3.1 車輛靜態側翻研究

靜態側翻僅與汽車本身參數有關，如汽車的結構參數和性能參數。結構參數指汽車自身的結構和尺寸等參數，如懸架結構、輪距、軸距和側傾中心高度等。性能參數包括汽車各子系統及零部件的力學特性，如懸架的剛度和阻尼、橫向穩定桿剛度以及輪胎力學特性等。靜態側翻研究能夠直觀地反映汽車自身的抗側翻性能。

靜態側翻研究具有以下特點：①車速為零，場地需求比較小；②不需要考慮路面因素，輸入簡單易操作；③不需要駕駛員的參與，安全防護易實現。目前常用的四種靜態側翻研究方法為靜態穩定系數法（Static Stability Factor，SSF）、側拉法（Side Pull Method，SPM）、側傾試驗臺法（Tilt Table Method，TTM）和準靜態離心法（Quasi-Static Centrifuge Method，QSCM）。

（1）靜態穩定性系數法

將整車看作剛體（圖3-2），通過試驗方法測得汽車的質心高度H_cg，質心處側向加速度a_y，等效汽車輪距L_we。利用達朗貝爾原理，對外側輪胎接地點求力矩平衡

當地面對內側輪胎的支持力F_zr為零時，汽車處于側翻臨界狀態，此時的側向加速度為臨界值a_y，lim，靜態穩定性系數SSF定義為

圖3-2 靜態穩定系數示意圖

通過研究比較，SSF的值越小，汽車的側翻可能性越大，反之亦然。當汽車的側向加速度超過SSF，就會有側翻的危險。SSF是一個非常直觀的汽車側翻傾向的度量因子，因此常用SSF法研究汽車側翻傾向。

對于SUV和廂式貨車，雖然輪距與乘用車相差不大，但其質心高度通常比乘用車更高，理論上SUV和貨車的側翻穩定性比乘用車的側翻穩定性差。此外，由于靜態穩定性系數SSF將整車視作剛體，沒有具體考慮汽車的懸架變形以及輪胎的彈性變形等影響，因此得到的側翻穩定性閾值整體偏高。

（2）側拉法

1960年，美國通用汽車公司（General Motors，GM）開發了一套汽車靜態側拉試驗裝置（圖3-3）。將汽車放置在試驗臺上，一側輪胎用擋板約束，在同側施加一個通過車身質心的水平力，緩慢地側向牽引汽車直到另一側輪胎離地，此時最大側拉力為P。側拉比例系數（Side Pull Ratio，SPR）定義為

對比SSF方法，側拉比例系數基于實測數據，試驗數據已體現車身、懸架、橫向穩定桿以及輪胎變形的影響，故SPR比SSF更精確。但側拉法試驗中，當作用在車身上的拉力較大時，會引起車身變形或損壞，而且車身質心高度測量的誤差同樣對試驗的結果會造成影響。

圖3-3 側拉試驗裝置

（3）側傾試驗臺法

側傾試驗臺由一個可以繞縱軸線旋轉的試驗臺和可以提升試驗臺的行車構成，如圖3-4所示。試驗時將車輛平穩停放在試驗臺上，外側車輪用擋板約束，行車裝置拉動試驗臺的一端緩慢提升。隨著試驗臺傾角的增大，在車輛內側輪胎離開試驗臺時，試驗臺的傾角就是汽車側翻的臨界側傾角，側傾試驗臺比例系數（Tilt Table Ratio，TTR）定義為

式中，α為汽車發生側翻時的試驗臺傾角。

圖3-4 側傾試驗臺裝置

與側拉試驗相比，側傾試驗裝置更加簡單，且不需要測量車輛的質心高度，不僅減少試驗流程，還大大減小了試驗誤差，估計值能更加反映真實的汽車側翻傾向。1990年，國際標準（ISO）推薦了側傾試驗臺方法，NHTSA也建議將側傾試驗臺法作為廂式貨車和SUV等車輛側翻穩定性試驗的方法。

然而，由于試驗臺發生側傾后，車身側向受力方向不再保持水平，車輛與試驗臺之間的正壓力也逐漸減小，因此對懸架和輪胎變形會產生影響。

（4）準靜態離心法

2001年，美國密歇根大學交通運輸研究所（University of Michigan Transportation Research Institute，UMTRI）研發出離心試驗臺裝置，如圖3-5所示。試驗臺通過旋轉臂連結在豎直的轉軸上，轉軸安裝在固定臺架上，通過伺服電動機驅動。試驗時將汽車放置在試驗臺上，外側輪胎通過擋板約束，緩慢并連續地增加試驗臺轉速，直至內側車輪離開試驗臺。靜態離心系數（Quasi-Static Centrifuge Factor，QSCF）定義為

式中，ω_s為轉軸的轉度；R_v為車輛對稱中心到轉軸軸線的水平距離。

圖3-5 離心試驗臺裝置

與側傾試驗臺方法相比，在準靜態離心法試驗過程中，輪胎正壓力方向不發生變化，車身加速度方向保持水平，這與實際車輛側翻情況保持一致，因此旋轉試驗臺法得到的數據更加精確。通用（GM）、本田（Honda）都推薦將準靜態離心法作為車輛靜態側翻研究方法。

除了上述四種方法，也有學者采用臨界滑動速度（Critical Sliding Velocity，CSV）、側翻預防度量（Rollover Prevention Metric，RPM）和制動穩定性（Braking Stability，BRAKSTAB）作為車輛側翻的穩定指標。

汽車的靜態側翻研究雖然操作簡便、結果直觀，但是其指標卻無法體現出汽車瞬態特性因素的影響。NHTSA的NCAP抗側翻評級系統明確指出：靜態穩定性系數SSF作為側翻傾向評價的指標，并不能夠代表車輛在操作過程中發生側翻的特性。僅用靜態側翻研究方法的評級不能充分反映不同種類車輛在不同操作下側翻性能上的差異，同時指出應該大力開發動態測試作為SSF的補充。