某自卸车型侧翻分析报告

X型自卸车型侧翻分析报告张敏北汽福田汽车股份有限公司长沙汽车厂技术中心CAE分析室长沙410129近年来，自卸车的侧翻己经成为一个重要的安全问题，据统计，自卸车侧翻事故己成为仅次于汽车正面碰撞的严重车辆事故，侧翻稳定性研究引起了人们的重视。

而自卸车由于自身结构因素决定了其整车的质心高度较一般载货车要高，其失稳的危险性也较一般载货车要高。

自卸车特殊的、危害最大的失效形式是卸载时作业失稳自卸汽车按货厢倾卸方向分为后倾卸式和三面倾卸式两种。

倾卸机构是自卸汽车的关键装置，它直接关系到自卸汽车的使用性能及整体布置。

倾卸机构要有很好的动力性，卸料过程平衡、协调，满足结构紧凑、安全可靠的要求由于自卸汽车通常采用的是车架和车厢相分离的结构以及开式车厢，致使自卸汽车车厢在卸货时的刚度较弱，再加上运载货物的物理和化学性质、气候、道路、工作场地的影响，有时在卸载时会出现侧翻现象，发生严重的事故。

根据事故的分析统计，影响汽车侧翻的因素很多，也很复杂。

其中导致事故发生的两个关键因素有：(1)驾驶员对汽车的操纵或者货物装载不良。

(2)道路条件不良。

（3）车辆设计问题。

（4）高速转向因此，自卸汽车的倾翻稳定性是自卸汽车设计及使用过程中的重要研究热点问题。

有必要对侧翻的情况进行分析，计算和试验，以提高自卸车抗侧翻的能力但是，由于自卸车的应用领域限制了其设计研究的范围和规模。

而传统设计大都采用类比法或经验取值法，也限制了产品性能的进一步提高，往往自卸车的作业稳定性试验并不够，己不能适应社会高速发展和对产品安全高性能的要求。

下面就将某自卸车型作为研究对象进行分析，利用CAD，CAE等手段。

1、 某整车参数。

表1 某车型参数2、 静止状态整车为刚性时的侧翻计算2.1 理论分析在不考虑悬架及轮胎弹性变形的情况下，即将整车视为“刚性汽车”的模型。

假设重型汽车在侧翻时尚未发生侧滑，当发生侧翻时其中一个轮胎不受力，轮胎与地面的相对距离迅速增加。

根据相关资料计算方法：预设汽车在角度为β的斜坡上静止不动，此时刚好其中一个轮胎不受力，即翻车的临界状态。

如图1所示。

改前 改后 簧下质量kg 600 上装及货物质量kg 26.5 底盘质量kg 1200轮胎直径mm 1018（负载下静半径485） 轮距mm 1777/1725 1791/1725 外轮中心距mm 2049 2035 板簧中心距mm 750/950750/969板簧刚度kg ／mm 主789±78N/mm 副720±70N/mm 主807±80N/mm 副1430±143N/mm 货箱尺寸mm 4200×2200×800+400 副车架高度mm 140 货箱纵梁高度mm 18#槽钢 板簧测倾刚度kg ／mm 轮胎垂向刚度kg ／mm 9.00-20轴距3600 货箱翻转支座到前轮中心线距离4621ββ此时整车重心高度为212211W W W H W H H +⨯+⨯=·······················①HB 2tan =β·············································② 式中：H1是簧下质量重心高度 W1是簧下质量H2是簧上质量重心高度 W2是簧上质量将3092PEJ24108Lj36-2参数代入式①②中可以求得β＝28.4°。

2.2 建立动力学模型仿真验证 根据侧翻试验方法如图2图2 国外侧翻试验方法图根据该试验方法，运用多体动力学软件建立仿真模型如图3图3 整车多体动力学简化模型该模型将整车放置在一块平板上，然后平板沿边线以1°/s 的速度旋转，设置轮胎在平板上无滑移，在整车右前轮上建立一个位移传感器，记录位移传感器的数据如图4图4 位移传感器的数据由该数据可以看出，在28°左右，右前轮的离地间隙开始急剧增加，说明此时已经开始翻车了如图5。

图5 侧翻示意图3、静止状态轮胎刚度对侧翻的影响。

经验公式，10.-20的轮胎充气后刚度为600N/mm，将轮胎刚度加入计算，假设车轮与地面无滑移。

分析入图6图6 输入轮胎实际刚度后传感器检测数据由图6可以看出轮胎的刚度对汽车的侧翻有着很大的关系，加入刚度后侧翻发生时间在28°左右。

可见，该车型充足气压后轮胎刚度没有对侧翻产生较大影响。

根据相关资料，轮胎与地面有一个储备系数S ， 该储备系数 S=B/(2hs)-μ，······························③ 式中：B 为轮距，hs 为簧载质量高度，μ为轮胎与地面的附着系数。

假设汽车左侧车轮载荷全部转移至右车轮（图3），如果右车轮侧偏力F y 与垂直载荷F z的合力矢量在质心和右车轮与地面接触点连线的下面，汽车发生倾翻，SM 为负值；当此合力矢量在连线的上面时，则汽车处于稳定状态，SM 为正值。

可见轮胎与地面侧向附着系数越大，汽车越易发生倾翻。

侧偏刚度是决定汽车侧倾稳定性的重要轮胎参数。

轮胎侧偏刚度Ky 随车轮垂直载荷Fz 的变化，并不是一个单调的增函数（图7）.极值点载荷Fy 的大小，主要取决于轮胎胎体的侧弯刚度。

胎体侧弯刚度大的轮胎，Fy 点较高。

车轮垂直载荷增大时侧偏角会明显增大，同时在车轮翻转力矩的作用下，胎体侧弯刚度小的轮胎，会产生较大的胎体侧向平移，使车轮与地面的接触点到质心的垂直距离B/2减小，使汽车的倾翻阈值减小。

载重汽车满载时后轴载荷增加很大，后轮胎的侧偏角比前轮胎侧偏角大得多，特别是在侧向加速度较大时， 汽车会出现严重的过度转向倾向， 使汽车转向特性恶化直至倾翻。

所以轮胎应有高的侧偏刚度， 以保证汽车良好的侧倾稳定性。

图74、 静止状态板簧刚度对侧翻的影响。

引入板簧后，当整车停在横向角度为口的斜坡上时，如图8由于重力分力的作用，使得左、右悬架受力不均，产生的弹性变形也不一样，从而使得上装围绕上装的侧倾中心O 偏转一个角度Ф，是由于在上装重力分力的作用下，围绕O 点产生一个转矩M ，从而使得一侧的板簧受压，另一侧的板簧受拉，因此，钢板弹簧刚度的大小对整车的侧翻角度是有影响的。

设车辆静止在角度为β的斜坡上，则上装的侧倾角度Ф根据近似方程得出。

kb hw 2sin 40tan β=Φ··············································④式中：b 为板簧簧距mm ，k 为板簧刚度N/mm ，h 为上装重心到转矩中心的高度mm ，w 为簧上质量，图8 斜坡上上装偏转示意图根据汽车侧翻平衡原理，利用作图法可以求出以下近似等式。

βtan tan 2H h B=Φ-··············································⑤ 式中H 为整车重心的高度结合方程④、⑤即可求出Ф、β，将参数代入后求得: Ф=0.56°、β＝28°， 由此可以推断该车型匹配的板簧刚度没有对侧翻造成太大影响。

板簧对侧翻灵敏度测试如图表9。

图9 板簧刚度对汽车侧翻影响由图9的曲线趋势可以看出，板簧的刚度对汽车的侧翻有很大影响，当板簧刚度低于某一值的时候，侧翻角度迅速下降。

造成这种趋势的主要原因可以从公式④⑤中看出，等式左边的大小主要受到tan Ф，来控制，而Ф的大小由板簧刚度决定，当Ф值很小是，tan Ф的值也很小，但大约Ф超过2°左右，tan Ф值迅速增加，从而使等式⑤中的左边值迅速下降。

符合三角函数规律。

将板簧参数代入ADMAS里面求解，最后的出如下结果，如图10图10 多体动力学软件计算结果利用多体动力学计算的结果趋势与理论分析一致，但侧翻角度降低到了25°左右，引起该值有差异的原因是因为在此处板簧刚度利用BUSH单元模拟，侧向刚度及垂向刚度共同起作用，与实际工况更一致一些，但由于很多板簧具体参数没法得到及用BUSH单元简化后无法模拟，所以该值的准确数据还需要与试验相结合。

5、举升不同角度式对侧翻角度的影响举升可以分为2个阶段来计算，首先是货箱后门为开启前举升阶段，然后是货箱后门开启后举升阶段。

该车型货箱开启时为举升8°左右，举升超过8°后货物开始卸下。

5.1举升8°前过程举升8°前过程如图11所示图11 举升8°时刻举升8°前的过程整车重心H 可以由图12可以看出。