专用汽车质心位置计算及验证方法

　　摘要：车辆的质心对车辆尤其是专用汽车的侧向稳定性有着重要的影响。介绍了一种专用汽车质心位置计算分析的方法，同时阐述了利用质量反应法验证质心位置计算结果的方法。

　　关键词：专用汽车；质心位置；质量反应法

　　中图分类号：TB

　　文献标识码：A

　　文章编号：1672-3198（2015）10-0185-02

　　0引言

　　随着经济的快速发展，汽车的安全性越来越引起人们的关注和重视，汽车质心位置则是影响其操纵稳定性、行驶平顺性、安全性的重要因素，因而在专用汽车设计中是相当重要参数之一。质心高度对专用汽车的使用性能有重要的影响。一般车辆的纵向稳定性都能满足要求，而侧向稳定性对厢式汽车、罐式汽车和集装箱运输车等质心较高的专用汽车来说，就需要认真考虑了。质心过高，很易导致车辆横向失稳，特别是弯道行驶时，易造成侧向倾翻，操纵稳定性和侧倾稳定性越不好，质心高度达到一定值时，这两项指标就很难合格。因此，使用厢式汽车和集装箱运输车时，除选用质心较低的车辆以外，还应注意合理配载，即将密度较大的货物尽可能地装在其箱（厢）的下部，而密度较小的货物则应装在上部，以保证专用汽车的行驶稳定性和安全性。因此质心高度就成为确定汽车质心位置的关键所在。

　　1专用汽车质心位置计算方法

　　专用汽车的质心位置影响整车的轴荷分配、行驶稳定性和操纵性等，在总体设计时必须要慎重全面考虑计算或验算，特别是质心高度是愈低愈好。

　　1.1水平质心位置计算（力矩方程式）

　　2基于质量反应法的质心高度测量方法

　　国内外测定汽车质心高度主要有以下几种方法：摇摆法、悬挂法、零位法、平台支撑反力法、质量反应法。摇摆法所需设备复杂，其应用受到限制。悬挂法需要能够承受整车质量的悬挂点，对拖拉机，尤其是大型拖拉机，实现起来比较因难，另一个缺点是悬挂后变形大，测试精度难以保证，因此在工程实践中很少被采用。平台支撑反力法需用专用设备，有些试验单位用测量倾角的设备代替使用，测量的倾角对计算质心高度误差较敏感，投资大，普及率低。而质量反应法所需测试设备少，易于实现，广泛采用。质量反应法是根据刚体绕固定轴转动的原理，试验时将汽车的一端吊起，吊至不同的角度时，分别测出轴荷的转移量和汽车的倾斜角度，然后计算出质心位置，故也称吊起法。本文介绍吊起法测量车辆质心高度。

　　吊起法是将汽车一端吊起，然后采用拉力传感器和拉力显示装置来测量悬吊力。测量前进行调整车辆汽车处于整车整备状态，轮胎气压充至标准值，车辆档位置于空档，松开驻车制动装置，汽车在水平位置时，锁死悬架弹簧，将角度仪固定在侧面车身上汽车后轮（或前轮）用两块厚度相同的垫块垫起，以便测定试验车处于水平位置时的质量，最终保证测试精度。在测量质心高度前，先测得拖拉机的轴距、前后轮轮距、总质量、轴荷、轮荷、前后轮静力半径。测量高度时，用起吊装置将车辆前轮轴缓慢吊起至设定的高度，将吊索调整至与地面垂直，用高度测量量具测取前后轮左右侧中心至地面的垂直距离，通过吊索与前轴之间的测力装置测取前轴的悬吊力。为了提高测量精度，可将车辆前轮轴吊起到不同的高度，测取对应的悬吊力，用统计的方法进行分析计算。测量时吊起角度在大于18°～20°时，测试结果较稳定，一般情况下选择3个不同的角度，每个角度重复测量3次，取试验结果的算数平均值作为测试结果。试验装置示意原理图如图1所示。

　　3误差分析

　　3.1轮胎形变引起的质心移动

　　汽车的轮胎本身是一个弹性体，在车辆被抬高倾斜时，重力符合重新分配，前后轮胎的形变也发生了变化，这使得悬挂部分的质心也发生偏移，偏移量与悬挂部分的质量和轮胎的刚度都有关系。而且这个误差还跟吊起的垂直高度h有关系，h越大偏移量也越大。

　　3.2压板弹簧形变引起的质心偏移

　　当将车身抬高θ角度时，重力载荷也随之变化，体现为：吊起一端载荷减小，弹簧形变小，着地一端载荷增大，弹簧形变增大，这使得悬挂部分质心向下移动，引起测量误差。所以在实测时可以在弹簧和刚架之间垫一些硬木支撑，起到减小弹簧形变的作用。

　　4结论

　　质心位置对专用汽车设计的制动性能、操纵稳定性能、行驶平顺性能、汽车通过性能都会产生一定的影响，因而质心位置的准确的计算和适用的测量方法是非常重要的。本文介绍了一种广泛采用的一种质心测量方法，其优点是设备简单，易于操作；缺点是测量的精度有一定误差，而且测量过程存在一定的危险性。作者：陆森兴，本文来自《专用汽车》杂志