双座方向盘式全地形车设计

马建勋，秦永辉

（郑州科技学院，河南 郑州 450064）

前言

随着国民经济的不断发展，人们对全地形车的喜爱程度也不断增加。爱好者对全地形车的结构性能的要求越来越高，促使国内外企业竞争日益激烈。中国全地形车锦标赛（即CATV大赛）自2012年创办以来，经过8年的实践和耕耘，已经培育起良好的行业认知度和品牌知名度，赛制规范，组织健全，“最权威、唯一性、国际化、新潮流”已成为赛事关键词。由于全地形车多行驶在普通汽车无法行驶的复杂恶劣道路上，现在人们选取全地形车，不仅仅只关注全地形车的车身强度，可靠性等方面，对其安全性、操纵性等方面的关注度也不断增加。因此，全地形车需要进一步研究。

1 设计目的和思路

1.1 设计目的

大学生创新项目“全地形车设计”，目的是在已有车的基础上，为了提高安全性，对车身整体框架做出调整，选用强度更高韧性更好的优质钢材，在保证安全性的前提下，为提升舒适性，新车重新设计整车悬挂系统，并增加车用常规电器设备。因此，新车型在复杂恶劣的路面上能够表现出良好的通过性、操纵稳定性和舒适性。

1.2 设计思路

中国幅员辽阔，四季温差大，全地形车辆广泛适用于沼泽、沙漠、雪地、滩涂、水域等情况，所受到外界的冲击复杂，这需要整车拥有良好的抗冲击性能和耐候性[1]。因此车前保险杠采用304不锈钢钢材。在提高全地形车舒适性方面，经过对比各种悬架的优缺点，最终选取较为稳定，安全的双叉臂式独立悬架。考虑到全地形车本身车内空间较小，且又要乘坐两个人，为了解决空间布局的难点，将发动机后置，采用后轮驱动策略。汽车的驱动轮在车尾，行驶时就恰似有人在车尾推着汽车前行[2]。这样在全地形车爬坡时，由于重力后倾，增加了后轮与地面完好的接触。使汽车具有良好的启动性能和爬坡性能，发动机后置也使得发动机与差速器和变速器连成一体，使力的传递线路缩短，并且便于发动机的安装与拆卸。考虑复杂地形时整车通过性，全地形车的底盘距地面（900～1 200）mm，这样就可以顺利通过凹凸不平的复杂地面。

2 设计原理

2.1 悬挂系统

本设计采用双叉臂式独立悬架，双叉臂拥有上下两个A字型控制臂以及支柱式液压减震器构成。通常上控制臂短于下控制臂，上控制臂的一端连接着支柱减震器，另一端连接着车身。下控制臂的一端连接着车轮，而另一端则连接着车身。上下控制臂还由一根连接杆相连，这根连杆同时也还与车轮相连接。在整个悬架构造中，通过对多个支点的连接提高了上下控制臂以及整个悬架的整体性。

起到方向转换作用的节点坐标对于前束角的扰动效应相对较强，而对主销内倾角的影响则处于正常范围之内[3]。双叉臂独立悬架运动幅度不大，并且与弹簧安装在一起，弹簧允许车轮上下运动。运动的动能被传递到阻尼器，阻尼通过液压装置扩散。通过调整避震器可以调整这种振动幅度。降低振动幅度，从而提高乘坐舒适度。

悬架的选用：本设计选用 KTFT01803双叉臂独立悬架。该材料的具体参数为抗拉强度（25 ℃ MPA），屈服强度（25 ℃ MPA），强度500公斤力10 mm球，延伸率16 mm（1/162 N）厚度，可调整外倾角-1 ℃～ +3 ℃，主销后倾角-1 ℃～+1 ℃。

2.2 制动系统

盘式制动器是以静止的刹车碟片，夹住随车胎转动的刹车碟盘以产生摩擦力，使车轮转动速度降低的刹车装置。当踩下刹车踏板时，刹车总泵内的活塞会被推动，从而在刹车油路中建立压力。全地形车选用盘式制动器：一是由于盘型刹车散热性较鼓式刹车效果佳，在连续踩踏刹车踏板时，不会造成刹车衰退而使刹车失灵的现象。二是刹车盘在受热之后，它尺寸的改变并不使刹车踏板的行程增加。三是与鼓式刹车相比较下，盘式刹车的构造简单，且容易维修。另外，全地形车多行驶在泥泞路段，盘型刹车排水良好，可降低水和泥沙造成刹车失灵的现象。因此，选用盘式制动器比较合适。

2.3 传动系统

全地形车在发动机和变速器之间采用 0-5701型传动带传动。V带传动是摩擦传动的一种典型形式，它的结构简单，易于安装拆卸，应用最广泛的一种传动形式。将发动机与变速器利用传动带连接，凭借传动带橡胶与凹型槽的摩擦来实现传动。这样的传动形式，传动比也相对稳定，运行平稳。当发动机过载时，带轮与凹槽会产生打滑，这样在行驶过程中起到过载保护的作用。

2.4 后桥选用

全地形车选用半浮式非断开后桥总成。所选用的半浮式非断开后桥全长为105 cm，采用4孔750刹车锅与车轮相连接。由于全地形车多行驶在颠簸复杂路段，在行驶过程中后桥半轴不仅仅承受扭矩，还要承受弯矩，不停地对后桥半轴进行强烈的冲击。考虑到这方面的原因，设计选用半浮式非断开后桥，半轴内侧通过花键与差速器半轴齿轮相连，半轴外端通过轴承支承在桥壳上，车轮固定安装在半轴外端的悬臂上。这样作用在车轮上的各种作用力以及由此引起的弯矩，都直接传给半轴，再通过轴承传给驱动桥壳体。在全地形车行驶过程中，半轴不仅可以驱动车轮转动，同时也可以支撑汽车的全部重量，就达到设计目的。

2.5 发动机的选用

车辆动力选用HW190FD/P-A型发动机。选用OHV置顶气门构造，减少碳的堆积，气缸头点检简单，而且高度的耐尘性使维护也更容易，并且这种类型发动机体积小、耗油低、排量少比较适合车身较小的全地形车。

具体发动机参数如表1所示：

表1 发动机参数

2.6 车架设计

车架是由薄壁管件和板件焊接而成，使用材料为 Q235号钢和10号钢。由于车架不同位置所受到的载荷不同，因此不同的受力点选用不同的材料。焊接成的车架长*宽*高2 582 mm*1 342 mm*1 120 mm。

2.7 电源的选用

电源是为全车所有电器设备提供能源动力的设备。全地形车选用12N9-4B型铅酸蓄电池，这种类型的电池能为电气设备供电，并且满足用电设备的使用要求。

3 电气设备控制

电气设备对全地形车的行车安全具有重要作用。全地形车电气设备比较简单，主要是指示灯和喇叭。本设计电气设备采用STC89C52单片机开发板进行控制，以输入到51单片机中的程序为核心，通过不同作用的按键开关，控制全地形车上灯光的亮暗以及喇叭的鸣响。具体操作如表2所示：

表2 操作过程

4 结束语

在“全地形车设计”课题下重新设计的全地形车，通过在校内模拟野外路段不断调试下，全地形车已经具备在恶劣环境下安全行驶的能力。通过有连续弯道、泥坑、双驼峰、乱石堆等恶劣路况的模拟路段，检测行驶过程中车辆的振动，表明剧烈颠簸已经明显降低。这说明全地形车在降低行驶过程中的振动和冲击方面的改进，已实现了项目设计基本目标。在全车的电气控制方面，通过对不同按键的反复测试，得到按键在51单片机的控制之下已经能够正常运行，提升了行车的安全性。