夏 孜，余顺达

（湖北汽车工业学院 汽车工程系,湖北 十堰 442002）

可伸缩式概念汽车设计

夏 孜，余顺达

（湖北汽车工业学院 汽车工程系,湖北 十堰 442002）

针对车辆在城市交通行驶的拥挤状况，根据机械设计中有关连杆机构的设计原理，基于CATIA V5三维设计平台，建立了一种能够实现可伸缩的六杆机构悬架汽车。同时还设计出针对该悬架的驱动系统和转向系统。驾驶者可以根据具体路况使悬架机构产生相应变形，使该车在理论状态下具有很高的道路通过性，实现一车多用的功能。

概念汽车；可伸缩；六杆机构；悬架；

持续增长的城市人口与汽车让原本就拥挤的城市道路更加拥挤不堪，在道路宽度难于改进的情况下，缩小车身宽度为解决这一问题的有效措施。但是车身宽度缩小后，汽车行驶在高速公路的稳定性又会大大下降。关于一些路况的行驶特点、问题以及解决方案如表1所示。现根据机械设计中有关多杆机构的设计原理，基于CATIA V5三维设计平台，建立了能自动改变车身宽度从而有效解决上述问题的可伸缩式汽车的模型。该类型汽车主要由独特的悬架机构、相应的转向和驱动系统、液压动力系统以及配套的电子控制系统组成。驾驶员根据具体行驶路况，控制液压动力系统；再由液压动力系统带动悬架机构运动，从而改变了车身宽度。另外该车相应的转向和驱动系统也能实现当汽车打滑时切换驱动车轮的功能，从而实现了该车的机动灵活性和平稳安全性。

表1 常见行驶路况的问题与解决

1 悬架机构

悬架机构是可伸缩式概念车伸缩的关键所在，由2个六杆机构为一组，共4组组成，其特点是能够进行收缩伸展。

1.1 悬架机构的结构原理

此机构（图1）的1和2、5和4构成了2个移动副，构成移动副的2和4也是悬架机构的原动件；5、6、11以及5、7、9组成的是复合铰链，各具有2个转动副；另外还有两杆组成的转动副8个。故该机构自由构件数n为10，移动副P为2，转动副R为12，自由度F为2（3n-2（P+R））。悬架机构的2个自由度分别与杆2和杆4两原动件相对应。液压动力系统带动杆2、4在液压缸里面滑动，从而带动了其他杆的运动。

图1 悬架机构运动简图

1.2 悬架机构的基本结构

伸缩悬架机构主要组成如图2所示。车身和上下悬架之间，以及悬架与悬架之间采用销连接，并采用开口销锁定。开口销工作稳定，拆卸方便。液压缸通过机械装置固定，液压动力系统将带动液压杆在其滑道内滑行，带动了整个悬架机构的可伸缩，由于其决定着悬架机构伸缩的量，故对其位置精度要求很高。这里主要进行机械结构设计，液压动力系统另行匹配。上悬架主要作用是减震，可采用弹簧减震，也可采用空气弹簧减震。

图2 悬架机构的基本结构

2 其他机构及系统

除了独特的悬架机构以外，该车还配套了一些其他必不可少的机构。

2.1 转向系统和驱动系统

转向系统和驱动系统主要由转向舵机、万向节和驱动电机组成（图3）。可伸缩式概念汽车较长的车轮悬架不利于从驾驶处直接利用机械装置来控制车轮方向，故在悬架机构的杆5（图1）上加装转向舵机。舵机的转量将由万向节传递到车轮。驱动电机、转向节、车轮组装在一块，并且电机安装在车轮的轮辋里内侧。四轮独立驱动让驾驶员可以选择多种驱动方式，这使得车辆即使是行驶在厂矿道路、林区道路及乡村道路上发生打滑也能够改变驱动车轮从而摆脱困陷。

图3 转向系统和驱动电机的基本结构

2.2 电子微机控制系统

可伸缩式概念汽车悬架的伸展与收缩、转向系统的转动量、驱动方式的选择都离不开微机系统的控制。电子微机系统在本文中不作具体研究，只对其开发结构做简单介绍。图4是该车ECU系统的总体框图。图4中的模拟信号包括车速传感器、路况选择器等传感器的信号；控制器根据这些信号计算出相应的车速、车宽、车高；最后液压动力系统、转向系统、驱动系统等执行器的执行实现了该车的一车多用功能。

图4 ECU系统的总体框图

3 整车三维模型

基于CATIA V5三维设计平台，建立运用六杆机构运动实现车身、车高变化的可伸缩式概念汽车实体模型，如图5所示。图5a为该车解决城市交通行驶问题的车身图，很明显车重心变高，但在低速行驶时不影响稳定性；同时车宽变小，这在道路宽度难于改进的情况下，有效解决了拥挤问题。图5b为该车解决高速行驶重心不稳问题的车身图，车重心变底，车身变宽，这使驾驶更加平稳安全。

图5 可伸缩式概念汽车整车模型图

4 结论与展望

该车通过多套六杆机构的运动实现了悬架的可伸缩，并且通过ECU系统的控制实现了自动化舵机转向以及四轮独立驱动，可以实现一车多用，高通过性的功能。该类型可伸缩汽车被起命名为Cross，其意是穿越无限。

［1］詹熙达.CATIA V5产品设计实例教程［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［2］孙恒.机械原理［M].北京:高等教育出版社，2006：111-148.

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［5］田建设，鲁统利，郝洪涛，等.基于UG的折叠翼式汽车车厢优化设计［J］.计算机应用技术，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