轴荷分配计算与最小转弯直径计算校核报告

1、目目 录录1.1.概概 述述.22.2.引用标准引用标准.23.3.整车基本参数对比及标杆车试验数据整车基本参数对比及标杆车试验数据.24.4.空载质量参数及质心水平位置计算空载质量参数及质心水平位置计算.34.1.空载质量参数计算.34.2.空载前后轴荷计算.44.3.空载质心位置计算.75.5.半载质量参数及质心水平位置计算半载质量参数及质心水平位置计算.85.1.半载质量参数计算.85.2.半载前后轴荷计算.85.3.半载质心位置计算.106.6.满载质量参数及质心水平位置计算满载质量参数及质心水平位置计算.116.1. 满载质量参数计算.116.2.满载前后轴荷计算.126.3.满载质

2、心水平位置计算.147.17.1 号标杆车车型最小转弯直径的校核计算号标杆车车型最小转弯直径的校核计算.158.8.轴荷及最小转弯直径计算结果汇总轴荷及最小转弯直径计算结果汇总.17参参 考考 文文 献献.18 1 1.概概 述述轴荷分配是汽车重要的基本参数，它对汽车的动力性、经济性、制动性、操纵性和稳定性、牵引性、通过性等主要使用性能和轮胎的选用及其使用寿命都有很大的影响。汽车的最小转弯直径是汽车机动性的主要指标之一，数值也将直接影响到汽车的使用性能。因此，在总布置设计时，必须对汽车的轴荷分配情况和汽车的最小转弯直径进行设计计算。下面进行 1 号标杆车、2 号标杆车二种车型分别在空载、半载、

3、满载状态下的前、后轴荷分配的计算，并对最小转弯直径进行校核计算。2.引用标准引用标准GB/T 1267490汽车质量（重量）参数测定方法GB/T 1267390汽车主要尺寸测量方法GB/T 3730.392 汽车和挂车的术语及其定义、车辆尺寸GB/T 5910-1998轿车质量分布3.整车基本参数对比及标杆车试验数据整车基本参数对比及标杆车试验数据表 3-1 是 1 号标杆车车型与标杆车测量值的整车基本参数对比。表 3-1 1 号标杆车车型及标杆车测量值的基本尺寸对比1 号标杆车车型标杆车测量值长mm38103751.4宽mm17001697.3外 形高（空载）mm15411535.9轴 距m

4、m24602460前轮距mm14721474轮距后轮距mm14581455前 悬mm770726.9后 悬mm580564.5由表 1 可以看出，1 号标杆车车型与标杆车测量值相比整车基本参数有一些变化，但变化不大。根据既定的整车设计方案，与标杆车相比，1 号标杆车整车 2 质量参数的变化主要集中在动力总成换装和车身外造型变化引起的质量变化。因此，1 号标杆车整车质量参数可通过在标杆车质量基础上，考虑设计变化引起的质量变化，通过计算得出。表 3-2 所示为通过试验得到的标杆车质量参数，表 3-3 所示为通过试验得到的标杆车质心位置。下面的计算中将根据这些数据对 1 号标杆车车型的质量参数进行估

5、算。表 3-2 标杆车质量参数试验数据质量（kg）百分比（%）空载时前轴荷64260.4空载时后轴荷42139.6整车整备质量1063半载时前轴荷73056.5半载时后轴荷56343.5半载整车质量1293满载时前轴荷75552.3满载时后轴荷68847.7满载整车质量1443表 3-3 标杆车质心位置试验数据空载半载满载质心距前轴水平距离（mm）97410711173质心横向坐标（mm）364质心离地高度（mm）4695135054.空载质量参数及质心水平位置计算空载质量参数及质心水平位置计算4.1.空载质量参数空载质量参数计算计算4.1.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G1

6、5 发动机）空载质量参数发动机）空载质量参数1 号标杆车车型除动力总成外，底盘布置与标杆车基本一致，变化主要表现在动力总成换装引起的质量变化，原车动力总成质量为 137kg，选型发动机 3 GW4G15 动力总成的质量为 145kg，这部分的质量增量为=1451378（kg） 。Em从外形尺寸看，1 号标杆车整车加长了 58.6mm，前悬加长 43.1mm，后悬加长 15.5mm，轴距与标杆车相同，车身内板结构基本不变，只是车身外造型发生变化，结构局部优化。经过分析，附件、白车身、内外饰和底盘更改部分的重量增加取为10kg，均匀分布于车身全长上。Bm综合上述因素，1 号标杆车车型的整车整备质量

7、为：+1063+8+100mym0EmBm 1081（kg）其中： 标杆车的整备质量。ym04.1.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）空载质量参数发动机）空载质量参数2 号标杆车车型除动力总成不同外，其他与 1 号标杆车车型完全一致。选型发动机 GW4G13 动力总成的质量为 142kg，质量增量为=1421375（kg） ，Em2 号标杆车车型的整车整备质量为：+1063+5+100mym0EmBm 1078（kg）4.2.空载前后轴荷计算空载前后轴荷计算4.2.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）空载前后轴荷发动机）空载前后轴荷整车

8、质量的变化，引起 1 号标杆车车型前后轴荷的变化。此外在 1 号标杆车整车总布置中，动力总成位置相对于标杆车动力总成位置不变（按发动机曲轴中心线进行比较） 。根据以上分析，为计算 1 号标杆车车型空载前后载荷，可以画出 1 号标杆车车型空载状态下的受力图如图 1 所示。由于为标杆车空载所受重力，其中已包含原动力总成重量，为综合考虑yG0动力总成质量增加、动力总成位置移动两方面因素引起的轴荷变化，在图 1 中，先在标杆车动力总成位置上施加一个方向向上、大小为标杆车重量相反的力（相 4 当于减去标杆车动力总成重量） ，再在新位置施加新动力总成重力，1 号标杆车车型在这些力的作用下保持平衡。图 1

9、1 号标杆车整车空载轴荷计算用图根据受力平衡，将这些力对后轴取矩，可得前轴所受地面作用力即前轴载荷，从而可以求得后轴载荷。相关公式如下10FLbGbGbGbGEyEyBBEEyy020F0G10FEyGEG10FF1020Fy0GBG 5 说明：1 号标杆车发动机质心到前轴的水平距离是 170mm（相对与标杆车发动机位置不变） ，标杆车发动机质心（计算时估计质心在曲轴中心线）到前轴的水平距离是 170mm。空载前轴载荷 656（kgf）10F24602630137132510263014514861063空载后轴载荷1081656=425（kgf）20F0G10F空载时前轴载荷比例100%10

10、0%60.7%010GF1081656空载时后轴载荷比例100%=160.7%=39.3%020GF4.2.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）空载前后轴荷发动机）空载前后轴荷其中：F101 号标杆车空载前轴载荷，kgf；待计算F201 号标杆车空载后轴载荷，kgf；待计算0G1 号标杆车空载总重，kgf；1081L1 号标杆车轴距，mm；2460y0G标杆车空载总重，kgf；1063yb作用点至后轴的水平距离，mm；yG02460-974=1486BG更改部分增重，kgf10Bb更改部分增重作用点到后轴的水平距离 ,mm3810/2-580=1325EG1 号标杆

11、车动力总成重量，kgf；145Eb作用点至后轴的水平距离，mm；EG170+2460=2630EyG标杆车动力总成重量，kgf；137Eyb作用点至后轴的水平距离，mm。EyG2460+170=2630 6 2 号标杆车车型发动机质心到前轴的水平距离是 170mm（相对与标杆车发动机位置不变） ，2 号标杆车车型前后载荷的计算方法同 1 号标杆车车型。空载前轴载荷 653（kgf）10F24602630137132510263014214861063空载后轴载荷1078653=425（kgf）20F0G10F空载时前轴载荷比例100%100%60.6%010GF1078653空载时后轴载荷比例

12、100%=160.6%=39.4%020GF4.3.空载质心位置计算空载质心位置计算4.3.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）空载质心位置发动机）空载质心位置下面根据前后轴荷计算 1 号标杆车车型空载时质心在 X 方向的位置。图 2 所示为 1 号标杆车空载时的受力图，其中为质心距前轴中心线的水平0a距离，为质心距后轴中心线的水平距离。0b0G10F20F0a0b 7 图 2 1 号标杆车整车空载受力图图 2 中，汽车在水平路面上受力平衡。根据力矩平衡原理可得质心至前轴的水平距离为=967(mm)0a020GLF 10812460425质心距后轴中心线的水平距离为

13、24609671493(mm)0bL0a4.3.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）空载质心位置发动机）空载质心位置2 号标杆车车型空载质心位置的计算方法同 1 号标杆车车型质心至前轴的水平距离为=970(mm)0a020GLF 10782460425质心距后轴中心线的水平距离为24609701490(mm)0bL0a5.半载质量参数及质心水平位置计算半载质量参数及质心水平位置计算5.1.半载质量参数计算半载质量参数计算5.1.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）半载质量参数发动机）半载质量参数根据已经确定的 1 号标杆车车型的空载质量，

14、可以计算出其半载时的总质量。+(+)3mm0mpmbm 1081（68+7）3 1306（kg）其中1 号标杆车车型整备质量，1081kg；0m人体标准质量，按 68kg 计算；pm每个人的随身物品质量，按 7kg 计算。bm 8 5.1.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）半载质量参数发动机）半载质量参数2 号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）的整备质量为 1078kg，可以计算半载时的总质量为：+(+)3mm0mpmbm 1078（68+7）3 1303（kg）5.2.半载前后轴荷计算半载前后轴荷计算5.2.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G

15、15 发动机）半载前后轴荷发动机）半载前后轴荷图 3 是 1 号标杆车车型半载轴荷计算用图。图 3 1 号标杆车车型半载轴荷计算用图1 号标杆车车型在上述力的作用下保持平衡。根据力矩平衡原理，对前轴与地面接地点取矩，可得前、后轴荷为=m2FLaGaGaGaGbb2p2p1p1p00m1FmGm2F其中：mF11 号标杆车半载前轴载荷，kgf；待计算mF21 号标杆车半载后轴载荷，kgf；待计算mG1 号标杆车半载总重，kgf；1306L1 号标杆车轴距，mm；24600G1pG2pGbGm1Fm2F 9 1pG前排人体重量，kgf；1361pa前排重量作用点至前轴的水平距离，mm；1pG118

16、1.52pG后排人体重量，kgf；682pa后排重量作用点至前轴的水平距离，mm；2pG1989.7bG随身行李重量，kgf；21ba随身行李重量作用点至前轴的水平距离，bGmm。2596根据 1 号标杆车车型总布置结果，前排人体最后 H 点的 X 坐标为 1281.5 mm，前移 100mm 得1181.5mm；后排座椅 H 点的 X 坐标为 2039.7 mm，前1pa移 50mm 得1989.7mm；后备箱行李重量作用点距前轴水平距离为2pa2596mm。半载时后轴载荷567（kgf）m2F24602596211989.7681181.51369671081半载时前轴轴荷为=130656

17、7=739（kgf）m1FmGmF2可算出半载前轴轴荷百分比为100%=100%=56.6%mm1GF1306739半载后轴轴荷百分比为100%=156.6%=43.4%mm2GF5.2.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）半载前后轴荷发动机）半载前后轴荷GW4G13 发动机除了比 GW4G15 发动机轻 3kg 外，其余与 GW4G15 发动机完全一致，计算方法同 1 号标杆车车型。半载后轴载荷 568（kgf）m2F24602596211989.7681181.51369701078半载时前轴轴荷为=1303568=735（kgf）m1FmGmF2 10 可算出

18、半载前轴轴荷百分比为100%=100%=56.4%mm1GF1303735半载后轴轴荷百分比为100%=156.4%=43.6%mm2GF5.3.半载质心位置计算半载质心位置计算5.3.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）半载质心位置发动机）半载质心位置下面根据前后轴荷计算 1 号标杆车车型半载时质心在 X 方向的位置。图 4 是半载时受力图，其中为质心距前轴中心线的水平距离，为质心mamb距后轴中心线的水平距离。此时，汽车在水平路面上受力平衡。根据力矩平衡原理可得质心至前轴的水平距离为=1068(mm)mammGFL213062460567质心距后轴中心线的水平距

19、离为=24601068=1392 (mm)mbLma图 4 1 号标杆车整车半载受力图5.3.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）半载质心位置发动机）半载质心位置mGm1Fm2Fmamb 11 2 号标杆车车型半载质心位置的计算方法同 1 号标杆车车型。质心至前轴的水平距离为=1072(mm)mammGFL213032460568质心距后轴中心线的水平距离为=24601072=1388 (mm)mbLma6.满载质量参数及质心水平位置计算满载质量参数及质心水平位置计算6.1. 满载质量参数满载质量参数计算计算6.1.1. 1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4

20、G15 发动机）满载质量参数发动机）满载质量参数根据已经确定的 1 号标杆车车型的空载质量，可以计算出其满载时的总质量。+(+)5mm0mpmbm 1081（68+7）5 1456（kg）其中1 号标杆车车型整备质量，1081kg；0m人体标准质量，按 68kg 计算；pm每个人的随身物品质量，按 7kg 计算。bm6.1.2. 2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）满载质量参数发动机）满载质量参数根据已经确定的 2 号标杆车车型的整备质量，可以计算出其满载时的总质量。+(+)5mm0mpmbm 1078（68+7）5 1453（kg）6.2.满载前后轴荷计算满载前后轴荷

21、计算6.2.1. 1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）满载前后轴荷发动机）满载前后轴荷图 5 是 1 号标杆车车型满载轴荷计算用图。 12 图 5 1 号标杆车车型满载轴荷计算用图1 号标杆车车型在上述力的作用下保持平衡。根据力矩平衡原理，对前轴与地面接地点取矩，可得前、后轴荷为=m2FLaGaGaGaGbb2p2p1p1p00m1FmGm2F其中：mF11 号标杆车满载前轴载荷，kgf；待计算mF21 号标杆车满载后轴载荷，kgf；待计算mG1 号标杆车满载总重，kgf；1456L1 号标杆车轴距，mm；24601pG前排人体重量，kgf；1361pa前排重量作用点至

22、前轴的水平距离，mm；1pG1181.52pG后排人体重量，kgf；2042pa后排重量作用点至前轴的水平距离，mm；2pG1989.7bG随身行李重量，kgf；35ba随身行李重量作用点至前轴的水平距离，bGmm。2596根据 1 号标杆车车型总布置结果，前排人体最后 H 点的 X 坐标为 1281.5 mm，前移 100mm 得1181.5mm；后排座椅 H 点的 X 坐标为 2039.7 mm，前1pa移 50mm 得1989.7mm；后备箱行李重量作用点距前轴水平距离为2pa2596mm。0G1pG2pGbGm1Fm2F 13 满载时后轴载荷692（kgf）m2F24602596351

23、989.72041181.51369671081满载时前轴轴荷为=1456692=764（kgf）m1FmGmF2可算出满载前轴轴荷百分比为100%=100%=52.5%mm1GF1456764满载后轴轴荷百分比为100%=152.5%=47.5%mm2GF6.2.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）满载前后轴荷发动机）满载前后轴荷计算方法同 1 号标杆车车型，满载后轴载荷 692（kgf）m2F24602596351989.72041181.51369701078满载时前轴轴荷为=1453692=761（kgf）m1FmGmF2可算出满载前轴轴荷百分比为100%=

24、100%=52.4%mm1GF1453761满载后轴轴荷百分比为100%=152.4%=47.6%mm2GF6.3.满载质心水平位置计算满载质心水平位置计算6.3.1.1 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G15 发动机）满载质心水平位置发动机）满载质心水平位置下面根据前后轴荷计算 1 号标杆车车型满载时质心在 X 方向的位置。图 6 是满载时受力图，其中为质心距前轴中心线的水平距离，为质心mamb距后轴中心线的水平距离。此时，汽车在水平路面上受力平衡。根据力矩平衡原理可得质心至前轴的水平距离为 14 =1169(mm)mammGFL214562460692质心距后轴中心线的水平距离为=

25、24601169=1291 (mm)mbLma图 6 1 号标杆车整车满载受力图6.3.2.2 号标杆车车型（装号标杆车车型（装 GW4G13 发动机）满载质心位置发动机）满载质心位置2 号标杆车车型满载质心位置的计算方法同 1 号标杆车车型。质心至前轴的水平距离为=1172(mm)mammGFL214532460692质心距后轴中心线的水平距离为=24601172=1288 (mm)mbLma7.1 号标杆车车型最小转弯直径的校核计算号标杆车车型最小转弯直径的校核计算由于 1 号标杆车车型与标杆车的轴距相同，前后悬架及转向系统沿用标杆车，前轮距、后轮距与标杆车接近，如果前轮内外转角相同的话，

26、最小转弯直径应与标杆车变化不大。为估算最小转弯直径，首先确定 1 号标杆车车型的内外轮最大转角。以标杆车为基础，完成前悬架及转向器、转向拉杆三维装配模型。将这些数模导入mGm1Fm2Fmamb 15 ADAMS 软件中，并根据具体结构添加合适的运动副、弹性元件等连接部件，进行前悬架的运动学及转向断开点的分析。转向器的行程为 152mm，将此参数输入到包括转向器、转向拉杆及车轮的机构中，可得 1 号标杆车车型的内外轮（满载时）最大转向角分别为 40.99、34.12。表 5 所示是标杆车转弯直径试验测量值。表 5 标杆车转弯直径最小转弯直径（m）试验值9.618文献 3 推荐一种新的计算方法校核

27、最小转弯直径：如果通过所有 4 个车轮中心的车轮平面垂直线都相交于一点转向中心M，汽车在缓慢行驶时的转弯是精确的。如果后轮不转向，则 2 个前轮的垂线必须与后轮中心连线的延长线相交于 M 点，如下图所示，在车身内外侧的前轮上出现不同的转向角和。根据较大的内侧车轮转向角可以算出外侧车轮的理iAai论值，即所谓的阿克曼角：L/cotcotjiAasvrbj2式中： 为在地面测得的两主销轴线延长线与地面交点的距离，为前轮距，即jvb在负的主销偏移距的情况下，它在式中的运算符号变成加号。sr于是，最小转弯直径公式为：FsAasrLD)sin(2 16 下面根据整车四轮定位参数和整车主要尺寸参数用上面公

28、式校核 1 号标杆车车型的最小转弯直径。其中：L1 号标杆车轴距，m；Aa1 号标杆车前外轮计算转角， ；sr1 号标杆车主销偏移距，m； F转向误差, ；经验因子 0.1m/；vb1 号标杆车前轮距 m；i1 号标杆车前内轮最大转角 ；a1 号标杆车前外轮最大转角 ；L2.460m，1.472m，0.003m，=40.99，34.12vbsria=0.1m/(经验因子) =1.466msv2bjr003. 02472. 11.74670.59591.150846.466/2. 1cot40.99L/ jcotcotiAa 29.79Aa 4.3329.7934.12AaaF476m. 933. 41 . 0)0.003sin29.7946. 2(2)sin(2DSFsAarL 由以上分析可以看出，这种计算方法的估算结果与试验测量值比较接近，符合 1 号标杆车车型最小转弯直径的设计目标值 9.9m。8.轴荷及最小转弯直径计算轴荷及最小转弯直径计算结结果汇总果汇总表 8、表 9 为 1 号标杆车、2 号标杆车车型质量参数、质心位置及最小转弯直径计算结果汇总。标杆车的相关数据也列出以便对比。表 8 1 号标杆车、2 号标杆车车型质量参数及质心位置质量前轴荷(kg)前轴荷百分比%后轴荷(kg)后轴荷 百分比%质心距前轴中心(mm)质心距后轴中心质心横向坐标质心离地高