可伸縮式概念汽車設計

夏 孜，余順達

（湖北汽車工業(yè)學院 汽車工程系,湖北 十堰 442002）

可伸縮式概念汽車設計

夏 孜，余順達

（湖北汽車工業(yè)學院 汽車工程系,湖北 十堰 442002）

針對車輛在城市交通行駛的擁擠狀況，根據(jù)機械設計中有關連桿機構的設計原理，基于CATIA V5三維設計平臺，建立了一種能夠實現(xiàn)可伸縮的六桿機構懸架汽車。同時還設計出針對該懸架的驅動系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)。駕駛者可以根據(jù)具體路況使懸架機構產(chǎn)生相應變形，使該車在理論狀態(tài)下具有很高的道路通過性，實現(xiàn)一車多用的功能。

概念汽車；可伸縮；六桿機構；懸架；

持續(xù)增長的城市人口與汽車讓原本就擁擠的城市道路更加擁擠不堪，在道路寬度難于改進的情況下，縮小車身寬度為解決這一問題的有效措施。但是車身寬度縮小后，汽車行駛在高速公路的穩(wěn)定性又會大大下降。關于一些路況的行駛特點、問題以及解決方案如表1所示?，F(xiàn)根據(jù)機械設計中有關多桿機構的設計原理，基于CATIA V5三維設計平臺，建立了能自動改變車身寬度從而有效解決上述問題的可伸縮式汽車的模型。該類型汽車主要由獨特的懸架機構、相應的轉向和驅動系統(tǒng)、液壓動力系統(tǒng)以及配套的電子控制系統(tǒng)組成。駕駛員根據(jù)具體行駛路況，控制液壓動力系統(tǒng)；再由液壓動力系統(tǒng)帶動懸架機構運動，從而改變了車身寬度。另外該車相應的轉向和驅動系統(tǒng)也能實現(xiàn)當汽車打滑時切換驅動車輪的功能，從而實現(xiàn)了該車的機動靈活性和平穩(wěn)安全性。

表1 常見行駛路況的問題與解決

1 懸架機構

懸架機構是可伸縮式概念車伸縮的關鍵所在，由2個六桿機構為一組，共4組組成，其特點是能夠進行收縮伸展。

1.1 懸架機構的結構原理

此機構（圖1）的1和2、5和4構成了2個移動副，構成移動副的2和4也是懸架機構的原動件；5、6、11以及5、7、9組成的是復合鉸鏈，各具有2個轉動副；另外還有兩桿組成的轉動副8個。故該機構自由構件數(shù)n為10，移動副P為2，轉動副R為12，自由度F為2（3n-2（P+R））。懸架機構的2個自由度分別與桿2和桿4兩原動件相對應。液壓動力系統(tǒng)帶動桿2、4在液壓缸里面滑動，從而帶動了其他桿的運動。

圖1 懸架機構運動簡圖

1.2 懸架機構的基本結構

伸縮懸架機構主要組成如圖2所示。車身和上下懸架之間，以及懸架與懸架之間采用銷連接，并采用開口銷鎖定。開口銷工作穩(wěn)定，拆卸方便。液壓缸通過機械裝置固定，液壓動力系統(tǒng)將帶動液壓桿在其滑道內滑行，帶動了整個懸架機構的可伸縮，由于其決定著懸架機構伸縮的量，故對其位置精度要求很高。這里主要進行機械結構設計，液壓動力系統(tǒng)另行匹配。上懸架主要作用是減震，可采用彈簧減震，也可采用空氣彈簧減震。

圖2 懸架機構的基本結構

2 其他機構及系統(tǒng)

除了獨特的懸架機構以外，該車還配套了一些其他必不可少的機構。

2.1 轉向系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)

轉向系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)主要由轉向舵機、萬向節(jié)和驅動電機組成（圖3）?？缮炜s式概念汽車較長的車輪懸架不利于從駕駛處直接利用機械裝置來控制車輪方向，故在懸架機構的桿5（圖1）上加裝轉向舵機。舵機的轉量將由萬向節(jié)傳遞到車輪。驅動電機、轉向節(jié)、車輪組裝在一塊，并且電機安裝在車輪的輪輞里內側。四輪獨立驅動讓駕駛員可以選擇多種驅動方式，這使得車輛即使是行駛在廠礦道路、林區(qū)道路及鄉(xiāng)村道路上發(fā)生打滑也能夠改變驅動車輪從而擺脫困陷。

圖3 轉向系統(tǒng)和驅動電機的基本結構

2.2 電子微機控制系統(tǒng)

可伸縮式概念汽車懸架的伸展與收縮、轉向系統(tǒng)的轉動量、驅動方式的選擇都離不開微機系統(tǒng)的控制。電子微機系統(tǒng)在本文中不作具體研究，只對其開發(fā)結構做簡單介紹。圖4是該車ECU系統(tǒng)的總體框圖。圖4中的模擬信號包括車速傳感器、路況選擇器等傳感器的信號；控制器根據(jù)這些信號計算出相應的車速、車寬、車高；最后液壓動力系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)等執(zhí)行器的執(zhí)行實現(xiàn)了該車的一車多用功能。

圖4 ECU系統(tǒng)的總體框圖

3 整車三維模型

基于CATIA V5三維設計平臺，建立運用六桿機構運動實現(xiàn)車身、車高變化的可伸縮式概念汽車實體模型，如圖5所示。圖5a為該車解決城市交通行駛問題的車身圖，很明顯車重心變高，但在低速行駛時不影響穩(wěn)定性；同時車寬變小，這在道路寬度難于改進的情況下，有效解決了擁擠問題。圖5b為該車解決高速行駛重心不穩(wěn)問題的車身圖，車重心變底，車身變寬，這使駕駛更加平穩(wěn)安全。

圖5 可伸縮式概念汽車整車模型圖

4 結論與展望

該車通過多套六桿機構的運動實現(xiàn)了懸架的可伸縮，并且通過ECU系統(tǒng)的控制實現(xiàn)了自動化舵機轉向以及四輪獨立驅動，可以實現(xiàn)一車多用，高通過性的功能。該類型可伸縮汽車被起命名為Cross，其意是穿越無限。

［1］詹熙達.CATIA V5產(chǎn)品設計實例教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

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［3］濮良貴.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2007：68-78.

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［5］田建設，魯統(tǒng)利，郝洪濤，等.基于UG的折疊翼式汽車車廂優(yōu)化設計［J］.計算機應用技術，2006（1）：33-35.

Design of a Telescopic Concept Car

Xia Zi,Yu Shunda
(Dept.of Automotive Engineering,Hubei Automotive Industries Institute,Shiyan 442002,China)

Based on CATIA V5，a car model with six-bar telescopic linkage suspension was set up.The driving and steering systems were designed according to this suspension.Depending on road conditions，the suspension can be deformed by the driver.The car has high passing ability in theory.

concept car；telescopic；six-bar linkage；suspension

U271

A

1008-5483（2010）04-0072-02

10.3969/j.issn.1008-5483.2010.04.018