超重运输对汽车安全性能的影响

超重运输对汽车安全性能的影响
摘要：超重运输是公路运输业的一个普遍问题，对运输安全的危害很大。

根据汽车理论及发动机原理分析汽车超重对汽车安全性能的影响因素，提出汽车超重运输导致汽车安全性能下降，通过使用大吨位的运输车辆来实现，保证汽车应有的安全性能和正常寿命。

关键词：汽车运输超重汽车安全性
0 引言
目前，全国各地公路运输超重现象极为普遍，据统计，70%的道路安全事故是由于车辆超限超载引发的，50%的群死群伤性重特大道路交通事故与超限超载有直接关系[1]。

所谓超重运输是指在公路上行驶的各种机动车辆的车货总质量超过了公路所能承受的规定值的行为，表现在以下两个方面：一是车货总质量超过具体规定值；二是车辆轴载质量超过具体规定值。

汽车在设计过程中对其动力性、制动性、操纵稳定性、平顺性等进行综合考虑，并通过大量试验工作，选择合适的设计参数以保证汽车处于最佳状态。

确保安全行车。

然而，在汽车使用过程中，超重运输致使汽车安全性能难以保证，造成极大的危害。

1 汽车超重对制动性能的影响
1.1 超重使汽车制动距离延长汽车的制动过程分为四个阶段[2]：驾驶员反应时间τ1；制动器的作用时间或滞后时间τ2；持续制动时间τ3；制动器完全放松时间τ4。

如图1所示。

制动距离指汽车速度为u0时(空档)，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停住为止所驶过的距离。

S(m)。

它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离S2和S3。

[2] 公式中没有反映车重对制动距离的影响，是因为末考虑制动过程中车重对附着系数的影响。

实际上在紧急制动过程中，随着车重增加，滑动附着系数下降，最大制动减速度也有所下降，在制动持续时间的制动距离增加；同时，制动器起作用时间延长，使得制动距离延长。

试验证明，对载重3t以上的汽车，总重量增加1t，紧急制动距离增长0.5-1m。

[3]
1.2 超重使汽车制动效能下降汽车超重运输紧急制动时制动器的温度上升快，使摩擦系数下降，制动器制动力矩下降，制动距离明显增长。

2 汽车超重对操纵稳定性的影响
2.1 汽车超重使车厢侧倾力矩增大车厢侧倾力矩由三部分组成：
2.1.1 悬挂质量离心力Fsy引起的侧倾力矩MΦrI
MΦrI= Fsy h
Fsy=ms u2/R=ay Gs
式中，ay ——侧向加速度，单位为9.8m/s2，即g；
Gs——悬挂质量重力，N。

h——悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离。

2.1.2 侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ
车厢侧倾后，悬挂质量的质心偏出距离e，所以MΦrⅡ= G s e ≈G s hΦr
2.1.3 独立悬架中，非悬挂质量的离心力Fuy引起的侧倾力矩MΦrⅢ
MΦrⅢ=-Fuy（h0-r）
汽车作稳态圆周运动时，其侧倾力矩为MΦr=MΦrI+MΦrⅡ +MΦrⅢ。

车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角称为车厢侧倾角Φr。

即Φr=MΦr/ΣKΦr，
其中，ΣKΦr为悬架总的侧倾角刚度，它等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。

汽车作稳态圆周行驶时，车厢侧倾角决定于侧倾力矩MΦr与悬架总的
角刚度ΣKΦr。

[3]
由上可见，汽车超重越多，汽车的悬挂质量重力Gs越大，汽车的悬挂质量的质
心至侧倾轴线的距离h也增大，因此，车厢侧倾力矩有较大程度的增大。

如果是货车，超重一般是汽车加高车厢挡板装较多的货物造成的，超重部分基本
上都是悬挂质量，即Gs增大很多，悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离h增加也
较多。

所以，在汽车转弯时很容易产生侧翻。

如果是急转弯(R较小)，汽车高速(u
较大)时，悬挂质量离心力Fsy更大，其引起的侧倾力矩MφrI则增大很多，汽车
的侧翻就在所难免了。

不少超重汽车便是这样导致失控，撞向路旁或翻入边沟，
最后车毁人亡，惨不忍睹!
2.2 对横向稳定性的影响汽车的横向稳定性是指汽车抵抗侧翻和侧滑的能力。

汽
车在坡道上的行驶又分直线行驶和曲线行驶两种情况：
2.2.1 汽车在横向坡道上直线行驶汽车在横向坡道上直线行驶时，其受力情况见
图2。

当坡度β值增大到重力通过右侧车轮中心，而左侧车轮的法向力作用力等
于零时，则车辆发生侧翻。

显然此时，tanβ
=B/2hg
β为汽车不发生侧翻的极限角，所以为了防止汽车侧翻，汽车的重心应降低，轮
距应加宽。

在横向坡度值为β‘时，也可能发生侧滑，此时tanβ‘=φ侧
式中，φ侧为轮胎同地面间的侧向附着系数。

为保证安全，一般认为，与其让汽车发生侧翻，不如让其发生侧滑，即希望tanβ
＞tanβ ‘。

即φ＜B/hg
在汽车设计时，汽车的重心高度和轮距满足此条件，但是汽车超载使重心高度增大，就可能出现φ＞B/hg。

这样，汽车侧翻便发生在侧滑前，增大了汽车事故的
严重性。

2.2.2 汽车在水平路面上曲线行驶汽车在水平路面上的曲线行驶时，也可能发生
侧翻和侧滑。

①汽车侧翻的条件：设曲率半径为R，则作用在汽车重心上的离心力Fc=Gu2/gR
离心力对外侧车轮接地中心的力矩为汽车的侧翻力矩，而重力对外侧车轮接地中
心的力矩为汽车的稳定力矩。

汽车侧翻时，离心力矩大于重力矩，即Gu2hg/gR≥GB/2
由此，可得汽车在水平路面上曲线行驶时不发生侧翻的最高车速为
从上式可以看出:a行驶时，降低车速，加大转弯半径是防止侧向翻车的主要措施。

b装载时应注意降低重心高度，并捆绑牢固。

值得提出的是某些客车及以货代客
或装运牲口的汽车，其重心较高，在离心力较大的情况下，乘客或牲口会不自觉
地向外倾斜，而容易造成重心偏移，汽车发生侧翻。

②侧滑条件：汽车在水平路面上做曲线运动时，侧发生滑的临界条件是Fc=Gj侧，即uφmax=√φ侧gRG u2/gR=Gφ，
故汽车不发生侧滑的临界车速为
为了使汽车侧滑发生在侧翻之前，则要求
汽车超载，重心高度增大，汽车发生侧翻的临界车速降低，也可能使汽车先发生侧翻后发
生侧滑。

2.3 对纵向稳定性的影响
2.3.1 汽车匀速上坡时的受力情况如图3所示，当前轮法向反作用力Z1=0时，汽车将失去稳
定性，而绕后轴翻转。

显然此时Gcosαb = Gsinα.hg，故有tgαmax=b/hg.式中：αmax为翻转的
临界坡度角。

从上式看出:①当道路的坡度角α大于αmax 时，汽车就要在上坡时绕后轴翻车。

②汽车的
重心越低(hg越小)，重心到后轴的距离b越大，汽车的纵向稳定性就越好，汽车就可以爬上
更陡的坡。

当汽车下坡，汽车后轮的法向反作用力Z2=0，汽车将失去稳定性，而绕前轴翻车。

同理可得tgαmax=a/hg，从此式可以看出:①当道路的坡度a大于amax时，汽车就要在下坡
时绕前轴翻车。

②汽车的重心越低(hg越小)，重心到前轴的距离a越大，汽车在下坡时的纵
向稳定性就越好。

当汽车下坡使用紧急制动时，由于重量转移，使重心前移， a变小，汽车超载加剧了重量转移，所以更容易翻车(尤其是汽车装载高重心的物体时)。

2.3.2 汽车纵向稳定条件对于后轮驱动的汽车，驱动轮产生滑转的临界条件是平行于路面的分
力等于附着力，即
Gsinαφmax =Gcosαφmax·φ 式中，αφmax 为驱动轮滑转的临界坡度角。

故有tanαφmax=φ
为了保证汽车行驶安全，应使驱动滑转发生在汽车纵向翻车之前，即应使翻转角大于滑转角tanαmax＞tanαφmax，即b/hg＞φ
由此可见，超载同样可能使汽车先发生侧翻。

2.4 对转向特性的影响一般汽车都具不足转向特性，即稳定性因数K＞0。

[2]由可知，
当货车超载，主要的重量在汽车的后部，即G2增加，可以使K减小，如果G2增加过多，有
可能小于零，也就是汽车的转向特性变为过多转向。

汽车转向特性由不足转向变为过多转向，汽车在弯道上行驶时，驾驶员的操作习惯不变，就会使汽车转弯过多；汽车高速行驶（达到
临界车速）时，方向盘轻微的转动，也会使汽车发生激转，这两种情况都可能使汽车发生危险。

3 超重降低汽车使用寿命
超重运输造成汽车零件的时期损坏，使车辆的使用可靠性显著降低，影响最严重的是行驶系
的轮胎和钢板弹簧，传动系的半轴，传动轴、主减速器和变速箱、制动系的制动毂和制动蹄等。

可靠性统计分析表明，这些零件的平均使用寿命降低50%~70%，发动机大修间隔里程缩
短了25.3%，超载运输大大增加了车辆修理费用，超载运输使车辆的制动、转向系使用可靠
性下降，增加了发生交通事故的机会。

[4]
4 超重加大对路面的危害
研究资料表明，轮式车辆对路面的损坏与轴载P之间的关系式为Q=KPn。

式中K为比例系数，n为指数，一般取4~5。

[5]由此可知，由于随轴载增加造成路面损伤呈非线性急速增长，损
伤的加大是非常急剧的。

必须指出，上述关系式是建立在疲劳损坏概念范围内的。

当轴载增
至路面的变形超出断裂极限范围时，便会使路面的某一薄弱部位立即产生裂缝。

而路面一旦
有了裂缝，则随水分等的渗入及应力集中，就会极大地加速路面与路基的损坏。

严重缩短公
路的使用寿命，并使其养护费用成倍增加。

交通部门有关研究显示，一条设计使用寿命为15
年的公路，如果按设计交通量，车辆平均超过1倍，其使用寿命将缩短90%，即该公路实际
使用寿命为1年半。

根据汽车专用道路车流量统计分析，现有的交通量中重型车（以实际载
货量计，绝大多数车辆是超重）所占比重已远远超过20%，导致公路不堪重负，路面大面积
毁坏，使用寿命大大缩短，实际通行能力低下，给国家造成巨大的经济损失。

5 结束语
汽车超重运输使汽车制动性能恶化，操纵稳定性降低，汽车横向稳定性和纵向稳定性大幅度降低，使汽车容易发生侧翻，增加了事故的危险性和严重性，同时，大大缩短了汽车使用寿命，严重损坏公路，个人片面地追求经济利益最大化给国家造成了较大的经济损失。

此外，超重运输还使汽车油耗增加，排放污染物大幅度增加。

我们完全可以通过使用大吨位的运输车辆来进行运输，以降低汽车的轴载，减少对路面的损坏，使汽车有较好的动力性、安全性和正常的使用寿命，提高汽车运输的生产效率和经济效益。

参考文献：
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[2] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社.2008.4.
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[4]李照美，陈明伟，高知林，李诚斌，赵玲.超载运输对汽车使用寿命的影响分析[J].湖南农业大学学报.2003.12.399.
[5]袁晓华，陈明伟.公路超重运输对策研究[J].公路与汽运.2004.8:122.。