車輛改裝穩(wěn)定性的設計與分析

王鵬

摘 要 本文通過對交通多發(fā)事故中車輛信息進行采集和調(diào)研，總結(jié)出有關車輛的三個主要事故原因：車輛設計不合理，改裝汽車功能較差以及改裝過程中導致的車輛操作穩(wěn)定性減弱。如何探索和研究改裝車輛穩(wěn)定性，如何進一步提升駕駛改裝車輛出行的交通安全系數(shù)，如何盡最大力量減少可能出現(xiàn)的人員傷亡和財產(chǎn)損失，這就是本文探討的核心內(nèi)容。

關鍵詞 汽車改裝 穩(wěn)定性 交通安全

隨著經(jīng)濟與城市建設的發(fā)展，汽車越來越多地參與到人類日常生活中，成為都市人群主要的出行方式。日趨復雜的交通環(huán)境與交通網(wǎng)，汽車行駛速度的不自覺提升，這些都是造成人們經(jīng)濟損失和人員傷亡的重要誘導因素。隨著社會現(xiàn)代化的發(fā)展，各種機械越來越趨向自行式，致使車輛改裝設計方興未艾。改裝車一般是在成熟的汽車底盤上配置必需的工作裝置或工具等，必要時還要從汽車中取出動力來，相當于汽車的二次開發(fā)。[1]

一、改裝車輛穩(wěn)定性控制的現(xiàn)狀

在對國內(nèi)外車輛改裝進展情況進行調(diào)研時，我們發(fā)現(xiàn)，研究者對于車輛穩(wěn)定性的控制力正在穩(wěn)步提升。就國外情況而言，他們對于車輛穩(wěn)定性的控制是以ABS為著力點開發(fā)的。[2]研究者在此基礎上進一步提出了通過對車輪制動力再分配來對橫擺運動產(chǎn)生影響，從而保障車輛穩(wěn)定性的理論。這一理論成了控制車輛穩(wěn)定性概念誕生的標志。但由于在早期的研究與實施過程中不得不考慮到實踐所需要的系統(tǒng)成本，所以穩(wěn)定性控制一般通過內(nèi)外轉(zhuǎn)速差估算改裝汽車的橫擺角速度來完成。

二、車輛穩(wěn)定性設計的決定因素

改裝車輛的總體布置要充分考慮到各個零部件在改裝過程中的變量，特別是其重心位置的計算，才能夠利用慣性矩平衡的方法來計算出整個車輛的實際重量與重心位置，再繼續(xù)利用矩平衡方程式對軸荷的具體分配進行設計，只有對整機反復進行平衡布置和確認才能夠找出最為合適的配置方式——以前后軸荷不要超過輪胎及底盤允許的負荷為最佳位置。車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性與履帶式作業(yè)設備有直接關系，對設備本身所固有的自振頻率和振型也有至關重要的決定性作用。

三、對車輛穩(wěn)定性控制的力學分析

（一）改裝汽車失穩(wěn)的原因

在控制汽車行駛的過程中，影響車輛操縱穩(wěn)定性的主要因素有三個，分別是前輪定位參數(shù)、后懸架結(jié)構參數(shù)以及橫向穩(wěn)定桿。

車輛側(cè)偏角：當汽車的側(cè)滑角較大時，司機盡管依然在控制方向盤，但是卻很難產(chǎn)生橫擺力矩。這也就是駕駛員在產(chǎn)生較大的側(cè)滑角時難以控制車輛的因素。[3]我們通過實踐歸納和總結(jié)出三條結(jié)論，分別是：

第一，在改裝汽車的過程中，車輛側(cè)滑角狀況在對車輛的穩(wěn)定性的影響上有較為重要的作用。側(cè)滑角度數(shù)是否符合標準，也決定著車輛的穩(wěn)定性。

第二，實踐中，假如改裝車輛與路面附著系數(shù)有所降低，那么改裝車輛側(cè)滑角就會無可避免對車輛穩(wěn)定性產(chǎn)生更加敏銳和細微的影響。

第三，假如改裝汽車側(cè)滑角較小，影響因素就轉(zhuǎn)變?yōu)闄M擺角速度對于方向盤轉(zhuǎn)角的增益，這也同時象征著轉(zhuǎn)彎能力。

（二）前輪定位參數(shù)的影響

根據(jù)所學知識我們可知，前輪定位參數(shù)包括前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束（前束角）。其中，前輪外傾角也就是主銷軸線與地面垂線在汽車橫向平面內(nèi)的夾角，它可以起到穩(wěn)定力量的作用。而主銷內(nèi)傾角，對操縱穩(wěn)定性的影響則主要表現(xiàn)在低速時起回正作用。主銷后傾角主要通過“后傾拖距”對車輛穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，這樣汽車在轉(zhuǎn)向不足的情況下，也可以增加一定的轉(zhuǎn)向能力，這必然有利于改善汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。

（三）提高車輛行駛穩(wěn)定性的主要途徑

通過分析我們可以看到，當改裝汽車自身失穩(wěn)時，僅靠司機對車輛的操控很難使改裝汽車能夠迅速恢復穩(wěn)定，這種情況無疑是危險的。假若此時我們需要干預汽車的運動姿態(tài)，那就必須采用車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的操控能力恢復其平穩(wěn)運行，再次穩(wěn)定汽車的運動。[4]

第一，主動轉(zhuǎn)向控制。電傳轉(zhuǎn)向控制和四輪轉(zhuǎn)向控制通過反饋汽車運動狀態(tài)，提高車輛在轉(zhuǎn)向的線性區(qū)內(nèi)的操縱穩(wěn)定性，可在一定程度上減少汽車質(zhì)心側(cè)偏角的產(chǎn)生。

第二，差動制動控。這種控制手段是基于對不同輪胎施加不同的制動力矩，從而改變汽車的運行姿態(tài)的一種主動控制方法。

四、改裝要求

（一）機動性要求

最基本的要求是：改裝后的車輛在公路運輸中不會超過限度，保證其能在復雜路況路面行駛。[5]與此同時，我們還需要保證改裝后車輛的車速、轉(zhuǎn)彎半徑、制動距離、越壕寬度以及涉水深度等相應的技術指標都能夠和未改裝前原車的相應指標保持相同或相近。

（二）布局及配重要求

整車載重不超限，并留有適當?shù)挠嗔?；前后配重合理，左右載重分布合理。嚴格使用慣性矩平衡的方法對整機質(zhì)量等參數(shù)進行測算，找準穩(wěn)定重心。

（三）人性化要求

車內(nèi)整潔且裝飾風格一致；設備擺放位置合理，便于操作人員操作。改裝應該考慮到駕駛?cè)藛T的安全，尖銳以及堅硬的裝飾物品不宜布置在駕駛室，避免在事故中發(fā)生二次傷害。

五、結(jié)語

車輛在改裝過程中的進展雖然因車而異，但是所有車輛改裝工作的核心要義始終是保證良好的穩(wěn)定性和安全性。我們在分析和比對車輛穩(wěn)定性時，不僅需要詳細地考察和測驗載車行駛的各種極限狀態(tài)，同時還要在對于平臺載重的整體布局即重心位置的確定上，反復計算、調(diào)整，復算、再調(diào)整，通過多次實驗確定改裝的最終狀態(tài)。

（作者單位為遼寧際華三五二三特種裝備有限公司）

參考文獻

[1] 周旭.現(xiàn)代電子設備設計制造手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：203-204.

[2] 苗永權.專用汽車改裝穩(wěn)定性設計[J].裝備制造技術，2008，6 （64）.

[3] 王文斌.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 平麗浩，黃普青，等.雷達結(jié)構與工藝[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：165-187.

[5] 馮金祥，王慧君，專用汽車構造與維修[M].山東科學技術出版社，1996：85-93.