汽车重心高度快速调试方法应用及研究

孔令年 梁天键 林泛业 黄烈锦 李泾

摘 要：文章通过理论分析并结合实践经验，在已知汽车初始重心高度的基础上，利用相关公式快速调试重心高度，并推算配载状态重心高度。同时通过不同车型的实际配重和配载测出实际重心高度来验证计算公式可行性。该理论计算可以节省验证时间和费用。

关键词：汽车;重心;调试;配载

中图分类号：U472.9  文献标识码：A  文章编号：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

汽車重心位置分为重心纵向位置：重心距前轴距离;重心横向位置：重心距车辆纵轴中心线距离;重心高度位置：重心距车轮接触面距离。作为汽车动力学中重要的参数，汽车重心位置特别是重心高度在设计开发过程中起着重要的作用。

汽车的重心高度一般有整备、配载状态，同一车型不同配置的重心高度也有差异。本文主要基于相关理论研究，通过只测定汽车初始整备状态的重心高度，利用相关理论计算快速调整所需重心高度及得出其它状态的重心高度，并用实车验证相关理论的可行性。该应用研究可缩减验证周期及费用。

1 重心高度测试原理

目前汽车重心高度测试方法主要是质量反应法，既抬高一个车轴，得到另外一个车轴的重量变化，进而求出重心高度。标准《GB/T 12538-2003 两轴道路车辆重心位置的测定》规定了重心高度的确定方法。其中重心高度计算公式：

式中，l是轴距（mm）;rstat.f是前轮静力半径（mm）;rstat.r是后轮静力半径（mm）;mv是汽车总重量（kg）;mr是举升后轴载质量（kg）;mf是举升前轴载质量（kg）;m'r是在平地后轴载质量（kg）;m'f是在平地前轴载质量（kg）;θ是举升角度（°）。

2 重心高度调整

2.1 重心高度调整理论计算

某样车需要改制，改制后整车重量及重心高度与设计要求有偏差，此时需要调整该样车的重心高度。假设H为样车目标重心高度，要得到此目标高度的一般步骤为：

（1）确定设计整备重量，计算所需配重的铅板数量，在车内地板上调配至设计轴荷;

（2）在重心高度试验台上测量此时状态的初始重心CG1的高度H1;

（3）若H>H1，则通过从车内地板面移动配重块至车顶或其它比车内地板面更高的部位进行调整，后再进行相应的重心高度试验;

（4）若第（3）步得出的重心高度结果仍未达到设计要求，则继续重复步骤（3）移动配重块，直至达到所需重心高度。

第（3）、（4）步骤过程相对繁琐，且不能一次确定调配高度和重量，需要多次试验。而通过相关的理论计算可快速得到所需重心高度。

以车内地板配重块调配至车顶为例：

（1）首先，测出已在整备重量的样车初始重心CG1的高度为H1;

（2）目标重心CG的高度为H，且H>H1，假设从车内地板面移动重量m1的配重块至车顶固定能达到所需重心高度，则所需重量m1由以下公式推导，示意图见图1：

根据平衡原理有：

式中，M是设计重量（kg）;M1是配重初始重量（kg），此处M1=M;h1是车内地毯面配重块位置高度（mm）;h2是车顶配重块位置高度（mm）;m1是所需配重块重量（kg）。

2.2 重心高度调整实车验证

为验证公式（4）的可行性，特选取三辆不同类型的车进行实车验证：A为轿车，B为SUV，C为MPV，基本参数见表1。验证台架为：美国MTS公司生产的K&C试验台，该试验台带有重心位置及转动惯量测量功能，见图2。

由公式（4）可分别得出A、B、C车顶所需配重块m1重量，进行实际配重，同样由公式（4）计算出实际车顶配重后理论重心高度。车顶配重后再上台架测得实际重心高度，具体结果数值见表2。

由表2的理论与实际差值结果数据可以看出，公式（4）可行，差值均在2mm以内。试验后需要固定车顶的配重块，固定后见图3。

3 配载状态重心高度

配载，一般指半载、满载，对于五座车，半载定义为乘坐3位乘客（包括司机）及相应的行李;对于七座车，半载定义是乘坐4位乘客（包括司机）及相应的行李。出于安全考虑，在台架测量配载重心高度过程中一般使用水人替代乘客、沙袋替代行李进行配载，见图4。而使用水人配载，并不便利，一是水人较重不能轻易放进车里，二是并非所有测试场所都配备水人。针对这类情况，进行相应的理论计算，也可以快速得到配载状态重心高度。

3.1 配载重心高度理论计算

配载示意图见图5，根据平衡原理分步得出配载后的重心高度CG的值H相关计算公式。

（1）假设在整备状态基础上配载后整车悬架没有压缩变形，则有：

（2）实际配载整车悬架压缩变形量为b，则可得配载后重心高度H'：

式中，M为配载后总重量（kg）;M1为整备重量（kg）;M2为座椅上配载重量（kg）;M3为行李厢配载重量（kg）;H1为整备重心高度（mm）;h1为整备状态座椅离地高度（mm）;h2为水人重心高度（距底面）（mm）;h3为配载行李距地面高度（mm）;a为座椅压缩量（mm）;b为整车因配载后的悬架压缩量（mm），b≈（M2+M3）*g/k，k是悬架总刚度（N/mm）;

3.2 配载重心高度实车验证

同样选取三辆不同类型的车：D为轿车，E为SUV，F为MPV，三种车型在已知整备重心高度的条件下，通过测量公式（7）中所需相关参数，计算出三辆车的半载、满载重心高度。后进行实际的水人及沙袋配载，再上台架测量配载后的重心高度，对比结果见表3。

由实车验证可以看出，公式（7）基本可行，三辆车的配载重心高度理论计算结果与实际测量结果差值很小。

4 结论

通过多种车型的理论计算与实际测量结果对比，本文所研究的重心高度快速调试计算公式可行。已知初始样车整备状态的重心高度，通过相应的理论计算，可快速调整汽车重心高度，以及得出所需的其它配载状态重心高度，节省相应的开发周期和费用。此外，可以在公式中找出影响重心高度的关键因素，对汽车改装也有重要指导意义。

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