轮式军用车辆转向半径对车辙形成的影响(车辆工程专业英语翻译)

车辆工程专业英语翻译 (胡凯俊M060113103)

轮式军用车辆转向半径对车辙形成的影响

Kun Liu a, Paul Ayers a, Heidi Howard b, Alan Anderson b

a美国田纳西州大学土壤科学与生物工程系2506 E.J. Chapman Drive, Knoxville, TN 37996, USA

b美国军事工程研究与发展中心.结构工程实验室2902 Newmark Drive,Champaign, IL 61822, USA

摘要：

车辙是由于轮胎在地面上行走而形成的洼地或凹槽，车辙会对地面和植被产生严重的影响，并且降低车辆的机动性能，在本文中，车辙深度和宽度是衡量车辙的重要指标，有一种新的指标，车辙指数，它是结合了车辙深度和宽度而提出的。一种轻型装甲车和一种高机动多用途汽车将被用于测试车辆转弯半径对车辙深度、宽度和车辙指数的影响，这两种车辆将以不同速度螺旋前进，车辆在盘旋过程中每秒采集到不同的GPS数据，沿着车辆盘旋轨迹每4-7米手工记录下车辙的尺寸。地面测试结果显示，车辙深度、宽度和车辙指数随着转弯半径的减小而增大，特别是在转弯半径小于20米的时候，车速会影响轻型装甲车辆车辙的形成，但高机动多用途车辆的车辙并未受到影响。

1 引言

越野车辆会形成车辙，它是由轮胎在地面行走而成的洼地或凹槽，是由土壤的压缩或分离形成，其土壤的压缩是由于受到地面的垂直力，土壤的分离是由于垂直力使得地面承受能力达到极限，地面的横向力和纵向力使得土壤分离并形成车辙，纵向力产生轮胎打滑进而分离土壤，车辆转弯过程中会增加地面的横向力，使得土壤脱离轮胎轨迹并沿转弯方向相反的地方移动。

车辙会对地面和植被产生重要的影响[1，2]，车辙会影响原生植物的根系从而减缓植被的生长[3，4]，车辙会通过集中径流和增加腐蚀产生环境危害[5]，车辙会降低车辆的机动性能[6]。

车辙对车辆的影响可以用车辙宽度来衡量，它是地面行车轨迹所测得的一个宽度，车辙深度是行车轨迹地面到邻边平整地面的一个垂直距离，Durham[7]测试驱动轮在松软地面上的转向工况，他发现车辆转角是决定下沉系数的次要因素，在给定机动参数的沙地上（包括经验参数、地面强度、车重、轮胎尺寸、和轮胎变形量），下沉系数会随车轮转角的增大而增大。Braunack和Williams[8]发现车辙深度会随着路径和转角的增加而增加，他们是在不同的地面强度和湿度条件下M113装甲运兵车和豹式坦克进行转向机动测试得出的。Ayers[4]用M113装甲运兵车进行了三种转向半径的试验，分别是直行、平稳转向和紧急转向，结果显示转向半径的减小（紧急转向）会增加地面的干扰和车辙的痕迹，且行车轨迹和土壤的堆积宽度及深度随紧急转向而增加（图1）。Halvorson et al[9]研究M1A2坦克行车轨迹对地面压缩及其越冬后的变化，他们发现冬天过后转向车辙比直行车辙的内在干扰更加强烈，平稳转向车辙对比直行车辙也是如此。Aflleck et al[10]指出，车辆在转向比直行过程中对地面的干扰更具重要而不同的意义，用一辆斯特莱科汽车测试其影响，包括盘旋和多样通过测试，Ahleck [11]参与了轮式和履带式车辆车辙深度的测量，调查研究车辙深度和土壤强度以及车辆机动性之间的关系，她发现车辆转弯时比直行过程中地面土壤移除的量要高很多，Althfoll 和Thien[3]应用随机化完全区组设计研究了M1A1坦克对地面质量、生物及植被特性的影响，其方法包括选择的四种路径（十字路、内路、直路和弯路）以及两种地面条件（干地和湿地）。他们发现外侧车轮形成的车辙比内侧车轮所形成的的要更加强烈。

Shoop et al[1]应用北大西洋公约组织的

可动型模型预测了车辆在训练场地的影响，在这个模型中，车辙的形成是与车辆在可变形地面上的牵引力和行驶阻力以及可操纵性相联系的，车辆在转向过程中牵引力和行驶阻力与直行时是不同的，Jones et al [12]通过美国军事工程师和发展中心介绍了车辆地形接口的发展，这是一种用于测试车辆在地面的反映情况，车辆转角是地面接口交互作用的一个重要影响因素。

（图1.三种状态模式下的地面干扰比较）

目前的研究报告提到了车辆转向过程中车辙的形成对地面植被破坏的一般影响因素，但没有完全注重机动转向这一重要因素。本文将详细讨论转向因素对车辙的影响（包括转向半径和车速）。

2 研究对象

本文将以美国华盛顿路易斯堡的一辆轻型装甲车（如图2）和亚利桑那州的一辆高机动多用途汽车（如图3）来研究车辙深度、车辙宽度、车辙指数和车辆机动性能之间的关系。

3 车辆与地面说明

2002年6月11日在美国路易斯堡军事中心进行了轻型装甲车的测试，2003年3月11日在美国尤马试验场对高机动多用途汽车进行了测试。

（图2.轻型装甲车）

轻型装甲车是重为13930kg的8轮式车辆，长6.98米，胎面宽度2.3米，采用直径111.8cm宽度27.9cm的X型米其林轮胎，车辆以四轮驱动的方式，地面具有沙质土壤特性的机构，其包含67%的沙地，29%的淤泥河4%的泥土，其平均湿度为37.1%，下锥测试器用于对土壤强度进行分类，当土壤强度高达1000kpa时，用透光计进行测量，其平均下锥量为5cm。

（图3.高机动多用途汽车）

高机动多用途汽车重为2608kg，其长度为 4.57m胎面宽度 1.79m,轮胎采用固特异MT型，其宽度31.8cm,直径92.7cm，前轮测得压力为123kpa，后轮测得为146kpa。地面结构为超过95%的土壤，平均湿度8.9%，地面平均下锥量10.8cm，且为无植被覆盖的裸地。

4 地面测试方法

轻型装甲车以两种速度盘旋行进（连续向右转向时不断减少转向半径），并将美国天宝公司12频道的Ag GPS132型差分全球定位系统接收器安装在带有卫星差分校正器的轻型装甲车上，不同的GPS数据被实时接收，测量装置对每4.7米长的螺旋轨迹测量车辙深度和宽度，车辙深度是测量车辙底面距离邻边平整地面的垂直距离（如图4），车辙宽度是测量地面被压过的全程宽度，GPS的安装点是在每个GPS接收器的测量点，从而将车辆速度和转向半径与车辙的相关测量联起来。

高机动多用途汽车是在四种盘旋行进方式下进行，包括两种高速和两种低速，GPS 接收器同样为美国天宝公司的，与轻型装甲车同样的方法将车辙和定位数据联系起来（如图5）。

车辆转向半径以三点转向计算方法测得