[发明专利]商用车驾驶室质心与转动惯量测量修正方法

摘要

本发明公开了一种商用车驾驶室质心与转动惯量测量修正方法，首先用分离公式(1)～(3)得出驾驶室质量m_R，以及K&C坐标系下质心的坐标(X_R,Y_R,Z_R)和转动惯量J_R；然后根据驾驶室上至少3个特征点，在安装位置K&C坐标系下的坐标值和设计位置整车坐标系下的坐标值，判断安装位置相对设计位置属于那种错位情况，进而使用平移和旋转转换公式(4)～(11)计算修正后的质心坐标(X_R＇，Y_R＇,Z_R＇)以及质心处的转动惯量J_R＇；改进算法解决了已有算法存在的坐标系转换以及安装错位造成的结果差异的问题，更加符合隔振分析的工程需要。

主权项

1.一种商用车驾驶室质心与转动惯量测量修正方法，包括以下步骤：第一步：利用乘用车双轴K&C试验台具有的整车质心和转动惯量测量功能，测量驾驶室和安装支架固定在一起的，基于K&C试验台坐标系下，安装支架与驾驶室固定在一起时的总质量m_T，在安装位置下的质心位置坐标(X_T,Y_T,Z_T)以及转动惯量J_T；第二步：拆除驾驶室，单独测量安装支架基于K&C试验台坐标系下，安装支架的质量m_S，在安装位置下的质心位置坐标(X_S,Y_S,Z_S)以及转动惯量J_S；第三步：利用公式(1)—公式(3)分离得出驾驶室质量m_R,以及K&C坐标系下质心的坐标(X_R,Y_R,Z_R)和转动惯量J_R；定义m_T为安装支架与驾驶室固定在一起时的总质量，J_T为安装支架与驾驶室固定在一起时相对于其质心的转动惯量，点T是安装支架与驾驶室固定在一起时的质心，其在O‑XYZ坐标系下的坐标值为(X_T,Y_T,Z_T)；m_S为安装支架的质量，J_S为安装支架相对于其质心的转动惯量，点S为安装支架的质心，其在O‑XYZ坐标系下的坐标值为(X_S,Y_S,Z_S)；则驾驶室的质量为：m_R＝m_T‑m_S    (1)根据杠杆原理，得到驾驶室基于K&C试验台坐标系下的质心坐标为：根据平行轴定理，得到驾驶室基于K&C试验台坐标系下转动惯量为：式中：其特征在于：由于公式(2)和公式(3)所得到的驾驶室质心坐标和质心处转动惯量，都是在安装状态下基于O‑XYZ坐标系的值，而驾驶室隔振计算是在整车坐标系下；根据两个坐标系的定义，O‑XYZ坐标系为K&C坐标系，则O＇‑X＇Y＇Z＇为整车坐标系，两坐标系Z轴方向相同，X,Y轴方向相反，原点不同，另外驾驶室测量时的安装位置与隔振分析的设计位置难免会出现错位，因此需要对式(2)和式(3)得到的质心坐标和转动惯量值按照以下步骤进行坐标系和空间位置修正计算；第四步：分别测量驾驶室上至少三个特征点，在安装位置K&C坐标系下的坐标值和设计位置整车坐标系下的坐标值，分别判断安装位置相对设计位置属于平行还是非平行错位情况；a、驾驶室安装位置相对设计位置属于平行错位的修正：驾驶室安装位置相对设计位置不需空间旋转就保持平行或重合，即3个特征点在任一坐标系下，对应两点的距离相同，且O‑XYZ坐标系与O＇‑X＇Y＇Z＇坐标系对应轴平行，则质心R＇点坐标值只需要做平移转换即可，根据坐标系的定义，任意取特征点1的坐标值，就可得出平移值，具体公式为：式中，(X_R，Y_R，Z_R)由公式(2)得到，(X₁，Y₁，Z₁)通过测量驾驶室上特征点1在安装位置下基于K&C坐标系的坐标值得到；(X₁＇，Y₁＇，Z₁＇)通过测量驾驶室CAD数模在整车坐标系下的坐标值得到；此时质心处转动惯量的修正，也只考虑两坐标系X，Y轴方向相反造成的差异，即对轴z和x以及对轴y和z两个惯量积数值相反，其它相同：b、驾驶室安装位置相对设计位置属于非平行错位的修正：驾驶室安装位置相对设计位置需要空间旋转才能保持平行或重合，非平行错位分为俯仰、侧倾、横摆以及复合错位4种状态，表现为3个特征点在任一坐标系下，对应两点的距离不相同，且O‑XYZ坐标轴与O＇‑X＇Y＇Z＇坐标系对应轴不平行；设定OL轴驾驶室整车坐标系Z＇轴，β，γ，α则是OL轴分别与O‑XYZ坐标系X、Y、Z轴夹角，当γ＝180°且α≠0时，为俯仰状态；当夹角β＝180°且α≠0时，驾驶室为侧倾状态；α＝0，其它轴夹角不为0时，为横摆状态；以上都不满足，则为复合错位状态；根据任一特征点到质心的距离在不同坐标系下距离不变的原则，进行质心的坐标值转换，此时质心R＇点在整车坐标系下的坐标值由式(6)计算得到，式中：(X_R，Y_R，Z_R)由公式(2)得到，(X₁，Y₁，Z₁)、(X₂，Y₂，Z₂)和(X₃，Y₃，Z₃)通过使用三维扫描设备，测量驾驶室上三个特征点，在安装位置下基于K&C坐标系的坐标值得到；(X₁＇，Y₁＇，Z₁＇)、(X₂＇，Y₂＇，Z₂＇)和(X₃＇，Y₃＇，Z₃＇)则根据驾驶室上对应三个特征点，在设计位置下基于整车坐标系的坐标值得到；质心处转动惯量的修正涉及到转动惯量的旋转变换，根据刚体转动惯量对旋转坐标系的莫尔圆法，对于非平行错位为俯仰的状态，得到如下质心处惯量转换公式(7):式中：J_RXX,J_RYY,J_RZZ,J_RXY,J_RXZ,J_RYZ分别为由公式(3)分离得出的驾驶室转动惯量值；α为整车坐标系O＇Z＇轴与O‑XYZ坐标系OZ轴的夹角，即驾驶室安装的俯仰角；α可以通过驾驶室前后两个特征点，分别在安装位置下和设计位置下，通过平移使得两坐标系原点重合后，由等腰三角形已知三边的长求顶角角度公式，即顶角＝2arcsin(底边长/2腰长)计算而得；对于非平行错位为侧倾的状态，同理得到如下质心处惯量转换公式(8)：式中：J_RXX,J_RYY,J_RZZ,J_RXY,J_RXZ,J_RYZ分别为由公式(3)分离得出的驾驶室转动惯量值；γ为整车坐标系O＇Y＇轴与O‑XYZ坐标系OY轴的夹角，即为驾驶室安装的侧倾角；γ可以通过驾驶室左右两个特征点，分别在安装位置下和设计位置下，通过平移使得两坐标系原点重合后，由等腰三角形已知三边的长求顶角角度公式，即顶角＝2arcsin(底边长/2腰长)计算而得；对于非平行错位为横摆的状态，得到质心处的转动惯量公式(9)：式中：J_RXX,J_RYY,J_RZZ,J_RXY,J_RXZ,J_RYZ分别为由公式(3)分离得出的驾驶室转动惯量值；β为整车坐标系O＇X＇轴与O‑XYZ坐标系OX轴的夹角，即为驾驶室安装的横摆角，β可以通过驾驶室前后两个特征点，分别在安装位置下和设计位置下，通过平移使得两坐标系原点重合后，由等腰三角形已知三边的长求顶角角度公式，即顶角＝2arcsin(底边长/2腰长)计算而得；对于非平行错位为复合错位的状态，此时则需要根据刚体对任意轴转动惯量的转换公式以及新坐标系与原坐标系对应轴的夹角，得出新坐标系各轴的转动惯量；同样，当任意轴OL为驾驶室整车坐标系Z＇轴，β,γ,α分别是Z＇轴与O‑XYZ坐标系X，Y，Z轴的夹角，由刚体对任意轴转动惯量的转换公式得到Z＇轴转动惯量公式为(10)：以此类推，可得到非平行错位为复合错位的状态时，驾驶室转动惯量和惯量积计算公式为(11)：式中:J_RXX,J_RYY,J_RZZ,J_RXY,J_RXZ,J_RYZ分别为公式(3)分离得出的驾驶室转动惯量值；T₁、U₁、V₁；T₂、U₂、V₂和T₃、U₃、V₃分别是整车坐标系O＇X＇、O＇Y＇、O＇Z＇轴与K&C坐标系OX、OY、OZ轴的夹角。