譚殷飛，職山杰（通訊作者），易 鑫，卞慶元，徐偉勝

（蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215325）

1 引言

本文是針對一種六輪越野車設(shè)計的獨立懸掛。該型越野車屬于電動車輛。電動車輛的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與燃油車完全不同。電動汽車系統(tǒng)包括有機械系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。機械系統(tǒng)由車身、底盤、驅(qū)動裝置、變速器和電池箱體組成。

本文研究的越野車是采用輪轂電機驅(qū)動的電動汽車結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使用低速外轉(zhuǎn)子電動機，電機外轉(zhuǎn)子直接與車輪相連，車速完全由電機的轉(zhuǎn)速控制。該車一共擁有六個獨立懸掛。車身通過懸掛與輪轂電機連接，懸掛上端由減速箱提供扭矩，可使輪臂在垂直面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，六輪的組合使車體具備升降、俯仰、側(cè)傾、原地旋轉(zhuǎn)等功能。它的這種姿態(tài)主動調(diào)整的特性增加了越野車的野外通過性能。國外獨立六輪電驅(qū)動結(jié)構(gòu)較為成熟，應(yīng)用度廣，典型的有洛克希德馬丁公司的MULE平臺，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的Spinner和Crusher平臺[1]。國內(nèi)對于電驅(qū)式車輛也有較多研究，上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)與同濟大學(xué)汽車學(xué)院一同研發(fā)的四輪轂電驅(qū)動車輛春暉三號，功率較小不具有實用性[2]，北京航空航天大學(xué)機器人研究所研發(fā)的全地形平臺具有一定的通過性，但是扭力桿的結(jié)構(gòu)只具有一定扭動程度，它被動適應(yīng)的性能決定了地形通過性遠遠不如主動適應(yīng)的獨立懸掛平臺。

懸掛是車輛最重要的功能之一，他連接車輪與車體。負責(zé)整車的支撐和緩沖。車輛要實現(xiàn)行駛、轉(zhuǎn)彎、制動的功能，必須將車身和車輪連接在一起。這就要求懸掛必須適應(yīng)車輛重量和裝載質(zhì)量的變化。車輛要對不同路況產(chǎn)生相應(yīng)驅(qū)動力、轉(zhuǎn)彎側(cè)向力和制動力等。懸掛需要具備足夠的強度和耐久性，車輛行駛的平穩(wěn)性，可靠性完全由懸掛裝置來決定，懸掛的設(shè)計對越野車來說具有重要作用。

2 六輪獨立懸掛越野車懸掛的設(shè)計

2.1 懸掛的選擇

懸掛把車身與車輪連接起來，以實現(xiàn)支撐、定位、限位、緩沖等功能。一般來說，懸掛系統(tǒng)可分為以一根軸連接的剛性車軸式懸架和左右兩輪可獨立的運動式懸掛。剛性車軸式懸掛結(jié)構(gòu)簡單，承載力大，不過束角和外傾角設(shè)計的自由度小，乘坐舒適性不好，簧下質(zhì)量偏大而且兩端車輪極易引起側(cè)向振動。獨立式懸掛使左右兩輪分別相連于車體，因此，可以盡量減小貨箱底板距地面的高度，其簧下質(zhì)量小，接地性好，缺點是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本相較于剛性車軸較高。重載貨車的懸掛多采用板簧式，商用車則多用拉桿式懸掛。

6X6全地形越野車屬于野外高機動車輛，車重1.5t，載荷1t，采用獨立懸掛。野外地形復(fù)雜，就以叢林來講，土坡、水潭隨處可見，灌木碎石充盈道路，要在這樣的道路上面行駛，車輛必須有較好的通過性。為了增加車輛通過性可以增加底盤高度，擴大車寬。該6X6型越野車將傳統(tǒng)底部懸掛側(cè)置，大大拓寬了車體空間，組合動作可使車輛具備俯仰，搖擺，升降的額外功能，大大增加了車輛的通過性。懸掛下端與輪轂電機鉸接，上端通過軸承固定于車體上并通過聯(lián)軸器與減速箱相連。野外行駛中路面凹凸不平，減速箱輸出扭矩轉(zhuǎn)動懸掛從而越過障礙物。

2.2 基于Solidworks的獨立懸掛設(shè)計

懸掛要求能主動控制并組合運動，上端由減速箱提供扭矩，下端用法蘭與輪轂電機相連。一端由一對軸承固定，另一端懸置，類似于懸臂梁。所以，根部強度要足夠大，而懸置端可適當(dāng)減少材料，減輕重量。法蘭與輪轂連接處采用圓角過渡，減緩根部應(yīng)力集中現(xiàn)象。懸掛的主干部分設(shè)計了多處斜角，減小了應(yīng)力突變，使載荷能較為均勻的分布于懸掛主體。

3 基于Solidworks的靜應(yīng)力仿真

3.1 有限元分析

使用simulation模塊進行有限元分析，材料選用合金鋼。 用實體化網(wǎng)格劃分，如圖1所示。

圖1 懸掛有限元模型

3.2 邊界處理

懸掛鉸接在輪轂電機上，約束鉸接孔的四個面。

4 懸掛有限元分析結(jié)果

4.1 懸掛應(yīng)力分布

根據(jù)分析結(jié)果可知，懸掛上端伸出軸的根部應(yīng)力最大，通過軸承的那一部分軸，應(yīng)力最小。這是由于軸承反力作用在伸出軸上，內(nèi)應(yīng)力集中在軸的根部。

4.2 變形分布

圖2為懸掛變形分布情況。整個形變自上而下呈現(xiàn)由大到小漸變式的分布。變形量最大的是伸出軸的頂端，變形量最小的在懸掛主干和法蘭相接處。這是由于法蘭為全約束，載荷全部分布在伸出軸段。

圖2 懸掛受力變形分布

4.3 安全系數(shù)分布

取8倍安全系數(shù)分布作為極限沖擊載荷。懸掛設(shè)計完全在安全系數(shù)以內(nèi)，所以在使用過程中是安全的。

5 結(jié)語

（1）懸掛結(jié)構(gòu)作為車輛最重要的承重部件，研究懸掛的應(yīng)力、形變情況具有重要意義。

（2）Solidworks環(huán)境下的Simulation模塊功能強大，在一定程度上反應(yīng)了懸掛實際受力情況。

（3）根據(jù)有限元分析結(jié)果顯示，總重2.5T的越野車滿載情況下，能抗擊8倍沖擊，安全性能較好。

[1]張韜懿，王田苗，吳耀，等.全地形無人車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機器人，2013，6（35）：657-664.

[2]曹藝輝，趙言正，付莊.無人車獨立懸掛系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].機電一體化，2012:17-21.

[3]陳陽.基于有限元技術(shù)的重型汽車懸架力學(xué)分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，9：68-70.