基于ANSI/ROHVA 1-2011的某全地形車靜態穩定性研究

王治文，何大軍，龔國彬，朱兵

（重慶車輛檢測研究院有限公司國家摩托車質量監督檢驗中心（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、價格低廉，因此自問世以來便得到了廣泛的關注。目前，全地形車主要被應用于沙灘越野、消防、農林業、軍事等領域[1-2]。

近年來，全地形車安全事故高頻發生，使得其安全性能受到高度的關注。

靜態穩定性與安全性息息相關，是評價車輛防翻滾的重要指標。本文對一輛全地形車的靜態穩定性進行了測試，測試內容包括橫向穩定性、縱向穩定性和穩定性系數，并對試驗結果進行了分析。

1 試驗車輛及參考標準

1.1 試驗車輛

試驗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，可用作短距離運輸，國外常稱之為農夫車（英文名UTV, Utility all-terrain Vehicle）。其主要設計參數如表1所示。其中，軸距、前后輪距對整車穩定性有直接影響。

表1 試驗車輛參數

1.2 試驗參考標準

該車的目標市場為美國，因此在進行穩定性測試時參考美國相關標準。目前，美國相關標準主要為 ANSI/SVIA 1-2010[3]和 ANSI/ROHVA 1-2011[4]。

通過比較分析 ANSI/SVIA 1-2010和 ANSI/ROHVA 1-2011，本文選擇參考后者，主要原因在于：1）前者無橫向穩定性相關內容，而后者既包含橫向穩定性試驗內容，也包含縱向穩定性試驗內容；2）2010年后，美國出臺一系列政策并恢復了全地形車市場，后者是新政策、新市場下的產物，其內容更具時效性；3）后者所針對的對象即為具有載人和特定應用場合的多功能全地形車。

2 橫向穩定性

2.1 試驗準備

為保證試驗結果的準確性和可重復性，將車輛和儀器等調整到標準規定狀態。

加載對試驗結果起著決定性的作用。ANSI/ROHVA 1-2011中不僅規定了加載的質量，對載荷的類型及其重心位置均有明確規定，體現了標準的嚴謹性。

橫向穩定性試驗在車輛滿載和空載兩種狀態下進行，各載荷狀態下對左傾和右傾分別測試。根據標準要求，滿載按以下規定加載：1）加載物采用密度為 1.65(純凈水為 1.0)左右的沙袋；2）因駕駛室的設計載荷為270kg，且標準要求的駕駛員重量為98kg，因此在駕駛員座椅處加載100kg，剩余質量加載至兩個乘員位置；3）為方便調整沙袋的重心位置，將右側乘員位置和中間乘員位置分別加載90kg和80kg(使得每個座位處都有4個沙袋)。調整后的沙袋大致質心位置為：離支撐面最低點之上 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 試驗車輛加載情況

空載狀態下的車輛載荷狀態為：保留駕駛員座位和右側座椅的載荷，其他條件與滿載時一致。

2.2 側傾穩定角測試

試驗在一個剛性的、平整的液壓側傾臺上進行，試驗儀器的測試范圍和精度等滿足標準要求。該側傾臺位于室內，處于無風環境，可減小外部環境對試驗結果的影響。按標準要求，設置高度為15mm的防滑擋塊。

ANSI/ROHVA 1-2011中未對試驗結果取值進行說明，本文為保證試驗結果的準確性，各試驗分別進行三次，最終結果取三次測試的平均值。

為確保安全，當某一車輪作用于支撐板上的重量小于20kg時停止測試，測試結果如表2所示。從表中可看出，該全地形車在滿載和空載時的側傾穩定性角均遠優于標準要求的24°和30°。

測試可以發現，當車輛靜止停放在水平面時，滿載和空載狀態下，其前軸左側車輪載荷比右側車輪載荷分別低45kg和26kg。由此可知，載荷分布不均是導致該全地形車左傾角度大于右傾角度的主要原因。

表2 側傾穩定角測試結果

3 縱向穩定性

3.1 縱傾穩定角測試

縱傾穩定角測試僅在車輛滿載條件下進行，車輛狀態及測試儀器等均與側傾穩定角保持一致。測試時，車軸線盡量與側傾臺翻轉軸保持平行。為確保測試結果準確，前傾和后傾分別進行三次測試。每次測試時，當縱傾角達到表3所示角度時停止測試。停止測試后，車輛上方車輪作用于側傾臺的質量分別為：前傾時，三次測試的最小質量平均為237kg；后傾時，三次測試的最小質量平均為 114kg。由此可知，該車輛的縱傾穩定角遠遠優于標準要求的28°。此外，由于滿載狀態下后軸載荷占整車總質量的比重約為 69.9%，且后軸單側車輪載荷比前軸同側車輪載荷大238kg以上。因此，該車輛前傾穩定性遠優于其后傾穩定性。

表3 縱傾穩定角測試結果

4 穩定性系數測試

穩定性系數是評價車輛結構設計合理性的參數之一，該參數通過公式（1）計算得到。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，當不考慮前后輪距差時，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定性。因此，考慮t2和t1的差值更加切合實際。

公式（1）中的各參數的測試值及通過計算得到的Kst的值如表4所示。

從表中可知，該車的穩定性系數 Kst滿足標準要求。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 各測試參數值及計算參數值

5 結論

通過試驗，得到該四輪全地形車的側傾穩定性、縱傾穩定性及穩定性系數。結果表明，該車的橫向穩定性及縱向穩定性均符合標準ANSI/ROHVA 1-2011的要求。

該四輪全地形車前軸兩側車輪載荷分布不均對其側傾穩定性有一定影響，前后軸載荷相差較大對其縱傾穩定性有較大影響。若適當調整該車結構，使得各車輪及車軸的載荷更加合理，將有利于提高其穩定性，特別是增加其后傾穩定角，同時可將前傾穩定角保持在比較理想的值。此外，該情況下可同時使得車輛重心向前移動，將進一步提高車輛的穩定性系數。