胡运军
【摘 要】文章通过对某军用越野汽车垂直越障作业各阶段的静力学分析计算，出越障最困难的阶段，验证了汽车驱动力和地面附着力对汽车垂直越障能力的影响。%Based on a military off-road vehicle cross the barrier vertical job static analysis and calculat of each stage, to identify the most difficult obstacle stage; By calculation, verify the vehicle drive power and traction for impacting on the automotive vertical obstacle capability.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【总页数】4页(P48-50,68)
【关键词】垂直越障;驱动力;地面附着力
【作 者】胡运军
【作者单位】陕西重型汽车有限公司，陕西 西安710200
【正文语种】中 文
【中图分类】U462
10.16638/jki.1671-7988.2016.08.016
CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)08-48-04
军用越野汽车的垂直越障能力是衡量其越野通过性的重要指标之一，通常用车辆满载时，在良好路面上通过某一固定垂直台阶的高度来表示。一般情况，汽车越过高度小于其轮胎静力半径的垂直台阶相对容易，但考虑到军队使用的特殊性，某些军用越野汽车往往要求其具有越过大于其轮胎静力半径高度垂直台阶的能力。本文以某军用越野汽车作为案例研究对象，进行理论分析计算，力求总结出汽车通过高垂直台阶（台阶高度不低于轮胎静力半径）能力的计算方法。
图1为驱动型式6×6的某军用越野汽车垂直越障试验，按照设计指标，其最大垂直越障高度为 600mm。该车型主要计算参数见表1。
汽车各大总成及其零部件的结构设计确保其垂直越障600mm的几何通过性（几何通过性的结构设计分析过程在此忽略）。
汽车垂直越障时，车速一般较低，可以按照求解静力学平衡方程的方法进行分析，计算时分别从前轮越障和中后轮越障两个方面校核汽车垂直越障600mm台阶的能力。
2.1 前轮越障分析
由于前轮静力半径比台阶高度小，前轮中心低于台阶高度，因此，从“前轮离地瞬间”和“前轮中心高出台阶后”两个阶段进行分析，如图2所示。
2.1.1 前轮离地瞬间
前轮离地瞬间，轮胎恢复到自由半径 620mm，水平地面对前轮轮胎的支撑力为 0，如果此时台阶高度仍高于轮胎中心，其受力关系如图2左图所示。
可列出静力学平衡方程式：F1-f1=m1g， F1=ΦN1， f1=fN1
得出结果：
2.1.2 前轮中心高出台阶高度后
当轮胎中心高出台阶时，其受力关系如图2右图所示，可列出静力学平衡方程式：
（F1'-f1'）cosα+N1'sinα=m1g， F1'=Φ'N1'，f1=fN1'
（注：台阶尖角处，附着系数Φ'大于平面附着系数Φ）
得出结果：
2.1.3 讨论前轮越障最困难阶段
由于前轮的附着力与台阶对轮胎的法向支撑力 N1成正比，法向支撑力N1越大时，附着力越大，轮胎需要的驱动力也大，也就是前轮越障最困难的阶段。
因为 0＜α≤90°，0≤cosα＜1，0＜sinα≤1，0＜Φ -f＜1
所以，
即（Φ-f）cosα+sinα＞（Φ-f）
所以
因此，前轮越障时，前轮离地瞬间是最困难的阶段。
为方便计算，假设台阶高度大于轮胎自由半径，轮胎恢复到自由半径时，前轮中心仍低于台阶高度，整车受力分析图如图3所示：
h0：平衡轴中心高出中、后轮中心的高度，h0=67mm
可以列出以下静力学方程：
代入数值解出：
前轮越障时，整车需要的最小驱动力Ft1=F1+F2=113577N。
2.2 中、后轮越障分析
中、后轮越障分中轮离地瞬间和后轮离地瞬间两个阶段进行分析。
2.2.1 中轮离地瞬间
中轮离地瞬间，汽车受力分析如图4所示，其中：
H：台阶高度，H=600mm；
h1：汽车满载时，前轮中心到车架上平面的距离，h1=595mm；
h2：平衡轴中心到车架上平面的距离，h2=541mm；
h0：平衡轴中心高于后轮中心的高度，h0=67mm；
hg0：汽车满载质心高出车架上平面高度，hg0=181mm；
hA：前轮中心离地高度，hA=H+r=600+579=1179mm；
hD：平衡轴中心离地高度，hD=r+h0=579+67=646mm；
h3：后轮中心线处车架上平面离地高度；
β：前轮中心与平衡轴中心连线与水平面夹角；
γ：车架上平面与水平面夹角；
LAD：前轮中心到平衡轴中心距离，LAD=4075mm。
代入数据计算得：
对整车建立以下静力学方程：
该车型后悬架为平衡悬架结构，当后桥处于上限位极限时，后轮中心线处车架上平面离地高度为 977mm（结构分析过程省略），h3=1081mm说明此时后轮没有到上限位，平衡轴轴荷分配仍满足杠杆原理，可列出以下静力学方程：
代入数据计算得出：
中轮离地瞬间，整车需要的最小驱动力 Ft2=F1+F2+F3= 111244N。
2.2.2 后轮离地瞬间
当中轮越障到一定高度时，后轮完全恢复到自由半径R，相对平衡轴中心，中轮处于上极限，后轮处于下极限，平衡轴轴荷分配不满足杠杆分配（将中、后桥看做一个整体），车辆后部轴荷通过中轮直接压在台阶上，如图5所示。
图5中参数说明：
H：台阶高度，H=600mm；
汽车附着力h1：汽车满载时，前轮中心到车架上平面的距离，h1=595mm；
h2：汽车满载时，中轮中心到车架上平面的距离，中轮处于上极限位置，h2=498mm（结构分析过程省略）；
h3：平衡轴中心到车架上平面的距离，h3=541mm；
R：后轮刚好离地时轮胎的自由半径，R=620mm；
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