摩托車質心位置測試與分析

（天津內燃機研究所天津300072）

摩托車質心位置測試與分析

冷傳剛 蘇梅 胡瑞

（天津內燃機研究所天津300072）

整車質心位置是摩托車最基本的量度之一，質心位置信息的收集是對摩托車從各個學科進行分析的基礎。從力學角度通過實驗測量了幾何形狀不規則的摩托車的質心位置，實驗方法簡單易行，并對測試方法進行了探討，對影響測試結果的因素進行了理論分析，并在此基礎上對質心高度結果進行了修正和回歸分析，測試結果具有較高的準確性和有效性。

摩托車質心位置質心高度質心測試

引言

在機械工程領域，質心測量是一個應用十分廣泛的測量項目，它為科研生產提供了重要的基礎研制數據[1]。準確地測量出這些質量參數，對研究車輛的行駛性能有著非常重要的意義[2-3]。在摩托車領域，質心位置也是最基本的量度之一，質心位置信息的收集是對摩托車從各個學科進行分析的基礎。本文應用力矩平衡原理，較為準確地測量了摩托車的質心位置。

1水平質心位置測量

1.1 測量原理

圖1 水平位置質心測試原理

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

由公式（1）可以得到兩輪摩托車質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量及車輛質量，即可確定車輛在水平面內的質心位置。

1.2 測量流程

根據測試要求，確認樣車的質量狀態為整車干質量、整車整備質量或廠定最大總質量狀態，車輛靜置于測量平臺，使車輛縱向中心平面與地面垂直，車輪處于直線行駛位置。測量前后軸距，測量過程如圖2所示。將車輛的前后輪放置在數字指示稱上，此時前后輪應等高，讀取并記錄后輪分布質量，根據公式（2）計算質心距前輪軸線距離。

圖2 水平質心位置測量

2測定車輛質心高度

2.1 測量原理

如果將兩輪摩托車的前輪用墊塊墊高，則后輪的分布質量將由水平位置的m2變為m2′，如圖3所示，摩托車所受的重力和后輪支撐力關于前輪支撐點的力矩平衡公式變為[1]：

圖3 質心高度測量原理

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

牛肉丁是我國的傳統干制肉制品，因其具有營養豐富、風味獨特、保存期長、食用方便等特點，長期以來受到廣大消費者的歡迎。然而，隨著生活水平的不斷提高，人們對食品的要求也在不斷地增強，比如口感、色澤、香氣、食用方便性等?，F有市場上的牛肉丁在煮制及烘烤環節、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重，產品風味單一，市場消費受到一定的限制等[1,2]。

當前后輪直徑規格不相同時，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量變化，即可求出質心高度。

2.2 測量流程

質心高度測量過程如圖4所示。測量前，在水平狀態下，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量。測量時，使車輛處于測試要求的質量狀態，按照以下方法測量各個參數。

圖4 質心高度測量

圖5 前、后減震器鎖緊照片

調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，此時前輪未提起，將角度儀固定在車輛上，調整角度儀的方向，使之平行于車輛x軸方向。測量后輪分布質量。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面垂直，測定傾斜后的后輪分布質量，同時用角度儀測出傾斜狀態的實際傾斜角度。分別測量公式（5）各個質量狀態所需參數，本次測量樣車的水平質心位置和質心高度結果匯總如表1所示。

表1 質心位置測量結果mm

2.3 質心高度結果的修正

減震器鎖緊后，導致車輛上某些部分的質量發生了變化，從而引起質心高度的變化，按照公式2-2計算質心高度時，并沒有考慮減震器鎖緊裝置對質心高度的影響，所以還需對公式（5）進行修正，以還原未安裝鎖緊裝置時的質心高度。如果減震器鎖緊后，車輛上有i個部件質量發生變化，其質量增量為mi，質量增加部件的質心距前輪軸的距離為Li，則前輪抬高后關于前輪支撐點的力矩平衡公式變為：

由公式（1）和公式（6）可得：

以樣車1在整車干質量的質量狀態下為例，修正前后的結果如表2所示，由于鎖緊裝置質量遠小于車輛質量，按照公式（5）的計算結果只有0.0005%左右的偏差，故測量時不需要考慮減震器鎖緊后對質心高度的影響。

表2 修正前后的質心高度計算結果

2.4 對質心高度結果進行回歸分析

質心高度測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質心高度計算結果的影響，本例建立了線性回歸模型，設質心高度為因變量，記為Y，α為自變量，記為X，根據線性回歸理論，可以建立下面的線性關系模型：

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

對各次質心高度的測量結果進行回歸分析，其中整車干質量狀態下的分析結果如表3所示，從表中可以看出，A＞＞B，所以當α變化一個單位時，質心高度的最大變化＜2.5 mm，即α對質心高度計算結果的影響很小，從而排除前輪抬高角度α對測量結果的影響。

表3 質心高度回歸分析結果

3測試方法探討

本次測量為某NVH性能提升研究項目的數據收集，測量結果與同時進行的CAE方法比較，誤差＜1%，較為準確地完成了質量參數數據的收集。測量時發現車輛縱向中心平面是否與地面垂直對測量結果的影響很大，經過反復驗證，后輪用夾緊裝置固定后，車輛能夠較好地保持垂直位置，極大地提高了測量的準確性。同時，前輪抬高時的受力點是否在前輪輪軸上，對結果的影響也很大，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。以上兩處細節的處理，并結合回歸方程的驗證，保證了測量結果的準確性。

1全國汽車標準化技術委員會.GB/T 5373-2006摩托車和輕便摩托車尺寸和質量參數的測定方法[S].北京：中國標準出版社，2007

2張書會，李經瑋，何登軍，等.質心測量方法綜述[J].科技創新與應用，2016（24）：63

3海闊，何耀華.汽車質心位置和特征慣量的測量原理分析[J].十堰大學學報（自然科學版），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，主要研究方向為摩托車測試技術。