电源车稳定性研究

李起华 张利军 卫中 戴建军 成丁雨

摘要：研究以某电源车为例，通过其部件布局，对其质心位置、轮荷分配进行计算，探究其电源车横向与纵向稳定性，构建了数学模型，对其稳态与制动转向条件下瞬态响应情况进行分析。

关键词：电源车;稳定性;质心位置;轮荷分配;稳态转向

近年来，电源车以其操作简单、移动速度、噪声低等优越性在电力通信维护、野外勘测以及抢险救灾等领域得到了广泛地应用[1]。电源车行驶稳定性以及转向性能直接影响着车辆整体性能，此次研究构建了基于横摆运动与侧向运动转向模型，对其质心参数、轮载等影响稳态转向机顺态相应作用机理进行分析。

1. 质心位置及轮荷计算

图1为某电源车简图，选择底盘位置安装放舱，会改变车辆原有的质量及质心位置，考虑到质心位置会影响到转向性能，首先要明确加装舱体后质心的位置。在计算质心位置及轴荷时，需建立一个坐标系，原点为过双前轴中心垂线与地面的交点，X轴代表的是行驶方向，为正，Y轴代表的是宽度方向，Z轴表示的是垂直方向，其主要参数见表1：

电源车底盘为二类底盘，，总质量最大为16500kg，最大设计轴荷为7000/7000/11000，轮距为1876mm，接近角/离去角为20/11。总质量采用M= 表示，整装质心为： ，后轴荷载 。质心距离坐标原点的距离采用l表示，横向稳定性计算公式为 ，纵向稳定性计算公式为 ，车辆底盘轮距采用B表示，C表示的是方舱整装质心与后桥距离[2]。将数据代入公式计算可以质心位置Xg=2889mm，Yg=-6mm，Zg=1170mm，橫向与纵向稳定性分别为1.65、0.67，均>0.6;前轴车轮负载为4029kg，后轴为4460kg。通过对其负荷参数分析，与负荷分布要求相符。

2. 电源车转向运动数学建模

研究综合以往文献，在汽车理论与车辆操纵力学基础上针对电源车建立了关于转向运动的数学模型，经过简化处理后的转向运动数学模型描述如下：假设汽车顺X轴前进速度不变，侧向加速度<0.4g，保持轮胎侧偏特性在线性范围，此时侧偏力与偏角呈现出明显正相关[4]，研究不考虑转向时轮胎荷载以及悬架运动学的作用。将车辆质心作为坐标原点，正方向即为电源车行驶方向，为X轴，与路面垂直向下为Z轴，采用右手法则确定Y轴正向。将电源车顺X轴前进速度作为定值，其运动为Z轴横摆运动与Y轴侧向运动。二自由度微分方程计算公式如下：

其中质心侧偏角、电源车横摆状态下角速度分别采用β、 r表示，第i轴轮胎侧偏刚度采用ki表示，电源车围绕Z轴进行旋转产生的转动惯量采用Iz表示。电源车整体质量表示方法为M，计量单位为kg。

3. 运动特性及仿真分析

3.1稳态转向分析

稳定性因数用字母K表示，假设K值为0，那么其稳态转向呈现出中性转向;假设K值>0，稳态转向表现为不足转向。随着K值的增加，横摆角速度增益曲线会呈现出降低趋势，由不足逐渐向增大转换。当K值<0时，表现为过度转向，通常，转向特性稳定性因数k>0表示达到理想转向[4]。基于Li有正负值之分，需确保其分母<0，布置大型轮式起重机时，为确保其处于不足转向特性，需要对轴间距、轮胎侧偏刚度关系进行控制，使其满足 ，根据该公式可以得出，若稳态转向稳定性为0，那么 =0;假设电源车前轮胎侧偏刚度与后轮胎相同，那么 。

从图2可以看出，若电源车后轮轮胎侧偏刚度大于前轮，即k1，k2k3，将黑色圆点位置作为参照，中性转向点会出现前移。由上可知，可以通过两种方案获得>0的稳定性因数，第一种方案为对舱体内设备进行合理化布置，尽可能使质心位置靠前，增强车辆不足转向特性。第二种方案则是对轮胎侧偏刚度分配做出相应的调整，前轮侧偏刚度作减少处理，适当增加后轮侧偏刚度，当中性转向点后移后，车辆不足转向特性会得到增强。

3.2顺态分析

研究针对电源车在高速阶跃小转角状态下以及急刹车转向状态下进行仿真分析，结果发现当质心位置靠前时，会在一定程度上提升横摆角速度相应敏感性;当处于急刹车状态下，质心靠前时，会导致车辆横摆角速度超调量增加，该结果提示执行指令会出现较大的误差。如图3所示，当质心靠前时，可以获得更为平稳的质心侧偏角响应。

结束语

通过本研究可以发现电源车稳态转向特性会受到轮胎侧偏刚度以及整装质心位置的影响，为提升电源车纵向稳定性与不足转向特性，可以在确保轴荷载满足要求的基础上，对舱内布置结构做出相应的调整，适当将质心进行前移。保持前轮胎侧偏刚度小于后轮胎能够有效改善车辆不足转向特性。除此之外，电源车设计要充分考虑质心位置、轮胎侧偏刚度，明确多种因素对转向性能的影响，以确保轴荷满足需求。

参考文献

[1]曹皓闻. ANSYS Workbench在特种车辆方舱结构设计中的应用[J]. 通讯世界， 2018， 21（9）：283-284.

[2]林召梅， 宋冰. 一种车载扩展台面的结构设计[J]. 机电信息， 2019， 15（18）：164-165.

[3]张太林. 一种双扩式方舱的内饰设计[J]. 专用汽车， 2018， 23（9）：134-135.

[4]徐天顺， 梁琰， 宋奕辰，等. 电磁屏蔽方舱质量控制点设置初探[J]. 移动电源与车辆， 2017， 10（002）：42-46.