汽車質(zhì)心高度計(jì)算及誤差分析方法研究

李多，王帥，李飛，門立忠

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

汽車質(zhì)心高度計(jì)算及誤差分析方法研究

李多，王帥，李飛，門立忠

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

在整車前期開發(fā)過程中，質(zhì)心參數(shù)扮演著重要的角色，直接影響到整車性能。為了更好的提高質(zhì)心高度評估的準(zhǔn)確性，在前期開發(fā)階段以某款SUV為研究對象，提出一種質(zhì)心計(jì)算方法，根據(jù)車型3D數(shù)據(jù)計(jì)算出該車型各系統(tǒng)的質(zhì)心高度，同時(shí)比較同平臺其他車型各系統(tǒng)質(zhì)心高度差異，分析系統(tǒng)質(zhì)心高度不一致原因，并建立一種質(zhì)心誤差評估方法，結(jié)合布置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)整車質(zhì)心高度的評估。提高了整車質(zhì)心評估的準(zhǔn)確性及可靠性。

質(zhì)心高度；計(jì)算方法；誤差評估

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-79-03

前言

汽車的操作穩(wěn)定性、平順性及安全性已經(jīng)成為評價(jià)整車性能的重要指標(biāo)，而整車性能中的質(zhì)心高度會(huì)對這些指標(biāo)產(chǎn)生重大影響。但一直以來，質(zhì)心高度的評估僅僅通過參考幾輛競品車的質(zhì)心高度進(jìn)行簡單定義，沒有一種系統(tǒng)的評估方法，這樣在整車的開發(fā)前期，會(huì)對底盤的性能計(jì)算的準(zhǔn)確性（直接反映到后期的操作穩(wěn)定性、平順性及安全性）帶來巨大影響。因此制定一種可靠的、準(zhǔn)確的質(zhì)心高度評估方法顯得尤為必要。文章以某款SUV車型為研究對象，提出一種質(zhì)心計(jì)算方法及誤差分析方法，在車輛開發(fā)前期提高了質(zhì)心評估的準(zhǔn)確性[1]。

1 系統(tǒng)質(zhì)心計(jì)算及分析方法

整車質(zhì)心高度計(jì)算方法基于系統(tǒng)質(zhì)心高度求和而得到，在整車坐標(biāo)系下，計(jì)算各系統(tǒng)零部件的質(zhì)心高度，然后再通過分析計(jì)算得到系統(tǒng)質(zhì)心高度。

1.1 系統(tǒng)質(zhì)心計(jì)算基本方法

汽車可以分為10大系統(tǒng)，車身、閉合件、附件、內(nèi)飾、外飾、電氣、動(dòng)力、傳動(dòng)、底盤及安全。在整車坐標(biāo)系下，以輪心為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用 Catia量取各系統(tǒng)的質(zhì)心坐標(biāo)及質(zhì)量。

對于單一材質(zhì)的零部件，可以簡單的賦予材料密度，得到質(zhì)心高度及質(zhì)量，對于多材料零部件及油液，可根據(jù)以下規(guī)則來確定零部件質(zhì)心：

（1）對于整車油液的質(zhì)心計(jì)算，這里以汽油為例，在Catia中繪制出油液的實(shí)體同時(shí)賦予其油液密度測出油液質(zhì)心信息；

（2）對于多材料及復(fù)合材料的質(zhì)心計(jì)算根據(jù)密度設(shè)置方式的不同一般分為兩種。第一種，可以采用供應(yīng)商提供的零件整體密度進(jìn)行計(jì)算，第二種，根據(jù)零部件不同部位分別賦予密度來實(shí)現(xiàn)質(zhì)心高度及質(zhì)量的計(jì)算。

系統(tǒng)零部件的質(zhì)心計(jì)算完成以后，采用質(zhì)心計(jì)算公式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)質(zhì)心的計(jì)算，質(zhì)心計(jì)算公式[2-3]如下：

式中：xj——系統(tǒng)x向坐標(biāo)，其中j取1，2，…，10；

mi——零部件質(zhì)量，i取1，2，…；

xi——零部件x向坐標(biāo)，i取1，2，…；

式中：zj——系統(tǒng)質(zhì)心高度，其中j取1，2，…，10；

mi——零部件質(zhì)量，i取1，2，…；

zi——零部件z向坐標(biāo)，i取1，2，…；

以某款SUV車型為研究對象，通過上述計(jì)算方法得到各系統(tǒng)的x向及z向質(zhì)心坐標(biāo)及質(zhì)量，如下表1所示。

表1 P2車型質(zhì)心信息

1.2 同平臺車型系統(tǒng)質(zhì)心對比分析

針對質(zhì)心數(shù)據(jù)而然，同平臺其他車型的質(zhì)心數(shù)據(jù)具有很大的參考意義，因此，這里參考同平臺另一款車型的質(zhì)心計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可得到如下表2所示。

根據(jù)表2可以發(fā)現(xiàn)同平臺兩款車型系統(tǒng)質(zhì)心坐標(biāo)的差距明顯。這里采用另一種方式分析各系統(tǒng)的質(zhì)心坐標(biāo)能夠更直觀分析質(zhì)心差距，如圖1所示，用來表示兩款車型的系統(tǒng)質(zhì)心差距，發(fā)現(xiàn)閉合件、附件、安全及傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)心高度差距較大，分析原因可以歸類為以下三點(diǎn)：

圖1 P1與P2車型系統(tǒng)質(zhì)心高度對比分析

（1）P1車型的整體車身高度高于現(xiàn)開發(fā)車型P2，但是由于 P2車型白車身地板整體向上突起，導(dǎo)致閉合件、附件和安全系統(tǒng)質(zhì)心較高；

表2 P1與P2車型質(zhì)心信息對比

（2）系統(tǒng)質(zhì)心計(jì)算方法共有兩種，由于系統(tǒng)質(zhì)心計(jì)算方法的不同進(jìn)而導(dǎo)致了質(zhì)心高度的差異；

（3）P2車型為新開發(fā)車型，整體布置情況與P1車型有所不同，導(dǎo)致其質(zhì)心位置略有差異。

這些原因都會(huì)對 P2車型質(zhì)心高度評估的準(zhǔn)確性造成影響，而且若將其量化到一個(gè)具體數(shù)值將更加困難，因此避免這些不確定因素的最直接途徑就是建立一種質(zhì)心誤差評估分析方法，給出一個(gè)合理的質(zhì)心范圍，而不僅僅是一個(gè)單一數(shù)值，來增加質(zhì)心高度評估的準(zhǔn)確性。

2 系統(tǒng)質(zhì)心誤差分析

通過以上對系統(tǒng)質(zhì)心高度的分析可以將誤差歸為兩大類，一是質(zhì)心的理論計(jì)算所引起的，二是由于設(shè)計(jì)變更情況引起的，這兩種情況的影響實(shí)質(zhì)是系統(tǒng)質(zhì)心的變化量和系統(tǒng)質(zhì)量的變化量[4]。這里引入系統(tǒng)質(zhì)量變化量Aj，系統(tǒng)質(zhì)心的變化量Bj，整車知心高度用Zp來表示，系統(tǒng)質(zhì)心變化引起的整車質(zhì)心變化用來表示，得：

式中：mj——系統(tǒng)質(zhì)量，j取1，2，…，10；

當(dāng)Aj=0時(shí)，即系統(tǒng)的質(zhì)量變化為零時(shí)，僅有系統(tǒng)質(zhì)心發(fā)生變化時(shí)，上式：

（6）式中每一項(xiàng)為該系統(tǒng)質(zhì)量占整車質(zhì)量的比值與系統(tǒng)質(zhì)心變化量的乘積。

表3 P2車型質(zhì)心影響因素

如表2所示，比較P1與P2車型各系統(tǒng)質(zhì)心高度，預(yù)測各系統(tǒng)的質(zhì)心變化量分析得到 P2車型各系統(tǒng)的質(zhì)心影響系數(shù)，如表3所示。車身、閉合件、動(dòng)力總成及底盤對整車質(zhì)心高度影響較大，占比達(dá)到50%以上。各系統(tǒng)質(zhì)心預(yù)計(jì)變化之和為15.37mm。

3 整車質(zhì)心計(jì)算及誤差分析

結(jié)合式（1）與（2），同時(shí)應(yīng)用表2中的數(shù)據(jù)得到該SUV車型的質(zhì)心參數(shù)信息為X=1182.55mm，Z=345.07mm，其中X表示整車質(zhì)心距離前軸水平距離，Z表示整車質(zhì)心距離輪心的垂直距離。在布置圖Z-X平面中建立點(diǎn)坐標(biāo)A（1211.396，349.7981），得到質(zhì)心 A距離地面線的的垂直距離為683.74mm，如圖2所示。

圖2 SUV整車質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算

現(xiàn)有車型P1的質(zhì)心實(shí)際測量高度為676mm，同平臺研發(fā)車型P2理論計(jì)算結(jié)果為683.74mm，滿足同平臺車型質(zhì)心高度相近趨勢。根據(jù)表3，P2車型理論計(jì)算誤差為2.25%，因此得到 P2車型的理論質(zhì)心高度評估結(jié)果為 683.74±15.37mm。在質(zhì)心評估過程中，增加了誤差分析，提高了整車質(zhì)心評估的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

文章通過建立一種整車質(zhì)心計(jì)算方法，在前期開發(fā)階段通過計(jì)算各系統(tǒng)質(zhì)心參數(shù)，分析車型布置數(shù)據(jù)，確定了 P2車型的整車質(zhì)心高度信息。提出一種質(zhì)心誤差分析方法，將現(xiàn)有P1車型各系統(tǒng)質(zhì)心參數(shù)與P2車型各系統(tǒng)質(zhì)心參數(shù)進(jìn)行對比分析，評估出質(zhì)心變化范圍，增強(qiáng)了質(zhì)心參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性與可靠性。

[1] 鮑曉峰,丁德榜.汽車質(zhì)心位置測試方法的研究[J].汽車技術(shù),1997年11期.

[2] 張健. 汽車乘員人體質(zhì)心位置計(jì)算方法研究[J].人類工效學(xué),2014年10月第20卷第4期.

[3] 趙國晴. 剛體質(zhì)心公式的意義及推導(dǎo)[J]. 邯鄲質(zhì)心公式的意義及推導(dǎo),2002年9月第12卷第3期.

[4] 葉建斌.試驗(yàn)平臺測量汽車質(zhì)心高度的誤差分析[J].專用汽車,1997年第1期.

Vehicle Centroid Height Calculation and Research on Deviation Analysis

Li Duo, Wang Shuai, Li Fei, Men Lizhong
( Huachen automobile engineering research institute, Liaoning Shenyang 110141 )

The vehicle centroid plays an important role which effects the performance of vehicle during the early development stage of vehicle.In order to better improve the accuacy of centroid evaluation, SUV is taken as the research object during the early development stage of vehicle, a method for calculating centroid is proposed,which will be used to calculate the centroid height of every system in the vehicle,and comparing the centroid height of other vehicles at the same vehicle platform,analyzing the reason that different centroid height between them,then building a way of centroid deviation evaluation while evaluating the centroid height of vehicle by layout date.Improving the accuracy and reliability of vehicle centroid evaluation.

Centroid height; Method of calculation; Deviation evaluation

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-79-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.027

李多，就職于華晨汽車工程研究院，重量管理工程師，主要從事整車重量管理、輕量化的相關(guān)工作。