利用MATLAB軟件計(jì)算汽車質(zhì)心位置用于行駛穩(wěn)定性分析

呂慧杰 莫飛 劉飛 任麗敏

程中易改變位置總成的質(zhì)心位置作為變量參數(shù)編入到MATLAB后臺(tái)程序中計(jì)算汽車質(zhì)心位置，把變量參數(shù)按選項(xiàng)在可視化界面中輸入并進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)得出質(zhì)心位置結(jié)果對(duì)某型6×6重型越野車進(jìn)行行駛穩(wěn)定性分析。

關(guān)鍵字：MATLAB;質(zhì)心位置;行駛穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：U461.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-120-03

Abstract： This paper mainly introduces how to use the MATLAB software to compile the centroid position of the easily changed position assembly as a variable parameter into the MATLAB background program to calculate the centroid position of the vehicle， input and calculate the variable parameters according to the optionsin the visual interface. Based on the result of centroid position， the driving stability of a 6×6 heavy off-road vehicle is analyzed.

Keywords： MATLAB; centroid position; driving stability

1 概述

汽車質(zhì)心作為汽車的一個(gè)重要參數(shù)，會(huì)影響汽車的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、通過(guò)性、平順性等性能，為了保證重型汽車改裝后整車行駛的安全穩(wěn)定性，必須對(duì)整車質(zhì)心位置和軸荷分配進(jìn)行計(jì)算，校核其合理性。

2 利用MATLAB程序的函數(shù)功能計(jì)算質(zhì)心位置

以某型6×6越野車為例，以前橋中心垂直面、汽車中心垂直面和車架上平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以汽車前進(jìn)方向的反方向?yàn)閄正向，以車寬向左為Y正向，以車架上平面向上為Z正向，G點(diǎn)為整車質(zhì)心位置，如圖1所示。

2.1 應(yīng)用公式

2.1.1 總質(zhì)量計(jì)算公式

其中，M為整車總質(zhì)量，kg;Mi為各總成質(zhì)量，kg。

2.1.2 整車質(zhì)心計(jì)算公式

其中，X、Y、Z為整車質(zhì)心位置坐標(biāo);Xi、Yi、Zi為各總成質(zhì)心位置坐標(biāo)。

2.1.3 整車前后軸荷計(jì)算公式

其中，M前、M后分別為整車前后橋軸荷，kg;L為整車軸距。

2.2 收集數(shù)據(jù)并利用MATLAB計(jì)算質(zhì)心位置

收集某型6×6越野車各總成數(shù)據(jù)并在MATLAB程序中根據(jù)上述公式和各總成數(shù)據(jù)編寫(xiě)函數(shù)程序，將函數(shù)結(jié)果生成可視化頁(yè)面，并將電瓶箱、油箱等改動(dòng)位置較多的總成作為可輸入變量，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即可計(jì)算得出整車質(zhì)量及質(zhì)心位置。

將油箱、電瓶箱、進(jìn)氣系、排氣系、備胎架、上裝部分作為變量數(shù)據(jù)輸入到編寫(xiě)好的程序中，計(jì)算得出整車質(zhì)量和整車質(zhì)心位置（見(jiàn)圖2）。

整車質(zhì)量：M=17590kg

整車質(zhì)心位置：X=2824 Y=0 Z=240

3 質(zhì)心位置對(duì)汽車性能的影響

以某型6×6重型越野車為例，對(duì)其進(jìn)行行駛穩(wěn)定性分析，車輛主要參數(shù)如下。

整車質(zhì)量m：17590kg;質(zhì)心距前橋中心線距離a：2824mm;

質(zhì)心距中后橋中心距離b：1951mm;質(zhì)心距地面高度hg：1445mm;軸距L：4775mm;

輪距B：2072mm;路面附著系數(shù)φ：0.65，按干燥的土路選取;

滾動(dòng)阻力系數(shù)f：0.03，按干燥的土路選取。

3.1 縱向穩(wěn)定性分析

3.1.1 上坡行駛工況

車輛滿載上坡行駛時(shí)，其受力分析如圖3所示。

穩(wěn)定性要求為：αmax>αφ

其中：αmax為汽車不致顛覆所能克服的最大坡度

αφ為汽車驅(qū)動(dòng)輪在附著條件下的最大爬坡度

當(dāng)車輛發(fā)生縱向傾覆時(shí)，前輪與地面之間無(wú)相互作用力，即N1=0。

根據(jù)力學(xué)關(guān)系可得 N1L+hgmgsinαmax =bmgcosαmax

當(dāng)N1=0時(shí)，解得αmax=arctan（b/hg）=53.5°

汽車驅(qū)動(dòng)輪在附著條件下的最大爬坡度φmgcosαφ-fmg cosαφ=mgsinαφ

解得：αφ=arctan（φ-f）=31.8°

由計(jì)算結(jié)果可知，αmax>αφ，說(shuō)明汽車在坡道上上行時(shí)，汽車發(fā)生縱向顛覆之前，先發(fā)生驅(qū)動(dòng)輪打滑。

3.1.2 下坡行駛工況

車輛滿載下坡行駛時(shí)，其受力分析如圖4所示。

車輛在下坡制動(dòng)時(shí)，設(shè)制動(dòng)減速度為j。

當(dāng)車輛發(fā)生前翻時(shí)，中后輪與地面之間無(wú)相互作用力，即N2=0。

根據(jù)力學(xué)關(guān)系可得出 N2L+hgmgsinαmax=amgcosαmax+ mjhg

當(dāng)N2=0時(shí)，mj=mgsinαmax- amgcosαmax/hg???????? ①

當(dāng)車輛發(fā)生下滑時(shí)，mgsinαφ=mj+φmgcosαφ

由此式可得mj= mgsinαφ-φmgcosαφ?????????????? ②