全地形消防车悬架系统设计及其性能仿真研究

朱津明

山东天河消防车辆装备有限公司 山东临沂 276000

全地形车（All Terrain Vehicle，简称 ATV）依照外观可以当做是四轮摩托车，由于其轮胎相对宽大，那么和地面所接触的面积相对较大，随即所产生的摩擦力相对较大，再搭配特殊化的胎纹不会容易出现打滑的现象，可以在那些轻质的沙土地之上来行走，因此被称之为“沙滩车”。

1 概述

世界上第一辆全地形车为三轮，在1970年的时候由Honda 公司研制，另外世界上第一款四轮全地形车通过日本铃木公司研制而成，随即全地形车得到了很好的发展，种类也愈发多样化[1]。组建车辆的悬架主要为缓解振动冲击的减振器、悬架系统的弹性元件与悬架导向机构。悬架系统之中的弹性元件功能主要展现在完全可以承受垂直荷载并予以传输，降低因为路面不平整、车辆起步、加速行驶、减速制动和转弯阶段之中所引发的惯性冲击，悬架系统之中减震器工功能实则为以阻尼力衰减弹性元件而引发震动。

2 全地形车在我国森林消防中的应用发展现状

森林灭火装备的研发得要和本国森林火灾出现的特征和规律。例如，加拿大、美国等美洲国家在空中扑救力量与地面扑救理想融合作战方面有着得天独厚的优势；法国、德国等西欧国家在森林消防车技术发展速度快；捷克、芬兰等东欧国家实则是运用生物防火，在联合防火作业机组方面的基技术水平尤为严格。我国国情的疆域相对辽阔，森林覆盖率区域都处在一个相对偏远的山或者是沿着国境线的边境区域，交通不便利，这势必会给森林消防技术水平带来诸多难度，虽然近些年来我国消防车发展速度相对较快，然而在类型与车型结构之上相差甚远。

3 全地形消防车悬架设计的要求及类型选择

全地形消防车为一类新型化的消防车辆，为全地形车在消防之中的一类运用，因为其独特化的用途与环境的繁杂性，所以针对悬架系统的标准尤为严格。悬架系统的设计指标为安装位置、控制臂相关尺寸、弹簧刚度与类型、减震器种类及相关阻尼系数、悬架的动静挠度、悬架偏频的选取和悬架的结构形式等等。

4 全地形消防车悬架系统设计及其性能仿真

4.1 全地形消防车车轮外倾角分析

车轮外倾角（camber angle）为汽车前视或者是后视图之中，车轮中心平面和地面之间垂直线的角度。车轮外倾角主要为负值、正值，纵向视图之中车轮上部与汽车中心线远离的时候，两车轮呈现出来外向“八”字，外倾角是正值，反之，两车轮呈现出来内向“八”字，外倾角为负值。在上述两类情况之下的车轮外倾角仿真结果具体见图1，图2所示。

图1 同向跳动外倾角变化图

由图1、图2可知，车轮外倾角在轮跳不同向与轮跳同向调动的时候，变化趋势基本一致，变化角度也趋同，均与外倾角在车轮受冲击向上调动的时候会下降，在向下调动的时候则呈现出增长的状况。

图2 反向跳动外倾角变化

4.2 全地形消防车悬架主销后倾角分析

主销后倾角（caster angle）为汽车侧视图之中，转向轮轴线或者是主销轴线和地面垂线之间的夹角。因为全地形消防车运用的是双横臂独立悬架，所以并不会出现主销，主销轴线为上下控制臂的外点连线而定义。主销后倾角也会分为正值和负值，在这之中，正值为主销轴线下端部位朝着汽车前部方向倾斜，负值为下面部分向车辆后方倾斜。

4.3 全地形消防车悬架主销内倾角分析

主销内倾角（kingpin inclination angle）为汽车前视或者是后视图之中，主销轴线与地面垂线的夹角。主销内倾角可以显著改善汽车操纵稳定舒适性，但正是因为销内倾角，在车辆行驶的时候会朝着转向轮施加回正力矩，在转向的时候所受到的阻力矩会随着主销内倾角的变大而不断变大。

4.4 全地形消防车车轮前束角分析

前束角（toe angle）是汽车俯视图上，车轮中心线与汽车纵向平面垂线的夹角。若车轮前端距离大于后端距离，前束角则为负值；反之前束角为正值。在设计时设置合理的车轮前束角能抵消车轮外倾产生的不良后果，从而减小车辆轮胎的不正常磨损。前束角不宜设置的过大，其变化规律应满足车轮上跳为零至负前束，下跳时零至正前束，设计时一般为0或弱负值。变化范围一般为0.5°/50mm。由仿真结果可知，车轮同向跳动仿真与异向跳动仿真结果几乎相同，验证了模型的正确性，由以上的分析可知前束角的变化范围稍微偏大，可以对此参数进行进一步的优化[2]。

5 结语

我国全地形产业的整体水平和国外相较而言落后，运用在消防方面的全地形车甚少，诸多消防巡逻车均为国外引进而来的。国内所生产的全地形消防车基本上为在国外产品的层面之上仿制而成，针对该类车辆的悬架和其他零部件性能方面的研究不多，所以产品质量不高。目前，车用悬架通常均是运用空间减震器或者是电控悬架，结构相对繁杂，然而操作稳定舒适性良好，全地形消防车悬架系统和其他类型的车用悬架系统相对简便，整体维护起来整体方便。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义。