5.2 整车质量参数的估算

（1）整车整备质量m₀

整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、冷却液，但没有装货和载人时的整车质量。

整车整备质量对汽车的成本和使用经济性均有影响。目前，尽可能减少整车整备质量的目的，是通过减轻整备质量增加装载量或载客量；抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加；节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有：采用强度足够的轻质材料，新设计的车型应使其结构更合理。减少整车整备质量，是从事汽车设计工作中必须遵守的一项重要原则。

早期整车整备质量在设计阶段需估算确定，现在已建立了大型数据库。在日常工作中，收集大量同类型汽车各总成、部件和整车的有关质量数据，结合新车设计的结构特点、工艺水平等均能计算出各总成、部件的比较精确的质量，再累计构成整车整备质量。

主要考虑：既要先进性，又要有可行性。在总体设计阶段，需要预先估计出整备质量，其方法如下：

①对同样级别的样车和各个部件的质量进行测试及计算，以此为参考，进行估算。

②无样车时，应先考虑国内外同类级别汽车的数据，为新车选择一个适当的质量利用系数，再按所要求的装载质量算出整备质量。

③总质量：指装备齐全、按规定装满乘员和货物的整车质量（驾驶人按65kg/人）。

在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数（包括空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等）进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。

各总成质量M_i可通过样件实测得到，也可参照同类车型样件实测值修正得到。

各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移X_i（一般规定在前轮中心后为正值，在前轮中心前为负值），以及空载状态下的离地高度Z_θi和满载状态下的离地高度Z_li。

一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时，应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响，空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化可忽略不计。

（2）汽车的载客量和装载质量（简称装载量）

汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载量。汽车在碎石路面上行驶时，装载质量为好路面的75%～85%。

载货汽车装载质量的确定，首先应与行业产品规划的系列符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。原则上货流大、运距长或矿用自卸车应采用大吨位载货汽车；货源变化频繁、运距短的市内运输车采用中、小吨位的载货汽车比较经济。应考虑以下几个方面的需要：

①满足质量利用系数的要求。对于中重型货车，装载质量/整备质量≥1。

②必须与汽车的用途和使用条件相适应。在碎石路等坏路上行驶车辆的装载质量应比良好路面行驶车辆的少（为好路上的75%～85%）。

③符合同类车型在质量发展趋向及市场的需要。

1.空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算

整车整备质量（自重）M_c按式（5-2）计算

式中，N₀为用于估算整车整备质量的全部总成数量（总成的划分可根据实际情况由设计人员自定）；M_c为整车装备质量（kg）；M_i为单个装备质量。

空车后轴荷M_cr按式（5-3）计算

式中，M_cr为空车后轴荷（kg）；L为轴距（mm）。

空车前轴荷M_cf按式（5-4）计算

M_cf=M_c-M_cr （5-4）

式中，M_cf为空车前轴荷（kg）。

空车质心高度H_g0按式（5-5）计算

式中，H_g0为空车质心高度（mm）；Z_θ0为各单个装备距前轴中心的高度。

2.满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算

整车最大总质量（总重）M_t按式（5-6）计算

式中，N₁为用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量（一般在整车整备质量基础上加上乘员和最大装载质量）。

满载后轴荷M_tr按式（5-7）计算

式中，M_tr为满载后轴荷（kg）；M_i为单个装备质量（kg）；L为轴距（mm）。

满载前轴荷M_tf按式（5-8）计算

M_tf=M_t-M_tr （5-8）

式中，M_tf为满载前的轴荷（kg）。

满载质心高度H_g1按式（5-9）计算

式中，H_g1为满载质心高度（mm）；Z_li为满载各个质量距前轴中心的高度；M_t为满载总质量（kg）；M_i为满载单个质量（kg）。

3.非悬架质量的估算

对于非独立悬架，整个车桥总成（包括制动器、轮毂、车轮等）都属于非悬架质量。悬架一端与车桥铰接，另一端与车架固定点铰接（如转向拉杆、传动轴、导向臂、稳定杆等），可将静止时作用于车桥铰接点的质量作为非悬架质量（转向拉杆、传动轴等件可取其质量的1/2作为非悬架质量；螺旋弹簧取其质量的1/2作为非悬架质量；吊挂式钢板弹簧取其质量的3/4作为非悬架质量；平衡悬架钢板弹簧取其质量的1/4作为非悬架质量）。

对于独立悬架和其他特殊形式的悬架，可视其结构特点进行非悬架质量估算。

4.整备质量利用系数

汽车的整备质量利用系数_ηm0是汽车的装载量m_G与整备质量m₀之比，即

η_m0表明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。显然，此系数越大，表明该车型的材料利用率越高，设计与工艺水平越高。因此设计新车型时，在保证汽车零部件的强度、刚度及可靠性与寿命的前提下，应力求减轻其质量，增大这一系数值，汽车的整备质量利用系数范围见表5-2。

表5-2 汽车的整备质量利用系数

5.汽车的轴荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直载荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。汽车的轴荷分配是汽车重要的质量参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此，在总体设计时应根据汽车的布置形式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。确定原则如下：

①轮胎磨损均匀原则：希望每个车轮在满载状态下的负荷大致相等。

②充分考虑使用条件和操纵稳定性。

③轮胎允许的最高车速应满足整车最高车速的需要。

④轮胎花纹应满足使用条件（附着性能、行驶噪声等）的需要。

汽车的布置形式对轴荷分配影响较大。例如：对载货汽车而言，长头车满载时的前轴负荷分配多在28%上下，而平头车多为33%～35%。

在确定轴荷分配时也要考虑到汽车的使用条件。

对于常在较差路面上行驶的载货汽车，为了保证它在泥泞路面上的通过能力，常将其满载前轴负荷控制在26%～27%，以减小前轮的滚动阻力，并增大后驱动轮的附着力。

对于常在潮湿路面上行驶的后驱动轮装用单胎的4×2平头货车，空载时后轴负荷应不小于41%，以免引起侧滑。

对于在泥泞路面上行驶的车辆（如越野车、部分工地用自卸车），满载前轴荷通常为26%～27%，后轴荷为73%～74%，以减小前轮阻力，保证具有足够的后轮驱动力。

对于良好路面上的货车，满载前轴荷可增大至30%～34%，但不宜过大，否则转向沉。

对于4×2后单胎，前轴荷应不大于59%，否则后轴易侧滑（空车）。

对于鞍式牵引车，由于驱动时后轴的轴荷转移系数m₂有所减小，因此可适当增加后轴的负荷，以提高附着重量及牵引力。

在确定轴荷分配时，还要充分考虑汽车的结构特点及性能要求。例如：重型矿用自卸汽车的轴距短、质心高，制动或下坡时质量转移会使前轴负荷过大，故在设计时可将其前轴负荷适当减小，使后轴负荷适当加大。为了提高汽车在松软路面和无路地区的通过性，其前轴负荷应适当减小，以减小前轮的滚动阻力。

轴荷分配对轮胎寿命和汽车的使用性能有影响。从轮胎磨损均匀和寿命相近的角度考虑，各个车轮的载荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的载荷，而从动轴载荷可以适当减少；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，转向轴的载荷不应过小。

轴荷分配对前、后轮胎的磨损有直接影响。为了使其磨损均匀，对后轮装单胎的双轴汽车，要求其满载时的前、后轴荷分配均为50%；而对后轮为双胎的双轴汽车，则前、后轴荷可大致按1/3和2/3的比例处理。当然，在实际设计中由于许多因素的影响，只能近似地满足上述要求。

6.静态与动态的方向稳定性要求

在确定汽车的轴荷分配时，还要考虑汽车的静态方向稳定性和动态方向稳定性。根据理论分析，汽车质心位置到汽车中性转向点的距离S对汽车的静态方向稳定性有决定性的影响。这个距离可由式（5-11）计算得到

式中，C_a1为两个前轮的轮胎侧偏刚度之和（N/rad）；C_a2为后轮的轮胎侧偏刚度之和（N/rad）；C_a为汽车全部轮胎的总侧偏刚度之和（N/rad）；L₁、L₂分别为汽车质心离前、后轴的距离。L₁和L₂取决于轴荷分配

当S＜0时，即当L₁C_a1-L₂C_a2＜0时，汽车质心位于中性转向点之前，汽车具有不足转向特性，汽车静态的方向稳定性较好。

当S＞0时，汽车具有过度转向特性。此时存在着一个临界车速，低于此车速时，汽车的行驶是稳定的；高于此车速时，汽车就不能稳定行驶。

当S=0时，为汽车临界车速。低于此车速，则行驶稳定；高于此车速，汽车就会失去操纵稳定性。

在设计时，一般希望汽车具有适度的不足转向特性。为此，要很好地匹配上述参数，使

L₁C_a1-L₂C_a2＜0 （5-14）

汽车动态方向稳定性的条件是

式中，K为稳定性因素；v为汽车车速（m/s）；L为轴距（m）。

汽车发动机的位置与驱动形式不同，对轴荷分配有显著的影响。各类汽车的轴荷分配见表5-3。

表5-3 各类汽车的轴荷分配

要点

整车轴荷质量的大小决定各总成件的质量和布置的位置。