專(zhuān)用汽車(chē)質(zhì)心位置計(jì)算及驗(yàn)證方法

陸森興

摘 要：車(chē)輛的質(zhì)心對(duì)車(chē)輛尤其是專(zhuān)用汽車(chē)的側(cè)向穩(wěn)定性有著重要的影響。介紹了一種專(zhuān)用汽車(chē)質(zhì)心位置計(jì)算分析的方法，同時(shí)闡述了利用質(zhì)量反應(yīng)法驗(yàn)證質(zhì)心位置計(jì)算結(jié)果的方法。

關(guān)鍵詞：專(zhuān)用汽車(chē)；質(zhì)心位置；質(zhì)量反應(yīng)法

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198（2015）10-0185-02

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)的安全性越來(lái)越引起人們的關(guān)注和重視，汽車(chē)質(zhì)心位置則是影響其操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、安全性的重要因素，因而在專(zhuān)用汽車(chē)設(shè)計(jì)中是相當(dāng)重要參數(shù)之一。質(zhì)心高度對(duì)專(zhuān)用汽車(chē)的使用性能有重要的影響。一般車(chē)輛的縱向穩(wěn)定性都能滿(mǎn)足要求，而側(cè)向穩(wěn)定性對(duì)廂式汽車(chē)、罐式汽車(chē)和集裝箱運(yùn)輸車(chē)等質(zhì)心較高的專(zhuān)用汽車(chē)來(lái)說(shuō)，就需要認(rèn)真考慮了。質(zhì)心過(guò)高，很易導(dǎo)致車(chē)輛橫向失穩(wěn)，特別是彎道行駛時(shí)，易造成側(cè)向傾翻，操縱穩(wěn)定性和側(cè)傾穩(wěn)定性越不好，質(zhì)心高度達(dá)到一定值時(shí)，這兩項(xiàng)指標(biāo)就很難合格。因此，使用廂式汽車(chē)和集裝箱運(yùn)輸車(chē)時(shí)，除選用質(zhì)心較低的車(chē)輛以外，還應(yīng)注意合理配載，即將密度較大的貨物盡可能地裝在其箱（廂）的下部，而密度較小的貨物則應(yīng)裝在上部，以保證專(zhuān)用汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性和安全性。因此質(zhì)心高度就成為確定汽車(chē)質(zhì)心位置的關(guān)鍵所在。

1 專(zhuān)用汽車(chē)質(zhì)心位置計(jì)算方法

專(zhuān)用汽車(chē)的質(zhì)心位置影響整車(chē)的軸荷分配、行駛穩(wěn)定性和操縱性等，在總體設(shè)計(jì)時(shí)必須要慎重全面考慮計(jì)算或驗(yàn)算，特別是質(zhì)心高度是愈低愈好。

1.1 水平質(zhì)心位置計(jì)算（力矩方程式）

2 基于質(zhì)量反應(yīng)法的質(zhì)心高度測(cè)量方法

國(guó)內(nèi)外測(cè)定汽車(chē)質(zhì)心高度主要有以下幾種方法：搖擺法、懸掛法、零位法、平臺(tái)支撐反力法、質(zhì)量反應(yīng)法。搖擺法所需設(shè)備復(fù)雜，其應(yīng)用受到限制。懸掛法需要能夠承受整車(chē)質(zhì)量的懸掛點(diǎn)，對(duì)拖拉機(jī)，尤其是大型拖拉機(jī)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較因難，另一個(gè)缺點(diǎn)是懸掛后變形大，測(cè)試精度難以保證，因此在工程實(shí)踐中很少被采用。平臺(tái)支撐反力法需用專(zhuān)用設(shè)備，有些試驗(yàn)單位用測(cè)量?jī)A角的設(shè)備代替使用，測(cè)量的傾角對(duì)計(jì)算質(zhì)心高度誤差較敏感，投資大，普及率低。而質(zhì)量反應(yīng)法所需測(cè)試設(shè)備少，易于實(shí)現(xiàn)，廣泛采用。質(zhì)量反應(yīng)法是根據(jù)剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，試驗(yàn)時(shí)將汽車(chē)的一端吊起，吊至不同的角度時(shí)，分別測(cè)出軸荷的轉(zhuǎn)移量和汽車(chē)的傾斜角度，然后計(jì)算出質(zhì)心位置，故也稱(chēng)吊起法。本文介紹吊起法測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心高度。

吊起法是將汽車(chē)一端吊起，然后采用拉力傳感器和拉力顯示裝置來(lái)測(cè)量懸吊力。測(cè)量前進(jìn)行調(diào)整車(chē)輛汽車(chē)處于整車(chē)整備狀態(tài)，輪胎氣壓充至標(biāo)準(zhǔn)值，車(chē)輛檔位置于空檔，松開(kāi)駐車(chē)制動(dòng)裝置，汽車(chē)在水平位置時(shí)，鎖死懸架彈簧，將角度儀固定在側(cè)面車(chē)身上汽車(chē)后輪（或前輪）用兩塊厚度相同的墊塊墊起，以便測(cè)定試驗(yàn)車(chē)處于水平位置時(shí)的質(zhì)量，最終保證測(cè)試精度。在測(cè)量質(zhì)心高度前，先測(cè)得拖拉機(jī)的軸距、前后輪輪距、總質(zhì)量、軸荷、輪荷、前后輪靜力半徑。測(cè)量高度時(shí)，用起吊裝置將車(chē)輛前輪軸緩慢吊起至設(shè)定的高度，將吊索調(diào)整至與地面垂直，用高度測(cè)量量具測(cè)取前后輪左右側(cè)中心至地面的垂直距離，通過(guò)吊索與前軸之間的測(cè)力裝置測(cè)取前軸的懸吊力。為了提高測(cè)量精度，可將車(chē)輛前輪軸吊起到不同的高度，測(cè)取對(duì)應(yīng)的懸吊力，用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析計(jì)算。測(cè)量時(shí)吊起角度在大于18°～20°時(shí)，測(cè)試結(jié)果較穩(wěn)定，一般情況下選擇3個(gè)不同的角度，每個(gè)角度重復(fù)測(cè)量3次，取試驗(yàn)結(jié)果的算數(shù)平均值作為測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)裝置示意原理圖如圖1所示。

3 誤差分析

3.1 輪胎形變引起的質(zhì)心移動(dòng)

汽車(chē)的輪胎本身是一個(gè)彈性體，在車(chē)輛被抬高傾斜時(shí)，重力符合重新分配，前后輪胎的形變也發(fā)生了變化，這使得懸掛部分的質(zhì)心也發(fā)生偏移，偏移量與懸掛部分的質(zhì)量和輪胎的剛度都有關(guān)系。而且這個(gè)誤差還跟吊起的垂直高度h有關(guān)系，h越大偏移量也越大。

3.2 壓板彈簧形變引起的質(zhì)心偏移

當(dāng)將車(chē)身抬高θ角度時(shí)，重力載荷也隨之變化，體現(xiàn)為：吊起一端載荷減小，彈簧形變小，著地一端載荷增大，彈簧形變?cè)龃螅@使得懸掛部分質(zhì)心向下移動(dòng)，引起測(cè)量誤差。所以在實(shí)測(cè)時(shí)可以在彈簧和剛架之間墊一些硬木支撐，起到減小彈簧形變的作用。

4 結(jié)論

質(zhì)心位置對(duì)專(zhuān)用汽車(chē)設(shè)計(jì)的制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性能、行駛平順性能、汽車(chē)通過(guò)性能都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因而質(zhì)心位置的準(zhǔn)確的計(jì)算和適用的測(cè)量方法是非常重要的。本文介紹了一種廣泛采用的一種質(zhì)心測(cè)量方法，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作；缺點(diǎn)是測(cè)量的精度有一定誤差，而且測(cè)量過(guò)程存在一定的危險(xiǎn)性。

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