基于ANSI/ROHVA 1-2011的某全地形車靜態(tài)穩(wěn)定性研究

王治文，何大軍，龔國(guó)彬，朱兵

（重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（重慶），重慶 401122）

前言

全地形車是一種非道路車輛，由于其越野性能突出，且體積小、價(jià)格低廉，因此自問(wèn)世以來(lái)便得到了廣泛的關(guān)注。目前，全地形車主要被應(yīng)用于沙灘越野、消防、農(nóng)林業(yè)、軍事等領(lǐng)域[1-2]。

近年來(lái)，全地形車安全事故高頻發(fā)生，使得其安全性能受到高度的關(guān)注。

靜態(tài)穩(wěn)定性與安全性息息相關(guān)，是評(píng)價(jià)車輛防翻滾的重要指標(biāo)。本文對(duì)一輛全地形車的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括橫向穩(wěn)定性、縱向穩(wěn)定性和穩(wěn)定性系數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)車輛及參考標(biāo)準(zhǔn)

1.1 試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)車輛為一輛駕駛室半封閉的四輪全地形車，該車有一定的載貨能力，可用作短距離運(yùn)輸，國(guó)外常稱之為農(nóng)夫車（英文名UTV, Utility all-terrain Vehicle）。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。其中，軸距、前后輪距對(duì)整車穩(wěn)定性有直接影響。

表1 試驗(yàn)車輛參數(shù)

1.2 試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

該車的目標(biāo)市場(chǎng)為美國(guó)，因此在進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)參考美國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，美國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要為 ANSI/SVIA 1-2010[3]和 ANSI/ROHVA 1-2011[4]。

通過(guò)比較分析 ANSI/SVIA 1-2010和 ANSI/ROHVA 1-2011，本文選擇參考后者，主要原因在于：1）前者無(wú)橫向穩(wěn)定性相關(guān)內(nèi)容，而后者既包含橫向穩(wěn)定性試驗(yàn)內(nèi)容，也包含縱向穩(wěn)定性試驗(yàn)內(nèi)容；2）2010年后，美國(guó)出臺(tái)一系列政策并恢復(fù)了全地形車市場(chǎng)，后者是新政策、新市場(chǎng)下的產(chǎn)物，其內(nèi)容更具時(shí)效性；3）后者所針對(duì)的對(duì)象即為具有載人和特定應(yīng)用場(chǎng)合的多功能全地形車。

2 橫向穩(wěn)定性

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，將車輛和儀器等調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)。

加載對(duì)試驗(yàn)結(jié)果起著決定性的作用。ANSI/ROHVA 1-2011中不僅規(guī)定了加載的質(zhì)量，對(duì)載荷的類型及其重心位置均有明確規(guī)定，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

橫向穩(wěn)定性試驗(yàn)在車輛滿載和空載兩種狀態(tài)下進(jìn)行，各載荷狀態(tài)下對(duì)左傾和右傾分別測(cè)試。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿載按以下規(guī)定加載：1）加載物采用密度為 1.65(純凈水為 1.0)左右的沙袋；2）因駕駛室的設(shè)計(jì)載荷為270kg，且標(biāo)準(zhǔn)要求的駕駛員重量為98kg，因此在駕駛員座椅處加載100kg，剩余質(zhì)量加載至兩個(gè)乘員位置；3）為方便調(diào)整沙袋的重心位置，將右側(cè)乘員位置和中間乘員位置分別加載90kg和80kg(使得每個(gè)座位處都有4個(gè)沙袋)。調(diào)整后的沙袋大致質(zhì)心位置為：離支撐面最低點(diǎn)之上 160mm、座位靠背之前 240mm，具有較小的誤差；4）將200kg沙袋整齊地加載至貨箱處。載荷布置及其固定如圖1所示：

圖1 試驗(yàn)車輛加載情況

空載狀態(tài)下的車輛載荷狀態(tài)為：保留駕駛員座位和右側(cè)座椅的載荷，其他條件與滿載時(shí)一致。

2.2 側(cè)傾穩(wěn)定角測(cè)試

試驗(yàn)在一個(gè)剛性的、平整的液壓側(cè)傾臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)儀器的測(cè)試范圍和精度等滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。該側(cè)傾臺(tái)位于室內(nèi)，處于無(wú)風(fēng)環(huán)境，可減小外部環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。按標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置高度為15mm的防滑擋塊。

ANSI/ROHVA 1-2011中未對(duì)試驗(yàn)結(jié)果取值進(jìn)行說(shuō)明，本文為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，各試驗(yàn)分別進(jìn)行三次，最終結(jié)果取三次測(cè)試的平均值。

為確保安全，當(dāng)某一車輪作用于支撐板上的重量小于20kg時(shí)停止測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表中可看出，該全地形車在滿載和空載時(shí)的側(cè)傾穩(wěn)定性角均遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求的24°和30°。

測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛靜止停放在水平面時(shí)，滿載和空載狀態(tài)下，其前軸左側(cè)車輪載荷比右側(cè)車輪載荷分別低45kg和26kg。由此可知，載荷分布不均是導(dǎo)致該全地形車左傾角度大于右傾角度的主要原因。

表2 側(cè)傾穩(wěn)定角測(cè)試結(jié)果

3 縱向穩(wěn)定性

3.1 縱傾穩(wěn)定角測(cè)試

縱傾穩(wěn)定角測(cè)試僅在車輛滿載條件下進(jìn)行，車輛狀態(tài)及測(cè)試儀器等均與側(cè)傾穩(wěn)定角保持一致。測(cè)試時(shí)，車軸線盡量與側(cè)傾臺(tái)翻轉(zhuǎn)軸保持平行。為確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，前傾和后傾分別進(jìn)行三次測(cè)試。每次測(cè)試時(shí)，當(dāng)縱傾角達(dá)到表3所示角度時(shí)停止測(cè)試。停止測(cè)試后，車輛上方車輪作用于側(cè)傾臺(tái)的質(zhì)量分別為：前傾時(shí)，三次測(cè)試的最小質(zhì)量平均為237kg；后傾時(shí)，三次測(cè)試的最小質(zhì)量平均為 114kg。由此可知，該車輛的縱傾穩(wěn)定角遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求的28°。此外，由于滿載狀態(tài)下后軸載荷占整車總質(zhì)量的比重約為 69.9%，且后軸單側(cè)車輪載荷比前軸同側(cè)車輪載荷大238kg以上。因此，該車輛前傾穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于其后傾穩(wěn)定性。

表3 縱傾穩(wěn)定角測(cè)試結(jié)果

4 穩(wěn)定性系數(shù)測(cè)試

穩(wěn)定性系數(shù)是評(píng)價(jià)車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的參數(shù)之一，該參數(shù)通過(guò)公式（1）計(jì)算得到。其中，Lcg為重心距后軸的縱向距離，Hcg為重心距支撐面的垂直高度，t1為前輪距，t2為后輪距，L為軸距。從公式中可以看出，當(dāng)不考慮前后輪距差時(shí)，Kst的值與重心高Hcg成反比，與輪距t2（或t1）成正比。但由于一般情況下全地形車的后輪較前輪寬，使得后輪距比前輪距更窄，將在一定程度上影響到車輛的穩(wěn)定性。因此，考慮t2和t1的差值更加切合實(shí)際。

公式（1）中的各參數(shù)的測(cè)試值及通過(guò)計(jì)算得到的Kst的值如表4所示。

從表中可知，該車的穩(wěn)定性系數(shù) Kst滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，由于后輪采用較寬輪胎的緣故，使得后輪距減小，提高了該車的Kst的值。

表4 各測(cè)試參數(shù)值及計(jì)算參數(shù)值

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)，得到該四輪全地形車的側(cè)傾穩(wěn)定性、縱傾穩(wěn)定性及穩(wěn)定性系數(shù)。結(jié)果表明，該車的橫向穩(wěn)定性及縱向穩(wěn)定性均符合標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ROHVA 1-2011的要求。

該四輪全地形車前軸兩側(cè)車輪載荷分布不均對(duì)其側(cè)傾穩(wěn)定性有一定影響，前后軸載荷相差較大對(duì)其縱傾穩(wěn)定性有較大影響。若適當(dāng)調(diào)整該車結(jié)構(gòu)，使得各車輪及車軸的載荷更加合理，將有利于提高其穩(wěn)定性，特別是增加其后傾穩(wěn)定角，同時(shí)可將前傾穩(wěn)定角保持在比較理想的值。此外，該情況下可同時(shí)使得車輛重心向前移動(dòng)，將進(jìn)一步提高車輛的穩(wěn)定性系數(shù)。