越野汽車離地間隙定義研究

周忠勝

清華大學工程碩士，武漢大學工商管理碩士，現就職于東風越野車有限公司，任整車開發部研究員級高級工程師，負責整車產品開發工作。已發表論文多篇，曾獲省部級科技進步獎一、二、三等獎多項。

摘" 要：本文梳理了國家標準、國家軍用標準關于離地間隙類術語（指標）的定義及試驗方法，提出了新的離地間隙定義，論證了新定義的合理性，給出了結論和工作建議。

關鍵詞：越野汽車;離地間隙;標準;通過性

中圖分類號：U461.5" " " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1005-2550（2022）04-0032-06

Research on the Definition of Ground Clearance for Off-road Vehicles

ZHOU Zhong-sheng1， LI Li-ping2

（ 1. Dong Feng Off-road Vehicle， Wuhan 430056， China;

2. 63969 Unit of the PLA， Nanjing 280020， China ）

Abstract： This article combs the definition of ground clearance in national standards and national military standards. A new definition of ground clearance is give and the rationality of the new definition is verified. Then put forward some suggestions.

Key Words： Off-Road Vehicle; Ground Clearance; Standard; Trafficability

1" " 引言

離地間隙和縱向通過角、接近角、離去角、轉彎直徑等一起被稱為車輛的幾何通過性參數。這些參數靜態地表征了車輛的地形通過性能和越野性能。越野汽車（有時稱為通用戰術車輛）的戰技指標和研制總要求的指標體系中一般均有最小離地間隙這個指標，體現出裝備研制主管單位、論證研究所、研制單位、使用部門對這個指標重要性的一致認同。

在國家標準、與軍用越野汽車和裝甲車輛相關的國軍標等標準文件中分別定義了“最小離地間隙”、“前后軸之間的離地間隙”、“軸下離地間隙”、 “離地間隙”、“車底距地高”、“最小間隙”等術語，這些術語的內涵及表征的技術含義是類似的，在本文中將它們統稱為離地間隙類術語，在作為技術要求使用時統稱為離地間隙類指標。

越野汽車（通用戰術車輛）作為裝備，在型號管控、質量管理、試驗驗證等各個方面按照裝備的研制程序來管理，但這類車輛裝備的技術發展和研制，一些表征車輛自身功能和性能的技術指標的定義和試驗方法，主要依托國家和汽車行業標準，沒有自成體系建立完整的技術、試驗國軍標體系。

但是在越野汽車（通用戰術車輛）具體型號研制過程中，圍繞著離地間隙類術語（指標）的定義、測量和評價，論證、研制、試驗部門在實際研制工作中理解不同，對研制、試驗鑒定、定型產生了一些不利影響。

本文試圖從源頭出發，梳理、完善離地間隙類術語（指標）的定義和測量方法，掃清越野汽車（通用戰術車輛）新型號研制工作的障礙。

2" " 離地間隙類術語的定義及測量方法

定義離地間隙的目的就是要測量它，以此表征和評價具體型號的地形通過性和越野性能。本章節闡述了各個相關標準對離地間隙類術語的定義，同時也闡述了不同標準對試驗方法的規定。因為一些試驗方法的描述也能夠起到補充闡述定義、深化理解定義的作用。

本章節主要從與汽車、拖拉機、土方機械相關的國家標準、與軍用越野汽車和裝甲車輛相關的國軍標四個方面闡述離地間隙類術語，并給出相應的分析和評價。

2.1" "與汽車相關的國家標準

國家標準中有兩個與汽車有關的標準涉及離地間隙類術語的定義，分別為GB/T 3730.3-1992 《汽車和掛車的術語及其定義 車輛尺寸》和GB/T 15089-2001《機動車輛及其掛車分類》。兩個標準的編制單位均是汽車行業標準歸口管理單位中國汽車技術研究中心。

GB/T3730.3-1992參照采用國際標準ISO 612-1978《汽車和掛車的術語及其定義 車輛尺寸》，代替GB/T 3730.3-83版本。標準給出“最小離地間隙”術語。標準的3.8條定義“最小離地間隙”為“車輛中間區域內的最低點到X平面的距離，中間區域為平行于Y平面且與其等距離的兩平面之間所包含的部分，兩平面之間的距離為同一軸上兩端車輪內緣最小距離的80%”。定義中的X平面即車輛支撐平面，定義中的Y平面即車輛縱向對稱平面。[1]標準給出的示意圖如圖1：

ISO 612這個標準1978年發布，體現了當時世界汽車工業的技術水平，帶有當時鮮明的時代特征。

GB/T 15089-2001的技術內容等效采用1997年11月發布的ECE R.E.3的附件7及其修正，2001版在1994版的基礎上增加了G類車輛的相關內容。2001版為了區分出G類車輛，給出了接近角、離去角、縱向通過角和離地間隙的定義和圖示、載荷和檢測條件。但是G類并沒有獨立成一類單獨機動車輛單獨管理，還是從屬于M、N類車輛。

GB/T 15089-2001標準定義了“前后軸之間的離地間隙”、“軸下離地間隙”兩個術語。標準的3.5.5.4條定義“前后軸之間的離地間隙”為“地面與兩軸之間最低點之間的距離”，給出了如圖2的示意圖。該條同時指出：多軸并裝車橋視為單軸。[2]

GB/T 15089-2001標準的3.5.5.5條定義“軸下離地間隙”為“指通過單軸上的車輪輪胎印跡中心（如若為雙車輪輪胎，則為內側車輪輪胎）與車輛最低固定點的圓弧內的最高點到地面的距離”，給出了如圖3的示意圖。3.5.5.5條還指出：車輛任何剛性部件都不得伸入圖中的陰影區內;如果必要，可將幾個軸的軸下離地間隙按其順序排列出來，例如：280/250/250。[2]

GB/T 15089定義的兩個術語，可以視為是對GB/T 3730.3的豐富和細化。針對某個具體車型而言，“前后軸之間的離地間隙”、“軸下離地間隙”兩個值中的最小值即為“最小離地間隙”。

GB/T 12673-1990《汽車主要尺寸測量方法》規范了整車的尺寸參數測量方法。該標準在引用標準中引用了GB/T 3730.3。標準的8.4條規定術語為“最小離地間隙”，規定測量部位為“測量支撐平面與車輛中間部分最低點的距離且指明最低點部件（車輛中間部分指與車輛Y基準平面等距離且平行的兩個平面之間部分，兩平面間距離為同一軸上兩端車輪內緣間最小距離b的80%）”。規定“載荷狀況為滿載”。該標準給出的示意圖為該標準內的A5圖，如圖4。標準描述和實際圖示與GB/T 3730.3一致。[3]

GB/T 12673-1990在2019年改版，更新為GB/T 12673-2019。標準的8.5條列出了“最小離地間隙”和“最小離地間隙-最大質量”兩個術語，對應的載荷情況分別為整備質量和最大質量。該標準給出的示意圖為該標準的D.3圖（本文圖略），雖然圖示與1990版不同，但是描述和圖示含義與1990版一致，沒有調整。[4]兩個版本的GB/T 12673與GB/T 3730.3-1992是對應一致的。

2.2" "與拖拉機和土方機械相關的國家標準

拖拉機、土方機械與越野汽車的使用地域有重疊、使用場景可對照，它們的離地間隙類術語的定義對于思考和完善越野汽車離地間隙的定義有對標意義。

拖拉機國家標準GB/T 6960.1-2007《拖拉機術語 第1部分：整機》列出“最小間隙”術語。2.2.8.4 條定義“最小間隙”為“在與縱向中心面等距離的兩平面之間，拖拉機最低點至支撐面的距離，此兩平面的距離為同一軸上左右車輪（履帶）內緣間最小距離的80%”。[5]該標準未提供示意圖。根據標準的描述，GB/T 6960.1與GB/T 3730.3的定義是一致的。

拖拉機試驗標準GB/T 3871.2-2006《農業拖拉機 試驗規程 第2部分：整機參數測量》的5.1條整機尺寸測量，給出了整機尺寸測量示意圖（本文圖略），但未標注出最小間隙。標準附錄表A.1整機尺寸參數中有“最小離地間隙Hd”和“最小離地間隙Hd的受限部位”等試驗記錄項目，但是沒有給出具體的說明。[6]邏輯分析應該按照GB/T 6960.1的定義測量。

土方機械國家標準GB/T 18577.1-2008《土方機械 尺寸與符號的定義 第1部分：主機》附錄A給出了“離地間隙”的定義及示意圖（部分如圖5）。定義為“在Z坐標上，基準地平面至機器中部最低點之間的距離，減去尺寸H5。注：機器中部定義為零Y平面至任一側的距離為履帶中心距（W2）或輪距（W3）的25%的區域”。其中的H5為履刺高度。履刺在非堅硬路面上會刺入地面內。[7]

GB/T 18577.1和GB/T 3730.3離地間隙的定義思路，差別在于關注車輪內緣間80%范圍的Y平面空間，還是輪距的50%范圍的Y平面空間。由于輪距一般要遠遠大于輪胎的寬度，輪距的50%的數值要小于車輪內緣寬度80%的數值。選取輕、中、重型典型越野車進行試算，輪距的50%的數值相當于車輪內緣寬度的60%左右。

2.3" "與越野汽車相關的國家軍用標準

原總后車船研究所起草的GJB 801-1990《軍用汽車和掛車術語》列出術語“最小離地間隙”，作為地形通過性的指標之一。標準指出“最小離地間隙”的定義等同采用GB/T 3730.3，版本為GB/T 3730.3的報批稿。根據標準發布時間應該是1992版。

國家軍用標準中無專門的越野汽車（通用戰術車輛）離地間隙測量方法。實際工作中一般完全按照或者參照GB/T 12673編制具體型號的試驗方法，開展試驗驗證。

2.4" "裝甲車輛國家軍用標準

裝甲車輛形成了獨立、完整的國軍標標準體系，其試驗規程體現為GJB 59.××系列裝甲車輛試驗規程。

中國兵器工業標準化研究所歸口和編制的GJB 2937A-2004《裝甲車輛術語》列出術語“車底距地高”。GJB 2937A的2.2.1.10條定義“車底距地高”為“裝甲車輛停在水平堅硬地面上，車體底板基本平面到地面的距離”。并給出注釋，若車體底部平面有局部突出物時，應給出車體突出物最低點距地高;若車底可調節，應給出相應的最大和最小高度。[8]該標準沒有給出“車底距地高”的示意圖。

GJB 59.11-87《裝甲車輛試驗規程外部尺寸與幾何特征性參數測定》針對履帶車輛和輪式裝甲車輛，分別給出了外部尺寸和幾何特征示意圖和參數表。GJB 59.11-87的4.2.1條給出的履帶式車輛外部尺寸示意圖見圖6。4.2.1條給出的參數表中針對車底距地高測量項目有兩個，最小距地高S1和底平面距地高S2。但是在示意圖上未標注最小距地高S1。[9]

GJB 59.11-87的4.2.2.條給出的輪式車輛外部尺寸示意圖見圖7。示意圖上也未標注最小距地高S1。4.2.2條給出的參數表中針對車底距地高測量項目也有兩個，最小距地高S1和底平面距地高S2。

2.5" "標準的橫向比較和分析

根據前面的闡述，可得出如下基本結論：

汽車、拖拉機和越野汽車（通用戰術車輛）的離地間隙類術語（指標）的定義均采用GB/T 3730.3-1992的定義，測量方法和定義一致;土方機械離地間隙定義的邏輯思路也一致，但是Y平面的橫向寬度范圍要求降低。

雖然GB/T 15089-2001試圖豐富和細化離地間隙類術語（指標）的定義，但是由于定義本身的不足（詳見下文），同時也沒有相應的試驗方法支撐，在實際中沒有使用;

裝甲車輛研制、試驗國軍標自成體系，GJB 2937A-2004給出的“車底距地高”的定義沒有設置限制性條件，GJB 59.11-87針對履帶裝甲車輛和輪式裝甲車輛也給出了不同的示意圖，充分考慮了車體結構、懸架型式的不同，體現了定義和測量方法的包容性。

3" " 離地間隙定義優化及分析

3.1" "現有國標定義的缺陷

GB/T 3730.3-1992只關注了車輪內緣間80%范圍的Y平面空間，沒有完全包含整個車輛底部橫向寬度的所有區域，定義和測量區域的嚴謹性和完整性存疑。當然一般情況下，研制單位不會只提高車輪內緣間80%范圍的Y平面空間內的離地間隙，而不考慮車輛兩側區域的離地間隙。

GB/T 15089-2001試圖豐富和細化定義，但定義的“前后軸之間的離地間隙”包含的區域僅為前后軸之間，“軸下離地間隙”僅為單軸上的車輪輪胎印跡中心，前后位置不清晰，同時遺漏了車輛前懸和后懸底部區域，定義和測量區域也不完整。

3.2" "新定義

由于國標定義本身的缺陷，優化離地間隙的定義、細化試驗方法，是必要的。

本文給出離地間隙新定義如下：

車軸處離地間隙：通過車軸上的車輪輪胎印跡中心（如若為雙車輪輪胎，則為內側車輪輪胎）與車輛最低固定點的圓弧內的最高點到地面的距離。此處不是僅僅指通過車輪中心垂直于車輛支撐平面的一個或幾個獨立的平面，而是指這個平面附近前后的某個區域。車輛任何剛性部件都不得伸入車軸處圖中的陰影區內;如果必要，可將幾個軸的車軸處離地間隙按其順序排列出來。

非車軸處離地間隙：在整個車長范圍內，除已測量過的車軸處區域外，車軸之間、前后懸等其它區域最低點和車輛支撐平面之間的距離。

最小離地間隙為兩類離地間隙中的最小值。

離地間隙定義、測量對應的載荷情況為整備質量狀態和最大設計總質量狀態。

定義可以直接采用GB/T 15089-2001標準給出的圖3作為車軸處離地間隙的示意圖，但是要重新繪制非車軸處離地間隙的示意圖（本文略）。

3.3" "新定義的合理性

新定義包括了車輛的長度和寬度范圍內車輛底部的所有區域，解決了原定義范圍和測量區域不完整的缺陷。但是由于車軸處離地間隙的定義及測量范圍從矩形范圍更改為圓弧（詳見圖8），理論上好像縮小了覆蓋區域、降低了對越野汽車（通用戰術車輛）的技術要求。

根據圖8所示，新定義增加了對B區域的要求，取消了對A區域的要求。經計算，一般A區域的面積要小于B區域的面積，總的面積是增加的。新定義增加的B區域在車輛的下部，不做要求的A區域在車輛的上部，B區域碰到障礙的概率更大一些。因此新定義沒有降低要求，而是更嚴格。

加大離地間隙的目的是盡可能增大車輛下部與地面之間的間隙，提升車輛克服地面各種障礙的能力。由于風、水、雨、雪等對地表侵蝕作用，完全規則的方形凸出障礙在實際自然界中是很少見的。在實際使用環境中，兩種定義汽車車軸處車輛底部碰到凸出障礙物，車輛被頂起而失去通過性的概率差別并不大。

假如車輛在非常松軟的區域，比如很深的積雪、沙漠或者沼澤行駛時，車輪陷入雪、沙、泥水過深，由于積雪、沙漠、沼澤非常松軟，在相同離地間隙指標要求下的兩種定義指導設計出來的車輛的實際的推土阻力變化并不大，車輛會破壞掉積雪、沙和泥，仍可強行通過。實際上，由于新定義增加的B區域在車輛的下部，取消要求的A區域在車輛的上部，新定義實際遇到更大的推土阻力的概率要大。此時，如果車輪陷入過深，車輛底部完全和車輛接觸，形成的推土阻力特別巨大，超過了車輛的實際驅動力，導致地形通過失敗。這種情況下離地間隙數值的大小、車輛的驅動力、輪胎性能起到了決定性的作用，而不是兩種定義導致的通過性的性能差別。

在遇到硬質較規則方形凸出障礙，且障礙大到浸入到圖7的A區域內，此時也可以依據駕駛員的經驗判斷，調整車輛與障礙物的相對關系通過障礙（比如單側車輪騎上障礙物）。

3.4" "新定義對設計的影響

影響越野汽車（通用戰術車輛）離地間隙的主要因素為輪胎型號、懸架結構和驅動橋的結構、布置方案。由于輪胎可調整的參數較少，懸架、驅動橋的結構、布置方案的影響最大。

整體式車橋（可能為單級減速，也可能是有輪邊減速的多級減速），不管是匹配獨立懸架，還是匹配各種型式的非獨立懸架，由于主減速器的位置一般居中布置，離地間隙滿足GB/T 3730.3的定義難度不大。

驅動橋為斷開式多級減速車橋時，常常匹配獨立懸架。整車總體布置通過提高中部驅動橋的布置高度加大離地間隙，懸架結構就成為影響離地間隙的主要因素。獨立懸架的結構型式多種多樣，但從結構功能上，一般由彈性元件、減振裝置和導向機構三部分組成。導向機構有橫向布置、縱向布置、斜向布置三種布置方案。由于車輛高度限制、離地間隙增加的上壓下抬，導致懸架的布置空間較小，但車輛平順性客觀上又要求增加彈性元件的布置空間，因此導向機構的布置很難規避開GB/T 3730.3的定義要求的車輪內緣間80%范圍。如果硬性避開車輪內緣間80%范圍，導致導向機構（控制臂）的布置位置很高，控制臂和輪胎側的鉸接點布置困難，懸架系統受力惡化。電驅動方案，特別是輪邊電機驅動方案時，布置難度更大。

新的定義，在相同的離地間隙指標要求時，能夠在不降低車輛實際通過性能的前提下，便于整車總布置設計，優化懸架系統總體性能匹配，提升整車的操縱性能和平順性，提升越野汽車（通用戰術車輛）的綜合性能。

4" " 結論和建議

由于GB/T 3730.3編制時間較早，2001版GB/T 15089提出了車軸下離地間隙的定義，試圖豐富和細化離地間隙的定義，但是沒有在實際工作中使用。本文提出了離地間隙的新定義和測量方法，應該在修訂GB/T 3730.3、GB/T 12673標準時采納或吸收本文提出的新定義及相關優化意見。

在GB/T 3730.3、GB/T 12673標準修訂前，在越野汽車（通用戰術車輛）新型號論證和研制過程中，研制單位應與論證單位進行有效的溝通，細化最小離地間隙的定義，或者增加相應的補充說明;在型號研制階段，研制單位應盡可能挑戰高目標，開展方案和工程設計;在試驗驗證階段，與試驗基地密切溝通，根據車輛的實際設計方案，不要直接套用GB/T 12673的測量方法，而是要結合車輛實際方案制定與其相匹配的離地間隙測量方法。

注：在文章的撰寫和修改完善過程中，楊國權對土方機械相關內容的補充、完善給出了建設性意見，高克志幫助繪制了相關示意圖、核算了相關數值，在此一并致謝。

參考文獻：

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專家推薦語

汪振曉

東風公司特種裝備事業部

底盤總師" 研究員級高級工程師

GB/T3730.3-1992簡單定義車輪內緣間80%范圍的Y平面空間，這對非獨立懸架整體橋的越野車可以滿足，現在的越野車多采用獨立懸架斷開式車橋，特別是懸架的導向機構的布置很難規避車輪內緣間80%范圍的區域，作者提出了離地間隙的新定義，既不影響車輛實際通過性能，又提升整車的操縱性能，對越野車開發時具有借鑒作用。