馬建勛，秦永輝

（鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064）

前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)全地形車(chē)的喜愛(ài)程度也不斷增加。愛(ài)好者對(duì)全地形車(chē)的結(jié)構(gòu)性能的要求越來(lái)越高，促使國(guó)內(nèi)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。中國(guó)全地形車(chē)錦標(biāo)賽（即CATV大賽）自2012年創(chuàng)辦以來(lái)，經(jīng)過(guò)8年的實(shí)踐和耕耘，已經(jīng)培育起良好的行業(yè)認(rèn)知度和品牌知名度，賽制規(guī)范，組織健全，“最權(quán)威、唯一性、國(guó)際化、新潮流”已成為賽事關(guān)鍵詞。由于全地形車(chē)多行駛在普通汽車(chē)無(wú)法行駛的復(fù)雜惡劣道路上，現(xiàn)在人們選取全地形車(chē)，不僅僅只關(guān)注全地形車(chē)的車(chē)身強(qiáng)度，可靠性等方面，對(duì)其安全性、操縱性等方面的關(guān)注度也不斷增加。因此，全地形車(chē)需要進(jìn)一步研究。

1 設(shè)計(jì)目的和思路

1.1 設(shè)計(jì)目的

大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目“全地形車(chē)設(shè)計(jì)”，目的是在已有車(chē)的基礎(chǔ)上，為了提高安全性，對(duì)車(chē)身整體框架做出調(diào)整，選用強(qiáng)度更高韌性更好的優(yōu)質(zhì)鋼材，在保證安全性的前提下，為提升舒適性，新車(chē)重新設(shè)計(jì)整車(chē)懸掛系統(tǒng)，并增加車(chē)用常規(guī)電器設(shè)備。因此，新車(chē)型在復(fù)雜惡劣的路面上能夠表現(xiàn)出良好的通過(guò)性、操縱穩(wěn)定性和舒適性。

1.2 設(shè)計(jì)思路

中國(guó)幅員遼闊，四季溫差大，全地形車(chē)輛廣泛適用于沼澤、沙漠、雪地、灘涂、水域等情況，所受到外界的沖擊復(fù)雜，這需要整車(chē)擁有良好的抗沖擊性能和耐候性[1]。因此車(chē)前保險(xiǎn)杠采用304不銹鋼鋼材。在提高全地形車(chē)舒適性方面，經(jīng)過(guò)對(duì)比各種懸架的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選取較為穩(wěn)定，安全的雙叉臂式獨(dú)立懸架?？紤]到全地形車(chē)本身車(chē)內(nèi)空間較小，且又要乘坐兩個(gè)人，為了解決空間布局的難點(diǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)后置，采用后輪驅(qū)動(dòng)策略。汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪在車(chē)尾，行駛時(shí)就恰似有人在車(chē)尾推著汽車(chē)前行[2]。這樣在全地形車(chē)爬坡時(shí)，由于重力后傾，增加了后輪與地面完好的接觸。使汽車(chē)具有良好的啟動(dòng)性能和爬坡性能，發(fā)動(dòng)機(jī)后置也使得發(fā)動(dòng)機(jī)與差速器和變速器連成一體，使力的傳遞線(xiàn)路縮短，并且便于發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝與拆卸?？紤]復(fù)雜地形時(shí)整車(chē)通過(guò)性，全地形車(chē)的底盤(pán)距地面（900～1 200）mm，這樣就可以順利通過(guò)凹凸不平的復(fù)雜地面。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 懸掛系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用雙叉臂式獨(dú)立懸架，雙叉臂擁有上下兩個(gè)A字型控制臂以及支柱式液壓減震器構(gòu)成。通常上控制臂短于下控制臂，上控制臂的一端連接著支柱減震器，另一端連接著車(chē)身。下控制臂的一端連接著車(chē)輪，而另一端則連接著車(chē)身。上下控制臂還由一根連接桿相連，這根連桿同時(shí)也還與車(chē)輪相連接。在整個(gè)懸架構(gòu)造中，通過(guò)對(duì)多個(gè)支點(diǎn)的連接提高了上下控制臂以及整個(gè)懸架的整體性。

起到方向轉(zhuǎn)換作用的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)于前束角的擾動(dòng)效應(yīng)相對(duì)較強(qiáng)，而對(duì)主銷(xiāo)內(nèi)傾角的影響則處于正常范圍之內(nèi)[3]。雙叉臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)幅度不大，并且與彈簧安裝在一起，彈簧允許車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能被傳遞到阻尼器，阻尼通過(guò)液壓裝置擴(kuò)散。通過(guò)調(diào)整避震器可以調(diào)整這種振動(dòng)幅度。降低振動(dòng)幅度，從而提高乘坐舒適度。

懸架的選用：本設(shè)計(jì)選用 KTFT01803雙叉臂獨(dú)立懸架。該材料的具體參數(shù)為抗拉強(qiáng)度（25 ℃ MPA），屈服強(qiáng)度（25 ℃ MPA），強(qiáng)度500公斤力10 mm球，延伸率16 mm（1/162 N）厚度，可調(diào)整外傾角-1 ℃～ +3 ℃，主銷(xiāo)后傾角-1 ℃～+1 ℃。

2.2 制動(dòng)系統(tǒng)

盤(pán)式制動(dòng)器是以靜止的剎車(chē)碟片，夾住隨車(chē)胎轉(zhuǎn)動(dòng)的剎車(chē)碟盤(pán)以產(chǎn)生摩擦力，使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低的剎車(chē)裝置。當(dāng)踩下剎車(chē)踏板時(shí)，剎車(chē)總泵內(nèi)的活塞會(huì)被推動(dòng)，從而在剎車(chē)油路中建立壓力。全地形車(chē)選用盤(pán)式制動(dòng)器：一是由于盤(pán)型剎車(chē)散熱性較鼓式剎車(chē)效果佳，在連續(xù)踩踏剎車(chē)踏板時(shí)，不會(huì)造成剎車(chē)衰退而使剎車(chē)失靈的現(xiàn)象。二是剎車(chē)盤(pán)在受熱之后，它尺寸的改變并不使剎車(chē)踏板的行程增加。三是與鼓式剎車(chē)相比較下，盤(pán)式剎車(chē)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，且容易維修。另外，全地形車(chē)多行駛在泥濘路段，盤(pán)型剎車(chē)排水良好，可降低水和泥沙造成剎車(chē)失靈的現(xiàn)象。因此，選用盤(pán)式制動(dòng)器比較合適。

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

全地形車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間采用 0-5701型傳動(dòng)帶傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)是摩擦傳動(dòng)的一種典型形式，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝拆卸，應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器利用傳動(dòng)帶連接，憑借傳動(dòng)帶橡膠與凹型槽的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。這樣的傳動(dòng)形式，傳動(dòng)比也相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，帶輪與凹槽會(huì)產(chǎn)生打滑，這樣在行駛過(guò)程中起到過(guò)載保護(hù)的作用。

2.4 后橋選用

全地形車(chē)選用半浮式非斷開(kāi)后橋總成。所選用的半浮式非斷開(kāi)后橋全長(zhǎng)為105 cm，采用4孔750剎車(chē)鍋與車(chē)輪相連接。由于全地形車(chē)多行駛在顛簸復(fù)雜路段，在行駛過(guò)程中后橋半軸不僅僅承受扭矩，還要承受彎矩，不停地對(duì)后橋半軸進(jìn)行強(qiáng)烈的沖擊。考慮到這方面的原因，設(shè)計(jì)選用半浮式非斷開(kāi)后橋，半軸內(nèi)側(cè)通過(guò)花鍵與差速器半軸齒輪相連，半軸外端通過(guò)軸承支承在橋殼上，車(chē)輪固定安裝在半軸外端的懸臂上。這樣作用在車(chē)輪上的各種作用力以及由此引起的彎矩，都直接傳給半軸，再通過(guò)軸承傳給驅(qū)動(dòng)橋殼體。在全地形車(chē)行駛過(guò)程中，半軸不僅可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也可以支撐汽車(chē)的全部重量，就達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的選用

車(chē)輛動(dòng)力選用HW190FD/P-A型發(fā)動(dòng)機(jī)。選用OHV置頂氣門(mén)構(gòu)造，減少碳的堆積，氣缸頭點(diǎn)檢簡(jiǎn)單，而且高度的耐塵性使維護(hù)也更容易，并且這種類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、耗油低、排量少比較適合車(chē)身較小的全地形車(chē)。

具體發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示：

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

2.6 車(chē)架設(shè)計(jì)

車(chē)架是由薄壁管件和板件焊接而成，使用材料為 Q235號(hào)鋼和10號(hào)鋼。由于車(chē)架不同位置所受到的載荷不同，因此不同的受力點(diǎn)選用不同的材料。焊接成的車(chē)架長(zhǎng)*寬*高2 582 mm*1 342 mm*1 120 mm。

2.7 電源的選用

電源是為全車(chē)所有電器設(shè)備提供能源動(dòng)力的設(shè)備。全地形車(chē)選用12N9-4B型鉛酸蓄電池，這種類(lèi)型的電池能為電氣設(shè)備供電，并且滿(mǎn)足用電設(shè)備的使用要求。

3 電氣設(shè)備控制

電氣設(shè)備對(duì)全地形車(chē)的行車(chē)安全具有重要作用。全地形車(chē)電氣設(shè)備比較簡(jiǎn)單，主要是指示燈和喇叭。本設(shè)計(jì)電氣設(shè)備采用STC89C52單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行控制，以輸入到51單片機(jī)中的程序?yàn)楹诵模ㄟ^(guò)不同作用的按鍵開(kāi)關(guān)，控制全地形車(chē)上燈光的亮暗以及喇叭的鳴響。具體操作如表2所示：

表2 操作過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

在“全地形車(chē)設(shè)計(jì)”課題下重新設(shè)計(jì)的全地形車(chē)，通過(guò)在校內(nèi)模擬野外路段不斷調(diào)試下，全地形車(chē)已經(jīng)具備在惡劣環(huán)境下安全行駛的能力。通過(guò)有連續(xù)彎道、泥坑、雙駝峰、亂石堆等惡劣路況的模擬路段，檢測(cè)行駛過(guò)程中車(chē)輛的振動(dòng)，表明劇烈顛簸已經(jīng)明顯降低。這說(shuō)明全地形車(chē)在降低行駛過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊方面的改進(jìn)，已實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)基本目標(biāo)。在全車(chē)的電氣控制方面，通過(guò)對(duì)不同按鍵的反復(fù)測(cè)試，得到按鍵在51單片機(jī)的控制之下已經(jīng)能夠正常運(yùn)行，提升了行車(chē)的安全性。