汽車重心高度快速調(diào)試方法應(yīng)用及研究

孔令年 梁天鍵 林泛業(yè) 黃烈錦 李涇

摘 要：文章通過理論分析并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在已知汽車初始重心高度的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)公式快速調(diào)試重心高度，并推算配載狀態(tài)重心高度。同時(shí)通過不同車型的實(shí)際配重和配載測出實(shí)際重心高度來驗(yàn)證計(jì)算公式可行性。該理論計(jì)算可以節(jié)省驗(yàn)證時(shí)間和費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：汽車;重心;調(diào)試;配載

中圖分類號：U472.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-130-03

Abstract： Based on theoretical analysis and practical experience， based on the initial height of the center of gravity of the car， this article uses the relevant formula to calculate the height of the center of gravity of rapid adjustment， and calculates the height of the center of gravity of the loading state. And verification of the calculation formula by comparing the actual height of the center of gravity and the actual loading of different test car. This theoretical calculation can save verification time and costs.

Keywords： Vehicle; Center?of?gravity; Adjustment; Load

CLC NO.： U472.9? Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-130-03

引言

汽車重心位置分為重心縱向位置：重心距前軸距離;重心橫向位置：重心距車輛縱軸中心線距離;重心高度位置：重心距車輪接觸面距離。作為汽車動力學(xué)中重要的參數(shù)，汽車重心位置特別是重心高度在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中起著重要的作用。

汽車的重心高度一般有整備、配載狀態(tài)，同一車型不同配置的重心高度也有差異。本文主要基于相關(guān)理論研究，通過只測定汽車初始整備狀態(tài)的重心高度，利用相關(guān)理論計(jì)算快速調(diào)整所需重心高度及得出其它狀態(tài)的重心高度，并用實(shí)車驗(yàn)證相關(guān)理論的可行性。該應(yīng)用研究可縮減驗(yàn)證周期及費(fèi)用。

1 重心高度測試原理

目前汽車重心高度測試方法主要是質(zhì)量反應(yīng)法，既抬高一個(gè)車軸，得到另外一個(gè)車軸的重量變化，進(jìn)而求出重心高度。標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 12538-2003 兩軸道路車輛重心位置的測定》規(guī)定了重心高度的確定方法。其中重心高度計(jì)算公式：

式中，l是軸距（mm）;rstat.f是前輪靜力半徑（mm）;rstat.r是后輪靜力半徑（mm）;mv是汽車總重量（kg）;mr是舉升后軸載質(zhì)量（kg）;mf是舉升前軸載質(zhì)量（kg）;m'r是在平地后軸載質(zhì)量（kg）;m'f是在平地前軸載質(zhì)量（kg）;θ是舉升角度（°）。

2 重心高度調(diào)整

2.1 重心高度調(diào)整理論計(jì)算

某樣車需要改制，改制后整車重量及重心高度與設(shè)計(jì)要求有偏差，此時(shí)需要調(diào)整該樣車的重心高度。假設(shè)H為樣車目標(biāo)重心高度，要得到此目標(biāo)高度的一般步驟為：

（1）確定設(shè)計(jì)整備重量，計(jì)算所需配重的鉛板數(shù)量，在車內(nèi)地板上調(diào)配至設(shè)計(jì)軸荷;

（2）在重心高度試驗(yàn)臺上測量此時(shí)狀態(tài)的初始重心CG1的高度H1;

（3）若H>H1，則通過從車內(nèi)地板面移動配重塊至車頂或其它比車內(nèi)地板面更高的部位進(jìn)行調(diào)整，后再進(jìn)行相應(yīng)的重心高度試驗(yàn);

（4）若第（3）步得出的重心高度結(jié)果仍未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則繼續(xù)重復(fù)步驟（3）移動配重塊，直至達(dá)到所需重心高度。

第（3）、（4）步驟過程相對繁瑣，且不能一次確定調(diào)配高度和重量，需要多次試驗(yàn)。而通過相關(guān)的理論計(jì)算可快速得到所需重心高度。

以車內(nèi)地板配重塊調(diào)配至車頂為例：

（1）首先，測出已在整備重量的樣車初始重心CG1的高度為H1;

（2）目標(biāo)重心CG的高度為H，且H>H1，假設(shè)從車內(nèi)地板面移動重量m1的配重塊至車頂固定能達(dá)到所需重心高度，則所需重量m1由以下公式推導(dǎo)，示意圖見圖1：

根據(jù)平衡原理有：

式中，M是設(shè)計(jì)重量（kg）;M1是配重初始重量（kg），此處M1=M;h1是車內(nèi)地毯面配重塊位置高度（mm）;h2是車頂配重塊位置高度（mm）;m1是所需配重塊重量（kg）。

2.2 重心高度調(diào)整實(shí)車驗(yàn)證

為驗(yàn)證公式（4）的可行性，特選取三輛不同類型的車進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證：A為轎車，B為SUV，C為MPV，基本參數(shù)見表1。驗(yàn)證臺架為：美國MTS公司生產(chǎn)的K&C試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)臺帶有重心位置及轉(zhuǎn)動慣量測量功能，見圖2。

由公式（4）可分別得出A、B、C車頂所需配重塊m1重量，進(jìn)行實(shí)際配重，同樣由公式（4）計(jì)算出實(shí)際車頂配重后理論重心高度。車頂配重后再上臺架測得實(shí)際重心高度，具體結(jié)果數(shù)值見表2。

由表2的理論與實(shí)際差值結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，公式（4）可行，差值均在2mm以內(nèi)。試驗(yàn)后需要固定車頂?shù)呐渲貕K，固定后見圖3。

3 配載狀態(tài)重心高度

配載，一般指半載、滿載，對于五座車，半載定義為乘坐3位乘客（包括司機(jī)）及相應(yīng)的行李;對于七座車，半載定義是乘坐4位乘客（包括司機(jī)）及相應(yīng)的行李。出于安全考慮，在臺架測量配載重心高度過程中一般使用水人替代乘客、沙袋替代行李進(jìn)行配載，見圖4。而使用水人配載，并不便利，一是水人較重不能輕易放進(jìn)車?yán)铮遣⒎撬袦y試場所都配備水人。針對這類情況，進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算，也可以快速得到配載狀態(tài)重心高度。

3.1 配載重心高度理論計(jì)算

配載示意圖見圖5，根據(jù)平衡原理分步得出配載后的重心高度CG的值H相關(guān)計(jì)算公式。

（1）假設(shè)在整備狀態(tài)基礎(chǔ)上配載后整車懸架沒有壓縮變形，則有：

（2）實(shí)際配載整車懸架壓縮變形量為b，則可得配載后重心高度H'：

式中，M為配載后總重量（kg）;M1為整備重量（kg）;M2為座椅上配載重量（kg）;M3為行李廂配載重量（kg）;H1為整備重心高度（mm）;h1為整備狀態(tài)座椅離地高度（mm）;h2為水人重心高度（距底面）（mm）;h3為配載行李距地面高度（mm）;a為座椅壓縮量（mm）;b為整車因配載后的懸架壓縮量（mm），b≈（M2+M3）*g/k，k是懸架總剛度（N/mm）;

3.2 配載重心高度實(shí)車驗(yàn)證

同樣選取三輛不同類型的車：D為轎車，E為SUV，F(xiàn)為MPV，三種車型在已知整備重心高度的條件下，通過測量公式（7）中所需相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出三輛車的半載、滿載重心高度。后進(jìn)行實(shí)際的水人及沙袋配載，再上臺架測量配載后的重心高度，對比結(jié)果見表3。

由實(shí)車驗(yàn)證可以看出，公式（7）基本可行，三輛車的配載重心高度理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果差值很小。

4 結(jié)論

通過多種車型的理論計(jì)算與實(shí)際測量結(jié)果對比，本文所研究的重心高度快速調(diào)試計(jì)算公式可行。已知初始樣車整備狀態(tài)的重心高度，通過相應(yīng)的理論計(jì)算，可快速調(diào)整汽車重心高度，以及得出所需的其它配載狀態(tài)重心高度，節(jié)省相應(yīng)的開發(fā)周期和費(fèi)用。此外，可以在公式中找出影響重心高度的關(guān)鍵因素，對汽車改裝也有重要指導(dǎo)意義。

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