全地形車(ATV)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與應用前景分析

摘 要:本文在對全地形車(ATV)進行簡要介紹的前提下，結(jié)合前人對全地形車各方面性能研究的基礎以及近年來其在汽車工業(yè)的廣泛應用，論述了當前國內(nèi)外對全地形車性能的研究現(xiàn)狀，并針對全地形車所具備的功能，如越野性能好、成本費用低、環(huán)境危害小、噪聲小等進行了分析研究，對其今后的應用前景做了分析，結(jié)果表明:全地形車憑借自身的優(yōu)勢，在未來市場擁有非常優(yōu)越的發(fā)展前景，具有很好的研究價值。

關(guān)鍵詞:ATV 研究現(xiàn)狀 功能分析 前景預測

中圖分類號:U469.3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0027-02

1 引言

近年來，隨著摩托車行業(yè)的不斷發(fā)展，然而傳統(tǒng)的兩輪車市場是越發(fā)的難做，因此，國內(nèi)摩托車企業(yè)開始加大生產(chǎn)力度，生產(chǎn)一種休閑娛樂車，名字為全地形四輪車，在中國習慣稱它為“沙灘車”，英文簡稱“ATV”，它是全地形車(All Terrain Vehicle)的英文縮寫，其全稱是“全地形四輪越野機車”，是一種全天候、全地形下使用的車輛，適合于各種復雜的工作環(huán)境。[1]目前，由于市場需求不同，ATV已經(jīng)衍生出了許多不同類型車種，如實用型、運動型、休閑型等。在我國，ATV(All Terrain Vehicle)發(fā)展依然處在起步階段，大部分生產(chǎn)企業(yè)用價格來比較，依靠價格來贏得市場，而在歐美等其他地區(qū)，ATV(All Terrain Vehicle)正成為運動器械中的新寵兒，并呈增長趨勢。[2]

2 全地形車(ATV)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自1970年美國Honda推出第一輛三輪ATV(All Terrain Vehicle)后，Yamaha，Kawasaki等廠商亦于70年代末和80年代初相繼推出自己的ATV，自Suzuki于1983年推出第一臺四輪ATV(All Terrain Vehicle)(LT125)以來，沙灘車在西歐和北美得到越來越廣泛的應用，且呈逐年上升的趨勢。沙灘車具有更新?lián)Q代快、新車型設計工作量大、批量小、品種多，等特點，但是沙灘車某些方面還缺少具體的方案，尤其是計算機模擬技術(shù)分析應用較少，是靠在樣車上進行不斷地實驗，改進的原始方案解決。[3]

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國已有很多家企業(yè)生產(chǎn)沙灘系列，雖然獲得了初步的成功，但相對國外那些世界大廠，國內(nèi)的技術(shù)還不能與之相比。

在車架研究方面，王良等人對ATV的車架進行了有限元模態(tài)分析，探討了摩托車發(fā)生共振的原因及共振頻率，為改進車架結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù);[4]王磊等人對ATV(All Terrain Vehicle)中、后橋雙橫臂平衡懸架的設計問題進行了研究，實現(xiàn)了惡劣路況下三軸全地形車中后橋垂直載荷的合理分配;[5]杜子學等人利用CATIA建立了ATV(All Terrain Vehicle)的車架三維模型，對全地形車結(jié)構(gòu)進行了靜、動態(tài)分析，驗證了車架設計的合理性;[6]劉長虹等人進行了家用越野車車架的有限強度分析，認為空心圓截面車架主梁的最大應力明顯低于其它截面，邊梁采用槽鋼的車架其最大應力最小;[7]

在虛擬技術(shù)研究方面，李曙生等人對虛擬技術(shù)應用到摩托車領域中，認為對提高企業(yè)產(chǎn)品的自主開發(fā)和增強產(chǎn)品市場的競爭力有極大作用;[8]劉穎以摩托車車架為研究對象，認為將先進的虛擬試驗技術(shù)應用于車架新產(chǎn)品的研發(fā)，利用修正模型進行虛擬實驗的結(jié)果與物理樣機試驗結(jié)果接近。[9]

在限滑差速器研究方面，孫傳祝等人針對現(xiàn)有差速器鎖緊系數(shù)小、尺寸大等問題，研制了一種用于沙灘摩托車的軸向滑塊凸輪式差速器，同時進行了三維模型和動態(tài)仿真分析，認為差速器在50～110N·m范圍內(nèi)的各合反轉(zhuǎn)矩下，當左右差速輪的反轉(zhuǎn)矩差≤24N·m時，基本上都能正常差速運行，且有ω1+ω2≈2ω0。[10][11]

雖然國內(nèi)對沙灘車也進行了一些研究，但仍處于探索階段，還不夠深入和完善，各廠家以國外的機型為原型，仍停留在仿制階段，往往導致拼湊出來的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，行駛穩(wěn)定性差，可靠性差，乘騎舒適性差等一系列問題。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

日本的Junya等人對崎嶇路面上的獨立懸架汽車的轉(zhuǎn)矩控制方法及獨立懸架的全地形車進行了在整車方面研究，模擬了數(shù)值車輛在粗糙地面上的運動，認為比垂直負荷粗糙地面行駛效果要好;[12]美國的A.shitey等人為全地形車設計了一種自適應模擬控制油門，以實現(xiàn)平穩(wěn)油門運動和零穩(wěn)態(tài)速度誤差，并對全地形車油門提出粗放型的試驗機制和油門控制計算方法;[13]加拿大的J.Batelaan設計了一種適用于所有越野車的高效率懸架系統(tǒng)，經(jīng)過測量負載能力均高于預期值且滾動阻力小;[14]

加拿大的L.Dai等人建立了適合全地形車在不平路面上行駛的非線性力學分析模型，解析和假設了弱非線性動力學系統(tǒng)，為全地形車在高度粗糙地形表面上運動的研究鋪墊基礎;這是在虛擬技術(shù)方面的研究。[15]

美國的Q.Li等人對交通越野全地形車對土壤、植被的破壞和增加土壤侵蝕的方面進行了研究，在不同地形數(shù)據(jù)下，對8輪車和4輪車進行了實地試驗，認為平均預測誤差與理論模型誤差相比，差值不到20%，這是在行駛環(huán)境方面的研究。[16]

在與ATV有關(guān)人身傷害的方面，美國的Jennifer等人駁斥了認為增加發(fā)動機功率、低齡化的駕駛者和執(zhí)行不一致的頭盔的法規(guī)，使得全地形車人員受傷變的嚴重和頻繁的觀點，認為ATV(All Terrain Vehicle)沙灘摩托車造成的危害大，但沙灘摩托車造成的嚴重傷害并沒有增加;[17]Paul M等人對由全地形車意外造成的風險和肌肉骨骼傷害做了詳細的研究，提出改進ATV(All Terrain Vehicle)的設計和增加法規(guī)對它的制約的意見，以保證降低意外風險。[18]

從國內(nèi)外的研究來看，主要集中在車架及其以沙灘摩托車為代表的全地形車對環(huán)境和人身的危害，而對結(jié)合計算機技術(shù)的研究較少。因此，利用計算機技術(shù)對沙灘摩托車進行優(yōu)化設計，建立沙灘摩托車的整車模型，研究其各項性能具有很高的研究價值與應用前景。

3 ATV功能分析

3.1 越野性能好

越野性能是指車輛通過各種路況時克服各種障礙的能力，具體表現(xiàn)為爬坡能力、軟地面通過性、沼澤地通過性和跨越溝壑的能力。ATV的優(yōu)勢正在于此，利用其自身車型小、車重輕、動力強勁的優(yōu)勢，可以輕易通過一般汽車不能通過的特殊路況。馬永財?shù)热嗽鴮σ豢钊匦紊窒儡嚨恼訚傻赝ㄟ^性能做過研究，他們結(jié)合試驗測取的數(shù)據(jù)，利用MATLAB仿真軟件求解得到了整車切線牽引力與滑轉(zhuǎn)率之間的仿真曲線，分析了全地形森林消防車的越野性能，證明該車可以安全通過一般的輕、中型沼澤地帶。[19]

3.2 成本費用低

目前國內(nèi)市場上一輛普通沙灘車的價格遠遠低于市場上同類型的小型車輛的價格。較低的成本費用，不僅符合當前世界“節(jié)能、環(huán)保、高效”的共同主題，也從很大程度上拓展了沙灘車的市場，大力促進了其研制、開發(fā)、推廣和普及。

3.3 環(huán)境危害小

擁有良好越野性能的ATV，在行駛過程中不可避免會破壞土壤，減少植被發(fā)育，并增加土壤侵蝕，但由于ATV自身特有的動態(tài)特性(轉(zhuǎn)彎半徑小，速度高)和車輛尺寸小的優(yōu)勢，對土壤環(huán)境所造成的危害要遠遠小于八輪式車輛及重型越野車輛;此外，大多數(shù)ATV采用摩托車發(fā)動機，與普通汽車相比，在油耗和排放量上都大為降低，對空氣污染小，有利于可持續(xù)發(fā)展。

3.4 噪聲小

動力強勁等特點。

相比于其它重型越野車輛而言，ATV上自帶的消音器可以很好地解決越野車車自身噪音大的缺點。另一方面，目前市場上甚至還出現(xiàn)了電力驅(qū)動的新型沙灘車，具有無噪音、

4 應用前景分析

4.1 高新技術(shù)的應用

將迅速發(fā)展的高新技術(shù)運用到ATV中可以減少開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設計質(zhì)量，顯著提升各項性能。比如，在產(chǎn)品設計中，利用CAE，CAD軟件，采用有限元分析方法，可以對車體的結(jié)構(gòu)破壞進行分析，得到車體結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分布，提高ATV車輛車架的整體強度;對ATV進行傳動系參數(shù)的優(yōu)化設計和動力性及平順性仿真，可以顯著提高ATV的加速性能、最大爬坡度、操作穩(wěn)定性、行駛平順性及安全性等。在實車試驗中，給ATV安裝GPS全球定位系統(tǒng)，可以迅速對ATV進行定位，結(jié)合GIS分析功能，可以尋找到達ATV的最短路徑。

4.2 作為車輛試驗用車

集安全系數(shù)高、動力性能好、生產(chǎn)成本低、車輛尺寸小、便于操作和測量等優(yōu)勢于一身， ATV已經(jīng)被廣大的實驗室、科研所及企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)部門作為試驗用車使用，廣泛應用于汽車碰撞試驗、汽車越野性能試驗、越野車駕駛員舒適性測試實驗中。

4.3 作為特殊車輛應用在特定場合

近年來，隨著國家對消防救災及人身安全關(guān)注度的不斷提高，將ATV改裝成為消防用車，已經(jīng)受到越來越多消防企業(yè)、高校和科研機構(gòu)的關(guān)注，不論是作為林區(qū)消防用車還是城市小型街道消防車，都起到了不錯的效果;由ATV改裝而來，采用電力驅(qū)動，在舒適性和外觀上稍加更改而成的新型校園巡邏車消耗少，噪聲低，成本便宜，車體也非常適合校園路面地況;另外，在歐美等寒冷國家和地區(qū)，ATV車輪被加裝上防滑鏈，已經(jīng)被普遍應用于雪地運輸?shù)刃袠I(yè)。

5 結(jié)語

如今隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和信息技術(shù)的日益成熟，汽車的設計開發(fā)及性能研究從傳統(tǒng)的手工操作發(fā)展到了現(xiàn)在的計算機輔助設計及仿真，ATV作為一種特殊的越野車型，憑借其自身車型的優(yōu)勢，在未來市場擁有非常優(yōu)越的發(fā)展前景，具有很好的研究價值。

參考文獻

[1] 彭旭陽.虛擬樣機技術(shù)在沙灘車(ATV)開發(fā)中的應用[D].重慶:重慶大學機械工程學院，2007.

[2] 晉杰.ATV車體結(jié)構(gòu)分析與設計[D].重慶:重慶大學機械工程學院，2008.

[3] 李發(fā)家.基于ADAMS/View的沙灘摩托車傳動系建模仿真及優(yōu)化設計[D].山東:山東理工大學，2009.

[4] 王良，王健.沙灘摩托車車架的有限元模態(tài)分析[J].山東理工大學學報，2004，18(2):46-50.

[5] 王磊，金達鋒.全地形車中、后橋雙橫臂平衡懸架設計[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2007，34(1):64-66.

[6] 杜子學，李芹英，文孝霞.全地形車車架結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)分析[J].機械工程師，2006(12):64-66.

[7] 劉長虹，石斌.家用越野車車架的有限元強度分析[J].河海大學常州分校學報，2005，19(3):56-57.

[8] 李曙生，李晶華.虛擬技術(shù)在摩托車領域中的應用[J].摩托車技術(shù)，2003(2):15-17.

[9] 劉穎.摩托車車架虛擬試驗技術(shù)的研究[D].四川:西南交通大學，2005.

[10] 孫傳祝.軸向滑塊凸輪式差速器的設計與分析[J].機械設計與研究，2007，23(03):32-36.

[11] 孫傳祝.軸向滑塊凸輪式差速器的設計[J].農(nóng)業(yè)機械，2007，549(05):86～87.

[12] Junya Yamakawa，Akira Kojima，Keiji Watanabe.A method of torque control for independent wheel drive vehicles on rough terrain[C].The U.K:Terramechanics，2007.

[13] A.shitey Trebi-Ollennu，John M.Dolan，Pradeep Khosla.Adaptive Fuzzy Throttle Control for an All Terrain Vehicle[C].The United States of America:IASTED International Conference，1999.

[14]J.Batelaan.Development of an all terrain vehicle suspension with an efficient ovaltrack[J].Journal of Terramechanics，1998，35(04):209-223.

[15] L.Dai，J.Wu.Stability and vibrations of an all-terrain vehicle subjected to nonlinear structural deformation and resistance[J].Communications in Nonlinear Science and Numerical immolation，2007(12):72-82.

[16] Q.Li，P.D.Ayers，A.B.Anderson.Prediction of impacts of wheeled vehicles on terrain[J].Journal of Terramechanics，2007，44(3):205-215.

[17] Jennifer Axelband，Christopher Stromski，Nathanile McQuay Jr，et al.Are all-terrain vehicle injuries becoming more severe?[J].Accident Analysis and Prevention，2007，39(2):213-215.

[18] Paul M.Balthrop，MS，John Nyland.RISK FACTORS AND MUSCULOSKELETAL INJURIES ASSOCIATED WITHALL-TERRAIN VEHICLE ACCIDENTS[C].The United States of America，The Journal of Emergency Medicine，2007.

[19] 馬永財，于建國，郭英洲.全地形森林消防車沼澤地通過性能研究[J].林業(yè)實用技術(shù)，2010(8):58-59.