CN114739698A - 一种静侧翻预试验小车及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静侧翻预试验小车及其使用方法，其集轴距可调、轮距可调、摇摆轴高度位置可调及整车重心位置可算于一体的一种低成本静侧翻预试验小车，可实现一定范围内的轮距、轴距、摇摆轴高度位置调节及整车重心位置简易计算，可根据设计目标参数完成带摇摆轴式农用作业车理论设计前期静侧翻性能的实地预实验及带摇摆轴式农用作业车理论设计后，代替开发样机的等比例实地预试验，行走机构包括多组车轮组件；轮距调节机构的两端分别连接行走机构；角度摇摆调节机构连接各个轮距调节机构的中部；角度摇摆调节机构能够进行偏摆运动；重心调节机构基于角度摇摆调节机构可沿X轴/Y轴/Z轴方向调节，重心调节机构的重量可调节。

Description

一种静侧翻预试验小车及其使用方法

技术领域

本发明涉及试验车领域，具体而言，涉及一种静侧翻预试验小车及其使用方法。

背景技术

目前轮式农用拖拉机及一些农用轮式车辆均采用前桥摇摆的方式来适应地形，前桥摇摆则需要摇摆轴，而摇摆轴的高度又与车辆重心高度、轮距、轴距一起影响车辆静态侧翻角度，关系车辆行驶安全。

在带摇摆轴式农用车辆设计开发时，一般通过理论研究计算确定整机参数，制作样机再进行静侧翻试验，检验其静侧翻性能。整体开发时间较长、过程繁琐且成本较高，且理论计算无法精确计算车内液体、轮胎变形、摇摆轴姿态等复杂问题，实际试验结果更为可信。若整机静侧翻性能较差不符合设计要求，则需要重复开发过程，会浪费大量的时间、人力、物力、财力。

随着丘陵山地轮式农机的发展，针对上述农用带摇摆轴式车辆开发的难题，目前针对农用带摇摆轴式车辆多参数可调、摇摆轴高度可调及等比例预试验的装置几乎没有。带摇摆轴式农业作业车辆的开发试验装置存在很大的空缺，带摇摆轴式农用机械静侧翻设计开发的预试验装置亟待出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静侧翻预试验小车及其使用方法，其集轴距可调、轮距可调、摇摆轴高度位置可调及整车重心位置可算于一体的一种低成本静侧翻预试验小车，可实现一定范围内的轮距、轴距、摇摆轴高度位置调节及整车重心位置简易计算，可根据设计目标参数完成带摇摆轴式农用作业车理论设计前期静侧翻性能的实地预实验及带摇摆轴式农用作业车理论设计后，代替开发样机的等比例实地预试验。

本发明的实施例是这样实现的：

一种静侧翻预试验小车，该静侧翻预试验小车包括：行走机构、轮距调节机构、角度摇摆调节机构和重心调节机构，行走机构包括多组车轮组件，每组车轮组件包括左车轮和右车轮；轮距调节机构的两端分别连接每组车轮组件的左车轮和右车轮，轮距调节机构的长度和高度距离可调；角度摇摆调节机构沿小车的Z轴方向水平设置，角度摇摆调节机构连接各个轮距调节机构的中部；角度摇摆调节机构能够进行偏摆运动；通过调节轮距调节机构和角度摇摆调节机构的连接位置以调节小车轴距；重心调节机构沿小车的Y轴方向安装于角度摇摆调节机构上，重心调节机构基于角度摇摆调节机构可沿X轴/Y轴/Z轴方向调节，重心调节机构的重量可调节。

在本发明的较佳实施例中，上述轮距调节机构包括：轮距调节柱、第一立柱和摇摆轴高度调节柱，轮距调节柱沿小车的X轴方向设置，轮距调节柱的一端连接左车轮/右车轮；第一立柱沿小车的Y轴方向设置，第一立柱的一端连接轮距调节柱，第一立柱基于轮距调节柱可沿X轴方向调节；摇摆轴高度调节柱沿小车的X轴方向设置，摇摆轴高度调节柱的两端分别连接左、右车轮上的第一立柱，摇摆轴高度调节柱基于第一立柱可沿Y轴方向调节。

在本发明的较佳实施例中，上述角度摇摆调节机构包括：固定段摇摆轴和轴距调节柱，固定段摇摆轴沿小车的Z轴方向设置，固定段摇摆轴安装于其中一个摇摆轴高度调节柱的中部；固定段摇摆轴的端部设置有角度可控的第一摇摆件；轴距调节柱沿小车的Z轴方向设置，轮距调节柱的一端设置有第二摇摆件，第二摇摆件和第一摇摆件连接；轴距调节柱安装于其余的摇摆轴高度调节柱上，轴距调节柱和摇摆轴高度调节柱的连接点位可调，通过调整轴距调节柱与摇摆轴高度调节柱的连接长度以调整各组车轮组件之间的间距。

在本发明的较佳实施例中，上述重心调节机构包括：测量调节横柱、测量调节立柱和固定砝码，测量调节横柱沿小车的X轴方向设置，测量调节横柱安装于轴距调节柱上，测量调节横柱基于轴距调节柱可沿X/Z轴方向调节；测量调节立柱沿小车的Y轴方向设置，测量立柱安装于测量调节横柱上，测量调节立柱基于测量调节横柱可沿X/Y轴方向调节；固定砝码装配于测量调节立柱上。

在本发明的较佳实施例中，上述重心调节机构还包括调节砝码，调节砝码装配于测量调节立柱上。

在本发明的较佳实施例中，上述轮距调节柱、第一立柱、摇摆轴高度调节柱、轴距调节柱、测量调节横柱和测量调节立柱上标有分度值为1mm的刻度。

一种静侧翻预试验小车的使用方法，上述静侧翻预试验小车，该使用方法包括：

通过调整轮距调节机构的长度，以调整试验小车的轮距；

通过调整轮距调节机构和角度摇摆调节机构的连接位置，以调整试验小车的轴距；

通过调整轮距调节机构的可移动高度，以调整角度摇摆调节机构的高度；

通过调整重心调节机构的位置和重量，以调节试验小车的重心位置。

在本发明的较佳实施例中，上述使用方法还包括：

通过移动、读取固定砝码的坐标位置和调节砝码的放置个数，获取试验小车的中心位置；

通过读取试验小车的重心位置，获取固定砝码的坐标位置和调节砝码的放置个数。

在本发明的较佳实施例中，上述轮距和轴距调节方式包括：

通过调整第一立柱和轮距调节柱的连接位置，以调整试验小车的轮距；

通过调整摇摆轴高度调节柱和轴距调节柱的连接位置，以调整试验小车的轴距。

在本发明的较佳实施例中，上述摇摆轴高度的调节方式包括：通过调整第一立柱和摇摆轴高度调节柱的连接位置，以调整摇摆轴高度。

本发明实施例的有益效果是：在本发明中的静侧翻预试验小车，其设置有轮距调节机构、角度摇摆调节机构和重心调节机构，其能够对轮距、轴距、摇摆轴高度、重心位置和重心重量进行调节，调节方式方便快捷，集众多车辆静态稳定性影响因素调整功能于一体，可根据所需目标参数，在试验小车上调节到相应的位置，可进行所需参数车辆开发前的提前预试验，验证开发的可行性，缩短开发周期，节约设计开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的试验小车立体结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例的正视结构示意图；

图4为本发明实施例的测量调整立柱分开安装的结构示意图；

图5为本发明实施例的摇摆件结构示意图。

图标：100-行走机构：110-左车轮；120-右车轮；111-车轮本体；112-车轮连接器；113-连接圆码；

200-轮距调节机构：210-轮距调节柱；220-第一立柱；230-摇摆轴高度调节柱；221-前左第一立柱；222-前右第一立柱；223-后左第一立柱；224-后右第一立柱；231-前摇摆轴高度调节柱；232-后摇摆轴高度调节柱；

300-角度摇摆调节机构：310-固定段摇摆轴；320-轴距调节柱；311-第一摇摆件；312-第二摇摆件；301-角度限位块；

400-重心调节机构；410-测量调节横柱；420-测量调节立柱；430-固定砝码；440-调节砝码；

001-连接角码。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参见图1-5，本实施例提供一种静侧翻预试验小车，该静侧翻预试验小车包括：行走机构100、轮距调节机构200、角度摇摆调节机构300和重心调节机构400，使其成为轮距、轴距、摇摆轴高度、重心可调，是集众多车辆静态稳定性影响因素可调节于一体的试验小车。

行走机构100包括多组车轮组件，每组车轮组件包括左车轮110和右车轮120，在本实施例中只设置有2组车轮组件(即前左车轮110、前右车轮120、后左车轮110和后右车轮120)，在其他实施例中可以设置3组或以上的车轮组件。更为具体的，本实施例中的左车轮110包括车轮本体111和车轮连接器112，车轮连接器112连接车轮本体111的圆心。

轮距调节机构200的两端分别连接每组车轮组件的左车轮110和右车轮120，轮距调节机构200的长度和高度距离可调。具体的，轮距调节机构200包括：轮距调节柱210、第一立柱220和摇摆轴高度调节柱230。

轮距调节柱210沿小车的X轴方向设置，轮距调节柱210的一端连接左车轮110/右车轮120，更为具体的轮距调节柱210连接到车轮连接器112，车轮连接孔与车轮连接器112外端轴相切，车轮连接器112连接孔处使用螺栓进行固定。车轮连接器112与轮距调节柱210之间使用连接圆码113连接，连接圆码113与车轮连接器112、轮距调节柱210间使用螺栓连接进固定。

第一立柱220沿小车的Y轴方向设置，第一立柱220的一端连接轮距调节柱210，第一立柱220基于轮距调节柱210可沿X轴方向调节。具体的，轮距调节柱210置于第一立柱220的正下方，使轮距调节柱210与第一立柱220呈空间垂直关系，使用连接角码001进行连接，并采用螺栓将连接角码001与轮距调节柱210、第一立柱220完成固定，需要调节轮距时，松开螺栓和连接角码001，移动第一立柱220到指定轮距调节柱210上的距离即可。在本实施例中的第一立柱220设置有4根，分别为前左第一立柱221、前右第一立柱222；后左第一立柱223和后右第一立柱224。

摇摆轴高度调节柱230沿小车的X轴方向设置，摇摆轴高度调节柱230的两端分别连接左、右车轮上的第一立柱220，摇摆轴高度调节柱230基于第一立柱220可沿Y轴方向调节。摇摆轴高度调节柱230用连接角码001与第一立柱220连接，并用螺栓固定。装配时应调节前后摇摆轴高度调节柱230使得角度摇摆调节机构300同时与地面平行。本实施例中包括前摇摆轴高度调节柱231和后摇摆轴高度调节柱232。

角度摇摆调节机构300沿小车的Z轴方向水平设置，角度摇摆调节机构300连接前后轮距调节机构200的中部；角度摇摆调节机构300能够进行偏摆运动；通过调节轮距调节机构200和角度摇摆调节机构300的连接位置以调节小车轴距。

具体的，角度摇摆调节机构300包括：固定段摇摆轴310和轴距调节柱320，固定段摇摆轴310沿小车的Z轴方向设置，固定段摇摆轴310安装于其中一个摇摆轴高度调节柱230的中部；固定段摇摆轴310的端部设置有角度可控的第一摇摆件311；轴距调节柱320沿小车的Z轴方向设置，轮距调节柱210的一端设置有第二摇摆件312，第二摇摆件312和第一摇摆件311连接。

固定段摇摆轴310、轴距调节柱320分别沿角度套入到第一摇摆件311和第二摇摆件312的内壁，转动轴距调节柱320，使其与固定段摇摆轴310平行，最后用螺钉固定，使二者形成可摇摆的机构。请参见图5，第一摇摆件311和第二摇摆件312均设置有角度限位块301，其能限制摇摆轴机构的转动角度；轴距调节柱320安装于其余的摇摆轴高度调节柱230上，轴距调节柱320和摇摆轴高度调节柱230同样通过连接角码001和螺钉连接，使得轴距调节柱320和摇摆轴高度调节柱230的连接点位可调，通过调整轴距调节柱320与摇摆轴高度调节柱230的连接长度，以调整各组车轮组件之间的间距，从而调节整车的轴距。

重心调节机构400沿小车的Y轴方向安装于角度摇摆调节机构300上，重心调节机构400基于角度摇摆调节机构300可沿X轴/Y轴/Z轴方向调节，重心调节机构400的重量可调节。

具体的，重心调节机构400包括：测量调节横柱410、测量调节立柱420和固定砝码430、调节砝码440，测量调节横柱410沿小车的X轴方向设置，测量调节横柱410安装于轴距调节柱320上，测量调节横柱410基于轴距调节柱320可沿X/Z轴方向调节；测量调节立柱420沿小车的Y轴方向设置，测量立柱安装于测量调节横柱410上，测量调节立柱420基于测量调节横柱410可沿X/Y轴方向调节；固定砝码430固定装配于测量调节立柱420上，调节砝码440选择性的装配于测量调节立柱420上。

测量调节横柱410对称垂直置于轴距调节柱320上，使用连接角码001将两者连接，并使用螺栓连接，松开螺栓和角码即可实现测量调节横柱410在轴距调节柱320上的移动(Z轴方向)。测量调节立柱420垂直于地面与测量调节横柱410垂直，使用连接角码001连接，并使用螺栓紧固，松开螺栓和角码即可实现测量调节立柱420在测量调节横柱410上的移动(X轴和Y轴方向)。固定砝码430根据测量需要沿测量调节立柱420上方或下方套入，在合适的位置用螺栓进行紧固，根据需要选择合适重量的砝码进行重心调节。

在本实施例中的轮距调节柱210、第一立柱220、摇摆轴高度调节柱230、轴距调节柱320、测量调节横柱410和测量调节立柱420上标有分度值为1mm的刻度，使得在调节时能够进行定量的无级调节，调节更加方便。

一种静侧翻预试验小车的使用方法，该使用方法包括：通过调整轮距调节机构200的长度，以调整试验小车的轮距；通过调整轮距调节机构200和角度摇摆调节机构300的连接位置，以调整试验小车的轴距；通过调整轮距调节机构200的可移动高度，以调整角度摇摆调节机构300的高度；通过调整重心调节机构400的位置和重量，以调节试验小车的重心位置。

更为具体的，本实施例中的试验小车能够通过移动、读取固定砝码430的坐标位置和调节砝码440的放置个数，获取试验小车的中心位置；通过读取试验小车的重心位置，获取固定砝码430的坐标位置和调节砝码440的放置个数。

更为具体的，轮距和轴距调节方式包括：通过调整第一立柱220和轮距调节柱210的连接位置，以调整试验小车的轮距；通过调整摇摆轴高度调节柱230和轴距调节柱320的连接位置，以调整试验小车的轴距。摇摆轴高度的调节方式包括：通过调整第一立柱220和摇摆轴高度调节柱230的连接位置，以调整摇摆轴高度。

下面本实施例将对整车重心计算及重心调节机构400做出说明。

整车重心位置计算(除测量调节立柱420、调节砝码440、固定砝码430外)。

本实施例中的整车轮距调节柱210、第一立柱220、摇摆轴高度调节柱230、轴距调节柱320、测量调节横柱410和测量调节立柱420等采用铝型材。在其他实施例中，轮距调节柱210可使用空心钢采用套筒的方式代替，将大小尺寸不同的空心钢开槽，将前轴采用一根空心钢作为前轴，空心钢的内部再插入两根与车轮相连的空心钢，二者之间使用螺栓连接，也可实现轮距的无级调节。

铝型材规格为4cm×4cm，单位长度的质量约为1.55kg/m。前、后车轮宽度均为5cm。连接角码001尺寸采用4cm×4cm。轴距调节柱320和固定段摇摆轴310为长宽高均为4cm的摇摆机构，其总体竖直高度尺寸为9cm，固定段摇摆轴310伸出摇摆轴高度调节柱230的长度为1cm。前后、左右4个轮距调节柱210、4个第一立柱220、4个轴距调节柱320、测量调节横柱410、测量调节立柱420上均标有分度值为1mm的刻度，便于各重要参数定量的无级调节。

在本实施例中的前、后车轮外缘与地面的接触点到与轮距调节柱210相连接的连接圆码113的顶部的水平距离为固定值15cm。第一立柱220上所连接的连接角码001顶部到水平地面的距离为固定值25cm，第一立柱220的长度为固定值50cm。轴距调节柱320的长度为固定值90cm。前后摇摆轴高度调节柱232长度分别为固定值34、50cm。固定段摇摆轴310的长度为固定值15cm。测量调节横柱410的长度为固定值60cm。轮距调节柱210长度为固定值30cm。轮距调节柱210上表面到地面的垂直距离为固定值21cm。前后第一立柱220之间的相对距离差为固定值8cm。

对于刻度标注方法分零件进行叙述：

(1)轮距调节柱210：车轮外侧到与轮距调节柱210相连接的连接圆码113的顶部的距离为15cm，从此连接圆码113的表面开始在轮距调节柱210上标注刻度。设后左第一立柱223的右面处读取的刻度值为x_h1，后右第一立柱224的左面上的读数为x_h2，前左第一立柱221的右面处读数为x_h3，前右第一立柱222的左面处读数为x_h4。由于轮距调节的要求，在数值上有：

x_h1＝x_h2

x_h3＝x_h4

(2)后右第一立柱224、前左第一立柱221：后右第一立柱224的右面、前左第一立柱221的左面上的连接角码001顶部到地面的距离为25cm，以此角码开始向上依次标注刻度，设摇摆轴高度调节柱230上端面处读取的刻度值为x_i。

(3)轴距调节柱320:轴距调节柱320整体标注刻度于上表面，设摇摆轴高度调节柱230对称平面处读取的刻度值为x_j，测量调节横柱410重心位置处读数为x_b。

(4)测量调节横柱410：测量调节横柱410整体标注刻度于上表面，设测量调节立柱42011纵向对称平面处对应的读数为x_y。

(5)测量调节立柱420：测量调节立柱420整体标注刻度于左面，设测量调节横柱410的对称平面在测量调节立柱420左面上的读数为x_m，固定砝码430重心位置处在其左面上的读数为x_n。

取试验小车左后车轮1外缘与地面接触点为整车坐标计算原点。由于坐标计算原点选取的原因，小车x方向上的各零部件的坐标位置取决于轮距调节柱210调节的刻度。小车左后行走机构100重心位置始终为固定坐标(5.5，0，19)。后左第一立柱223具体重心位置为(x_h1-2,0,46)，后右第一立柱224重心位置为(x_h1+52,0,46)，后摇摆轴高度调节柱232重心位置为(x_h1+25,0,x_i-2)，右后行走机构100的重心位置为(2x_h1+44.5，0，19)，轴距调节柱320的重心位置为(x_h1+25,x_j,x_i+2)，固定段摇摆轴310的重心位置为(x_h1+25,x_j+50.5,x_i-3),前摇摆轴高度调节柱231具体重心位置为(x_h1+25,x_j+53,x_i-7)，前左第一立柱221的重心位置为(x_h1+6,x_j+53,46)，前右第一立柱222的重心位置为(x_h1+44,x_j+53,46)，右前行走机构100的重心位置为(x_右，x_j+53，19)，左前行走机构100的重心位置为(x_左，x_j+53，19)，测量调节横柱410的重心位置为(x_h1+25,x_b,x_i+6)。

已知试验车辆所需调节的参数后，可知道上述所有坐标的具体值，根据空间中多个物体求整体重心的方法，可计算出车辆的整体重心位置(除测量调节立柱420、调节砝码440、固定砝码430外)为(x_c,y_c,z_c)。

试验小车整体重心计算(不含调节砝码440、固定砝码430、测量调节立柱420)

由空间重心位置的坐标算法可以得到：

得出经验本试验小车整体(不含调节砝码440、固定砝码430、测量调节立柱420)重心经验计算公式：

x_d＝x_h1+25；

y_d＝24.15+0.51x_j+0.034x_b；

z_d＝19.47+0.14x_i；

从计算公式可以说明整车(不含调节砝码440、固定砝码430、测量调节立柱420)关于车辆中心对称平面对称，与理论设计一致。

重心调节机构说明

取测量调节横柱410、测量调节立柱420、固定砝码430(调节砝码440)，通过整个机构可实现车辆允许范围内的任意位置调节，换言之，在车辆调节范围内可将调节砝码440调节到实验所需的任意位置。以试验小车左后车轮的外缘与地面接触点为整车坐标计算原点。测量调节立柱420的长度为固定值50cm。则测量调节立柱420的重心坐标位置为(x_h1+x_y+25,x_b+4,x_i-x_m+31)，固定砝码430的重心位置为(x_h1+x_y+25,x_b+4,x_n+x_i-x_m+6)。设车辆的总质量为m_c(不含测量调节立柱420、调节砝码440、固定砝码430)，其在坐标系中的重心位置为(x_c，y_c，z_c)，固定砝码430与调节砝码440质量相等均为10Kg。

1.设重心调节机构400(不含测量调节横柱410)的坐标为(x_t，y_t，z_t)，在测量平面仅存在固定砝码430的情况下，设固定砝码430的质量为m₁，由于上述坐标复杂，将固定砝码430的重心位置以(x₁，y₁，z₁)代替，测量调节立柱420质量为m_柱，将其重心位置以(x_柱，y_柱，z_柱)代替，则此刻车辆的总体重心M(x_M，y_M，z_M)为：

2.在测量平面同时存在固定砝码430和一个调节砝码440的情况下，设调节砝码440的质量为m₂,m₃……，m_n+1(调节砝码440质量均相等)，厚度为4cm(调节砝码440为均匀质地)调节砝码440的重心坐标为(x₂，y₂，z₂)，则有：

x₂＝x₁

y₂＝y₁

z₂＝z₁+4

以此类推，当测量平面存在固定砝码430及调节砝码440，且调节砝码440的总数为n时，第n个调节砝码440的重心坐标(x_n+1，y_n+1,z_n+1)为：

x_n+1＝x₁

y_n+1＝y₁

z_n+1＝z₁+4n

则此刻车辆的总体重心M(x_M，y_M，z_M)为：

又m₁＝m₂＝m₃＝m₄＝m₅＝......＝m_n+1，故上述式子可转化为：

综上所述，固定砝码430与调节砝码440的质量相等，车辆总体重心的求解为：

又(x₂,y₂,z₂)＝(x_h1+x_y+25,x_b+4,x_n+x_i-x_m+6)

带入上式可得到整车重心计算的经验公式:

在已知设计车辆整车重心位置、轮距、轴距的前提下，x_M、y_M、z_M、x_h1、x_i、x₁、z₁均为已知量，x_y为测量调节立柱420纵向对称平面处对应的读数，x_b为测量调节横柱410重心位置处读数，x_m为测量调节横柱410在测量调节立柱420上的读数，x_n为固定砝码430在测量调节立柱420上的读数，n为固定砝码430与调节砝码440的总数。

先确定n的值，通过式①计算出x_y的值，然后通过式②计算出x_b的值，通过式③得到x_n与x_m的关系。由于x_n与x_m两者同时影响整车的重心位置，根据x_n与x_m的关系式，确定两者之中某一个的值，即可计算出另一个的值，上述计算过程完成了所有车辆参数的计算。

具体计算方式如下：

对本试验小车两种典型的作业用途，通过讲解实施例的方式进行细致完整解读：一是通过已知设计参数，等比例完成代替试验样机的实地静侧翻试验。二是提前验证目标参数是否符合静侧翻要求，其设计是否可以完成。

代替试验样机的实地静侧翻试验

取某参数带摇摆轴式轮式拖拉机(重心位置坐标参照本文建立坐标方法)，整车参数如下：

前轮距	后轮距	摇摆轴高度	轴距	设计最大装载时重心位置坐标
					93cm	102cm	64cm	150cm	(51.5,60,75)

取设计车辆：试验车辆＝1∶1进行试验操作，操作步骤如下：

先根据车辆所需的参数将部分不需要计算的结构调节至相应位置；

将左、右前轮距调节柱210按规定划至前柱3读数为32cm(x_h4)处，将左右后轮距调节柱21014划至后柱8读数为28.5cm(x_h1)处。将前、后摇摆轴高度按规定调节至x_i＝66.5cm处。将轴距调节柱3205按规定调节至x_j＝50cm处。将已知参数带入整车重心计算经验公式中，即：

先确定n的值为1(按自己的需求或试验条件来定)，按步骤依次计算出所有未知数，解式①可得到x_y≈0，即测量调节立柱42011重心位置应处于车辆纵向对称平面。解式②可得到1709.6＝13.75x_j+21.7x_b，可计算得到x_b＝47.1。解式③可得到2670.66＝64.55x_i-60.78x_m+60x_n，然后在试验小车允许的范围内任意确定两个参数的值，解第三个参数，例如取x_n＝10，可计算得到x_m＝36.56。上述过程完成了所有其它应调节的未知参数的计算。

调节第4步中设定的及计算出来的试验参数。首先将测量调节立柱420重心位置调节至车辆纵向对称平面即x_y≈0；将轴距调节柱320调节至后摇摆轴高度调节柱232重心位置读数为10的位置；将测量调节横柱410调节至其重心位置在轴距调节柱320刻度上读取的值为47.1处；将固定砝码430调节至其重心位置在测量调节立柱420上刻度读数为10的位置；将测量调节立柱420调节至测量调节横柱410的对称平面在测量调节立柱420上的读数为36.56的位置。上述过程完成了整个试验车辆的试验前期准备工作。将所有的参数调节到位后，本试验小车就完全代替了已理论开发的样机，将试验小车置于试验地形环境中，即可完成静侧翻预实验，试验车辆的理论设计是否符合实际情况下的静侧翻要求，若不符合要求，还可以结合预试验小车的实验数据进行设计改进。

静侧翻预试验小车使用说明书

1、在试验车辆使用过程中，除部分零件损坏需要更换外，行走机构100各部分一般为固定连接，不进行拆卸。

2、轮距调节机构200的使用：通过放松连接角码001上的固定螺栓，在前左第一立柱221、后右第一立柱224上左右滑动，调节到所需的轮距后，拧紧固定螺母，从而实现前、轮距的无级可调，在实验车辆不进行轮距调节时，应保持固定螺栓的紧固。

3、轴距调节机构的使用：固定段摇摆轴310始终保持固定，通过放松轴距调节柱320与摇摆轴高度调节横柱间的连接砝码上的螺栓，将车身整体向前或者向后拉来实现改变轴距，调节到实验的所需的参数后，重新紧固螺栓。

4、摇摆轴高度调节机构的使用：通过放松前左第一立柱221与摇摆轴高度调节横柱的固定螺母及放松后右第一立柱224上与后摇摆轴高度调节横柱的固定螺母前、后等高度地调节摇摆轴的高度，调节完成后，轴距调节柱320应与水平地面保持平行，确认无误再次拧紧螺栓即完成了摇摆轴高度的调节。

5、重心调节机构400的使用：放松测量调节横柱410与轴距调节柱320间的紧固螺栓，可实现测量调节横柱410前后位置调节，调节完成后再次紧固放松的螺栓。放松测量调节横柱410与测量调节立柱420间的螺栓，可以实现测量调节立柱420的位置上下及左右位置调节，调节完成后，需紧固放松的螺栓。放松固定砝码430下方的螺栓，可实现固定砝码430沿测量调节立柱420的上下移动，调节到合适的位置，需拧紧放松的螺栓。在实验车辆不使用的时候应将固定角码“归零”，将砝码底部圆面调节至测量调节横柱410上表面平齐。

6、由于调节砝码、螺栓、螺母的质量相对于整车质量而言很小，在重心计算过程中，忽略所有这些连接件对整车重心位置的影响。上述计算过程中的调节砝码440与固定砝码430的质量视为相同，即(m₂＝m₃＝m₄＝......＝m_n)。

7、车辆装配过程中应保证沿轴距调节柱320对称，在调整轮距时，同轴左右两侧车轮应同时调节，同轴两侧车轮应调节量一致(同步调节)。

8、轴距调节时，固定段摇摆轴310始终固定，通过轴距调节柱320前后移动来调节两车轴间的距离，调节完毕后应保证车辆沿轴距调节柱320的对称性，以免影响试验结果。

9、摇摆轴高度位置调节时，应同步调节前摇摆轴高度调节横柱、后摇摆轴高度调节横柱，且调节量应一致，避免出现前高后低或者后高前低的情况。

10、测量调节立柱420为标准型材，其重心位置为其几何中心位置，可直接读取其几何中心位置点的坐标即为测量调节立柱420的重心位置坐标。

11、重心调节机构400中始终拥有且至少拥有一个固定砝码430，用于所有调节砝码440的固定。

12、请参见图4，在需要调节砝码440重心位置位于重心调节机构400以下时，重心调节机构400中的测量调整立柱可采用左右分别安装的方式，可以实现调节砝码440重心位置位于纵向对称平面处测量调节横柱410以下时的静侧翻试验，但简易计算公式会有所调整。

13、由于连接角码001的质量对于调节砝码440的质量来说较小，在计算的过程中可以忽略不计，计算时可以取消固定砝码430，统一用砝码代替。

综上所述，本实施例中的静侧翻预试验小车优势在于：

1.整车采用铝型材完成装配，结构简单、质量小，在调整、搬运、移动的过程中较为方便，单人即可以完成小车的简单调整。

2.静侧翻预试验小车可以实现整车的轴距、轮距、摇摆轴高度可调及整车重心测量。在功能上，集众多车辆静态稳定性影响因素调整功能于一体，可根据所需目标参数，在试验小车上调节到相应的位置，可进行所需参数车辆开发前的提前预试验，验证开发的可行性，缩短开发周期，节约设计开发成本。

3.整车采用螺栓连接，装拆方便，利于检修，可以增加预紧力防止松动，不会引起连接处材料成分相变等，采用螺栓连接一方面可以实现各种参数的无级调节，另一方面整车拆装方便，在使用过程中若出现损坏可以及时进行拆卸、更换、维修。

4.整车各型材连接处均采用连接角码001连接，连接角码001连接利于轴距、轮距、摇摆轴高度的调节，调节方式简单，通过简单的机械调节就可以完成上述重要参数的调节，成本低，使用效率高。

5.整车其轮距、轴距、摇摆轴高度的调节方式均为无级调节，由于铝型材上标有刻度，所以三者的调节是可视的、定量的，有利于对于车辆静侧翻性能的定量研究，对试验设施的条件是一大提升。一方面，重心测量平台可实现多次实验的简单调节，可根据已知设计车辆整体设计参数及设计重心位置通过调节车辆上相应的参数及砝码个数、位置，实现代替样机的实地静侧翻预实验，检验理论设计的可行性。另一方面，还可以根据理论设计前的目标参数，通过本试验小车完成理论设计前的提前静侧翻预实验，快速验证目标参数的可行性，不仅可以在不确定目标参数是否符合静侧翻要求时快速验证，还可以减短目标车辆的设计周期。在设计过程中，可以随时调节，随时试验，基本可完全代替开发样机，实现近乎无成本的低价试验。

6.重心测量平台中测量调整立柱可实现低于车辆平台重物的重心测量，对车辆底盘质量影响车辆静态稳定性的方向也可以完成试验，结合测量平台以上区域重心试验，基本可覆盖整车各处位置重心位置的试验。

7.重心测量平台中的固定砝码430及调剂砝码采用高密度不锈钢制成，体积小，形状为圆形，结构对称，其重心位置位于其几何重心，便于测量过程使用，空间占用量小，砝码厚度及质量稳定，试验测量精度高。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静侧翻预试验小车，其特征在于，所述静侧翻预试验小车包括：

行走机构，包括多组车轮组件，每组所述车轮组件包括左车轮和右车轮；

轮距调节机构，两端分别连接每组车轮组件的左车轮和右车轮，所述轮距调节机构的长度和高度距离可调；

角度摇摆调节机构，沿小车的Z轴方向水平设置，所述角度摇摆调节机构连接各个所述轮距调节机构的中部；所述角度摇摆调节机构能够进行偏摆运动；通过调节轮距调节机构和角度摇摆调节机构的连接位置以调节小车轴距；

重心调节机构，沿小车的Y轴方向安装于所述角度摇摆调节机构上，所述重心调节机构基于所述角度摇摆调节机构可沿X轴/Y轴/Z轴方向调节，所述重心调节机构的重量可调节。

2.根据权利要求1所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述轮距调节机构包括：

轮距调节柱，沿小车的X轴方向设置，所述轮距调节柱的一端连接所述左车轮/右车轮；

第一立柱，沿小车的Y轴方向设置，所述第一立柱的一端连接所述轮距调节柱，所述第一立柱基于所述轮距调节柱可沿X轴方向调节；

摇摆轴高度调节柱，沿小车的X轴方向设置，所述摇摆轴高度调节柱的两端分别连接左、右车轮上的第一立柱，所述摇摆轴高度调节柱基于所述第一立柱可沿Y轴方向调节。

3.根据权利要求2所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述角度摇摆调节机构包括：

固定段摇摆轴，沿小车的Z轴方向设置，所述固定段摇摆轴安装于其中一个所述摇摆轴高度调节柱的中部；所述固定段摇摆轴的端部设置有角度可控的第一摇摆件；

轴距调节柱，沿小车的Z轴方向设置，所述轮距调节柱的一端设置有第二摇摆件，所述第二摇摆件和第一摇摆件连接；所述轴距调节柱安装于其余的所述摇摆轴高度调节柱上，所述轴距调节柱和摇摆轴高度调节柱的连接点位可调，通过调整轴距调节柱与所述摇摆轴高度调节柱的连接长度以调整各组车轮组件之间的间距。

4.根据权利要求3所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述重心调节机构包括：

测量调节横柱，沿小车的X轴方向设置，所述测量调节横柱安装于所述轴距调节柱上，所述测量调节横柱基于所述轴距调节柱可沿X/Z轴方向调节；

测量调节立柱，沿小车的Y轴方向设置，所述测量立柱安装于所述测量调节横柱上，所述测量调节立柱基于所述测量调节横柱可沿X/Y轴方向调节；

固定砝码，所述固定砝码装配于所述测量调节立柱上。

5.根据权利要求4所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述重心调节机构还包括：

调节砝码，所述调节砝码装配于所述测量调节立柱上。

6.根据权利要求4或5所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述轮距调节柱、第一立柱、摇摆轴高度调节柱、轴距调节柱、测量调节横柱和测量调节立柱上标有分度值为1mm的刻度。

7.一种静侧翻预试验小车的使用方法，包括权利要求1-6任一所述的静侧翻预试验小车，其特征在于，所述使用方法包括：

通过调整轮距调节机构的长度，以调整试验小车的轮距；

通过调整轮距调节机构和角度摇摆调节机构的连接位置，以调整试验小车的轴距；

通过调整轮距调节机构的可移动高度，以调整角度摇摆调节机构的高度；

通过调整重心调节机构的位置和重量，以调节试验小车的重心位置。

8.根据权利要求7所述的静侧翻预试验小车的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括：

通过移动、读取固定砝码的坐标位置和调节砝码的放置个数，获取试验小车的中心位置；

通过读取试验小车的重心位置，获取固定砝码的坐标位置和调节砝码的放置个数。

9.根据权利要求7所述的静侧翻预试验小车的使用方法，其特征在于，所述轮距和轴距调节方式包括：

通过调整第一立柱和所述轮距调节柱的连接位置，以调整试验小车的轮距；

通过调整摇摆轴高度调节柱和轴距调节柱的连接位置，以调整试验小车的轴距。

10.根据权利要求7所述的静侧翻预试验小车的使用方法，其特征在于，所述摇摆轴高度的调节方式包括：通过调整第一立柱和所述摇摆轴高度调节柱的连接位置，以调整摇摆轴高度。

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