越野车底盘及悬架结构设计浅析

　　越野车，作为一种专为行驶在特殊复杂路况设计的特种车辆，其车身要在底盘的设计结构上不同与普通的公路型汽车。越野车性能的优劣更多取决于车身底盘的通过能力，爬坡角度，驶入离去角度，最大扭矩等。本文将以奔驰乌尼莫克（Uuimog）为引例，简单阐述越野车发展历程；当代各品牌优秀越野车底盘的结构设计和主流应用技术；以及部分国内越野赛事赛车的底盘悬架技术特征。

　　从世界顶级越野车“德国奔驰Unimog”谈谈真正的越野

　　Unimog这个名字来源于德语“Universal Motor Geraumlt”,意思是“泛用自走机具”。初期乌尼莫克的设计是一台小型万用卡车,整车的体积不大,但有千变万化的用途,可以代替拖拉机在农地使用也可以在马路上使用,可以牵引比自己重10倍货物大平板车,这时的乌尼莫克看起来更像一辆拖拉机。

图1 穿行于各种复杂路况的Unimog

　　梅赛德斯•奔驰的汽车发展具有106年历史的传统。奔驰开发越野车的历史最早可以追溯到上世纪20年代中期，此后诞生了全世界闻名的乌尼莫克。

　　乌尼莫克在设计上强过任何一辆军车或拖拉机，分动箱前后有多个机具功力取力口（PTO）输出位，以方便配合农用机械和绞盘的使用。由于采用了portal gear的技术，使得轮轴和传动轴的位置要高于轮胎中心，因此乌尼莫克拥有比一般高机动多用途轮式车（HMMWV）更高的离地距离。乌尼莫克还使用了柔性车架，车轮在垂直方向上有较大的活动空间，这样当车辆在异常崎岖的地形甚至是一米高的石头上行驶时仍能保持较为舒适的驾驶状态。带有顶蓬的驾驶室，包皮的座位，龙门式车轴带有弹簧和减震装置，前后轮驱动并附有前后百分之百起作用的差速器锁，前轮有刹车装置，车前、二车轴间，车的两侧及车后部都有安装各种附加器械的可能性，同时带有相应的传动装置，比如在各个部位都装有传动轴，同时车厢板能承受一吨的负荷能力。

图2  车身悬架尺寸
 

　　无论在冰天雪地的安塔克蒂斯还是在潮湿炎热的热带地区，无论穿越撒哈拉沙漠，或在热带、亚热带地区考察，无论在露天采矿还是在中国塔克拉玛干沙漠钻探石油、天然气，乌尼莫克作为在惊险情况或安装条件极其苛求情况下的忠实伙伴已赢得了很好的声誉。乌尼莫克作为联邦军队的同龄人，它是这支军队美好记忆的忠实记录，在农业和林业乌尼莫克带来了经济型联合收割机，省时，惜土的工作程序。

图3  极为出色的底盘架构，在极端的路况下车身依然保持水平

图4 乌尼莫克使用的门式桥结构图

　　乌尼莫克采用门式桥结构，车轴的位置高于轮胎的中心点，这样地盘就能有足够的离地间隙。另外它还采用柔性车架，车架可以大幅度的扭曲，轮胎也能大范围的单独活动，所以它能轻松爬上1米多高的鹅卵石。车架和车身之间只有三个连接点，在崎岖的路面上能尽量保持车身的平衡。
 

图5 应用于不同领域的UNIMOG车系

　　　乌尼莫克强大的合作伙伴-各种附加设备生产厂家一直致力于开发最佳的新产品来适合各种不同的市场情况，用于维护保养城市地区的基本设施，从而达到省钱的目的。

   半个多世纪过去了，随着时代与汽车技术的发展，乌尼莫克车型系列成为奔驰系列汽车的一颗巨星广泛应用商用与军用领域，目前已有近40万辆乌尼莫克销往世界各地,遍布160多个国家。

   　  越野车发展历程

　　关于第一辆越野车产直哪个国家,哪家公司，现在已经很难作出明确结论。因为这很复杂，一个成功的车型往往是综合许多车型的优点，是一个逐步成熟的过程。德国的奔驰公司称该公司早在1926年就推出一种可以驶离公路的G1型越野车,并称这一天是奔驰公司永载史册的一天。尽管1926年的G1型越野车,我们已经难以找到图片资料，一睹风采，但奔驰公司1933年推出的G4型越野车我们却找到了一张珍贵的照片。的确，G4造型之精美，制作之考宽究,令人赞叹。但其不足之处也是明显的。

　　真正成功的戟野车诞生于美国，是战争催生的。1940年11月11日，威利斯公司向美国军方送来了两辆叫做“QUAD”（夸德）的样车。这两辆样车都具有可选择四轮或两轮驱动的功能。在这之前，美国的班特公司已向军方递交了一辆名叫：步利兹帕奇”的样车但，就综合各项指标来看，“夸德”的确是出类拔萃的.由此威利斯公司的“夸德”车型就成了美国越野车的国家标准。所以,如果非要找出“越野车”的源流或鼻祖不可的话，那么我们认为美国威昨斯公司的“夸德”当之无愧，因为，“夸德”确立的越野车的基本特点仍然是今天越野车的基本特点仍然是今天越野车的精髓。

　　在二战期间，威利斯和福特公司共生产了60万辆越野吉普车。美国二战中的将军乔治 对吉普在战场上 的表现评价道：“吉普是二战中的功不可没的功臣。”的确，在第二次世界大战中，吉普扮演了诸多角色：担架，运货，火枪架，侦察车，枪支弹药运输车，出租车等等。
至此，吉普的名字名扬四海。必须承认的是二战不仅是最艰苦卓绝的实践检验了吉普的令人信服的性能，而且赋予了吉普巨大的文化内涵。同时也在世界范围内播下了“越野车崇拜”的文化火种。尽管二战结束后，越野车开始分成两种发展趋势：一种是继续为军用，另一种则发展为民用。但无论是军用还是民用，越野车的本质特色并没有因战争结束而丢弃，那就是越野车的通过能力和征服险恶环境的能力。

　　当今，越野车的概念随着人们更多的用车目的，在发生潜移默化的改变。不同国家，不同汽车企业对越野车的设计制造理念也不尽相同。代表当代民用越野领域最高作品，当属梅赛德斯奔驰G级。本文将分别从几个方面介绍这款历久弥新的经典越野车系的地盘设计结构。在某种程度上讲，这款经典的越野车身上，留有UNIMOG的设计血液，多少年来成为无数越野爱好者心中最大的梦想。

图6 奔驰G级无愧于当今最刚猛的越野车

奔驰G500

图7 车身结构图

　　G500方方正正的外形设计其实从最开始就是从实用的角度出发，一切都是照顾到了野外驾驶的需求，特别是前脸和尾部都非常的简练，没有任何多余的设计，其接近角为34°，离去角为29°，通过角23°，绝对保证通过性。

图8 奔驰 G级的梯形大梁底盘结构

　　G500在位于前桥后面的位置设计了一根防倾杆，正常来说它的作用就是在正常道路行驶通过弯道时限制车身过分的侧倾，尽量保持两个前轮在同一个水平高度上，以此来提高车辆的操控性，这在普通车型上是很常见的装备。

　　在一些极端的越野环境下，经常会有像一侧车轮压过一块大石头或者土堆这样的情况，因此两侧车轮就会出现很大的高度落差，而这时候防倾杆所起到的就不是正面的作用了，它就会限制越野性能的发挥。所以奔驰的设计师并没有把这根防倾杆焊死在大梁上，而是设计了几个固定螺栓，当你可能需要极端越野状态时，可以手动拆掉防倾杆，这时候整体的前桥就可以最大限度的倾斜了。

图9 可以手动拆卸的防倾杆

　　下图为G500的分动箱，可别小看这个小小的盒子，它可是四驱结构中的核心部分，这里我们不单指是G500，包括所有具有分动箱的车型都是如此。车辆前轴与后轴的动力传输，高速、低速四驱的转换等等都是通过它来完成的，而它也决定了车辆的四驱形式，那么下面我们就来仔细分析一下G500的四驱系统到底是个什么样子。

　　G级四驱系统解析

　　如果要了解一款越野车的性能，那么首先就要了解它的四驱结构，通过下面这张结构图我们就能很清楚的看到G500拥有的是一套怎样的四驱系统，那么它的这套系统是如何组成的？下面我们继续给大家详细的分析一下。

　　简单来说G500的四驱系统是基于一套4MATIC系统，具有前、中、后三个开放式差速器，带有4ETS电子辅助制动，而在此基础之上还加入了三把机械式差速锁。所以这里我们明确一点就是G500是一款全时四驱车型，四个车轮都有驱动力，其核心就是带有开放式差速器的中央分动箱。对于分动箱的结构我们并不陌生，一般带有分动箱的越野车是发动机将动力直接传递给后轴，而只有在接通四驱模式之后动力才通过分动箱传递到前轴，这就是我们所说的分时四驱模式。

图12 分动箱示意图

图13 分动箱还可以切换低速高扭矩四驱模式

　　高速、低速四驱的转换就是通过输入轴与中间轴之间不同的齿轮切换来实现的，如图所示当动力沿红线传递时就是普通的高速四驱模式，而动力沿黄线传递时就是低速四驱模式，传动比为2.15：1，也就是发动机动力放大了2.15倍，如此强大的动力足以克服艰苦的越野环境。切换高速、低速四驱模式时，需要将车挺稳，并且挡位挂入空挡（N），然后按下按键，当屏幕显示L或者H时说明低速或者高速四驱模式已经完成切换。

　　G级差速锁操作方法

　　奔驰G级的强大之处就是它在4MATIC系统的基础之上又加入了前、中、后三把机械式差速锁，而目前拥有三把机械差速锁的全时四驱车型只有奔驰G了。三把差速锁都是手动锁止，位于中控台顶部的三个非常显眼的按键，中间是中央差速锁按键、左边是前桥差速锁，右边是后桥差速锁。

　　机械式差速锁由于自身的特点，在操作时需要一点小小的技巧，就是按下按钮后下面黄灯亮起，但此时差速锁还没锁定，少许将车移动一段距离，让差速锁齿轮入位之后才能锁定差速锁，而锁定之后按钮上面的红灯会亮起。这里你可以分别单独开启差速锁，同时也可以按顺序把三个按钮全都按下，这时三把差速锁都进入准备状态，你只要移动车辆，三把锁会按顺序逐一开启。

　　差速锁可以说在某种程度上，决定了一辆越野车的越野性能。当然了，除了过硬的底盘功底，一系列复杂的四驱技术之外，一台强筋的心脏更是少不了的。相对于普通公路车，越野的动力系统更多的注重大扭矩的输出。奔驰G级无论在底盘，动力系统，乃至车身的豪华舒适程度上，都代表了当今民用越野车的最高水平。

　　越野赛专用赛车的双叉臂悬架结构

　　以上是民用越野车的技术，即便融合诸多技术，但和职业越野赛车相比，其技术应用和车体架构完全不是同一个层面的。今年，我有幸在制作KMUST车队赛车的同时，到云南雄风既云南红云红河越野赛车车队的技术车间，走访参观了真正的职业越野拉力赛赛车。

图16   江耀桓在驾驶红云红河车队赛车，比赛中势不可挡

图18  前悬架采用双叉臂结构，并未采用空气悬架

　　双叉臂结构是赛车最常用的悬架形式。从结构学上讲,双叉臂悬挂可以说是最坚固的独立悬架。三角形是最稳固几何形状，双叉臂悬挂的上下两根A字臂拥有类似三角形的稳定结构，不仅拥有足够的抗扭强度，而且上下两根A臂对横向力都具有很好的导向作用，因此当双叉臂悬挂使用在性能跑车上时，它可以很好的抑制车辆在过弯时的侧倾，同时，如果使用在SUV上时，它也能够应付极限越野的路况下所带来的巨大冲击。

　　图19 途锐的前后双叉臂结构具有足够的强度和刚度，以应付极限的越野行驶

　　磁控液压避震器的阻尼计算

　　可控阻尼的悬架系统是当前越野车，甚至普通公路轿车的一种主流配置。通过电磁来控制悬架避震器的阻尼，来调节悬架的软硬。以便更合理的调整悬架来适应不同的路况或行驶模式。

　　在磁力作用下，磁流变为非牛顿流体考虑到剪切希化的作用，采用H-B流体模型来描述公式中的屈服应力，塑性粘度指数K，流动特性m等值。
当代各品牌优秀越野车底盘的结构设计和主流应用技术；以及部分国内越野赛事赛车的底盘悬架技术特征。
 

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