CN111638004A - 车辆质心位置测量工具及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆质心位置测量工具及其测量方法，车辆质心位置测量工具包括角度调节支架、单轮称重台及角度尺，单轮称重台固定在角度调节支架上并测量在水平状态下上方的被测车辆某一车轮的重量，角度调节支架支撑于放置面与述单轮称重台之间使单轮称重台处于水平状态，角度尺测量得到角度调节支架从一个放置面到另一放置面使单轮称重台保持在水平状态所调节的角度。本发明的车辆质心位置测量工具及其测量方法采用角度调节支架、单轮称重台及角度尺对车辆质心进行测量，经过测量读数并计算后即可得到被测车辆的质心位置，工具小巧便携、使用方便且成本低廉；测量方法简单易行、操作简单；车辆质心测量无需固定场地，测量方法适用范围广。

Description

车辆质心位置测量工具及其测量方法

技术领域

本发明涉及车辆质心测量技术领域，具体地指一种车辆质心位置测量工具及其测量方法。

背景技术

车辆操纵稳定性、平顺性和安全性已成为评价车辆性能的重要指标，而车辆质心位置对这些指标有都有较大影响。按照我国的国家标准，汽车在空载情况下抗侧翻角度不应小于35°，快速确认了质心位置后就可以做出客观评价。

车辆设计过程中，通常都是根据各总成的质心位置计算出整车质心位置。一般地讲，车辆是以纵向平面相对称的，质心位置在左右方向上偏移很小，所以质心位置通常仅用质心距前轴(或后轴)中心线的水平距离和质心高度来表示。质心的水平位置通过测量轴荷即可得到，在测试方法上不存在着什么技术问题。如此，质心高度就成了确定车辆质心位置的关键所在。

目前，国内外测定车辆质心位置主要有以下几种方法：摇摆法、悬挂法、零位法、平台支撑反力法、质量反应法等。其中，质量反应法是根据刚体绕固定轴转动的原理，试验时将车辆的一端吊起，在吊至不同的角度时分别测出轴荷的转移量和汽车的倾斜角度，然后计算出质心位置。

在这种传统的质量反应法中，需采用大型的吊机，同时需要把整车悬架结构进行锁死，其操作较为繁琐。

因此，如何简化质量反应法所需的操作工具和操作步骤成为本发明所着眼解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种车辆质心位置测量工具及其测量方法，能够用较小的测量工具和简单的操作步骤即可完成对车辆质心的测量。

为实现上述目的，本发明所设计的车辆质心位置测量工具包括角度调节支架、单轮称重台及角度尺，所述单轮称重台固定在所述角度调节支架上并测量在水平状态下上方的被测车辆某一车轮的重量，所述角度调节支架支撑于放置面与述单轮称重台之间使所述单轮称重台处于水平状态，所述角度尺测量得到角度调节支架从一个放置面到另一放置面使所述单轮称重台保持在水平状态所调节的角度。

优选地，所述角度调节支架包括称重台托架、调节支架底板及滑动支撑件，所述调节支架底板置于所述放置面上，所述称重台托架与所述调节支架底板绕平行于x方向的轴线铰接，所述滑动支撑件连接于所述称重台托架与所述调节支架底板之间以固定所述称重台托架与所述调节支架底板之间的角度。

优选地，所述角度调节支架进一步包括形成丝杠螺母副的调节螺杆和旋转销，所述调节螺杆可转动地安装在所述调节支架底板上，所述调节螺杆的轴线垂直于x方向，所述旋转销可沿轴向移动地套设在所述调节螺杆上并与所述滑动支撑件固定连接，所述滑动支撑件与所述称重台托架绕平行于x方向的轴线铰接。

优选地，所述调节螺杆的末端开设有与摇杆或摇臂连接的通孔与驱动所述调节螺杆旋转。

优选地，所述滑动支撑件的侧边设有限位销，所述调节支架底板开设有若干个在平行于所述调节螺杆的轴线的方向上间隔分布的限位孔，所述限位销选择性地与某一所述限位孔配合，所述限位销与所述限位孔配合的末端呈楔形，所述楔形的斜面朝向使所述称重台托架与所述调节支架底板之间的角度增大的方向，所述楔形的直角面与所述限位孔的孔壁抵接。

优选地，所述调节支架底板的底部设有与所述放置面接触的防滑齿。

优选地，所述角度尺包含重锤指针及表盘，所述重锤指针可相对所述表盘绕平行于x方向的轴线摆动，所述表盘上有角度刻度，所述表盘固定在所述调节支架底板或被测车辆上。

优选地，所述表盘背后设有吸附于所述调节支架底板或被测车辆的磁铁。

优选地，所述单轮称重台包括承载被测车辆某一车轮的称重台受力面板和指示所述称重台受力面板的水平度的水平仪。

为实现上述目的，本发明所设计的采用车辆质心位置测量工具的测量方法，包括以下步骤：

将被测车辆放置于水平的放置面上，将所述角度调节支架及所述单轮称重台置于每一车轮的下方，测量得到每一车轮的重量，同时将所述角度尺调整为指针指零；

将被测车辆置于具有一定坡度的放置面上，将所述角度调节支架及所述单轮称重台置于每一车轮的下方，将所述角度调节支架调整至每一车轮下的所述单轮称重台为水平状态，测量得到每一车轮的重量，同时读出所述角度尺的读数得到角度α；

以被测车辆的左前轮中心点C视为坐标原点，竖直方向为坐标z方向，沿车架长度的水平方向为坐标y方向，经过左前轮中心点C向右前轮连线的水平方向为坐标x方向，则被测车辆的质心坐标(x,y,z)为：

其中：

a——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的前轮重量之和；

b——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的后轮重量之和；

a_右——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的右前轮重量；

b_右——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的右后轮重量；

a1——车辆在倾斜放置面时单轮称重台测得的前轮重量之和；

b1——车辆在倾斜放置面时单轮称重台测得的后轮重量之和；

M——两前轮中心点的距离；

L——车辆轴距；

α——车辆倾斜角度。

本发明的有益效果是：本发明的车辆质心位置测量工具及其测量方法采用角度调节支架、单轮称重台及角度尺对车辆质心进行测量，经过测量读数并计算后即可得到被测车辆的质心位置，车辆质心测量工具小巧便携、使用方便，且成本低廉；车辆质心测量方法简单易行，测量操作简单；车辆质心测量无需固定场地，测量方法适用范围广。

附图说明

图1为本发明优选实施例的车辆质心位置测量工具的调节支架及单轮称重台的立体结构示意图。

图2为图1中的调节支架的主体的立体结构示意图。

图3为图2中I部分的放大图。

图4为图2中II部分的放大图。

图5为图2中III部分的放大图。

图6为图1中的调节支架工作的侧视示意图。

图7为图1中的单轮称重台的立体结构示意图。

图8为本发明优选实施例的车辆质心位置测量工具的角度盘的立体结构示意图。

图9为本发明优选实施例的车辆质心位置测量工具使用时在车辆水平状态下的示意图。

图10为图9中IV部分的放大图。

图11为图9中车辆在水平状态下的质心计算过程示意图。

图12为本发明优选实施例的车辆质心位置测量工具使用时在车辆倾斜状态下的示意图。

图13为图12中V部分的放大图。

图14为图12中VI部分的放大图。

图15为图12中车辆在倾斜状态下的质心计算过程示意图。

图16为图12中车辆在倾斜状态下的质心计算过程示意图。

图中各部件标号如下：角度调节支架1(其中，称重台托架1.1，调节支架底板1.2，滑动支撑件1.3，调节螺杆1.4，限位销1.5，旋转销1.6，限位垫板1.7，限位孔1.8)；单轮称重台2(其中，称重台受力面板2.1和水平仪2.2)；角度尺3(其中，重锤指针3.1，表盘3.2)；水平过度橡胶块4.1、倾斜过度橡胶垫块4.2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的目的是为了找到一种快速测量质心位置的工具和方法，无需大型设备参与，全部为便携式设备，操作方便简单易行，同时也无需将悬架锁死。

请参阅图1、图2和图3，本发明优选实施例的车辆质心位置测量工具包括角度调节支架1、单轮称重台2和角度尺3三个部分，通过测量所需数据后，通过计算即可得出车辆质心位置的坐标。

如图1中所示，车辆质心位置测量工具中角度调节支架1与单轮称重台2相配合使用。

请结合参阅图2，角度调节支架1包含称重台托架1.1、调节支架底板1.2、滑动支撑件1.3、调节螺杆1.4、限位销1.5及旋转销1.6。单轮称重台2置于称重台托架1.1上，单轮称重台2可与称重台托架1.1固定成一体，也可独立于称重台托架1.1作为单独的部件，以便更换或维修等。

称重台托架1.1的前端和后端分别与调节支架底板1.2和滑动支撑件1.3三点铰接方式相连，铰接轴线平行于x方向。调节螺杆1.4沿纵向(垂直于x方向)设置，调节螺杆1.4顶端有通孔，方便与外接的摇杆或摇臂配合进行旋转。调节螺杆1.4的另一顶端用两块限位垫板1.7对接固定，如图4中所示，并将两块限位垫板1.7用螺栓方式固定在调节支架底板1.2的横梁上，保证调节螺杆1.4能够正常旋转又不会从调节支架底板1.2上脱出，即形成沿纵向安装在调节支架底板1.2上的丝杠。滑动支撑件1.3中心撑杆底部铰接有旋转销1.6，旋转销1.6与调节螺杆1.4之间以粗牙螺纹连接。在调节支架底板1.2侧面外框末端开设有若干个沿纵向间隔分布的限位孔1.8，设置在滑动支撑件1.3的后端两侧的限位销1.5选择性地与某一限位孔1.8相配合。限位销1.5与限位孔1.8配合的末端呈楔形，其斜面朝向前端，方便旋转调节螺杆1.4使限位销1.5向前移动时从当前的限位孔1.8中脱出进入前一限位孔1.8中。限位销1.5的楔形末端的直角面朝后，可与限位孔1.8的后孔壁抵接，防止调节螺杆1.4失效的情况下角度调节支架1的角度突然变化，保证测量时的安全性。

请结合参阅图5，调节螺杆1.4与旋转销1.6之间构成丝杠螺母副，通过转动调节螺杆1.4，可以使旋转销1.6沿调节螺杆1.4的长度方向移动，从而调整称重台托架1.1与调节支架底板1.2之间的夹角。在图示实施例中，角度调节支架1的角度可调范围是8°～18°，换算成坡度即为14.0％～32.5％。为了保证角度调节支架1在使用过程中发生滑动或位移，在调节支架底板1.2底部设有防滑齿(未标示，如图6中所示)，以保证测量过程中角度调节支架1在放置表面上不发生打滑。

请参阅图7，其为单轮称重台2的结构示意图，单轮称重台2的精度为0.1kg，包括称重台受力面板2.1和水平仪2.2。水平仪2.2指示当前位置的水平度，可通过观测水平仪2.2来保证称重台受力面板2.1的位置水平。

请参阅图8，其为角度尺3的结构示意图，角度尺3包含重锤指针3.1及表盘3.2，重锤指针3.1可相对表盘3.2摆动。同时，角度尺3的表盘3.2的背后有强力磁铁(图未示)，可以吸附在驾驶室或车厢上。在测量过程中，重锤指针3.1始终保持竖直，表盘3.2通过吸附固定在被测车辆的驾驶室或车厢上，随被测车辆的位置变化而变化。在图示实施例中，角度尺3的测量精度为0.25°。

请结合参阅图9至图16，本发明的车辆质心位置测量工具的测量方法如下：

为方便计算和后期确定质心位置，将整车左前轮中心点C视为整车坐标原点，竖直方向为最左边z方向，沿车架长度的水平方向为坐标y方向，经过左前轮中心点向右前轮连线的水平方向为x方向。

1.质心高度测量(z方向)：

如图9中所示，被测车辆放置在水平放置面上，将单轮称重台2放置在被测车辆的四个车轮的正后方，可在单轮称重台2前增加水平过度橡胶块4.1，车辆从水平过度橡胶块4.1上缓慢行驶至单轮称重台2的正上方，即可得出前轴总重a和后轴总重b，同时将角度尺3调整为指针指零，如图10中所示，重锤指针3.1指向表盘3.2上的零点位置。

此时，如图11中所示，根据质量可以计算得出车辆质心位置通过的直线d与前后车轮轴心连线CD的垂点A的位置：

如图12所示，将被测车辆开到具有一定坡度的放置面上，将角度调节支架1与单轮称重台2相配合后放到被测四车轮之后，并在车轮与称重台2之间放置倾斜过度橡胶块4.2，将角度调节支架1预调一定角度，尽量保持单轮称重台2水平；然后将车辆从倾斜过度橡胶块4.2上缓慢行驶至单轮称重台2上，通过调整角度调节支架1的角度，保证四个轮的单轮称重台2上面的水平仪2.2中观察到的水平仪的位置状态保持为水平状态，此时可以得出前轴总重a1和后轴总重b1，同时可以读出角度尺3显示的角度α(即为斜坡的倾斜角度)。如图15中所示，通过前轴中心点C的水平直线与通过后轴中心点D竖直线交于点E，此时通过车辆质心位置的直线e与直线d交于点O，与CE交于点F，与CD交于点B。由于车辆质心位置是不变的，所以直线e和直线d的交点O即为被测车辆的质心位置。

CE＝CD*cosα；

AO即为整车水平静止状态下质心在z轴方向的距离：

其中：

a——车辆在水平放置面时测得的前轴重量；

b——车辆在水平放置面时测得的后轴重量；

a1——车辆在倾斜放置面时测得的前轴重量；

b1——车辆在倾斜放置面时测得的后轴重量；

L——CD距离即车辆轴距；

α——车辆倾斜角度。

2.质心沿车架方向距离测量(y方向)：

如图9和图11中所示，AC的距离即为质心在y方向距离：

其中：

a——车辆在水平放置面时测得的前轴重量；

b——车辆在水平放置面时测得的后轴重量；

L——CD距离即车辆轴距。

3.质心在前桥轴向距离(x方向)：

如图12、图15和图16中所示，四个单轮称重台2可分别测得左前轮重量a_左、右前轮重量a_右、左后轮轮重量b_左和右前轮重量b_右。将左右前轮中心点对地面进行投影，然后可以测得两前轮中心点的距离M。其中：

a＝a_左+a_右；

b＝b_左+b_右；

则质心在轴向距离x即为：

其中：

a——车辆在水平放置面时测得的前轴重量；

b——车辆在水平放置面时测得的后轴重量；

a_左——车辆在水平放置面时测得的左前轮重量；

a_右——车辆在水平放置面时测得的右前轮重量；

b_左——车辆在水平放置面时测得的左后轮重量；

b_右——车辆在水平放置面时测得的右后轮重量；

X——质心在轴向距离；

M——两前轮中心点的距离。

综上，被测车辆的质心位置坐标即为：

需指出的是，在上述实施例中，角度尺3为与角度调节支架1、单轮称重台2独立的部分，其使用时吸附在被测车辆上。在其它实施例中，角度尺3也可设计为安装于某一角度调节支架1的调节支架底板1.2上，使用方法与上述实施例相同，在水平位置时角度尺3调零，在倾斜位置时角度尺3测量倾斜角度。

与现有技术相比较，本发明的车辆质心位置测量工具及其测量方法具有以下优点：(1)车辆质心测量工具小巧便携、使用方便，且成本低廉；(2)车辆质心测量方法简单易行，测量操作简单；(3)车辆质心测量无需固定场地，测量方法适用范围广。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述车辆质心位置测量工具包括角度调节支架(1)、单轮称重台(2)及角度尺(3)，所述单轮称重台(2)固定在所述角度调节支架(1)上并测量在水平状态下上方的被测车辆某一车轮的重量，所述角度调节支架(1)支撑于放置面与述单轮称重台(2)之间使所述单轮称重台(2)处于水平状态，所述角度尺(3)测量得到角度调节支架(1)从一个放置面到另一放置面使所述单轮称重台(2)保持在水平状态所调节的角度。

2.根据权利要求1所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述角度调节支架(1)包括称重台托架(1.1)、调节支架底板(1.2)及滑动支撑件(1.3)，所述调节支架底板(1.2)置于所述放置面上，所述称重台托架(1.1)与所述调节支架底板(1.2)绕平行于x方向的轴线铰接，所述滑动支撑件(1.3)连接于所述称重台托架(1.1)与所述调节支架底板(1.2)之间以固定所述称重台托架(1.1)与所述调节支架底板(1.2)之间的角度。

3.根据权利要求2所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述角度调节支架(1)进一步包括形成丝杠螺母副的调节螺杆(1.4)和旋转销(1.6)，所述调节螺杆(1.4)可转动地安装在所述调节支架底板(1.2)上，所述调节螺杆(1.4)的轴线垂直于x方向，所述旋转销(1.6)可沿轴向移动地套设在所述调节螺杆(1.4)上并与所述滑动支撑件(1.3)固定连接，所述滑动支撑件(1.3)与所述称重台托架(1.1)绕平行于x方向的轴线铰接。

4.根据权利要求3所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述调节螺杆(1.4)的末端开设有与摇杆或摇臂连接的通孔与驱动所述调节螺杆(1.4)旋转。

5.根据权利要求3所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述滑动支撑件(1.3)的侧边设有限位销(1.5)，所述调节支架底板(1.2)开设有若干个在平行于所述调节螺杆(1.4)的轴线的方向上间隔分布的限位孔(1.8)，所述限位销(1.5)选择性地与某一所述限位孔(1.8)配合，所述限位销(1.5)与所述限位孔(1.8)配合的末端呈楔形，所述楔形的斜面朝向使所述称重台托架(1.1)与所述调节支架底板(1.2)之间的角度增大的方向，所述楔形的直角面与所述限位孔(1.8)的孔壁抵接。

6.根据权利要求2所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述调节支架底板(1.2)的底部设有与所述放置面接触的防滑齿。

7.根据权利要求2所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述角度尺(3)包含重锤指针(3.1)及表盘(3.2)，所述重锤指针(3.1)可相对所述表盘(3.2)绕平行于x方向的轴线摆动，所述表盘(3.2)上有角度刻度，所述表盘(3.2)固定在所述调节支架底板(1.2)或被测车辆上。

8.根据权利要求7所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述表盘(3.2)背后设有吸附于所述调节支架底板(1.2)或被测车辆的磁铁。

9.根据权利要求1所述的车辆质心位置测量工具，其特征在于：所述单轮称重台(2)包括承载被测车辆某一车轮的称重台受力面板(2.1)和指示所述称重台受力面板(2.1)的水平度的水平仪(2.2)。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的车辆质心位置测量工具的测量方法，包括以下步骤：

将被测车辆放置于水平的放置面上，将所述角度调节支架(1)及所述单轮称重台(2)置于每一车轮的下方，测量得到每一车轮的重量，同时将所述角度尺(3)调整为指针指零；

将被测车辆置于具有一定坡度的放置面上，将所述角度调节支架(1)及所述单轮称重台(2)置于每一车轮的下方，将所述角度调节支架(1)调整至每一车轮下的所述单轮称重台(1)为水平状态，测量得到每一车轮的重量，同时读出所述角度尺(3)的读数得到角度α；

以被测车辆的左前轮中心点C视为坐标原点，竖直方向为坐标z方向，沿车架长度的水平方向为坐标y方向，经过左前轮中心点C向右前轮连线的水平方向为坐标x方向，则被测车辆的质心坐标(x,y,z)为：

其中：

a——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的前轮重量之和；

b——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的后轮重量之和；

a_右——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的右前轮重量；

b_右——车辆在水平放置面时单轮称重台测得的右后轮重量；

a1——车辆在倾斜放置面时单轮称重台测得的前轮重量之和；

b1——车辆在倾斜放置面时单轮称重台测得的后轮重量之和；

M——两前轮中心点的距离；

L——车辆轴距；

α——车辆倾斜角度。

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