо/бордюр. Эта модель была разработана для Национальной администрации безопасности дорожного движения (National Highway Traffic Safety Administration) за счёт государственных средств, и, следовательно, должна быть доступна любому пользователю по запросу к Администрации.

Рис. 9.11. Автомобиль, приближающийся к опрокидыванию из-за бокового удара.

Модели этого типа были использованы для исследования условий, при которых транспортные средства могут испытывать опрокидывание из-за бокового удара, уделяя особое внимание тому, достаточно ли энергии, создаваемой при ударе с бордюром, на поднимание CG транспортного средства к точке опрокидывания [13]. При ударе о бордюр вращение автомобиля производит кинетическую энергию, равную половине моментов инерции подрессоренной и неподрессоренной масс вокруг их точек вращения, умноженных на их соответствующие скорости вращения в квадрате. Одновременно, подъём CG транспортного средства добавляет потенциальную энергию, равную массе, умноженной на увеличение высоты CG. Если сумма этих двух энергий превосходит потенциальную энергию, необходимую, чтобы поднять CG над внешними колёсами, прогнозируется опрокидывание.

С инженерной точки зрения такой энергетический подход имеет множество недостатков, потому что предполагает, что вся кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию, поднимая CG к точке опрокидывания. Он пренебрегает дополнительной поступающей энергией или рассеянием энергии от контакта колеса с грунтом во время этого процесса, и сохранением энергии или рассеянии в шинах и подвесках.

Рисунок 9.12 показывает типичные примеры результатов энергетического анализа процесса удара о бордюр. Вдоль вертикальной оси отмечается суммарная энергия опрокидывания, которая является мгновенной суммой кинетической энергии вращения и потенциальной энергией поднятого CG. Порог опрокидывания является уровнем потенциальной энергии, связанным с прохождением CG над внешними колёсами. Если энергия опрокидывания превышает пороговое значение, произойдёт опрокидывание.

Рис. 9.12. Энергия вращения при ударе о бордюр.

При данном анализе моделируемому транспортному средству задаётся начальная боковая скорость на расстоянии 7.5 футов от бордюра. При начальной скорости 22 фут/с удар вызывает кратковременное превышение уровня энергии опрокидывания за счёт кинетической энергии вращения и потенциальной энергии от подъёма CG. Тем не менее, суммарная энергия всегда остаётся значительно ниже порога, так что опрокидывания не происходит. Со временем эта энергия затухает из-за системы подвески.

Скорость 23.075 фут/с представляет случай, вполне достаточный, чтобы привести транспортное средство к опрокидыванию.Энергия опрокидывания поднимается к точке опрокидывания, где кинетическая составляющая энергии падает почти до нуля. После этого энергия спадает, так как транспортное средство завершает опрокидывание. При более высоких начальных скоростях 25 и 27 фут/с происходит опрокидывание.

Эта методика была использована для изучения влияния параметров транспортного средства на склонность к опрокидыванию. Не удивительно, что самыми важными признаны такие геометрические параметры, как ширина колеи и высота CG. Второй наиболее важной переменной являются деформационные характеристики автомобиля при ударе. Распространяя деформацию от удара на большое расстояние, энергия, рассеиваемая при сминании, уменьшает количество энергии, которое может способствовать движению автомобиля к перевороту. Похоже, что вес транспортного средства оказывает малый эффект, за исключением того, что он влияет на дорожный просвет (клиренс) - больший вес снижает высоту CG. Жёсткость подвески и демпфирующие свойства также были признаны оказывающими малое влияние.