Evaluation of solid attachment effects on static stability and operator head injury criterion (HIC) in agricultural all-terrain vehicles (ATVs) using finite element modeling (FEM)

方法

建立多体有限元模型，结合倾台与角重测试获取重心，计算TTR和HIC15。

发现

后架及组合载荷显著降低稳定性，前倾翻HIC15最高达1095，但多数低于700阈值。

机会点

可结合真实田间地形与动态工况，开发附件配置优化与翻车预警的决策模型。

全地形车（ATV）广泛用于农业作业，但翻车事故仍是农场工人严重受伤和死亡的主要原因。加装附件会改变车辆重心（CG），并可能显著影响稳定性和伤害风险。本研究开发并验证了一辆配备前后货架附件、双轴拖车和第五十百分位乘员假人的全地形车的多体有限元（FE）模型，以评估不同作业条件下的静态翻车稳定性，从而能够对全地形车-拖车系统等实验测试成本高且难度大的配置进行评估。该模型纳入了通过倾斜台和角重量测试获得的重心测量值。静态稳定性通过前倾、后倾和侧翻条件下的倾斜台比值（TTR）进行量化。在模拟翻车事件中，使用15 ms头部损伤标准（HIC₁₅）评估头部损伤风险。有限元模型对TTR的预测与实验结果吻合良好（平均百分比误差通常小于10%）。附件配置在所有翻车模式下均显著影响稳定性，其中后货架载荷及前后货架组合载荷导致TTR降幅最大。较低的轮胎充气压力降低了前倾稳定性，并在侧翻和后倾翻车中与附件配置产生交互作用。前倾翻车通常产生最高的HIC₁₅值，对于同时配备前后货架的全地形车达到1095。后倾和侧翻的相对严重程度随附件配置而变化。尽管如此，几乎所有预测的HIC₁₅值均低于公认的损伤阈值700。