越野車底盤及懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析交運(yùn)072班 王鳴宇 200710601208【摘要】越野車，作為一種專為行駛在特殊復(fù)雜路況設(shè)計(jì)的特種車輛，其車身要在底盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上不同與普通的公路型汽車。越野車性能的優(yōu)劣更多取決于車身底盤的通過能力，爬坡角度，駛?cè)腚x去角度，最大扭矩等。本文將以奔馳烏尼莫克（Uuimog）為引例，簡(jiǎn)單闡述越野車發(fā)展歷程；當(dāng)代各品牌優(yōu)秀越野車底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主流應(yīng)用技術(shù)；以及部分國內(nèi)越野賽事賽車的底盤懸架技術(shù)特征。【關(guān)鍵詞】越野車，底盤懸架，烏尼莫克 the Brief Analysis of Construction Design on Off-road Vehicle ChassisClass：Transportaion072 Wang Mingyu 200710601208【Abstract】Off-road Vehicle, as a special communication media working on rough and complicated road-situation, its quate different with general vehicle on chassis construction.The performance of a off-road vehicle is mainly based on chassis through-capacity, max climbing angle，into-leaving angle, max torque and so on.With citing Benz Unimog intriduction,this article briefly state about the development history of off-road vehicle; contemporary excellent chassis designs and tech-applications around worlds brands, and the technology characteristics within inland racing vehicle suspension. 【key words】off-road vehicle, suspension & chassis, Unimog從世界頂級(jí)越野車“德國奔馳Unimog”談?wù)務(wù)嬲脑揭癠nimog這個(gè)名字來源于德語“Universal Motor Geraumlt”,意思是“泛用自走機(jī)具”。初期烏尼莫克的設(shè)計(jì)是一臺(tái)小型萬用卡車,整車的體積不大,但有千變?nèi)f化的用途,可以代替拖拉機(jī)在農(nóng)地使用也可以在馬路上使用,可以牽引比自己重10倍貨物大平板車,這時(shí)的烏尼莫克看起來更像一輛拖拉機(jī)。圖1 穿行于各種復(fù)雜路況的Unimog梅賽德斯·奔馳的汽車發(fā)展具有106年歷史的傳統(tǒng)。奔馳開發(fā)越野車的歷史最早可以追溯到上世紀(jì)20年代中期，此后誕生了全世界聞名的烏尼莫克。烏尼莫克在設(shè)計(jì)上強(qiáng)過任何一輛軍車或拖拉機(jī)，分動(dòng)箱前后有多個(gè)機(jī)具功力取力口（PTO）輸出位，以方便配合農(nóng)用機(jī)械和絞盤的使用。由于采用了portal gear的技術(shù)，使得輪軸和傳動(dòng)軸的位置要高于輪胎中心，因此烏尼莫克擁有比一般高機(jī)動(dòng)多用途輪式車（HMMWV）更高的離地距離。烏尼莫克還使用了柔性車架，車輪在垂直方向上有較大的活動(dòng)空間，這樣當(dāng)車輛在異常崎嶇的地形甚至是一米高的石頭上行駛時(shí)仍能保持較為舒適的駕駛狀態(tài)。帶有頂蓬的駕駛室，包皮的座位，龍門式車軸帶有彈簧和減震裝置，前后輪驅(qū)動(dòng)并附有前后百分之百起作用的差速器鎖，前輪有剎車裝置，車前、二車軸間，車的兩側(cè)及車后部都有安裝各種附加器械的可能性，同時(shí)帶有相應(yīng)的傳動(dòng)裝置，比如在各個(gè)部位都裝有傳動(dòng)軸，同時(shí)車廂板能承受一噸的負(fù)荷能力。圖2 車身懸架尺寸無論在冰天雪地的安塔克蒂斯還是在潮濕炎熱的熱帶地區(qū)，無論穿越撒哈拉沙漠，或在熱帶、亞熱帶地區(qū)考察，無論在露天采礦還是在中國塔克拉瑪干沙漠鉆探石油、天然氣，烏尼莫克作為在驚險(xiǎn)情況或安裝條件極其苛求情況下的忠實(shí)伙伴已贏得了很好的聲譽(yù)。烏尼莫克作為聯(lián)邦軍隊(duì)的同齡人，它是這支軍隊(duì)美好記憶的忠實(shí)記錄，在農(nóng)業(yè)和林業(yè)烏尼莫克帶來了經(jīng)濟(jì)型聯(lián)合收割機(jī)，省時(shí)，惜土的工作程序。圖3 極為出色的底盤架構(gòu)，在極端的路況下車身依然保持水平圖4 烏尼莫克使用的門式橋結(jié)構(gòu)圖烏尼莫克采用門式橋結(jié)構(gòu)，車軸的位置高于輪胎的中心點(diǎn)，這樣地盤就能有足夠的離地間隙。另外它還采用柔性車架，車架可以大幅度的扭曲，輪胎也能大范圍的單獨(dú)活動(dòng)，所以它能輕松爬上1米多高的鵝卵石。車架和車身之間只有三個(gè)連接點(diǎn)，在崎嶇的路面上能盡量保持車身的平衡。圖5 應(yīng)用于不同領(lǐng)域的UNIMOG車系烏尼莫克強(qiáng)大的合作伙伴-各種附加設(shè)備生產(chǎn)廠家一直致力于開發(fā)最佳的新產(chǎn)品來適合各種不同的市場(chǎng)情況，用于維護(hù)保養(yǎng)城市地區(qū)的基本設(shè)施，從而達(dá)到省錢的目的。 半個(gè)多世紀(jì)過去了，隨著時(shí)代與汽車技術(shù)的發(fā)展，烏尼莫克車型系列成為奔馳系列汽車的一顆巨星廣泛應(yīng)用商用與軍用領(lǐng)域，目前已有近40萬輛烏尼莫克銷往世界各地,遍布160多個(gè)國家。越野車發(fā)展歷程關(guān)于第一輛越野車產(chǎn)直哪個(gè)國家,哪家公司，現(xiàn)在已經(jīng)很難作出明確結(jié)論。因?yàn)檫@很復(fù)雜，一個(gè)成功的車型往往是綜合許多車型的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)逐步成熟的過程。德國的奔馳公司稱該公司早在1926年就推出一種可以駛離公路的G1型越野車,并稱這一天是奔馳公司永載史冊(cè)的一天。盡管1926年的G1型越野車,我們已經(jīng)難以找到圖片資料，一睹風(fēng)采，但奔馳公司1933年推出的G4型越野車我們卻找到了一張珍貴的照片。的確，G4造型之精美，制作之考寬究,令人贊嘆。但其不足之處也是明顯的。 真正成功的戟野車誕生于美國，是戰(zhàn)爭(zhēng)催生的。1940年11月11日，威利斯公司向美國軍方送來了兩輛叫做“QUAD”（夸德）的樣車。這兩輛樣車都具有可選擇四輪或兩輪驅(qū)動(dòng)的功能。在這之前，美國的班特公司已向軍方遞交了一輛名叫：步利茲帕奇”的樣車但，就綜合各項(xiàng)指標(biāo)來看，“夸德”的確是出類拔萃的.由此威利斯公司的“夸德”車型就成了美國越野車的國家標(biāo)準(zhǔn)。所以,如果非要找出“越野車”的源流或鼻祖不可的話，那么我們認(rèn)為美國威昨斯公司的“夸德”當(dāng)之無愧，因?yàn)?，“夸德”確立的越野車的基本特點(diǎn)仍然是今天越野車的基本特點(diǎn)仍然是今天越野車的精髓。在二戰(zhàn)期間，威利斯和福特公司共生產(chǎn)了60萬輛越野吉普車。美國二戰(zhàn)中的將軍喬治 對(duì)吉普在戰(zhàn)場(chǎng)上 的表現(xiàn)評(píng)價(jià)道：“吉普是二戰(zhàn)中的功不可沒的功臣?！钡拇_，在第二次世界大戰(zhàn)中，吉普扮演了諸多角色：擔(dān)架，運(yùn)貨，火槍架，偵察車，槍支彈藥運(yùn)輸車，出租車等等。至此，吉普的名字名揚(yáng)四海。必須承認(rèn)的是二戰(zhàn)不僅是最艱苦卓絕的實(shí)踐檢驗(yàn)了吉普的令人信服的性能，而且賦予了吉普巨大的文化內(nèi)涵。同時(shí)也在世界范圍內(nèi)播下了“越野車崇拜”的文化火種。盡管二戰(zhàn)結(jié)束后，越野車開始分成兩種發(fā)展趨勢(shì)：一種是繼續(xù)為軍用，另一種則發(fā)展為民用。但無論是軍用還是民用，越野車的本質(zhì)特色并沒有因戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束而丟棄，那就是越野車的通過能力和征服險(xiǎn)惡環(huán)境的能力。當(dāng)今，越野車的概念隨著人們更多的用車目的，在發(fā)生潛移默化的改變。不同國家，不同汽車企業(yè)對(duì)越野車的設(shè)計(jì)制造理念也不盡相同。代表當(dāng)代民用越野領(lǐng)域最高作品，當(dāng)屬梅賽德斯奔馳G級(jí)。本文將分別從幾個(gè)方面介紹這款歷久彌新的經(jīng)典越野車系的地盤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在某種程度上講，這款經(jīng)典的越野車身上，留有UNIMOG的設(shè)計(jì)血液，多少年來成為無數(shù)越野愛好者心中最大的夢(mèng)想。圖6 奔馳G級(jí)無愧于當(dāng)今最剛猛的越野車奔馳G500車身及底盤結(jié)構(gòu)圖7 車身結(jié)構(gòu)圖G500方方正正的外形設(shè)計(jì)其實(shí)從最開始就是從實(shí)用的角度出發(fā)，一切都是照顧到了野外駕駛的需求，特別是前臉和尾部都非常的簡(jiǎn)練，沒有任何多余的設(shè)計(jì)，其接近角為34°，離去角為29°，通過角23°，絕對(duì)保證通過性。圖8 奔馳 G級(jí)的梯形大梁底盤結(jié)構(gòu)G500在位于前橋后面的位置設(shè)計(jì)了一根防傾桿，正常來說它的作用就是在正常道路行駛通過彎道時(shí)限制車身過分的側(cè)傾，盡量保持兩個(gè)前輪在同一個(gè)水平高度上，以此來提高車輛的操控性，這在普通車型上是很常見的裝備。在一些極端的越野環(huán)境下，經(jīng)常會(huì)有像一側(cè)車輪壓過一塊大石頭或者土堆這樣的情況，因此兩側(cè)車輪就會(huì)出現(xiàn)很大的高度落差，而這時(shí)候防傾桿所起到的就不是正面的作用了，它就會(huì)限制越野性能的發(fā)揮。所以奔馳的設(shè)計(jì)師并沒有把這根防傾桿焊死在大梁上，而是設(shè)計(jì)了幾個(gè)固定螺栓，當(dāng)你可能需要極端越野狀態(tài)時(shí)，可以手動(dòng)拆掉防傾桿，這時(shí)候整體的前橋就可以最大限度的傾斜了。圖9 可以手動(dòng)拆卸的防傾桿下圖為G500的分動(dòng)箱，可別小看這個(gè)小小的盒子，它可是四驅(qū)結(jié)構(gòu)中的核心部分，這里我們不單指是G500，包括所有具有分動(dòng)箱的車型都是如此。車輛前軸與后軸的動(dòng)力傳輸，高速、低速四驅(qū)的轉(zhuǎn)換等等都是通過它來完成的，而它也決定了車輛的四驅(qū)形式，那么下面我們就來仔細(xì)分析一下G500的四驅(qū)系統(tǒng)到底是個(gè)什么樣子。G級(jí)四驅(qū)系統(tǒng)解析如果要了解一款越野車的性能，那么首先就要了解它的四驅(qū)結(jié)構(gòu)，通過下面這張結(jié)構(gòu)圖我們就能很清楚的看到G500擁有的是一套怎樣的四驅(qū)系統(tǒng)，那么它的這套系統(tǒng)是如何組成的？下面我們繼續(xù)給大家詳細(xì)的分析一下。簡(jiǎn)單來說G500的四驅(qū)系統(tǒng)是基于一套4MATIC系統(tǒng)，具有前、中、后三個(gè)開放式差速器，帶有4ETS電子輔助制動(dòng)，而在此基礎(chǔ)之上還加入了三把機(jī)械式差速鎖。所以這里我們明確一點(diǎn)就是G500是一款全時(shí)四驅(qū)車型，四個(gè)車輪都有驅(qū)動(dòng)力，其核心就是帶有開放式差速器的中央分動(dòng)箱。對(duì)于分動(dòng)箱的結(jié)構(gòu)我們并不陌生，一般帶有分動(dòng)箱的越野車是發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力直接傳遞給后軸，而只有在接通四驅(qū)模式之后動(dòng)力才通過分動(dòng)箱傳遞到前軸，這就是我們所說的分時(shí)四驅(qū)模式。圖12 分動(dòng)箱示意圖圖13 分動(dòng)箱還可以切換低速高扭矩四驅(qū)模式高速、低速四驅(qū)的轉(zhuǎn)換就是通過輸入軸與中間軸之間不同的齒輪切換來實(shí)現(xiàn)的，如圖所示當(dāng)動(dòng)力沿紅線傳遞時(shí)就是普通的高速四驅(qū)模式，而動(dòng)力沿黃線傳遞時(shí)就是低速四驅(qū)模式，傳動(dòng)比為2.15：1，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力放大了2.15倍，如此強(qiáng)大的動(dòng)力足以克服艱苦的越野環(huán)境。切換高速、低速四驅(qū)模式時(shí)，需要將車挺穩(wěn)，并且擋位掛入空擋（N），然后按下按鍵，當(dāng)屏幕顯示L或者H時(shí)說明低速或者高速四驅(qū)模式已經(jīng)完成切換。G級(jí)差速鎖操作方法奔馳G級(jí)的強(qiáng)大之處就是它在4MATIC系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上又加入了前、中、后三把機(jī)械式差速鎖，而目前擁有三把機(jī)械差速鎖的全時(shí)四驅(qū)車型只有奔馳G了。三把差速鎖都是手動(dòng)鎖止，位于中控臺(tái)頂部的三個(gè)非常顯眼的按鍵，中間是中央差速鎖按鍵、左邊是前橋差速鎖，右邊是后橋差速鎖。機(jī)械式差速鎖由于自身的特點(diǎn)，在操作時(shí)需要一點(diǎn)小小的技巧，就是按下按鈕后下面黃燈亮起，但此時(shí)差速鎖還沒鎖定，少許將車移動(dòng)一段距離，讓差速鎖齒輪入位之后才能鎖定差速鎖，而鎖定之后按鈕上面的紅燈會(huì)亮起。這里你可以分別單獨(dú)開啟差速鎖，同時(shí)也可以按順序把三個(gè)按鈕全都按下，這時(shí)三把差速鎖都進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，你只要移動(dòng)車輛，三把鎖會(huì)按順序逐一開啟。差速鎖可以說在某種程度上，決定了一輛越野車的越野性能。當(dāng)然了，除了過硬的底盤功底，一系列復(fù)雜的四驅(qū)技術(shù)之外，一臺(tái)強(qiáng)筋的心臟更是少不了的。相對(duì)于普通公路車，越野的動(dòng)力系統(tǒng)更多的注重大扭矩的輸出。奔馳G級(jí)無論在底盤，動(dòng)力系統(tǒng)，乃至車身的豪華舒適程度上，都代表了當(dāng)今民用越野車的最高水平。越野賽專用賽車的雙叉臂懸架結(jié)構(gòu)以上是民用越野車的技術(shù)，即便融合諸多技術(shù)，但和職業(yè)越野賽車相比，其技術(shù)應(yīng)用和車體架構(gòu)完全不是同一個(gè)層面的。今年，我有幸在制作KMUST車隊(duì)賽車的同時(shí)，到云南雄風(fēng)既云南紅云紅河越野賽車車隊(duì)的技術(shù)車間，走訪參觀了真正的職業(yè)越野拉力賽賽車。圖16 江耀桓在駕駛紅云紅河車隊(duì)賽車，比賽中勢(shì)不可擋雙叉臂懸掛是由兩根長(zhǎng)短不等的A字臂和充當(dāng)支柱的減震器所組成的。上下兩根A字臂分別通過球鉸與車輪上的轉(zhuǎn)向節(jié)上下節(jié)臂相連，而串連的減震器和螺旋彈簧則充當(dāng)了支柱和轉(zhuǎn)向主銷的角色，它的上端與副車架相連，下端則和下擺臂相連。上下A臂負(fù)責(zé)吸收轉(zhuǎn)向時(shí)的橫向力，而支柱減震器只負(fù)責(zé)支撐車身重量和控制車輪上下跳動(dòng)。而一般來說，雙叉臂懸掛的上下A字臂的長(zhǎng)度是不相等的（上短下長(zhǎng)），這樣就讓車輪在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)能自動(dòng)改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損。左圖18 雙叉臂基本結(jié)構(gòu)圖18 前懸架采用雙叉臂結(jié)構(gòu)，并未采用空氣懸架雙叉臂結(jié)構(gòu)是賽車最常用的懸架形式。從結(jié)構(gòu)學(xué)上講,雙叉臂懸掛可以說是最堅(jiān)固的獨(dú)立懸架。三角形是最穩(wěn)固幾何形狀，雙叉臂懸掛的上下兩根A字臂擁有類似三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不僅擁有足夠的抗扭強(qiáng)度，而且上下兩根A臂對(duì)橫向力都具有很好的導(dǎo)向作用，因此當(dāng)雙叉臂懸掛使用在性能跑車上時(shí)，它可以很好的抑制車輛在過彎時(shí)的側(cè)傾，同時(shí)，如果使用在SUV上時(shí)，它也能夠應(yīng)付極限越野的路況下所帶來的巨大沖擊。圖19 途銳的前后雙叉臂結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以應(yīng)付極限的越野行駛磁控液壓避震器的阻尼計(jì)算可控阻尼的懸架系統(tǒng)是當(dāng)前越野車，甚至普通公路轎車的一種主流配置。通過電磁來控制懸架避震器的阻尼，來調(diào)節(jié)懸架的軟硬。以便更合理的調(diào)整懸架來適應(yīng)不同的路況或行駛模式。在磁力作用下，磁流變?yōu)榉桥ｎD流體考慮到剪切希化的作用，采用H-B流體模型來描述公式中的屈服應(yīng)力，塑性粘度指數(shù)K，流動(dòng)特性m等值。此節(jié)方程，給定結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁流控制的流變性參數(shù)，利用madtab工具即可求解，算出阻尼系數(shù)。根據(jù)減震的結(jié)構(gòu)要求，磁流變液的特征，動(dòng)態(tài)磁路設(shè)計(jì)原理，便可以設(shè)計(jì)出完整的電磁控制避震器。結(jié)束語通過從幾個(gè)方面和部分汽車的技術(shù)，來闡述越野車底盤懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。由于文章篇幅有限，不可能將越野底盤技術(shù)及設(shè)計(jì)理念完全涵蓋。甚至只是很小很膚淺的一部分技術(shù)知識(shí)。與此同時(shí)，本文通過通俗的文字和更多更具體形象的圖標(biāo)來介紹當(dāng)今主流越野汽車的地盤技術(shù)。越野車作為汽車發(fā)展的一個(gè)特殊分支。其在底盤與懸架技術(shù)上，始終領(lǐng)跑汽車技術(shù)的發(fā)展。從軍用到民用，從專業(yè)到業(yè)余，從越野到公路。越來越多的越野車技術(shù)應(yīng)用到轎車底盤上，為了謀求更高的舒適性和操控性。同時(shí)，新的可以的商業(yè)化也推動(dòng)著汽車在這一領(lǐng)域技術(shù)的不斷革新。今天，作為半越野用途車型的SUV已經(jīng)受到非常非常多用戶的喜愛。其寬廣的視野，舒適的空間和底盤，或多或少的越野性能。汽車早已不只是一種交通代步工具，在越野技術(shù)日益豐滿的同時(shí)，他承載者人們對(duì)生活品質(zhì)越來越高的訴求。參考文獻(xiàn)1 WERELEY N M,LI Pang,No 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