中国汽车工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽车质心高度测量及不确定度评定

中国汽车工程研究院股份有限公司 杜文杰

汽车质心高度是影响汽车操纵稳定性、汽车平顺性、汽车安全性的重要参数。本文介绍了利用侧倾试验台测量法对汽车质心高度进行测量，分析测量结果不确定度的来源，对其不确定度进行评定。

质心高度；侧倾试验台；不确定度

1 侧倾试验台测量法的原理

先将防侧滑挡块置于侧倾试验台的适当位置，标定试验台，排除防滑挡块及试验台自身对于测量结果的影响。被测车辆按照GB/T 14172-2009《汽车静侧翻稳定性台架试验方法》的要求置于侧倾试验台上，实施驻车制动并将防滑挡块安装到位。启动侧倾试验台，首先测量并记录水平放置的被测车辆四个轮胎的载荷，然后使被测车辆随侧倾试验台翻转平面缓慢倾斜，记录在一定倾斜角度下，被测车辆四个轮胎的轮荷[1][2]。受力图如图1所示。

图1 车辆受力示意图

由力矩平衡可得：

由(1)，(2)式可以得出车辆质心高度

式中：

h-汽车质心高度(mm)；Tn-汽车第n轴轮距(mm)；W-汽车整备质量(kg)；α-侧倾台倾斜角度(度)；m-侧倾台水平时，质心位置至汽车纵向对称平面的距离(mm)。

Wl1(Wl1’)-侧倾台水平（倾斜角度为α）时，被测车辆左侧第一轮轮荷(kg)。

Wl2(Wl2’)-侧倾台水平（倾斜角度为α）时，被测车辆左侧第二轮轮荷(kg)。

Wr1(Wr1’)-侧倾台水平（倾斜角度为α）时，被测车辆右侧第一轮轮荷(kg)。

Wr2()-侧倾台水平（倾斜角度为α）时，被测车辆右侧第一轮轮荷(kg)。

（3）式的质心高度是在车辆悬架锁死，轮胎不发生变形的情况下计算得出的，但是在实际测量中，车辆悬架不可能被完全锁定，或者测量中悬架一般都不会被锁定，这样当车辆倾斜时，垂直载荷在左右两侧车轮上重新分配，使两侧悬架变形发生变化，车身相对于侧倾台有一个偏转，其质心相对于侧倾台的高度产生了变化。同样在车辆倾斜时，由于载荷的重新分配，左右两侧的轮胎变形也会发生变化，抬高的一侧轮胎变形变小，低的一侧轮胎变形变大，导致车辆质心相对于侧倾台的高度产生了变化[4]。如图2所示。

图2 质心偏移示意图

得出质心高度偏移量：

式中：T-汽车轮距平均值(mm)；

l1-汽车抬高一侧前轮眉到侧倾台的距离；

l2-汽车降低一侧前轮眉到侧倾台的距离；

φ-汽车偏转角度。

则由(3)(4)式得出质心高度：

2 测量结果不确定度的来源

测量结果的不确定度是表征合理地赋予被测量之值得分散性，与测量结果相联系的参数。进行测量不确定度评定的第一步是找出所有对测量结果有影响的影响量，即所有的测量不确定度来源[3]。

2.1 车辆状态的影响

车辆应处于整备质量状态，车辆所附带的液体，如燃油、冷却液、洗涤液、制动液、润滑油和变速箱油等等，在车辆倾斜时，液体产生移动，液体的质心发生移动，从而导致整车的质心的偏移。轮胎的胎压应处于厂定胎压，胎压不足或过大都会影响车辆质心位置的变化。

2.2 测量仪器的影响

测量仪器本身即存在测量误差，质心高度测量涉及到钢卷尺、侧倾试验台等试验仪器，对于长度、重量、角度的测量都存在一定的测量误差，对测量结果有影响。

2.3 人员环境的影响

人员测量方法、习惯以及读数误差，环境温度以及风速都会对试验测量结果造成一定的影响。

3 不确定度评定

3.1 建立测量模型

(3)式为未考虑悬架和轮胎变形的车辆质心的理想计算公式，它已经内置于计算机内，测量时按照试验规程，输入相关测量信息，便可得出理想质心高度。然后减去质心高度偏移量便可得到测量模型：

3.2 不确定度分量的确定

3.2.1 测量重复性引入的不确定度分量u1(H)

试验车辆按照试验规程重复测量10次，每次倾斜角度均取10°，测量车辆都要开离侧倾台，侧倾台都要重新标定，得出10组数据，如表1所示。

表1 质心高度测量结果

10次独立测量结果的算术平均值 ：

由贝塞尔公式得到的平均值的实验标准偏差为：

测量重复性引入的不确定度分量 。

3.2.2 h测量引入的不确定度分量u2(H)

h测量的不确定度分量主要为测量仪器的不确定度引起，包括侧倾台的倾斜角度的不确定度、侧倾台测量质量的不确定度以及钢卷尺测量长度的不确定度，这些不确定度均可以从检定证书中得到，分别为：

3.2.3 △h测量引入的不确定度分量u3(H)

△h测量的不确定度主要为钢卷尺测量长度的不确定度：

3.3 合成标准不确定度uc(H)

由于各不确定度分量彼此间是相互独立无关的，合成标准不确定度uc(H)为：

3.4 扩展不确定度U(H)

取包含因子k=2，则扩展不确定度为：

[1]GB/T 14172—2009 汽车静侧翻稳定性台架试验方法[S].

[2]GB/T 12538—2003 两轴道路车辆 重心位置的测定[S].

[3]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京:中国质检出版社,中国标准出版社,2014.

[4]刘建忠.测试汽车质心高度的几种主要方法及其比较[J].辽宁交通科技,1995,18(6):44-45.

杜文杰（1987—），男，硕士研究生，研究方向：整车检测。