Как определить центр тяжести грузовика: How To Measure a Vehicle’s Center-of-Gravity Height

От члена NTEA
Я собираю грузовик, и мне нужно определить, находится ли его центр тяжести в пределах, установленных OEM. Как мне выполнить эти расчеты?

Трехмерное расположение центра тяжести транспортного средства (ЦТ) определяет, как вес распределяется в каждом измерении. Например, горизонтальное положение будет определять, какая часть общего веса будет приходиться на переднюю и заднюю оси, тогда как поперечное положение будет определять любое смещение веса из стороны в сторону на всех осях. Наряду с вертикальным положением центра тяжести эта физическая характеристика влияет на динамические характеристики, торможение и управляемость автомобиля, поэтому OEM-производители устанавливают предельные размеры, чтобы гарантировать соответствие транспортных средств различным федеральным/канадским стандартам безопасности транспортных средств (F/CMVSS) и другим требованиям к характеристикам.

OEM-производители имеют различные ограничения для допустимых размеров центра тяжести, с которыми производители многоступенчатых систем должны сравнивать свои расчетные значения. Вертикальное положение ЦТ готового транспортного средства является обычно публикуемым пределом, обычно относительно земли или иногда верхней части рамы шасси. На легковых автомобилях могут быть дополнительные вертикальные ограничения только для комбинированного кузова и добавленного оборудования CG, которые влияют на аварийные характеристики различных F/CMVSS.

Несмотря на то, что физика расчета ЦТ автомобиля одинакова, важно сначала просмотреть неполный документ OEM-производителя шасси (IVD). Эти документы являются основой для определения соответствия транспортного средства действующему F/CMVSS, поэтому рекомендации, которые они предоставляют, будут специфичными для создаваемого вами транспортного средства и основаны на собственных испытаниях/разработках/анализе OEM-производителя на соответствие различным стандартам безопасности и выбросов.

OEM-производители могут использовать свои собственные формулы для этих расчетов. Хотя расчеты центра тяжести являются частью общего анализа веса, руководство OEM может требовать расчета только одного или двух размеров центра тяжести. Например, сохранение фактической массы в пределах номинальной полной массы транспортного средства (GVWR) является важным начальным шагом в определении пригодности шасси для конкретного применения, которое не требует расчета координат центра тяжести. Или OEM-производитель может указать ограничение только для вертикального компонента ЦТ, чтобы сравнить его с установленным ограничением тормозной системы. Другие OEM-расчеты могут включать допустимый диапазон вертикального положения ЦТ готового транспортного средства в зависимости от горизонтального положения.

Дополнительные указания могут содержаться в информации производителей кузовов OEM-производителей, поэтому обязательно ознакомьтесь с этими материалами вместе с соответствующим IVD шасси для получения конкретных ссылок. Например, готовые автомобили, такие как пикапы, не поставляются с IVD, но производители по-прежнему руководствуются теми же соображениями в отношении соответствия требованиям F/CMVSS при снятии коробки и других операциях с измененной ступенью. Рекомендации по снятию коробки звукоснимателя часто имеют те же критерии, что и неполная версия тех же звукоснимателей, предлагаемая OEM-производителем с удалением коробки звукоснимателя.

Помните, что определение положения ЦТ транспортного средства само по себе не является целью этих расчетов, а является частью общего анализа веса для F/CMVSS и соответствия требованиям по выбросам, ограничений веса моста, соображений буксировки и базовой пригодности шасси для применения.

Найдите инструменты калькулятора центра тяжести и веса по адресу ntea.com/weightcalculator .

Как рассчитать положение центра тяжести – Как отрегулировать и настроить подвеску Секреты

Определение положения вашего центра тяжести (которое в этом посте также называется ЦТ) очень важно, если вы хотите начать понимать, как ведет себя ваш автомобиль и почему он ведет себя так, а не иначе. Определение положения центра тяжести — это первый шаг в определении того, почему ваш автомобиль так сильно кренится, а также помогает рассчитать момент крена. Это также один из этапов, необходимых, если вы хотите рассчитать оптимальную жесткость пружины для своего гоночного автомобиля. Ниже приведен метод, используемый для расчета статического положения центра тяжести вашего автомобиля.

Необходимое оборудование

Для точного определения положения центра тяжести вам потребуется следующее оборудование:

• Набор угловых грузов
• Рулетка
• Гидравлический домкрат или подъемное оборудование

Перед началом работы

Чтобы получить точный результат, перед началом работы необходимо выполнить следующие шаги:

• Подготовьте жесткие металлические блокировочные стержни, которые эффективно заблокируют передние амортизаторы. Они потребуются позже.
• Убедитесь, что все жидкости заполнены
• Масса места водителя, эквивалентная массе водителя
• Отсоединить стабилизатор поперечной устойчивости

Элементы для измерения

Есть несколько параметров, которые необходимо измерить либо с помощью рулетки, либо с помощью угловых грузов, чтобы рассчитать положение центра тяжести.

В приведенной ниже таблице показаны все элементы, которые необходимо измерить, и ее можно использовать для отслеживания измерений, которые будут использоваться в уравнениях ниже.

Прежде чем продолжить, вы должны убедиться, что все ваши высоты дорожного просвета установлены на желаемые значения и не будут изменены после этого расчета. Кроме того, аналогично тому, как вы утяжеляете свой автомобиль в повороте, стабилизаторы поперечной устойчивости должны быть отсоединены из стороны в сторону, чтобы устранить любое статическое кручение из системы подвески.

Этап измерения

Первыми измерениями, которые нужно снять с автомобиля, являются ширина колеи и колесная база. Самый простой способ измерить это — провести рулеткой от центра переднего колеса вниз по боку автомобиля к центру заднего колеса. Это даст вам колесную базу. Запишите это в таблице выше в метрах. Далее измерьте ширину дорожки. Для этого проведите рулетку от центра шины спереди по ширине автомобиля к центру шины с другой стороны автомобиля. Если ваши передние колеса расставлены шире, чем задние, или наоборот, запишите ширину передней и задней колеи в приведенную выше таблицу.

Когда эти измерения завершены и записаны в таблицу, пришло время измерить некоторые веса.

Поставьте автомобиль на угловые весы, убедившись, что давление во всех шинах установлено на то, которое вы будете использовать на треке. Кроме того, убедитесь, что все остальные проверки настройки выполнены, как указано в статье «Как утяжелить автомобиль на поворотах». Это обеспечит точное измерение.

Угловые грузики точно покажут 5 вещей:

• Масса переднего правого колеса
• Передняя левая масса
• Масса задняя правая
• Масса задняя левая
• Общая масса

Снимите эти показания с весов и поместите их в приведенную выше таблицу, убедившись, что масса измеряется в кг. Если нет, то перед вводом данных в таблицу переведите свои показания в кг.

Некоторые весы также рассчитывают процентное соотношение массы спереди и сзади и процентное соотношение массы слева направо. Если это так, то поместите переднюю процентную массу в приведенную выше таблицу в процентах и ​​поместите левую процентную массу в приведенную выше таблицу в процентах.

Если ваши весы не имеют возможности расчета процентного деления и показывают только массу на каждом углу, можно предпринять следующие шаги, чтобы получить требуемые процентные значения.

Чтобы было проще, ниже приведены некоторые примеры цифр для одноместного гоночного автомобиля:

• Передняя правая масса = 92 кг
• Передняя левая масса = 88 кг
• Масса заднего левого колеса = 123 кг
• Масса заднего правого колеса = 122 кг
• Общая масса автомобиля = 425 кг

Используя эти цифры, мы можем определить, что:

• Общая передняя масса = 180 кг
• Общая масса задней части = 245 кг
• Общая масса левой руки = 211 кг
• Общая правая масса = 214 кг

Расчет положения центра тяжести спереди назад и сбоку

Теперь нам нужно рассчитать процент веса передней и левой части. Поэтому нам нужно выбрать нашу общую переднюю массу и нашу общую массу и подставить числа в следующее уравнение:

Следовательно:

Теперь для левого процентного разделения нам потребуется общая левая масса и общая масса транспортного средства, которые будут использоваться аналогичным образом в следующем уравнении:

Следовательно:

9001 3

Теперь эти цифры можно поместить в приведенную выше таблицу.

Следующим этапом определения положения центра тяжести спереди назад и слева направо является использование ранее записанных измерений ширины колеи и колесной базы. Неважно, какое значение ширины колеи используется для этого, поэтому мы будем использовать измерение ширины передней колеи.

Для целей будущих расчетов в приведенной ниже таблице будут использованы примерные цифры, взятые из одноместного гоночного автомобиля, чтобы сделать рабочие примеры, чтобы показать, как использовать уравнения и суммы.

Чтобы рассчитать положение центра тяжести слева направо, мы можем использовать следующее уравнение, используя измерение ширины гусеницы и процентное содержание левой массы:

Следовательно:

Теперь нам нужно определить центральную линию. оси, разделив ширину колеи на 2:

Теперь мы можем вычесть наш первый результат из приведенного выше результата, чтобы получить расстояние центра тяжести от центральной линии:

Следовательно:

Если ответ положительный, это означает, что центр тяжести смещен на указанную величину в сторону правого колеса. Если значение отрицательное, это говорит вам, что COG смещен от центра на эту величину в сторону левого колеса. Следовательно, в этом примере ЦТ смещен от центра на 5,2 мм в сторону правого колеса.

Далее нам нужно найти положение центра тяжести спереди назад. Это делается аналогично предыдущему, но вместо этого используется колесная база и процент передней массы.

Следовательно:

Теперь нам нужно найти центральную линию автомобиля, разделив колесную базу на 2.

центральная линия автомобиля ЦТ располагается спереди назад:

Следовательно:

Если ответ положительный, это означает, что ЦТ смещен на указанную величину по направлению к задним колесам. Если ответ отрицательный, это означает, что положение ЦТ смещено от центра на указанную величину по направлению к передним колесам. В этом случае положение центра тяжести смещено от центра на 203 мм по направлению к задним колесам.

На приведенной ниже диаграмме вида сверху показано текущее положение центра тяжести автомобиля.

Расчет высоты положения ЦТ

Расчет высоты положения ЦТ очень важен, если вы хотите понять характеристики крена вашего автомобиля и если вы хотите рассчитать идеальные жесткости пружин.

Когда автомобиль все еще находится на угловых весах, заднюю часть автомобиля необходимо приподнять на определенную величину, чтобы в идеале автомобиль находился под углом от 15 до 20 градусов от горизонтали, а передние колеса все еще находились на весах. .

Чтобы поднять заднюю часть автомобиля на правильную величину, нам нужно использовать математический принцип под названием СОХКАТОА. Мы будем использовать часть SOH, которая означает Sin (угол), противоположную длину и длину гипотенузы. Длина гипотенузы равна длине колесной базы. Для этого примера мы будем использовать угловую фигуру 18 градусов, так как она находится в середине нашего идеального диапазона. Угол, используемый для функции Sin, равен 18 градусам.

Чтобы рассчитать, насколько высоко вам нужно поднять заднюю часть автомобиля, можно использовать следующее уравнение:

Следовательно, в нашем примере:

Это показывает, что нам нужно поднять заднюю часть автомобиля на 81,9 см по вертикали, чтобы получить правильный угол. Эта цифра будет меняться в зависимости от величины колесной базы, которую вы измерили для своего конкретного автомобиля.

Самый простой способ сделать это точно — вставить блокировочные стержни в передние амортизаторы, чтобы предотвратить их сжатие при поднятии задних. Также увеличьте давление в передней шине, чтобы исключить из измерений изгиб боковины. Затем установите домкрат между обоими задними колесами на подрамник или дифференциал в центре автомобиля. Поднимите гидравлический домкрат до тех пор, пока он не коснется подрамника, но до того, как он начнет поднимать автомобиль. Измерьте высоту головки домкрата от пола. Теперь поддомкратьте автомобиль вверх, пока головка домкрата не станет на 81,9.см выше, чем когда он просто соприкасался с подрамником. Для достижения такого высокого уровня подъема требуется домкрат с большой высотой подъема. Если у вас есть обычный домкрат, вам, возможно, придется поднимать автомобиль поэтапно, чтобы достичь этой высоты, поднимая его до максимального хода, устанавливая автомобиль на осевые опоры, затем подкладывая дерево между домкратом и автомобилем и снова поднимая его до тех пор, пока высота достигнута. На изображении выше используется пандус для достижения подъема, необходимого для точного измерения. Если вы выберете аналогичный метод, позаботьтесь о том, чтобы задняя ось была надежно закреплена на рампе. Если вам трудно достичь высоты, используйте 15 градусов в нижней части диапазона, что потребует меньшей подъемной силы.

Что делать, если я не могу поднять свой автомобиль на такую ​​высоту

Если вы не можете поднять свой автомобиль достаточно высоко, чтобы поднять его под углом 15 градусов, тогда можно использовать меньшую высоту и угол, но это будет меньше точнее, чем если бы вы находились в диапазоне от 15 до 20 градусов. Однако, если вы не можете подняться на такую ​​высоту, это все равно даст вам близкое приближение к высоте вашего центра тяжести.

Абсолютный минимум, на который вы должны поднять свой автомобиль, составляет 26 см. Все, что меньше этого, приведет к неточному результату. Поэтому лучше всего поднять автомобиль как можно выше и принять во внимание поднятую вертикальную высоту. Теперь можно использовать следующие уравнения для получения значения «Tan θ», которое нам понадобится для расчета высоты центра тяжести позже.

Сначала нам нужно вычислить прилегающую длину под автомобилем для поднятой высоты по теореме Пифагора.

Где:

• WB = Колесная база (м)
• Z = Вертикальная высота с поднятой задней частью (м)

Теперь с этим значением мы можем использовать его, чтобы получить значение «Tan θ» для нашего основного уравнения ниже. Используя SOHCATOA, мы можем определить, что:

Где:

• Z = вертикальная высота в поднятом положении сзади (м)
• Adj = Прилегающая длина, рассчитанная по приведенному выше уравнению (м)

Число для «Tan θ» будет десятичным числом. Это можно сохранить и полностью вставить в основное уравнение ниже вместо «Tan θ». После завершения этого раздела мы можем снова присоединиться к исходной процедуре.

Уравнение

Когда автомобиль находится в этом положении, обратите внимание на массу, которая теперь находится на передних колесах, на угловых весах. Сложите две цифры вместе, чтобы получить общую переднюю массу на весах. В этом примере общая передняя масса с поднятой задней частью составила 188 кг.

Таким образом, наша передняя поднятая масса равна:

Теперь нам просто нужно вычесть это значение из нашего ранее измеренного значения общей массы передней оси, чтобы получить изменение массы передней оси:

Следовательно:

Передняя изменение массы оси может быть как отрицательным, так и положительным значением. Неважно, отрицательное оно или положительное, его просто нужно записать как значение.

Теперь все эти значения можно записать в предыдущую таблицу для заключительного этапа расчетов. Обновленную таблицу примеров можно увидеть ниже:

Теперь, когда приведенная выше таблица заполнена, мы можем вставить наши цифры в одно окончательное уравнение, которое покажет нам вертикальную высоту над нашими осями положения центра тяжести. Уравнение:

Следовательно:

Это значение высоты представляет собой высоту положения ЦТ над высотой оси. Чтобы получить высоту от земли, необходимо выполнить одно последнее измерение. Поставив машину на все четыре колеса, измерьте диаметр передних шин. Если у вас передние колеса или шины разного размера, возьмите среднее значение. Однако в большинстве случаев передние колеса будут иметь одинаковый диаметр. Получив диаметр, разделите его на 2, чтобы получить радиус передней шины. Это значение радиуса является высотой передней оси. В случае одноместного автомобиля радиус переднего колеса составляет 0,24 м. Это значение просто добавляется к ранее рассчитанной высоте, чтобы получить высоту положения ЦТ над уровнем земли для автомобиля.

Следовательно:

Эта высота является окончательной цифрой, необходимой для точного определения положения центра тяжести вашего автомобиля. На приведенных ниже диаграммах показано положение центра тяжести примера автомобиля при виде сверху, сбоку и спереди.