汽車質心高度測量及不確定度評定

中國汽車工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽車質心高度測量及不確定度評定

中國汽車工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽車質心高度是影響汽車操縱穩定性、汽車平順性、汽車安全性的重要參數。本文介紹了利用側傾試驗臺測量法對汽車質心高度進行測量，分析測量結果不確定度的來源，對其不確定度進行評定。

質心高度；側傾試驗臺；不確定度

1 側傾試驗臺測量法的原理

先將防側滑擋塊置于側傾試驗臺的適當位置，標定試驗臺，排除防滑擋塊及試驗臺自身對于測量結果的影響。被測車輛按照GB/T 14172-2009《汽車靜側翻穩定性臺架試驗方法》的要求置于側傾試驗臺上，實施駐車制動并將防滑擋塊安裝到位。啟動側傾試驗臺，首先測量并記錄水平放置的被測車輛四個輪胎的載荷，然后使被測車輛隨側傾試驗臺翻轉平面緩慢傾斜，記錄在一定傾斜角度下，被測車輛四個輪胎的輪荷[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)式可以得出車輛質心高度

式中：

h-汽車質心高度(mm)；Tn-汽車第n軸輪距(mm)；W-汽車整備質量(kg)；α-側傾臺傾斜角度(度)；m-側傾臺水平時，質心位置至汽車縱向對稱平面的距離(mm)。

Wl1(Wl1’)-側傾臺水平（傾斜角度為α）時，被測車輛左側第一輪輪荷(kg)。

Wl2(Wl2’)-側傾臺水平（傾斜角度為α）時，被測車輛左側第二輪輪荷(kg)。

Wr1(Wr1’)-側傾臺水平（傾斜角度為α）時，被測車輛右側第一輪輪荷(kg)。

Wr2()-側傾臺水平（傾斜角度為α）時，被測車輛右側第一輪輪荷(kg)。

（3）式的質心高度是在車輛懸架鎖死，輪胎不發生變形的情況下計算得出的，但是在實際測量中，車輛懸架不可能被完全鎖定，或者測量中懸架一般都不會被鎖定，這樣當車輛傾斜時，垂直載荷在左右兩側車輪上重新分配，使兩側懸架變形發生變化，車身相對于側傾臺有一個偏轉，其質心相對于側傾臺的高度產生了變化。同樣在車輛傾斜時，由于載荷的重新分配，左右兩側的輪胎變形也會發生變化，抬高的一側輪胎變形變小，低的一側輪胎變形變大，導致車輛質心相對于側傾臺的高度產生了變化[4]。如圖2所示。

圖2 質心偏移示意圖

得出質心高度偏移量：

式中：T-汽車輪距平均值(mm)；

l1-汽車抬高一側前輪眉到側傾臺的距離；

l2-汽車降低一側前輪眉到側傾臺的距離；

φ-汽車偏轉角度。

則由(3)(4)式得出質心高度：

2 測量結果不確定度的來源

測量結果的不確定度是表征合理地賦予被測量之值得分散性，與測量結果相聯系的參數。進行測量不確定度評定的第一步是找出所有對測量結果有影響的影響量，即所有的測量不確定度來源[3]。

2.1 車輛狀態的影響

車輛應處于整備質量狀態，車輛所附帶的液體，如燃油、冷卻液、洗滌液、制動液、潤滑油和變速箱油等等，在車輛傾斜時，液體產生移動，液體的質心發生移動，從而導致整車的質心的偏移。輪胎的胎壓應處于廠定胎壓，胎壓不足或過大都會影響車輛質心位置的變化。

2.2 測量儀器的影響

測量儀器本身即存在測量誤差，質心高度測量涉及到鋼卷尺、側傾試驗臺等試驗儀器，對于長度、重量、角度的測量都存在一定的測量誤差，對測量結果有影響。

2.3 人員環境的影響

人員測量方法、習慣以及讀數誤差，環境溫度以及風速都會對試驗測量結果造成一定的影響。

3 不確定度評定

3.1 建立測量模型

(3)式為未考慮懸架和輪胎變形的車輛質心的理想計算公式，它已經內置于計算機內，測量時按照試驗規程，輸入相關測量信息，便可得出理想質心高度。然后減去質心高度偏移量便可得到測量模型：

3.2 不確定度分量的確定

3.2.1 測量重復性引入的不確定度分量u1(H)

試驗車輛按照試驗規程重復測量10次，每次傾斜角度均取10°，測量車輛都要開離側傾臺，側傾臺都要重新標定，得出10組數據，如表1所示。

表1 質心高度測量結果

10次獨立測量結果的算術平均值 ：

由貝塞爾公式得到的平均值的實驗標準偏差為：

測量重復性引入的不確定度分量 。

3.2.2 h測量引入的不確定度分量u2(H)

h測量的不確定度分量主要為測量儀器的不確定度引起，包括側傾臺的傾斜角度的不確定度、側傾臺測量質量的不確定度以及鋼卷尺測量長度的不確定度，這些不確定度均可以從檢定證書中得到，分別為：

3.2.3 △h測量引入的不確定度分量u3(H)

△h測量的不確定度主要為鋼卷尺測量長度的不確定度：

3.3 合成標準不確定度uc(H)

由于各不確定度分量彼此間是相互獨立無關的，合成標準不確定度uc(H)為：

3.4 擴展不確定度U(H)

取包含因子k=2，則擴展不確定度為：

[1]GB/T 14172—2009 汽車靜側翻穩定性臺架試驗方法[S].

[2]GB/T 12538—2003 兩軸道路車輛 重心位置的測定[S].

[3]倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京:中國質檢出版社,中國標準出版社,2014.

[4]劉建忠.測試汽車質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。