利用MATLAB软件计算汽车质心位置用于行驶稳定性分析

吕慧杰 莫飞 刘飞 任丽敏

程中易改变位置总成的质心位置作为变量参数编入到MATLAB后台程序中计算汽车质心位置，把变量参数按选项在可视化界面中输入并进行计算。根据得出质心位置结果对某型6×6重型越野车进行行驶稳定性分析。

关键字：MATLAB;质心位置;行驶稳定性

中图分类号：U461.1  文献标识码：A  文章编号：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

汽车质心作为汽车的一个重要参数，会影响汽车的动力性、操纵稳定性、通过性、平顺性等性能，为了保证重型汽车改装后整车行驶的安全稳定性，必须对整车质心位置和轴荷分配进行计算，校核其合理性。

2 利用MATLAB程序的函数功能计算质心位置

以某型6×6越野车为例，以前桥中心垂直面、汽车中心垂直面和车架上平面的交点为原点，以汽车前进方向的反方向为X正向，以车宽向左为Y正向，以车架上平面向上为Z正向，G点为整车质心位置，如图1所示。

2.1 应用公式

2.1.1 总质量计算公式

其中，M为整车总质量，kg;Mi为各总成质量，kg。

2.1.2 整车质心计算公式

其中，X、Y、Z为整车质心位置坐标;Xi、Yi、Zi為各总成质心位置坐标。

2.1.3 整车前后轴荷计算公式

其中，M前、M后分别为整车前后桥轴荷，kg;L为整车轴距。

2.2 收集数据并利用MATLAB计算质心位置

收集某型6×6越野车各总成数据并在MATLAB程序中根据上述公式和各总成数据编写函数程序，将函数结果生成可视化页面，并将电瓶箱、油箱等改动位置较多的总成作为可输入变量，输入相关数据即可计算得出整车质量及质心位置。

将油箱、电瓶箱、进气系、排气系、备胎架、上装部分作为变量数据输入到编写好的程序中，计算得出整车质量和整车质心位置（见图2）。

整车质量：M=17590kg

整车质心位置：X=2824 Y=0 Z=240

3 质心位置对汽车性能的影响

以某型6×6重型越野车为例，对其进行行驶稳定性分析，车辆主要参数如下。

整车质量m：17590kg;质心距前桥中心线距离a：2824mm;

质心距中后桥中心距离b：1951mm;质心距地面高度hg：1445mm;轴距L：4775mm;

轮距B：2072mm;路面附着系数φ：0.65，按干燥的土路选取;

滚动阻力系数f：0.03，按干燥的土路选取。

3.1 纵向稳定性分析

3.1.1 上坡行驶工况

车辆满载上坡行驶时，其受力分析如图3所示。

稳定性要求为：αmax>αφ

其中：αmax为汽车不致颠覆所能克服的最大坡度

αφ为汽车驱动轮在附着条件下的最大爬坡度

当车辆发生纵向倾覆时，前轮与地面之间无相互作用力，即N1=0。

根据力学关系可得 N1L+hgmgsinαmax =bmgcosαmax

当N1=0时，解得αmax=arctan（b/hg）=53.5°

汽车驱动轮在附着条件下的最大爬坡度φmgcosαφ-fmg cosαφ=mgsinαφ

解得：αφ=arctan（φ-f）=31.8°

由计算结果可知，αmax>αφ，说明汽车在坡道上上行时，汽车发生纵向颠覆之前，先发生驱动轮打滑。

3.1.2 下坡行驶工况

车辆满载下坡行驶时，其受力分析如图4所示。

车辆在下坡制动时，设制动减速度为j。

当车辆发生前翻时，中后轮与地面之间无相互作用力，即N2=0。

根据力学关系可得出 N2L+hgmgsinαmax=amgcosαmax+ mjhg

当N2=0时，mj=mgsinαmax- amgcosαmax/hg         ①

当车辆发生下滑时，mgsinαφ=mj+φmgcosαφ

由此式可得mj= mgsinαφ-φmgcosαφ               ②