（天津內(nèi)燃機(jī)研究所天津300072）

摩托車質(zhì)心位置測(cè)試與分析

冷傳剛 蘇梅 胡瑞

（天津內(nèi)燃機(jī)研究所天津300072）

整車質(zhì)心位置是摩托車最基本的量度之一，質(zhì)心位置信息的收集是對(duì)摩托車從各個(gè)學(xué)科進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。從力學(xué)角度通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量了幾何形狀不規(guī)則的摩托車的質(zhì)心位置，實(shí)驗(yàn)方法簡單易行，并對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行了探討，對(duì)影響測(cè)試結(jié)果的因素進(jìn)行了理論分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)質(zhì)心高度結(jié)果進(jìn)行了修正和回歸分析，測(cè)試結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和有效性。

摩托車質(zhì)心位置質(zhì)心高度質(zhì)心測(cè)試

引言

在機(jī)械工程領(lǐng)域，質(zhì)心測(cè)量是一個(gè)應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量項(xiàng)目，它為科研生產(chǎn)提供了重要的基礎(chǔ)研制數(shù)據(jù)[1]。準(zhǔn)確地測(cè)量出這些質(zhì)量參數(shù)，對(duì)研究車輛的行駛性能有著非常重要的意義[2-3]。在摩托車領(lǐng)域，質(zhì)心位置也是最基本的量度之一，質(zhì)心位置信息的收集是對(duì)摩托車從各個(gè)學(xué)科進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。本文應(yīng)用力矩平衡原理，較為準(zhǔn)確地測(cè)量了摩托車的質(zhì)心位置。

1水平質(zhì)心位置測(cè)量

1.1 測(cè)量原理

圖1 水平位置質(zhì)心測(cè)試原理

其中：m為車輛不同載荷下的質(zhì)量，kg；g為重力加速度；Lg為質(zhì)心距前輪軸線距離，mm；m2為后輪分布質(zhì)量，kg；L1為前后軸距mm。

由公式（1）可以得到兩輪摩托車質(zhì)心距前輪軸線距離公式：

由公式（2）可知，只要確定前后軸距，不同載荷下的后輪分布質(zhì)量及車輛質(zhì)量，即可確定車輛在水平面內(nèi)的質(zhì)心位置。

1.2 測(cè)量流程

根據(jù)測(cè)試要求，確認(rèn)樣車的質(zhì)量狀態(tài)為整車干質(zhì)量、整車整備質(zhì)量或廠定最大總質(zhì)量狀態(tài)，車輛靜置于測(cè)量平臺(tái)，使車輛縱向中心平面與地面垂直，車輪處于直線行駛位置。測(cè)量前后軸距，測(cè)量過程如圖2所示。將車輛的前后輪放置在數(shù)字指示稱上，此時(shí)前后輪應(yīng)等高，讀取并記錄后輪分布質(zhì)量，根據(jù)公式（2）計(jì)算質(zhì)心距前輪軸線距離。

圖2 水平質(zhì)心位置測(cè)量

2測(cè)定車輛質(zhì)心高度

2.1 測(cè)量原理

如果將兩輪摩托車的前輪用墊塊墊高，則后輪的分布質(zhì)量將由水平位置的m2變?yōu)閙2′，如圖3所示，摩托車所受的重力和后輪支撐力關(guān)于前輪支撐點(diǎn)的力矩平衡公式變?yōu)閇1]：

圖3 質(zhì)心高度測(cè)量原理

其中：m為車輛不同載荷下的質(zhì)量，kg；g為重力加速度；Lg為質(zhì)心距前輪軸線距離，mm；Hg為質(zhì)心高度，mm；α為車輛x軸與水平面的夾角（°）；m2′為后輪分布質(zhì)量，kg；L1為前后軸距，mm。

牛肉丁是我國的傳統(tǒng)干制肉制品，因其具有營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特、保存期長、食用方便等特點(diǎn)，長期以來受到廣大消費(fèi)者的歡迎。然而，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品的要求也在不斷地增強(qiáng)，比如口感、色澤、香氣、食用方便性等?，F(xiàn)有市場(chǎng)上的牛肉丁在煮制及烘烤環(huán)節(jié)、原輔料的配比、腌制和嫩化方式等方面還存在很多問題，比如牛肉干制硬化脫水嚴(yán)重，產(chǎn)品風(fēng)味單一，市場(chǎng)消費(fèi)受到一定的限制等[1,2]。

當(dāng)前后輪直徑規(guī)格不相同時(shí)，式中rj為：

其中：rj為不同裝載條件下各輪靜力半徑，mm；rj1為不同裝載條件下前輪靜力半徑，mm；rj2為不同裝載條件下后輪靜力半徑，mm。將公式（1）與公式（3）相減，得到兩輪摩托車的質(zhì)心高度公式：

其中：Δm=m2′-m2，由公式（5）可知，已知輪胎靜力半徑，車輛傾斜角度和傾斜引起的后輪質(zhì)量變化，即可求出質(zhì)心高度。

2.2 測(cè)量流程

質(zhì)心高度測(cè)量過程如圖4所示。測(cè)量前，在水平狀態(tài)下，用鎖緊工具固定車輛各懸架彈簧的變形位置，如圖5所示。并稱出懸架鎖緊工具的質(zhì)量。測(cè)量時(shí)，使車輛處于測(cè)試要求的質(zhì)量狀態(tài)，按照以下方法測(cè)量各個(gè)參數(shù)。

圖4 質(zhì)心高度測(cè)量

圖5 前、后減震器鎖緊照片

調(diào)整車輛使車輛的縱向中心平面與地面垂直，將車輛后輪用夾緊裝置夾緊，確保前輪處于直線行駛位置，此時(shí)前輪未提起，將角度儀固定在車輛上，調(diào)整角度儀的方向，使之平行于車輛x軸方向。測(cè)量后輪分布質(zhì)量。將車輛的前輪提起，使車輛傾斜一定角度，確保車輛的前輪仍處于直線行駛位置，且后輪中心平面與支承臺(tái)面垂直，測(cè)定傾斜后的后輪分布質(zhì)量，同時(shí)用角度儀測(cè)出傾斜狀態(tài)的實(shí)際傾斜角度。分別測(cè)量公式（5）各個(gè)質(zhì)量狀態(tài)所需參數(shù)，本次測(cè)量樣車的水平質(zhì)心位置和質(zhì)心高度結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 質(zhì)心位置測(cè)量結(jié)果mm

2.3 質(zhì)心高度結(jié)果的修正

減震器鎖緊后，導(dǎo)致車輛上某些部分的質(zhì)量發(fā)生了變化，從而引起質(zhì)心高度的變化，按照公式2-2計(jì)算質(zhì)心高度時(shí)，并沒有考慮減震器鎖緊裝置對(duì)質(zhì)心高度的影響，所以還需對(duì)公式（5）進(jìn)行修正，以還原未安裝鎖緊裝置時(shí)的質(zhì)心高度。如果減震器鎖緊后，車輛上有i個(gè)部件質(zhì)量發(fā)生變化，其質(zhì)量增量為mi，質(zhì)量增加部件的質(zhì)心距前輪軸的距離為Li，則前輪抬高后關(guān)于前輪支撐點(diǎn)的力矩平衡公式變?yōu)椋?/p>

由公式（1）和公式（6）可得：

以樣車1在整車干質(zhì)量的質(zhì)量狀態(tài)下為例，修正前后的結(jié)果如表2所示，由于鎖緊裝置質(zhì)量遠(yuǎn)小于車輛質(zhì)量，按照公式（5）的計(jì)算結(jié)果只有0.0005%左右的偏差，故測(cè)量時(shí)不需要考慮減震器鎖緊后對(duì)質(zhì)心高度的影響。

表2 修正前后的質(zhì)心高度計(jì)算結(jié)果

2.4 對(duì)質(zhì)心高度結(jié)果進(jìn)行回歸分析

質(zhì)心高度測(cè)量過程是在不同前輪抬高角度α下完成的，前輪抬高角度是最主要的影響因素。為了排除摩托車前輪抬高角度對(duì)質(zhì)心高度計(jì)算結(jié)果的影響，本例建立了線性回歸模型，設(shè)質(zhì)心高度為因變量，記為Y，α為自變量，記為X，根據(jù)線性回歸理論，可以建立下面的線性關(guān)系模型：

其中：A和B為待定參數(shù)，A為回歸直線的截距；B為回歸直線的斜率，表示X變化一個(gè)單位時(shí)，Y的平均變化情況；§為依賴于質(zhì)心高度的隨機(jī)誤差項(xiàng)。

對(duì)各次質(zhì)心高度的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行回歸分析，其中整車干質(zhì)量狀態(tài)下的分析結(jié)果如表3所示，從表中可以看出，A＞＞B，所以當(dāng)α變化一個(gè)單位時(shí)，質(zhì)心高度的最大變化＜2.5 mm，即α對(duì)質(zhì)心高度計(jì)算結(jié)果的影響很小，從而排除前輪抬高角度α對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

表3 質(zhì)心高度回歸分析結(jié)果

3測(cè)試方法探討

本次測(cè)量為某NVH性能提升研究項(xiàng)目的數(shù)據(jù)收集，測(cè)量結(jié)果與同時(shí)進(jìn)行的CAE方法比較，誤差＜1%，較為準(zhǔn)確地完成了質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)的收集。測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛縱向中心平面是否與地面垂直對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，后輪用夾緊裝置固定后，車輛能夠較好地保持垂直位置，極大地提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。同時(shí)，前輪抬高時(shí)的受力點(diǎn)是否在前輪輪軸上，對(duì)結(jié)果的影響也很大，為此，采用了圖4的方法，將前輪從軸心吊起來，而不是用千斤頂從前輪下方頂起。以上兩處細(xì)節(jié)的處理，并結(jié)合回歸方程的驗(yàn)證，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 5373-2006摩托車和輕便摩托車尺寸和質(zhì)量參數(shù)的測(cè)定方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007

2張書會(huì)，李經(jīng)瑋，何登軍，等.質(zhì)心測(cè)量方法綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（24）：63

3海闊，何耀華.汽車質(zhì)心位置和特征慣量的測(cè)量原理分析[J].十堰大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1997（1）：11-18

Measurement and Analysis of Centroid Position for Motorcycles

Leng Chuangang,Su Mei,Hu Rui
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute(Tianjin,300072,China)

Vehicle centroid position is one of the most basic measures of motorcycles.Information collection of centroid position is the basis work for the analysis of motorcycles from various disciplines.Centroid position of motorcycles is difficult to measure for their complex shape.A simple and feasible way is adopted from the mechanics point of view.Subsequently the measurement method is discussed and factors influencing the results are analyzed theoretically.Based on that analysis the results of the centroid height are modified and regressed.The measurement results are of high accuracy and validity.

Centroid position,Centroid height,Centroid measurement

U483

A

2095-8234（2016）06-0075-03

2016-10-20）

冷傳剛（1979-），男，工程師，主要研究方向?yàn)槟ν熊嚋y(cè)試技術(shù)。