汽车高速弯道爆胎试验研究

倪加林

摘 要：本文通过对某种轿车进行高速弯道爆胎试验，分析研究爆胎后的车辆操纵稳定性，为驾驶人员的安全提供参考。

关键词：高速;爆胎;弯道;稳定性

1 引言

由于高速公路汽车行驶车速较快，发生车辆爆胎事故的概率也随之增大。爆胎的发生严重影响汽车行驶安全，这是因为爆胎瞬间轮胎气压急剧下降，爆胎车轮转动半径变小和滚动阻力变大，使汽车急速向爆胎一侧转向[1]，此时若进行较大的转向或急刹车会导致轮胎脱离轮辋，侧向力急剧增加，会导致车辆冲出跑道，甚至发生翻车。

汽车高速弯道行驶时突然爆胎是爆胎中一种比较危险的情形。本文对某种轿车进行弯道高速爆胎试验，分析研究爆胎后的车辆稳定性和安全性。

2 试验方案

2.1 爆胎轮胎

为了更好的模拟汽车爆胎，同时考虑试验人员的安全，本次试验采用爆胎试验专用的爆胎模拟装置。

爆胎模拟装置由放气轮胎（见图1）、遥控装置等组成。需要对某个车轮进行爆胎试验，提前将该轮胎更换为放气轮胎，并对按个该轮胎充气至轮胎规定的正常气压。

试验中需要爆胎时，按下遥控开关，该放气轮胎电磁阀迅速打开，在0.2s内轮胎气压可以降至标准大气压，真实的再现了车辆正常爆胎后的情形。

2.2 试验场地

根据高速公路弯道的特点及考虑到爆胎后的车辆安全性，试验场地选择国内某飞机场的跑道，试验弯道设计为圆环形状，弯道行驶及爆胎示意图见图2。其中行驶通道为半径为100m的圆环跑道，跑道宽度为3.5m;其中圆形通道的两侧布置橡胶防撞桩;行驶方向为逆时针，爆胎点设置为第一排防撞桩处。

2.3 试验项目

国内高速公路轿车行驶车速一般低于120km/h，考虑到车速是影响车辆稳定性的关键因素，因此爆胎前试验车速选择120km/h，本次试验分别对左前轮、右前轮、左后轮、右后轮进行爆胎，具体试验项目见表1。

2.4 试验方法

试验前准备工作。试验前车辆安装GPS、陀螺仪、高度计、测力方向盘等传感器，爆胎车轮更换为放气轮胎，驾驶员沿着图2所示行驶路线进行20km的车辆预热。

试验实施。试验车辆以120km/h的车速进入试验通道，并沿环道行驶3圈;第4圈当车辆行驶至爆胎点时，按下爆胎遥控开关进行模拟爆胎，然后驾驶员松开油门踏板，轻打或不打方向盘，控制车辆沿着预定路线减速行驶，采集爆胎后直到车辆停止过程的数据。试验需要重复进行3次。

试验结果判定。判断爆胎后车辆安全条件：爆胎5s内，车辆能沿着试验通道减速停车，且试验过程中车辆不能碰到防撞桩。

3 试验结果及分析

3.1 左前轮爆胎结果分析

左前轮爆胎后，车辆稳定性能一般，车辆相对安全;但驾驶操作不当有冲出车道的危险。

爆胎后的主要表现为：（1）爆胎后车辆能在5s内安全停车;（2）爆胎2s左右，车辆很难控制，为维持车辆在行驶通道内行驶，需要进行大角度的方向盘修正。

从图3可以看出：（1）爆胎5S内，车速由120km/h减速到0;（2）为维持车辆稳定，爆胎2s内方向盘转角由60°上升到100°再降为60°，3s后方向盘转角修正为16°左右，同时转角缓慢修正至车辆停车;（3）横摆角速度2s内基本能保持稳定，横摆角速度在10～15°/s之间波动;2.5s后横摆角速度下降为5°/s，并缓慢下降直至停车。

3.2 右前轮爆胎结果分析

右前轮爆胎后，整车稳定性能较好，车辆安全。

爆胎后的主要表现为：（1）爆胎后车辆能在5s内安全停车;（2）爆胎2s左右，通过小角度修正方向盘，车辆可以在行驶通道内减速并安全停车。

从图4可以看出：（1）爆胎5S内，车速由120km/h减速到0;（2）为维持车辆稳定，爆胎2s内方向盘转角由60°下降到20°，2.3s后方向盘转角降至5°，随后缓慢修正至车辆停车;（3）横摆角速度2s内基本能保持稳定，横摆角速度在10～12°/s之间波动;2.3s后横摆角速度下降为5°/s，并缓慢下降直至停车。

3.3 左后轮爆胎结果分析

左后轮爆胎后，整车稳定性能差，车辆不安全，有翻车和冲出车道的危险。

爆胎后的主要表现为：（1）爆胎2s左右，车辆很难控制，且明显向内侧跑偏，冲出行驶通道，并撞坏橡胶防撞桩;（2）爆胎5s内车辆不能减速停车;（3）左后轮胎爆胎时炸成碎片，轮辋直接与地面接触，车辆发生剧烈抖动，有明显翻车倾向。

从图5可以看出：（1）爆胎5S内，车速由120km/h减速至40km/h，距停车有较长的安全距离（停车时间是爆胎后6.8s）;（2）为维持车辆稳定，爆胎2s内方向盘转角由60°修正为0°，3s后方向盘转角修正为13°左右，并保持该转角至车辆停车;（3）横摆角速度2s内由12°/s下降为2°/s左右，并保持稳定直至停车。

3.4 右后轮爆胎结果分析

右后轮爆胎后，整车稳定性较差，车辆不安全，有冲出车道的危险。

爆胎后的主要表现为：（1）爆胎2s左右，為保持车辆稳定性，方向盘需要修正，但是车辆冲出行驶通道，并撞坏橡胶防撞桩;（2）爆胎5s内车辆不能减速停车。

从图6可以看出：（1）爆胎5S内，车速由120km/h减速至24km/h，距停车有一定的安全距离（停车时间是爆胎后5.9s）;（2）为维持车辆稳定，爆胎2s内方向盘转角由60°修正为0°，3s后方向盘转角修正为13°左右，并保持该转角至车辆停车;（3）横摆角速度2s内由12°/s下降为2°/s左右，并保持稳定直至停车。

5 结语

通过本次汽车高速弯道爆胎试验，可得出以下结论：

（1）左前轮爆胎，车辆稳定性一般，相对安全;但操作不当，车辆有冲出车道的危险。

（2）右前轮爆胎，车辆稳定性较好，车辆安全。

（3）左后轮爆胎，车辆稳定性差，车辆有冲出车道和翻车的危险。

（4）右后轮爆胎，车辆稳定性较差，车辆有冲出车道的危险。

参考文献：

[1]郭孔辉，黄江，宋晓琳.爆胎轿车整车运动分析及控制[J].轿车工程，2007，29（12）：1041-1045