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专用汽车质心位置计算及验证方法

发布时间:2023-12-11 05:30

  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

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