车辆稳定性中级工程师论文
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g—重力加速度；
R—汽车转弯半径；
（一）当汽车在水平路面上（即β=0）作等速转向行驶时，不发生侧翻的最大车速为
= （12）
已知底盘最小转弯半径R=7m根据满载时计算结果
XM=876mm，YM=1104mm ，B=1525mm
= = =24.7Km/h
所以当污水箱满载状态是转弯速度不能超过24.7Km/h，以防止车辆发生侧翻。
为汽车在横坡上受力图，将图中各力对右轮接地点O2取矩，整理后得：
Z1= （11）
式中：Z1—作用在右轮上的法向反作用力（N）；
B—汽车轮距（m）；
—离心力（N）；
β—道路横坡角度（°）。
向侧面外翻时，Z1=0，离心力 = ，代入式（11）得出汽车在横坡转弯时所允许的最大车速为
=
式中： —临界车速（m/s）；
[3]徐达，蒋崇贤.专用汽车结构与设计[M].北京：北京理工大学出版社,1998.
[4]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2007.
1.1大箱放平时重心计算
以整车的后桥中心点在地面上的投影为坐标原点，以车长方向为x坐标，（向车辆前端为正，）车高方向为y坐标。车厢及主要设备均以其几何中心为质心，根据整车内外布局，改装车辆各部总成重心位置见图1主要装车设备质量及质心位置如表1：
表1中： —各主要设备的质量(kg)；
—各设备质心的x方向坐标（mm）；
（二）当汽车在有横坡的路面上停车或等速直线行驶时，离心力 =0，此时不发生侧翻的最大道路横坡角度tanβmax=B/2h。
（三）汽车在水平路面上以车速 转弯时，当侧向分力（即 ）大于路面的侧向附着力时会发生侧滑，所以不发生侧滑的条件为：
=G
式中： -附着系数
则 =
一般认为侧翻比侧滑更危险，为了避免侧翻应从汽车结构上保证使侧滑发生在侧翻之前，先发生侧滑的条件是：
污水箱满载时极限上坡角度明显小于空载时极限上坡角度，作业完成后应更加注意行车安全。
通过以上计算可以得出，该车纵向滑移时的坡度角为34.99°，小于纵翻的极限坡度角37.8°，所以在发生纵向倾翻之前，首先发生纵向滑移，可以保证车辆在纵坡上稳定行驶。
3、横向稳定性计算：
汽车在行驶过程中，随着运动状态的改变，作用在汽车前、后轮上的径向反作用力（Z1,Z2）也相应的变化。若其前轮的径向反作用力为零时，则汽车前轮的偏转就不再能确定汽车行驶的方向。当后轮的径向反作用力为零时，根据附着条件，牵引力将不再存在，汽车将丧失行驶能力。这两种情况均使汽车行驶稳定性遭到破坏，甚至造成汽车的纵向翻车。
论文题目:改装洗扫车行驶稳定性计算
申报职称:工程师
申报人姓名:
申报人单位:
论文专业:机械设计
改装洗扫车行驶稳定性计算
关键词：改装洗扫车、大箱起升中心、行驶稳定性
0、引言
汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾翻等现象的能力。行驶稳定性是车辆的最主要性能之一，为保证车辆行驶安全性，在改装车设计的总体方案阶段就要进行整车的行驶稳定性校核。特别是清扫车在倾倒垃圾时后门是否开启，对车辆稳定性的影响。此论文将以最新生产的扫车作为计算对象。
4、结束语
现代社会无时无刻都与车辆打交道，保证车辆行驶安全性，行驶稳定性是重要性能。一辆合格的改装车，在车辆设计初始阶段就应当对整车的行驶稳定性进行计算和样车试制后的行驶实验都是非常重要的步骤。
参考文献：
[1]魏春源.汽车工程手册[M].北京，北京理工大学出版社，2005.
[2]李俊峰，张雄.理论力学.北京：清华大学出版社，2010.
—各设备质心的y方向坐标(mm)；
表1 主要计算数据：
序号
参数名称
(kg)
（mm）
（mm）
1.
汽车底盘
2000
2170
800
2.
风机总成
350
1756
1620
3.
副发动机
380
2156
1050
4.
水箱总成
230
110
1100
5.
大箱总成
1000
500
1540
6.
液压油箱
133
1671
1120
7.
低压水路
max=37.8°
2.3纵向滑移
当汽车驱动轮的附着力小于或者等于改装车辆在平行于坡道上的分力时，车轮发生滑移现象，此时：
G×cos × = G×sin
tan = （10）
式中： —车辆发生纵向滑移时的坡度角（rad）；
—车辆在干燥水泥路面上 取0.7。
把 =0.7代入式（7）中得：
=34.99°
2.4总结
＜
＜
得 ＜ (13)
式中: B—汽车轮距为1.525mm
—满载重心高度1.10m。
被称为汽车侧向稳定性系数。
一般汽车行驶于干燥的沥青路面上时，一般取 为0.7，此时仍然能满足上述稳定性条件。
= =0.75＞
因此，汽车改装后的横向稳定性符合要求。
3.2总结
由于车辆轮距B、转弯半径为定值，所以质心越高转弯最大速度越小，通过计算作业完成后污水箱满载状态时质心的位置最高。所以此时行车转向时严禁高速急转弯；以避免事故的发生。
XM=
=
=
=876mm
计算污水箱满载，两名成员状态时车辆重心高度YM
YM=
=
=
=1104mm
1.2大箱起升时重心计算
大箱垃圾箱底面要求在卸垃圾的时候达到62°倾角，设计时垃圾箱底面已经倾斜12°，因此大箱实际起升角度为50°。大箱起升有两种情况，一种是先打开后门然后起升大箱，垃圾随之倒出，当大箱起升到最大角度时，箱内没有垃圾。另一种情况，大箱装载垃圾，后门没有开启，当大箱起升到最大角度时最有可能倾翻。下面对后门没有开启情况进行稳定性校核。
1100
17.
污水
1724
-533
1356
1.1.1空载状态
根据合力力矩等于分力力矩之和的原理进行重心计算。
已知：底盘轴距z=3360mm，
图1各部总成重心位置示意图
计算空载时车辆重心距后轮中心位置XK：
XK= （1）
=
=
=1261.6mm
计算空载重心高度YK
YK= （2）
=
=
=1026mm
计算结果表明，整车质心距后轴1261.6mm，离地高度1026mm。
图3 汽车等速上坡时的受力图
所示汽车空载时的驻车情况，根据受力分析，将
, 三个力对前轴接地点取力矩，得
+ = L（5）
= （6）
将式（6）代入（5）求得最大驻车坡度：
tan = （7）
式中: —车辆最大驻车坡角度（rad）；
—轮胎对地面的纵向附着系数，在干燥水泥路面上 =0.7
代入数值tan = = =0.528
根据受力分析，前轮法向反作用力 为：
= （8）
式中： —前轮法向反作用力（N）；
G—改装车总质量（kg）；
L—汽车轴距（mm）；
—整车质心距后桥的距离（mm）；
—坡角度（rad）。
当前轮法向反作用力 =0时，汽车便发生绕B点向后倾翻现象，通常称为纵翻。当 ＞0时，汽车不会发生翻车，即tan < ,由公式可知：汽车的满载质心高度h越小，质心至后轴的距离L2越大，汽车在纵向坡道上行驶就越不容易倾翻。
Xs=
=
=
=419mm＞0
通过计算证明重心在后轮前部，此时车辆不会发生向后倾翻情况。车辆在后门没有开启，当大箱起升到最大角度时状态时不会产生倾翻现象。
2、纵向稳定性分析计算
2.1驻车制动性
驻车制动，一般叫做手刹，它的作用就是在停车时，给汽车一个阻力，使汽车不溜车。驻车制动，也就是手刹或者自动档中的停车档，锁住传动轴或者后轮。
=27.8°
2.2 纵向倾翻
汽车的纵向行驶稳定性，是指汽车在纵向坡道上行驶时抗倾斜和滑移的能力。
纵向倾翻是指汽车上坡或下坡时发生绕后轴或前轴的倾翻。以上坡为例，汽车的受力情况如图2。在实际情况下，当坡度较大时，汽车行驶速度比较慢，空气阻力忽略不计，同时汽车的动力主要用来克服坡道阻力，在较大的坡道上加速能力有限，也不考虑加速阻力。随着坡度的增大，前轮的法向反作用力为零时，汽车将发生倾翻。
起升后大箱总成，后门总成，垃圾重心位置有变化。大箱起升后重心位置见图2,计算数据见表2
表2
序号
参数名称
Gi(kg)
Xi(mm)
Yi(mm)
1
大箱总成
1000
-656
2633
2
后门总成
200
-1799
1094
3
污水
1724
-15源自文库6
1662
图2 大箱最大倾倒角，后门未开启状态图
计算大箱起升时重心距离后轮中心位置Xs
因此，可得不发生倾翻的最大坡度为：
tan max= （9）
空载状态极限上坡角度：
空载状态时汽车重心高度 =1261.6mm,h=1026mm
tan max= = =1.23
max=50.9°
污水箱满载状态极限上坡角度：
污水箱满载状态时汽车重心高度 =876mm,h=1104mm
tan max= = =0.93
1、整车质心位置计算及轴荷分配
改装车通常要求：改装后整车总质量不得超过原底盘允许的最大总质量；质量分配前后要合理，轴载质量不得超过允许的最大轴载质量，前轴轴荷至少应达到改装车当时总质量的20%以上；载荷分配左右应基本均匀，最大偏差不得超过3%；重心位置尽可能低，但必须留有车轮弹跳高度所需要的空间。洗扫车作业完成后大量的污水存在污水箱内，所以对下面几种状态进行分析。计算
70
2525
505
8.
高压水路
100
1880
925
9.
副梁总成
540
691
806
10.
边刷
100
1428
604
11.
大箱支杆
20
1275
1193
12.
吸口总成
270
-770
447
13.
后防护
53
-1251
516
14.
后门总成
200
-1413
1426
15.
人员
130
3420
1082
16.
清水
1500
110
轴荷分配：
由力矩平衡求得轴荷分配：
前桥载荷N1:
N1= = =2045kg（3）
后桥载荷N2：
N2=G-N1=3401kg（4）
则改装后底盘前桥额定载荷为2045kg，后桥额定载荷为3401kg。
前桥载荷N1占总质量G:
= =37.5%＞20%,符合改装手册要求。
1.1.2、污水箱满载状态
计算污水箱满载，两名成员状态时车辆重心距后轮中心位置XM
R—汽车转弯半径；
（一）当汽车在水平路面上（即β=0）作等速转向行驶时，不发生侧翻的最大车速为
= （12）
已知底盘最小转弯半径R=7m根据满载时计算结果
XM=876mm，YM=1104mm ，B=1525mm
= = =24.7Km/h
所以当污水箱满载状态是转弯速度不能超过24.7Km/h，以防止车辆发生侧翻。
为汽车在横坡上受力图，将图中各力对右轮接地点O2取矩，整理后得：
Z1= （11）
式中：Z1—作用在右轮上的法向反作用力（N）；
B—汽车轮距（m）；
—离心力（N）；
β—道路横坡角度（°）。
向侧面外翻时，Z1=0，离心力 = ，代入式（11）得出汽车在横坡转弯时所允许的最大车速为
=
式中： —临界车速（m/s）；
[3]徐达，蒋崇贤.专用汽车结构与设计[M].北京：北京理工大学出版社,1998.
[4]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2007.
1.1大箱放平时重心计算
以整车的后桥中心点在地面上的投影为坐标原点，以车长方向为x坐标，（向车辆前端为正，）车高方向为y坐标。车厢及主要设备均以其几何中心为质心，根据整车内外布局，改装车辆各部总成重心位置见图1主要装车设备质量及质心位置如表1：
表1中： —各主要设备的质量(kg)；
—各设备质心的x方向坐标（mm）；
（二）当汽车在有横坡的路面上停车或等速直线行驶时，离心力 =0，此时不发生侧翻的最大道路横坡角度tanβmax=B/2h。
（三）汽车在水平路面上以车速 转弯时，当侧向分力（即 ）大于路面的侧向附着力时会发生侧滑，所以不发生侧滑的条件为：
=G
式中： -附着系数
则 =
一般认为侧翻比侧滑更危险，为了避免侧翻应从汽车结构上保证使侧滑发生在侧翻之前，先发生侧滑的条件是：
污水箱满载时极限上坡角度明显小于空载时极限上坡角度，作业完成后应更加注意行车安全。
通过以上计算可以得出，该车纵向滑移时的坡度角为34.99°，小于纵翻的极限坡度角37.8°，所以在发生纵向倾翻之前，首先发生纵向滑移，可以保证车辆在纵坡上稳定行驶。
3、横向稳定性计算：
汽车在行驶过程中，随着运动状态的改变，作用在汽车前、后轮上的径向反作用力（Z1,Z2）也相应的变化。若其前轮的径向反作用力为零时，则汽车前轮的偏转就不再能确定汽车行驶的方向。当后轮的径向反作用力为零时，根据附着条件，牵引力将不再存在，汽车将丧失行驶能力。这两种情况均使汽车行驶稳定性遭到破坏，甚至造成汽车的纵向翻车。
论文题目:改装洗扫车行驶稳定性计算
申报职称:工程师
申报人姓名:
申报人单位:
论文专业:机械设计
改装洗扫车行驶稳定性计算
关键词：改装洗扫车、大箱起升中心、行驶稳定性
0、引言
汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾翻等现象的能力。行驶稳定性是车辆的最主要性能之一，为保证车辆行驶安全性，在改装车设计的总体方案阶段就要进行整车的行驶稳定性校核。特别是清扫车在倾倒垃圾时后门是否开启，对车辆稳定性的影响。此论文将以最新生产的扫车作为计算对象。
4、结束语
现代社会无时无刻都与车辆打交道，保证车辆行驶安全性，行驶稳定性是重要性能。一辆合格的改装车，在车辆设计初始阶段就应当对整车的行驶稳定性进行计算和样车试制后的行驶实验都是非常重要的步骤。
参考文献：
[1]魏春源.汽车工程手册[M].北京，北京理工大学出版社，2005.
[2]李俊峰，张雄.理论力学.北京：清华大学出版社，2010.
—各设备质心的y方向坐标(mm)；
表1 主要计算数据：
序号
参数名称
(kg)
（mm）
（mm）
1.
汽车底盘
2000
2170
800
2.
风机总成
350
1756
1620
3.
副发动机
380
2156
1050
4.
水箱总成
230
110
1100
5.
大箱总成
1000
500
1540
6.
液压油箱
133
1671
1120
7.
低压水路
max=37.8°
2.3纵向滑移
当汽车驱动轮的附着力小于或者等于改装车辆在平行于坡道上的分力时，车轮发生滑移现象，此时：
G×cos × = G×sin
tan = （10）
式中： —车辆发生纵向滑移时的坡度角（rad）；
—车辆在干燥水泥路面上 取0.7。
把 =0.7代入式（7）中得：
=34.99°
2.4总结
＜
＜
得 ＜ (13)
式中: B—汽车轮距为1.525mm
—满载重心高度1.10m。
被称为汽车侧向稳定性系数。
一般汽车行驶于干燥的沥青路面上时，一般取 为0.7，此时仍然能满足上述稳定性条件。
= =0.75＞
因此，汽车改装后的横向稳定性符合要求。
3.2总结
由于车辆轮距B、转弯半径为定值，所以质心越高转弯最大速度越小，通过计算作业完成后污水箱满载状态时质心的位置最高。所以此时行车转向时严禁高速急转弯；以避免事故的发生。
XM=
=
=
=876mm
计算污水箱满载，两名成员状态时车辆重心高度YM
YM=
=
=
=1104mm
1.2大箱起升时重心计算
大箱垃圾箱底面要求在卸垃圾的时候达到62°倾角，设计时垃圾箱底面已经倾斜12°，因此大箱实际起升角度为50°。大箱起升有两种情况，一种是先打开后门然后起升大箱，垃圾随之倒出，当大箱起升到最大角度时，箱内没有垃圾。另一种情况，大箱装载垃圾，后门没有开启，当大箱起升到最大角度时最有可能倾翻。下面对后门没有开启情况进行稳定性校核。
1100
17.
污水
1724
-533
1356
1.1.1空载状态
根据合力力矩等于分力力矩之和的原理进行重心计算。
已知：底盘轴距z=3360mm，
图1各部总成重心位置示意图
计算空载时车辆重心距后轮中心位置XK：
XK= （1）
=
=
=1261.6mm
计算空载重心高度YK
YK= （2）
=
=
=1026mm
计算结果表明，整车质心距后轴1261.6mm，离地高度1026mm。
图3 汽车等速上坡时的受力图
所示汽车空载时的驻车情况，根据受力分析，将
, 三个力对前轴接地点取力矩，得
+ = L（5）
= （6）
将式（6）代入（5）求得最大驻车坡度：
tan = （7）
式中: —车辆最大驻车坡角度（rad）；
—轮胎对地面的纵向附着系数，在干燥水泥路面上 =0.7
代入数值tan = = =0.528
根据受力分析，前轮法向反作用力 为：
= （8）
式中： —前轮法向反作用力（N）；
G—改装车总质量（kg）；
L—汽车轴距（mm）；
—整车质心距后桥的距离（mm）；
—坡角度（rad）。
当前轮法向反作用力 =0时，汽车便发生绕B点向后倾翻现象，通常称为纵翻。当 ＞0时，汽车不会发生翻车，即tan < ,由公式可知：汽车的满载质心高度h越小，质心至后轴的距离L2越大，汽车在纵向坡道上行驶就越不容易倾翻。
Xs=
=
=
=419mm＞0
通过计算证明重心在后轮前部，此时车辆不会发生向后倾翻情况。车辆在后门没有开启，当大箱起升到最大角度时状态时不会产生倾翻现象。
2、纵向稳定性分析计算
2.1驻车制动性
驻车制动，一般叫做手刹，它的作用就是在停车时，给汽车一个阻力，使汽车不溜车。驻车制动，也就是手刹或者自动档中的停车档，锁住传动轴或者后轮。
=27.8°
2.2 纵向倾翻
汽车的纵向行驶稳定性，是指汽车在纵向坡道上行驶时抗倾斜和滑移的能力。
纵向倾翻是指汽车上坡或下坡时发生绕后轴或前轴的倾翻。以上坡为例，汽车的受力情况如图2。在实际情况下，当坡度较大时，汽车行驶速度比较慢，空气阻力忽略不计，同时汽车的动力主要用来克服坡道阻力，在较大的坡道上加速能力有限，也不考虑加速阻力。随着坡度的增大，前轮的法向反作用力为零时，汽车将发生倾翻。
起升后大箱总成，后门总成，垃圾重心位置有变化。大箱起升后重心位置见图2,计算数据见表2
表2
序号
参数名称
Gi(kg)
Xi(mm)
Yi(mm)
1
大箱总成
1000
-656
2633
2
后门总成
200
-1799
1094
3
污水
1724
-15源自文库6
1662
图2 大箱最大倾倒角，后门未开启状态图
计算大箱起升时重心距离后轮中心位置Xs
因此，可得不发生倾翻的最大坡度为：
tan max= （9）
空载状态极限上坡角度：
空载状态时汽车重心高度 =1261.6mm,h=1026mm
tan max= = =1.23
max=50.9°
污水箱满载状态极限上坡角度：
污水箱满载状态时汽车重心高度 =876mm,h=1104mm
tan max= = =0.93
1、整车质心位置计算及轴荷分配
改装车通常要求：改装后整车总质量不得超过原底盘允许的最大总质量；质量分配前后要合理，轴载质量不得超过允许的最大轴载质量，前轴轴荷至少应达到改装车当时总质量的20%以上；载荷分配左右应基本均匀，最大偏差不得超过3%；重心位置尽可能低，但必须留有车轮弹跳高度所需要的空间。洗扫车作业完成后大量的污水存在污水箱内，所以对下面几种状态进行分析。计算
70
2525
505
8.
高压水路
100
1880
925
9.
副梁总成
540
691
806
10.
边刷
100
1428
604
11.
大箱支杆
20
1275
1193
12.
吸口总成
270
-770
447
13.
后防护
53
-1251
516
14.
后门总成
200
-1413
1426
15.
人员
130
3420
1082
16.
清水
1500
110
轴荷分配：
由力矩平衡求得轴荷分配：
前桥载荷N1:
N1= = =2045kg（3）
后桥载荷N2：
N2=G-N1=3401kg（4）
则改装后底盘前桥额定载荷为2045kg，后桥额定载荷为3401kg。
前桥载荷N1占总质量G:
= =37.5%＞20%,符合改装手册要求。
1.1.2、污水箱满载状态
计算污水箱满载，两名成员状态时车辆重心距后轮中心位置XM