Оценка влияния массы перевозимого груза на поперечную динамику лёгких грузовых фургонов

Почему грузовые фургоны могут быть неожиданно опасны

Большинство людей при мысли о опасном грузе на дороге представляет себе крупные седельные тягачи с прицепами. Но в городах и пригородах именно лёгкие грузовые фургоны развозят продукты, посылки и паллеты мимо жилых домов, школ и магазинов. Это исследование задаёт простой, но важный вопрос: насколько сильно эти меньшие транспортные средства воздействуют на свои грузы при прохождении поворотов и кольцевых развязок — и могут ли они в безопасных условиях заменить дорогостоящие лабораторные установки для проверки надёжности крепления груза?

Полевые испытания на городских дорогах

Чтобы выяснить это, исследователи взяли обычный фургон и неоднократно проезжали по фиксированному маршруту длиной 17 км недалеко от города, в основном ночью, чтобы избежать трафика. Маршрут был выбран потому, что в нём было много плотных кольцевых развязок, плавных дуг и разворотов — как раз те места, где боковые силы на груз максимальны. Один и тот же водитель выполнял маршрут по четыре раза при четырёх вариантах загрузки: полностью загруженный тяжёлыми стальными паллетами, две более лёгкие версии и полностью пустой. Груз размещали низко и по центру, так что любые различия в поведении фургона можно было в основном связать с изменением массы, а не с тем, где по длине пола располагался вес.

Измерение сил там, где лежит груз

Команда оснастила фургон двумя датчиками движения. Один был установлен высоко на крыше; второй — ниже, близко к естественной точке равновесия фургона и по центру грузового отсека. Оба датчика регистрировали поперечные ускорения — насколько сильно фургон и его груз сдвигались вбок — в течение тысяч односекундных интервалов при прохождении поворотов. Сравнивая данные разных поездок и разных загрузок, исследователи могли увидеть не только насколько велики эти боковые силы, но и как они изменяются по высоте внутри грузового пространства. Они также протестировали два способа выделения «интересных» фрагментов данных: тщательную ручную разметку основных пиков в каждой кривой и автоматический компьютерный метод, отмечавший все события выше небольшого порога.

Лёгкие фургоны, серьёзные нагрузки

Измерения показали, что даже повседневный грузовой фургон может испытывать удивительно высокие боковые силы при обычном городском вождении. В самых острых кольцевых развязках боковой толчок достигал примерно 0,8 g — значительно выше уровней, которые часто принимают при проектировании строп, паллет и упаковки. Все четыре состояния загрузки превышали обычно используемые проектные пороги; даже на умеренных скоростях около 30 км/ч фургон мог создавать длительные и резкие боковые нагрузки на паллеты. Интересно, что чем легче был фургон, тем сильнее, как правило, оказывались эти силы: по сравнению с самой тяжёлой конфигурацией пустой и слабо загруженный фургон показывали примерно на 10–25% большие средние и пиковые ускорения. Это означает, что малые или частично загруженные фургоны, которые очень распространены на практике, фактически могут подвергать грузы более суровым воздействиям, чем тяжёлые, плотно упакованные отправки.

Чем выше — тем сильнее удары

Сравнение датчика на крыше и датчика в средней части кузова также показало, как силы растут с высотой. Верхний датчик регулярно регистрировал на 5–8% большие ускорения, чем нижний, поскольку кузов фургона слегка кренится в поворотах. Это кренящее движение отводит крышу дальше вбок, чем пол, как верхушка дерева, качающаяся сильнее ствола. Для высоких штабелей коробок это имеет значение: их верхние слои испытывают более сильные боковые силы, чем паллеты внизу. Поскольку автоматический метод обнаружения событий тесно совпал с результатами ручной проверки, авторы приходят к выводу, что долгие реалистичные дорожные испытания можно эффективно обрабатывать без потери точности.

Когда фургон рискует опрокинуться?

Чтобы перевести эти измерения в простое правило безопасности, авторы построили базовую физическую модель фургона в установившемся кривом движении. Игнорируя деформацию подвески и уклон дороги, они рассчитали, насколько высоко может находиться общий центр масс — фургон плюс груз — прежде чем внутренние колёса начнут отрываться от земли. Для машины типа тестового фургона на сцепном сухом покрытии они обнаружили, что риск опрокидывания становится реальной проблемой, когда эта высота достигает примерно 1,1 метра. Затем они использовали ту же модель, чтобы оценить, насколько высоко можно безопасно штабелировать паллеты разной массы. Лёгкие грузы можно укладывать близко к крыше, а тяжёлые следует держать ниже, чтобы не поднимать центр баланса фургона слишком высоко.

Что это значит для повседневных перевозок

Проще говоря, исследование показывает, что городские грузовые фургоны могут подвергать свой груз более сильным боковым воздействиям, чем предполагают многие правила по упаковке и креплению, и что слабо загруженные фургоны могут обращаться с товарами грубее, чем полностью загруженные. Оно также предлагает простое ограничение по высоте для положения всего груза до того, как риск опрокидывания станет критичным. В совокупности эти выводы указывают на то, что тщательно спроектированные дорожные испытания с реальными фургонами могут заменить дорогостоящие лабораторные платформы при проверке прочности паллет и строп — при условии соблюдения безопасных ограничений по высоте и массе груза.

Цитирование: Jagelčák, J., Kubáňová, J., Zdanowicz, P. et al. Impact assessment of the transported load mass on the lateral dynamics of a light delivery vehicles. Sci Rep 16, 6653 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36708-7

Ключевые слова: грузовые фургоны, крепление груза, поперечное ускорение, опрокидывание автомобиля, устойчивость паллет