Excel在质心与轴荷分配计算中的应用

Excel在质心与轴荷分配计算中的应用 Excel在车辆质心与轴荷分配计算中的应用 Application of Excel in Vehicle Calculation of Centroid and Axle-load 刘华 张亚雄 LIU Hua et al 北京三兴汽车有限公司 北京丰台区 100070 摘要:利用Excel格的计算功能～将质心位置及轴荷分配等计算公式编入Excel表格中～可以减少车辆设计中的手工计算～合理布置零部件安装位置～以达到车辆设计的合理性。 关键词:质心 轴荷 分配 Abstact Appling the function of the Excel,inputting the calculational methods of centroid location and axle load into the table of Excel,that would save much time on calculation.To rationalize the distribution of accessory,make the design of the vehicle more rationalization. Key words centroid;axle load;distribute 中图分类号:G232 文献标识码:A 文章编号:1004-0226,2011,01-0000-02 1 前言 为了保证车辆改装后整车行驶的安全稳定性，经常要进行整车质心位置与轴荷分配的计算。在车辆改装过程中，一些上装部件数量少、布置简单的车辆，在确定底盘质心位置后，整车质心位置及轴荷分配很容易计算。但当车辆需要安置安装大量多种类部件时，质心位置的确定及轴荷分配需要大量的手工计算。为车辆的轴荷分配、零部件的合理布置、车辆稳定性校核带来了很多不便。利用Excel的函数计算功能可以减少大量的手工计算，并且质心位置及轴荷分配可以以数据列表的形式输出。 2 应用公式 [1]在车辆设计过程中，通常需要计算车辆的质心位置、轴荷分配等，以确定车辆的行驶安全性及稳定性。其中计算公式如下: 2.1 总质量计算公式 n M,M ,i,1i 2.2 整车质心计算公式 在以前桥中心垂直面、车长中心垂直面、地平面交点为坐标原点，车长为x方向，车宽右为y正方向，车高为z方向时，计算公式如下: nnn MYMXMZ,,,iiiiiiii,1i,1,1,,Y,XZ MMM 式中: X、Y、Z为整车质心; X、Y、Z为各部件质心; iii M 为整车总质量，kg ; M 为各部件质量，kg 。 i 2.3 整车前后桥轴荷计算公式 MXM, 后L M,M,M后前式中: X为整车质心距前桥距离， L为整车轴距， M为整车总质量， M为整车后桥轴荷 后 M为整车前桥轴荷 前 2.4 车辆横向稳定性计算公式 B,Y2,, Z式中: B为汽车轮距; φ为地面附着系数; Z为整车质心高度; Y为质心偏离中心线距离。 2.5 车辆纵向稳定性计算公式 L后,, Z式中: L为整车质心距后桥距离; 后 φ为地面附着系数; Z为整车质心高度。 3 计算表制作 以前桥中心垂直面、车长中心垂直面、地平面交点为坐标原点，车长为x方向，车宽右为y正方向，车高为z方向。 图1质心计算表 图1左侧表中“质量(kg)”、“X”、“Y”、“Z”四列为数据输入，后三列“M*X”、“ M*Y”、“M*Z”为数据输出。应用Excel表格的函数计算功能，输出数据的计算公式为: “M*X”=“质量(kg)”*“X” “M*Y”=“质量(kg)”*“Y” “M*Z”=“质量(kg)”*“Z” (质量与X、Y、Z三个方向距离的乘积) 图1右侧参数表中轴距L及轮距B需要输入外，其余均为图1中左侧表的输出参数，是车辆设计中需要校核的几个基本参数。应用Excel表格的函数计算功能，输出数据的计算公式为: “总质量M”=Σ“质量(kg)” “X(质心X方向位置)”=(Σ“M*X”)/ “总质量M” “Y(质心Y方向位置)”=(Σ“M*Y”)/ “总质量M” “Z(质心Z方向位置)”=(Σ“M*Z”)/ “总质量M” “后轴荷G”=(“总质量M”*“X(质心X方向位置)”)/ “轴距L” 后 “前轴荷G”=“总质量M”-“后轴荷G” 前后 “重心距后桥中心距L”=“轴距L”-“X(质心X方向位置)” 后 “横向稳定性系数φ”=(“轮距B”/2-“ Y(质心Y方向位置)”)/“ Z(质心Z方向位置)” 1 “纵向稳定性系数φ”=“重心距后桥中心距L”/“ Z(质心Z方向位置)” 2后 当将各部件的质量、位置参数输入图1左侧表中的“质量(kg)”、 “X”、 “Y”、 “Z”四列，并将轴距、iii 轮距输入右侧参数表中的“轴距L”、 “轮距B”。当数据输入完毕后，输出结果会马上在输出列表中显示。 通过右侧参数表中显示结果与底盘参数进行对比，可以很容易判断出整车轴荷分配是否满足底盘要求，零部件的安装位置是否合理，从而可以及时调整零部件的安装位置。 4 实例 以油库设备抢修车为例进行验证分析。油库设备抢修车三维示意图如图2所示: 图2 油库设备抢修车示意图 将油库设备抢修车前桥中心垂直面、车长中心垂直面、地平面交点定为坐标原点，车长为x方向，车宽右为y正方向，车高为z方向，将各零部件质量及质心坐标输入计算表中的质量、X、Y、Z四列。如图3所示: 图3质心计算表实例 当数据输入完成后，图3右侧参数表直接将结果输出。 将输出参数与底盘参数(表1)进行比较，该油库设备抢修车零部件布置满足底盘技术参数要求。 表1 底盘参数表 轴距(mm) 3600 轮距(mm) 1540 最大设计总质量(kg) 5000 前轴轴荷(kg) 1650 后轴轴荷(kg) 3350 地面附着系数φ 0.6 如果在输出参数中，含有与底盘参数发生偏离的，可结合实际情况调整与该参数计算过程中所含“M*X”或“ M*Y”或“ M*Z”参数的大小。由于参数“M*X”、“ M*Y”、“ M*Z”为图3左侧表中的输出参数，故可根据实际情况调整零部件的质量或位置。当偏离参数与底盘参数偏离较大时，可调整图3左侧表中相对应的“M*X”或“ M*Y”或“ M*Z”中乘积较大的零部件的位置或质量;当偏离较小时，在图3左侧表中选择“M*X”或“ M*Y”或“ M*Z”乘积较小的零部件稍作调整即可。例如，当前轴轴荷与底盘参数偏离较大时，可在图3左侧表中选择“M*X”乘积较大的零部件，对其质量或位置进行调整，直到输出参数满足底盘参数表中的要求，达到车辆设计的合理性。 5 结论 根据以上实践论证，此计算列表可以快速、准确的完成车辆质心位置及轴荷分配的数据计算。 将结果输出列表与原始数据输入列表同时在屏幕显示，这样可以直接观察车辆部件安装是否合理。随时根据显示结果对输入列表数据进行调整，快速寻找到最合适的安装位置。由此可见，合理利用Excel软件可以替代车辆设计中质心及轴荷分配中的繁冗计算，并合理布置整车零部件，保证车辆行驶安全稳定性。 参考文献 [1] 徐达，蒋崇贤.专用汽车结构与设计.第一版[M].北京:北京理工大学出版社，1998,12,.