利用MATLAB軟件計算汽車質心位置用于行駛穩定性分析

呂慧杰 莫飛 劉飛 任麗敏

程中易改變位置總成的質心位置作為變量參數編入到MATLAB后臺程序中計算汽車質心位置，把變量參數按選項在可視化界面中輸入并進行計算。根據得出質心位置結果對某型6×6重型越野車進行行駛穩定性分析。

關鍵字：MATLAB;質心位置;行駛穩定性

中圖分類號：U461.1? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-120-03

Abstract： This paper mainly introduces how to use the MATLAB software to compile the centroid position of the easily changed position assembly as a variable parameter into the MATLAB background program to calculate the centroid position of the vehicle， input and calculate the variable parameters according to the optionsin the visual interface. Based on the result of centroid position， the driving stability of a 6×6 heavy off-road vehicle is analyzed.

Keywords： MATLAB; centroid position; driving stability

1 概述

汽車質心作為汽車的一個重要參數，會影響汽車的動力性、操縱穩定性、通過性、平順性等性能，為了保證重型汽車改裝后整車行駛的安全穩定性，必須對整車質心位置和軸荷分配進行計算，校核其合理性。

2 利用MATLAB程序的函數功能計算質心位置

以某型6×6越野車為例，以前橋中心垂直面、汽車中心垂直面和車架上平面的交點為原點，以汽車前進方向的反方向為X正向，以車寬向左為Y正向，以車架上平面向上為Z正向，G點為整車質心位置，如圖1所示。

2.1 應用公式

2.1.1 總質量計算公式

其中，M為整車總質量，kg;Mi為各總成質量，kg。

2.1.2 整車質心計算公式

其中，X、Y、Z為整車質心位置坐標;Xi、Yi、Zi為各總成質心位置坐標。

2.1.3 整車前后軸荷計算公式

其中，M前、M后分別為整車前后橋軸荷，kg;L為整車軸距。

2.2 收集數據并利用MATLAB計算質心位置

收集某型6×6越野車各總成數據并在MATLAB程序中根據上述公式和各總成數據編寫函數程序，將函數結果生成可視化頁面，并將電瓶箱、油箱等改動位置較多的總成作為可輸入變量，輸入相關數據即可計算得出整車質量及質心位置。

將油箱、電瓶箱、進氣系、排氣系、備胎架、上裝部分作為變量數據輸入到編寫好的程序中，計算得出整車質量和整車質心位置（見圖2）。

整車質量：M=17590kg

整車質心位置：X=2824 Y=0 Z=240

3 質心位置對汽車性能的影響

以某型6×6重型越野車為例，對其進行行駛穩定性分析，車輛主要參數如下。

整車質量m：17590kg;質心距前橋中心線距離a：2824mm;

質心距中后橋中心距離b：1951mm;質心距地面高度hg：1445mm;軸距L：4775mm;

輪距B：2072mm;路面附著系數φ：0.65，按干燥的土路選取;

滾動阻力系數f：0.03，按干燥的土路選取。

3.1 縱向穩定性分析

3.1.1 上坡行駛工況

車輛滿載上坡行駛時，其受力分析如圖3所示。

穩定性要求為：αmax>αφ

其中：αmax為汽車不致顛覆所能克服的最大坡度

αφ為汽車驅動輪在附著條件下的最大爬坡度

當車輛發生縱向傾覆時，前輪與地面之間無相互作用力，即N1=0。

根據力學關系可得 N1L+hgmgsinαmax =bmgcosαmax

當N1=0時，解得αmax=arctan（b/hg）=53.5°

汽車驅動輪在附著條件下的最大爬坡度φmgcosαφ-fmg cosαφ=mgsinαφ

解得：αφ=arctan（φ-f）=31.8°

由計算結果可知，αmax>αφ，說明汽車在坡道上上行時，汽車發生縱向顛覆之前，先發生驅動輪打滑。

3.1.2 下坡行駛工況

車輛滿載下坡行駛時，其受力分析如圖4所示。

車輛在下坡制動時，設制動減速度為j。

當車輛發生前翻時，中后輪與地面之間無相互作用力，即N2=0。

根據力學關系可得出 N2L+hgmgsinαmax=amgcosαmax+ mjhg

當N2=0時，mj=mgsinαmax- amgcosαmax/hg???????? ①

當車輛發生下滑時，mgsinαφ=mj+φmgcosαφ

由此式可得mj= mgsinαφ-φmgcosαφ?????????????? ②