雙座方向盤式全地形車設計

馬建勛，秦永輝

（鄭州科技學院，河南 鄭州 450064）

前言

隨著國民經濟的不斷發展，人們對全地形車的喜愛程度也不斷增加。愛好者對全地形車的結構性能的要求越來越高，促使國內外企業競爭日益激烈。中國全地形車錦標賽（即CATV大賽）自2012年創辦以來，經過8年的實踐和耕耘，已經培育起良好的行業認知度和品牌知名度，賽制規范，組織健全，“最權威、唯一性、國際化、新潮流”已成為賽事關鍵詞。由于全地形車多行駛在普通汽車無法行駛的復雜惡劣道路上，現在人們選取全地形車，不僅僅只關注全地形車的車身強度，可靠性等方面，對其安全性、操縱性等方面的關注度也不斷增加。因此，全地形車需要進一步研究。

1 設計目的和思路

1.1 設計目的

大學生創新項目“全地形車設計”，目的是在已有車的基礎上，為了提高安全性，對車身整體框架做出調整，選用強度更高韌性更好的優質鋼材，在保證安全性的前提下，為提升舒適性，新車重新設計整車懸掛系統，并增加車用常規電器設備。因此，新車型在復雜惡劣的路面上能夠表現出良好的通過性、操縱穩定性和舒適性。

1.2 設計思路

中國幅員遼闊，四季溫差大，全地形車輛廣泛適用于沼澤、沙漠、雪地、灘涂、水域等情況，所受到外界的沖擊復雜，這需要整車擁有良好的抗沖擊性能和耐候性[1]。因此車前保險杠采用304不銹鋼鋼材。在提高全地形車舒適性方面，經過對比各種懸架的優缺點，最終選取較為穩定，安全的雙叉臂式獨立懸架?？紤]到全地形車本身車內空間較小，且又要乘坐兩個人，為了解決空間布局的難點，將發動機后置，采用后輪驅動策略。汽車的驅動輪在車尾，行駛時就恰似有人在車尾推著汽車前行[2]。這樣在全地形車爬坡時，由于重力后傾，增加了后輪與地面完好的接觸。使汽車具有良好的啟動性能和爬坡性能，發動機后置也使得發動機與差速器和變速器連成一體，使力的傳遞線路縮短，并且便于發動機的安裝與拆卸?？紤]復雜地形時整車通過性，全地形車的底盤距地面（900～1 200）mm，這樣就可以順利通過凹凸不平的復雜地面。

2 設計原理

2.1 懸掛系統

本設計采用雙叉臂式獨立懸架，雙叉臂擁有上下兩個A字型控制臂以及支柱式液壓減震器構成。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，另一端連接著車身。下控制臂的一端連接著車輪，而另一端則連接著車身。上下控制臂還由一根連接桿相連，這根連桿同時也還與車輪相連接。在整個懸架構造中，通過對多個支點的連接提高了上下控制臂以及整個懸架的整體性。

起到方向轉換作用的節點坐標對于前束角的擾動效應相對較強，而對主銷內傾角的影響則處于正常范圍之內[3]。雙叉臂獨立懸架運動幅度不大，并且與彈簧安裝在一起，彈簧允許車輪上下運動。運動的動能被傳遞到阻尼器，阻尼通過液壓裝置擴散。通過調整避震器可以調整這種振動幅度。降低振動幅度，從而提高乘坐舒適度。

懸架的選用：本設計選用 KTFT01803雙叉臂獨立懸架。該材料的具體參數為抗拉強度（25 ℃ MPA），屈服強度（25 ℃ MPA），強度500公斤力10 mm球，延伸率16 mm（1/162 N）厚度，可調整外傾角-1 ℃～ +3 ℃，主銷后傾角-1 ℃～+1 ℃。

2.2 制動系統

盤式制動器是以靜止的剎車碟片，夾住隨車胎轉動的剎車碟盤以產生摩擦力，使車輪轉動速度降低的剎車裝置。當踩下剎車踏板時，剎車總泵內的活塞會被推動，從而在剎車油路中建立壓力。全地形車選用盤式制動器：一是由于盤型剎車散熱性較鼓式剎車效果佳，在連續踩踏剎車踏板時，不會造成剎車衰退而使剎車失靈的現象。二是剎車盤在受熱之后，它尺寸的改變并不使剎車踏板的行程增加。三是與鼓式剎車相比較下，盤式剎車的構造簡單，且容易維修。另外，全地形車多行駛在泥濘路段，盤型剎車排水良好，可降低水和泥沙造成剎車失靈的現象。因此，選用盤式制動器比較合適。

2.3 傳動系統

全地形車在發動機和變速器之間采用 0-5701型傳動帶傳動。V帶傳動是摩擦傳動的一種典型形式，它的結構簡單，易于安裝拆卸，應用最廣泛的一種傳動形式。將發動機與變速器利用傳動帶連接，憑借傳動帶橡膠與凹型槽的摩擦來實現傳動。這樣的傳動形式，傳動比也相對穩定，運行平穩。當發動機過載時，帶輪與凹槽會產生打滑，這樣在行駛過程中起到過載保護的作用。

2.4 后橋選用

全地形車選用半浮式非斷開后橋總成。所選用的半浮式非斷開后橋全長為105 cm，采用4孔750剎車鍋與車輪相連接。由于全地形車多行駛在顛簸復雜路段，在行駛過程中后橋半軸不僅僅承受扭矩，還要承受彎矩，不停地對后橋半軸進行強烈的沖擊?？紤]到這方面的原因，設計選用半浮式非斷開后橋，半軸內側通過花鍵與差速器半軸齒輪相連，半軸外端通過軸承支承在橋殼上，車輪固定安裝在半軸外端的懸臂上。這樣作用在車輪上的各種作用力以及由此引起的彎矩，都直接傳給半軸，再通過軸承傳給驅動橋殼體。在全地形車行駛過程中，半軸不僅可以驅動車輪轉動，同時也可以支撐汽車的全部重量，就達到設計目的。

2.5 發動機的選用

車輛動力選用HW190FD/P-A型發動機。選用OHV置頂氣門構造，減少碳的堆積，氣缸頭點檢簡單，而且高度的耐塵性使維護也更容易，并且這種類型發動機體積小、耗油低、排量少比較適合車身較小的全地形車。

具體發動機參數如表1所示：

表1 發動機參數

2.6 車架設計

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

2.7 電源的選用

電源是為全車所有電器設備提供能源動力的設備。全地形車選用12N9-4B型鉛酸蓄電池，這種類型的電池能為電氣設備供電，并且滿足用電設備的使用要求。

3 電氣設備控制

電氣設備對全地形車的行車安全具有重要作用。全地形車電氣設備比較簡單，主要是指示燈和喇叭。本設計電氣設備采用STC89C52單片機開發板進行控制，以輸入到51單片機中的程序為核心，通過不同作用的按鍵開關，控制全地形車上燈光的亮暗以及喇叭的鳴響。具體操作如表2所示：

表2 操作過程

4 結束語

在“全地形車設計”課題下重新設計的全地形車，通過在校內模擬野外路段不斷調試下，全地形車已經具備在惡劣環境下安全行駛的能力。通過有連續彎道、泥坑、雙駝峰、亂石堆等惡劣路況的模擬路段，檢測行駛過程中車輛的振動，表明劇烈顛簸已經明顯降低。這說明全地形車在降低行駛過程中的振動和沖擊方面的改進，已實現了項目設計基本目標。在全車的電氣控制方面，通過對不同按鍵的反復測試，得到按鍵在51單片機的控制之下已經能夠正常運行，提升了行車的安全性。