中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽車質(zhì)心高度測(cè)量及不確定度評(píng)定

中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽車質(zhì)心高度是影響汽車操縱穩(wěn)定性、汽車平順性、汽車安全性的重要參數(shù)。本文介紹了利用側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量法對(duì)汽車質(zhì)心高度進(jìn)行測(cè)量，分析測(cè)量結(jié)果不確定度的來源，對(duì)其不確定度進(jìn)行評(píng)定。

質(zhì)心高度；側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)；不確定度

1 側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量法的原理

先將防側(cè)滑擋塊置于側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)的適當(dāng)位置，標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)，排除防滑擋塊及試驗(yàn)臺(tái)自身對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響。被測(cè)車輛按照GB/T 14172-2009《汽車靜側(cè)翻穩(wěn)定性臺(tái)架試驗(yàn)方法》的要求置于側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)上，實(shí)施駐車制動(dòng)并將防滑擋塊安裝到位。啟動(dòng)側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)，首先測(cè)量并記錄水平放置的被測(cè)車輛四個(gè)輪胎的載荷，然后使被測(cè)車輛隨側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)平面緩慢傾斜，記錄在一定傾斜角度下，被測(cè)車輛四個(gè)輪胎的輪荷[1][2]。受力圖如圖1所示。

圖1 車輛受力示意圖

由力矩平衡可得：

由(1)，(2)式可以得出車輛質(zhì)心高度

式中：

h-汽車質(zhì)心高度(mm)；Tn-汽車第n軸輪距(mm)；W-汽車整備質(zhì)量(kg)；α-側(cè)傾臺(tái)傾斜角度(度)；m-側(cè)傾臺(tái)水平時(shí)，質(zhì)心位置至汽車縱向?qū)ΨQ平面的距離(mm)。

Wl1(Wl1’)-側(cè)傾臺(tái)水平（傾斜角度為α）時(shí)，被測(cè)車輛左側(cè)第一輪輪荷(kg)。

Wl2(Wl2’)-側(cè)傾臺(tái)水平（傾斜角度為α）時(shí)，被測(cè)車輛左側(cè)第二輪輪荷(kg)。

Wr1(Wr1’)-側(cè)傾臺(tái)水平（傾斜角度為α）時(shí)，被測(cè)車輛右側(cè)第一輪輪荷(kg)。

Wr2()-側(cè)傾臺(tái)水平（傾斜角度為α）時(shí)，被測(cè)車輛右側(cè)第一輪輪荷(kg)。

（3）式的質(zhì)心高度是在車輛懸架鎖死，輪胎不發(fā)生變形的情況下計(jì)算得出的，但是在實(shí)際測(cè)量中，車輛懸架不可能被完全鎖定，或者測(cè)量中懸架一般都不會(huì)被鎖定，這樣當(dāng)車輛傾斜時(shí)，垂直載荷在左右兩側(cè)車輪上重新分配，使兩側(cè)懸架變形發(fā)生變化，車身相對(duì)于側(cè)傾臺(tái)有一個(gè)偏轉(zhuǎn)，其質(zhì)心相對(duì)于側(cè)傾臺(tái)的高度產(chǎn)生了變化。同樣在車輛傾斜時(shí)，由于載荷的重新分配，左右兩側(cè)的輪胎變形也會(huì)發(fā)生變化，抬高的一側(cè)輪胎變形變小，低的一側(cè)輪胎變形變大，導(dǎo)致車輛質(zhì)心相對(duì)于側(cè)傾臺(tái)的高度產(chǎn)生了變化[4]。如圖2所示。

圖2 質(zhì)心偏移示意圖

得出質(zhì)心高度偏移量：

式中：T-汽車輪距平均值(mm)；

l1-汽車抬高一側(cè)前輪眉到側(cè)傾臺(tái)的距離；

l2-汽車降低一側(cè)前輪眉到側(cè)傾臺(tái)的距離；

φ-汽車偏轉(zhuǎn)角度。

則由(3)(4)式得出質(zhì)心高度：

2 測(cè)量結(jié)果不確定度的來源

測(cè)量結(jié)果的不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量之值得分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定的第一步是找出所有對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的影響量，即所有的測(cè)量不確定度來源[3]。

2.1 車輛狀態(tài)的影響

車輛應(yīng)處于整備質(zhì)量狀態(tài)，車輛所附帶的液體，如燃油、冷卻液、洗滌液、制動(dòng)液、潤(rùn)滑油和變速箱油等等，在車輛傾斜時(shí)，液體產(chǎn)生移動(dòng)，液體的質(zhì)心發(fā)生移動(dòng)，從而導(dǎo)致整車的質(zhì)心的偏移。輪胎的胎壓應(yīng)處于廠定胎壓，胎壓不足或過大都會(huì)影響車輛質(zhì)心位置的變化。

2.2 測(cè)量?jī)x器的影響

測(cè)量?jī)x器本身即存在測(cè)量誤差，質(zhì)心高度測(cè)量涉及到鋼卷尺、側(cè)傾試驗(yàn)臺(tái)等試驗(yàn)儀器，對(duì)于長(zhǎng)度、重量、角度的測(cè)量都存在一定的測(cè)量誤差，對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。

2.3 人員環(huán)境的影響

人員測(cè)量方法、習(xí)慣以及讀數(shù)誤差，環(huán)境溫度以及風(fēng)速都會(huì)對(duì)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果造成一定的影響。

3 不確定度評(píng)定

3.1 建立測(cè)量模型

(3)式為未考慮懸架和輪胎變形的車輛質(zhì)心的理想計(jì)算公式，它已經(jīng)內(nèi)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，測(cè)量時(shí)按照試驗(yàn)規(guī)程，輸入相關(guān)測(cè)量信息，便可得出理想質(zhì)心高度。然后減去質(zhì)心高度偏移量便可得到測(cè)量模型：

3.2 不確定度分量的確定

3.2.1 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u1(H)

試驗(yàn)車輛按照試驗(yàn)規(guī)程重復(fù)測(cè)量10次，每次傾斜角度均取10°，測(cè)量車輛都要開離側(cè)傾臺(tái)，側(cè)傾臺(tái)都要重新標(biāo)定，得出10組數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 質(zhì)心高度測(cè)量結(jié)果

10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值 ：

由貝塞爾公式得到的平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量 。

3.2.2 h測(cè)量引入的不確定度分量u2(H)

h測(cè)量的不確定度分量主要為測(cè)量?jī)x器的不確定度引起，包括側(cè)傾臺(tái)的傾斜角度的不確定度、側(cè)傾臺(tái)測(cè)量質(zhì)量的不確定度以及鋼卷尺測(cè)量長(zhǎng)度的不確定度，這些不確定度均可以從檢定證書中得到，分別為：

3.2.3 △h測(cè)量引入的不確定度分量u3(H)

△h測(cè)量的不確定度主要為鋼卷尺測(cè)量長(zhǎng)度的不確定度：

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(H)

由于各不確定度分量彼此間是相互獨(dú)立無關(guān)的，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(H)為：

3.4 擴(kuò)展不確定度U(H)

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

[1]GB/T 14172—2009 汽車靜側(cè)翻穩(wěn)定性臺(tái)架試驗(yàn)方法[S].

[2]GB/T 12538—2003 兩軸道路車輛 重心位置的測(cè)定[S].

[3]倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[4]劉建忠.測(cè)試汽車質(zhì)心高度的幾種主要方法及其比較[J].遼寧交通科技,1995,18(6):44-45.

杜文杰（1987—），男，碩士研究生，研究方向：整車檢測(cè)。