基于ANSI/ROHVA 1-2011的某全地形车静态稳定性研究

王治文，何大军，龚国彬，朱兵

（重庆车辆检测研究院有限公司国家摩托车质量监督检验中心（重庆），重庆 401122）

前言

全地形车是一种非道路车辆，由于其越野性能突出，且体积小、价格低廉，因此自问世以来便得到了广泛的关注。目前，全地形车主要被应用于沙滩越野、消防、农林业、军事等领域[1-2]。

近年来，全地形车安全事故高频发生，使得其安全性能受到高度的关注。

静态稳定性与安全性息息相关，是评价车辆防翻滚的重要指标。本文对一辆全地形车的静态稳定性进行了测试，测试内容包括横向稳定性、纵向稳定性和稳定性系数，并对试验结果进行了分析。

1 试验车辆及参考标准

1.1 试验车辆

试验车辆为一辆驾驶室半封闭的四轮全地形车，该车有一定的载货能力，可用作短距离运输，国外常称之为农夫车（英文名UTV, Utility all-terrain Vehicle）。其主要设计参数如表1所示。其中，轴距、前后轮距对整车稳定性有直接影响。

表1 试验车辆参数

1.2 试验参考标准

该车的目标市场为美国，因此在进行稳定性测试时参考美国相关标准。目前，美国相关标准主要为 ANSI/SVIA 1-2010[3]和 ANSI/ROHVA 1-2011[4]。

通过比较分析 ANSI/SVIA 1-2010和 ANSI/ROHVA 1-2011，本文选择参考后者，主要原因在于：1）前者无横向稳定性相关内容，而后者既包含横向稳定性试验内容，也包含纵向稳定性试验内容；2）2010年后，美国出台一系列政策并恢复了全地形车市场，后者是新政策、新市场下的产物，其内容更具时效性；3）后者所针对的对象即为具有载人和特定应用场合的多功能全地形车。

2 横向稳定性

2.1 试验准备

为保证试验结果的准确性和可重复性，将车辆和仪器等调整到标准规定状态。

加载对试验结果起着决定性的作用。ANSI/ROHVA 1-2011中不仅规定了加载的质量，对载荷的类型及其重心位置均有明确规定，体现了标准的严谨性。

横向稳定性试验在车辆满载和空载两种状态下进行，各载荷状态下对左倾和右倾分别测试。根据标准要求，满载按以下规定加载：1）加载物采用密度为 1.65(纯净水为 1.0)左右的沙袋；2）因驾驶室的设计载荷为270kg，且标准要求的驾驶员重量为98kg，因此在驾驶员座椅处加载100kg，剩余质量加载至两个乘员位置；3）为方便调整沙袋的重心位置，将右侧乘员位置和中间乘员位置分别加载90kg和80kg(使得每个座位处都有4个沙袋)。调整后的沙袋大致质心位置为：离支撑面最低点之上 160mm、座位靠背之前 240mm，具有较小的误差；4）将200kg沙袋整齐地加载至货箱处。载荷布置及其固定如图1所示：

图1 试验车辆加载情况

空载状态下的车辆载荷状态为：保留驾驶员座位和右侧座椅的载荷，其他条件与满载时一致。

2.2 侧倾稳定角测试

试验在一个刚性的、平整的液压侧倾台上进行，试验仪器的测试范围和精度等满足标准要求。该侧倾台位于室内，处于无风环境，可减小外部环境对试验结果的影响。按标准要求，设置高度为15mm的防滑挡块。

ANSI/ROHVA 1-2011中未对试验结果取值进行说明，本文为保证试验结果的准确性，各试验分别进行三次，最终结果取三次测试的平均值。

为确保安全，当某一车轮作用于支撑板上的重量小于20kg时停止测试，测试结果如表2所示。从表中可看出，该全地形车在满载和空载时的侧倾稳定性角均远优于标准要求的24°和30°。

测试可以发现，当车辆静止停放在水平面时，满载和空载状态下，其前轴左侧车轮载荷比右侧车轮载荷分别低45kg和26kg。由此可知，载荷分布不均是导致该全地形车左倾角度大于右倾角度的主要原因。

表2 侧倾稳定角测试结果

3 纵向稳定性

3.1 纵倾稳定角测试

纵倾稳定角测试仅在车辆满载条件下进行，车辆状态及测试仪器等均与侧倾稳定角保持一致。测试时，车轴线尽量与侧倾台翻转轴保持平行。为确保测试结果准确，前倾和后倾分别进行三次测试。每次测试时，当纵倾角达到表3所示角度时停止测试。停止测试后，车辆上方车轮作用于侧倾台的质量分别为：前倾时，三次测试的最小质量平均为237kg；后倾时，三次测试的最小质量平均为 114kg。由此可知，该车辆的纵倾稳定角远远优于标准要求的28°。此外，由于满载状态下后轴载荷占整车总质量的比重约为 69.9%，且后轴单侧车轮载荷比前轴同侧车轮载荷大238kg以上。因此，该车辆前倾稳定性远优于其后倾稳定性。

表3 纵倾稳定角测试结果

4 稳定性系数测试

稳定性系数是评价车辆结构设计合理性的参数之一，该参数通过公式（1）计算得到。其中，Lcg为重心距后轴的纵向距离，Hcg为重心距支撑面的垂直高度，t1为前轮距，t2为后轮距，L为轴距。从公式中可以看出，当不考虑前后轮距差时，Kst的值与重心高Hcg成反比，与轮距t2（或t1）成正比。但由于一般情况下全地形车的后轮较前轮宽，使得后轮距比前轮距更窄，将在一定程度上影响到车辆的稳定性。因此，考虑t2和t1的差值更加切合实际。

公式（1）中的各参数的测试值及通过计算得到的Kst的值如表4所示。

从表中可知，该车的稳定性系数 Kst满足标准要求。其中，由于后轮采用较宽轮胎的缘故，使得后轮距减小，提高了该车的Kst的值。

表4 各测试参数值及计算参数值

5 结论

通过试验，得到该四轮全地形车的侧倾稳定性、纵倾稳定性及稳定性系数。结果表明，该车的横向稳定性及纵向稳定性均符合标准ANSI/ROHVA 1-2011的要求。

该四轮全地形车前轴两侧车轮载荷分布不均对其侧倾稳定性有一定影响，前后轴载荷相差较大对其纵倾稳定性有较大影响。若适当调整该车结构，使得各车轮及车轴的载荷更加合理，将有利于提高其稳定性，特别是增加其后倾稳定角，同时可将前倾稳定角保持在比较理想的值。此外，该情况下可同时使得车辆重心向前移动，将进一步提高车辆的稳定性系数。