|
汽車技術(shù)有兩座珠峰,，一座是跑車，一座是越野車,。 他們分別代表了兩個極端環(huán)境下的極致追求,。一個是極端好的路面，另一個是極端差的,，不不,，沒有路的地表。 跑車,，就是在極端好的路面上,，跑出極致的速度，代表了汽車在速度方向的珠峰,； 越野車,，就是極端差的地表，跑出極致的適應(yīng)性,，代表了汽車在通過性方面的珠峰,。 一個追求的是速度的極致，另一個追求的是通過性的極致,，這是兩個技術(shù)制高點(diǎn),，而其他種類車輛則是點(diǎn)綴其間，或高或低,，他們的設(shè)計(jì)和技術(shù)都是在二者之間找平衡,、找折中,。 進(jìn)而言之，其他車輛無論是價格,、樣貌,、結(jié)構(gòu)、性能,，則是在四個點(diǎn)之間尋找平衡點(diǎn)：跑車（速度）、越野車（通過性）,、市場（需求）,、成本（利潤），所以我們才看到氣象萬千,、千姿百態(tài)的汽車工業(yè)和汽車市場,。 而作為技術(shù)的源頭和制高點(diǎn)，越野車和跑車源源不斷將其優(yōu)秀的技術(shù)擴(kuò)散到整個汽車產(chǎn)業(yè),，傳遞給其他車輛設(shè)計(jì),，正是因?yàn)檫@兩個技術(shù)制高點(diǎn)的不斷攀升拉動了汽車工業(yè)在技術(shù)和工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，于是我們才可以用如此低的價格享受如此高性能,、高品質(zhì)的交通工具,。 花開兩朵，各表一枝,，本文正如題目所示,，我們重點(diǎn)討論越野車的技術(shù)。 通過性,，作為越野車的核心指標(biāo),，會被分解到幾個維度上，一個是狹義的通過性,，一個是脫困能力,，一個是對全天候全地貌的適應(yīng)性。 而這三個能力分別體現(xiàn)在越野車的結(jié)構(gòu),、能量,、信息等諸多方面：
（一）空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 在空間結(jié)構(gòu)上,，大多數(shù)人人對越野車的直觀印象總結(jié)下來有四點(diǎn)： 底盤高,、軸距短、有大梁,、調(diào)校硬,。 軸距短影響車內(nèi)空間,，底盤高造成車輛高速時行駛不穩(wěn)，車架硬造成路途顛簸,，乘坐不舒服,。這三點(diǎn)任何一個放到市場上都是缺點(diǎn)，都會嚴(yán)重地影響車輛的售賣,，而且不能規(guī)?；瘎t會推動各方面成本的劇升，反過來又推高車輛售價,，如此一來,，循環(huán)往復(fù)，造成了市場上的惡性循環(huán),。站在市場的角度,，我們是無法理解越野車的，但是站在軍事的角度或者需求的角度就能理解了,。因?yàn)樵揭败嚸媾R的不是道路問題,，而是要解決在地表上的通行問題，而地球的地表,，可以是山川河流,，可以是沼澤雪域，可以是戈壁沙漠,，可以是高原山脈等等,。 因此在空間結(jié)構(gòu)上就不同于一般的道路行駛汽車。 1.外型結(jié)構(gòu) 如圖,，最直觀的就是四個參數(shù)：最小離地間隙,、接近角、離去角,、通過角：
接近角越大，可以減少車輛接近障礙物時發(fā)生碰撞的幾率,。離去角越大,，可以減少汽車離開障礙物時發(fā)生碰撞的幾率。一般的汽車和SUV由于碰撞的要求,，前保險(xiǎn)杠通常造型都會偏大,，在通過越野路段時更容易發(fā)生碰擦,。如果改裝體積更小更短的越野專用”競技杠“，也可以增加接近角和離去角,。值得注意的是,，汽車的車身高度越高，接近角和離去角也會變得越大,。
當(dāng)然，長軸距也并不是一無是處,。在通過一些短坡時,，長軸能化陡坡為緩坡，更容易”爬上“短坡,，而短軸距車型相對就稍困難,。不過這種路況的應(yīng)用情景并不多，因此普遍來說短軸距車型的通過性在大部分情況下更好一些,。 除了上述四個參數(shù)之外,，還有其他參數(shù)，如下圖：最小轉(zhuǎn)彎直徑,、內(nèi)輪差,、轉(zhuǎn)彎通道圓、車輪半徑,。 其中車輪半徑是最直觀的
同時，車輪直徑越大,，在通過障礙路面時,，能夠降低車輪運(yùn)動時的上下運(yùn)動幅度，除了舒適性更高,，通過時也會變得更平順,。因此現(xiàn)在很多的越野車都用直徑非常大的車輪，目的就是提高通過性,。而更換大直徑車輪,，包括離地間隙、接近角,、離去角,、通過角等都會相應(yīng)增加。 2.車架結(jié)構(gòu) 但凡那些敢稱自己是硬派越野車的汽車,，一般采用的都是非承載式車身結(jié)構(gòu),，所謂非承載式車身，其發(fā)動機(jī),、傳動系統(tǒng),、車身的總成部分是固定在一個剛性車架上，車架通過前后懸掛裝置與車輪相連,，如下圖所示： 非承載式車身有根大梁貫穿整個車身結(jié)構(gòu),，底盤的強(qiáng)度較高，抗顛簸性能好,。就算車的四個車輪受力不均勻,，也是由車架承受，不會傳遞到車身,，所以車身不容易扭曲變形,。 承載式車身 而承載式車身汽車（一般乘用車）的整個車身是為一體的，沒有貫穿整體的大梁,，發(fā)動機(jī),、傳動系統(tǒng)、前后懸掛等部件都裝配到車身上,，車身負(fù)載通過懸掛裝置傳給車輪,。 承載式車身的汽車平直路上行駛很平穩(wěn)、固有頻率低,、噪聲小,、重量輕，廣泛應(yīng)用于轎車上,。當(dāng)然底盤的強(qiáng)度是不及有大梁結(jié)構(gòu)的非承載式車身,，在車的四個車輪受力不均勻時,，車身會發(fā)生變形。 越野車在車架上最大的不同就是非承載式車身,，而非一般轎車的承載式車身,。 （二）動力及傳輸系統(tǒng) 除了外在的不同，越野車跟一般乘用車最大的不同是內(nèi)在不同,，即動力及傳輸系統(tǒng)的不同,。越野車關(guān)于動力及其傳輸系統(tǒng)有一整套的解決方案：從動力輸出（如何實(shí)現(xiàn)低速），動力傳輸和分布（扭矩放大,、差速鎖）,，到動力附著（輪胎）。 1,、動力輸出 越野車的動力輸出技術(shù)的本質(zhì)在于如何實(shí)現(xiàn)低速輸出大扭矩,，這可以說是越野車與其他車?yán)镒畋举|(zhì)的區(qū)別了。一般車?yán)锏拇笈ぞ囟及l(fā)生在高轉(zhuǎn)速上,，這是天然的,，高轉(zhuǎn)速必然導(dǎo)致大扭矩。 而越野車為什么要低轉(zhuǎn)速輸出大扭矩呢,？ 這得從越野車面臨的工作環(huán)境說起，脫困——需要大負(fù)荷下起步,，就要求發(fā)動機(jī)及動力系統(tǒng)在低速的情況下釋放出大力矩,。起步過程的專業(yè)術(shù)語叫Launch，這個過程離合器處于滑磨狀態(tài),。Launch的控制原理是發(fā)動機(jī)根據(jù)駕駛員的扭矩需求調(diào)節(jié)到一定轉(zhuǎn)速,，同時壓離合器。由于負(fù)荷大,，離合器得壓的比較緊,，同時為了防止發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速被離合器拽下來，發(fā)動機(jī)的扭矩能力必須大于等于離合器,。于是這里便有一個兩難問題：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不能太低,，又由于車輛剛開始起步，變速箱是跟車輪相連的,，因此變速箱的輸入端轉(zhuǎn)速幾乎為零,，于是離合器兩端就會有比較大的滑磨速差。這時,，大扭矩和高速差,，意味著摩擦功率很大，發(fā)熱會很快,，發(fā)熱快會導(dǎo)致很多致命的問題,。 怎么辦,？ 最直接的辦法就是減小滑磨速差，要減少滑磨速差就得降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,，降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的同時還得保證起步的動力輸出,，這就是所謂的低速輸出大扭矩，也是越野車發(fā)動機(jī)最具技術(shù)含量的地方,。 2,、動力的傳輸與分布 低速大扭矩能輸出解決了最關(guān)鍵的問題，下一個問題就是如何有效的將動力在合適的時間,，傳輸與分布到合適的位置,。越野車有幾個核心技術(shù)在解決動力傳輸問題，而這個技術(shù)也是其他車輛所不具備的,。其中比較關(guān)鍵的有：四驅(qū)技術(shù),、差速鎖技術(shù)、分動箱技術(shù),。 四驅(qū)技術(shù) 關(guān)于四驅(qū),，大家并不陌生，隨著技術(shù)的擴(kuò)散,，很多MPV,、SUV也聲稱自己配備了四驅(qū)，在車輛銷售嘴里,、央視的廣告里,、汽車之間的軟文里都洋溢著四驅(qū)的味道，但四驅(qū)跟四驅(qū)是不一樣的,。他們的性能按照越野能力排列的順序分別是：適時四驅(qū),、全時四驅(qū)，手動分時四驅(qū),。 所謂四驅(qū)車,，就是四個輪子都可以抓地驅(qū)動的汽車。如果在一些復(fù)雜路段出現(xiàn)前輪或后輪打滑時,，另外兩個輪子還可以繼續(xù)驅(qū)動汽車行駛,，特別是在冰雪或濕滑路面行駛時，更不容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,，比兩驅(qū)車更穩(wěn)定,、更有動力。 適時四驅(qū) 如上圖,，適時四驅(qū)就是根據(jù)車輛的行駛路況,，系統(tǒng)會自動切換為兩驅(qū)或四驅(qū)模式，是不需要人為控制的。適時驅(qū)動汽車其實(shí)跟駕駛兩驅(qū)汽車沒啥區(qū)別,，操控簡便,，而且油耗相對較低，主要應(yīng)用于一些城市SUV或轎車上,。 全時四驅(qū) 全時四驅(qū)就是指汽車的四個車輪時時刻刻都能提供驅(qū)動力,。因?yàn)槭侨珪r四驅(qū)，沒有了兩驅(qū)和四驅(qū)之間切換的響應(yīng)時間,，主動安全性更好,，不過相對于適時四驅(qū)來說，油耗較高,。全時四驅(qū)汽車傳動系統(tǒng)中,，設(shè)置了一個中央差速器。發(fā)動機(jī)動力先傳遞到中央差速器,，將動力分配到前后驅(qū)動橋,。 分時四驅(qū)
分時四驅(qū)可以理解為根據(jù)不同路況駕駛員可以手動切換兩驅(qū)或四驅(qū)模式。如在濕滑草地,、泥濘,、沙漠等復(fù)雜路況行駛時，可切換至四驅(qū)模式,，提高車輛通過性,。所以分時四驅(qū)的優(yōu)勢：純機(jī)械結(jié)構(gòu)，可靠性高,，通過性好,，越野脫困能力強(qiáng)，其劣勢是機(jī)構(gòu)重量大,，操作不方便，油耗大,，正真的越野車是手動的分時四驅(qū),。 當(dāng)有人忽悠你四驅(qū)時，你要問他是什么四驅(qū),，分時四驅(qū),、全時四驅(qū)、還是適時四驅(qū),。 差速鎖技術(shù) 跟四驅(qū)不一樣,，差速鎖一般只有越野車才配備，這可以是一個判斷是否為越野車的重要標(biāo)志,。 差速鎖的誕生是為了解決一個由于差速器導(dǎo)致的問題,。也就是說差速鎖和差速器是兩個互斥的技術(shù)，分別要在不同的場景下解決各自的問題。
先說差速器,。我們都知道汽車轉(zhuǎn)彎的時候內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速是不一樣的,，外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速要高，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)速要低,。所以就需要一個裝置來協(xié)調(diào)工作,，這個裝置就是差速器，如上圖,。 什么是差速鎖,？ 差速鎖就是將差速器鎖止的部件，差速器解決了汽車轉(zhuǎn)向時左右車輪轉(zhuǎn)速不同的問題,，但是差速器的存在讓汽車在一側(cè)驅(qū)動輪打滑的情況之下動力無法有效傳輸,，驅(qū)動力都分配到了打滑的車輪，不打滑的車輪就無法驅(qū)動,。這時候就要用到差速鎖了,，將差速器進(jìn)行完全鎖止，驅(qū)動輪就能夠同步輸出動力,。
像是奔馳G級,、JEEP牧馬人和路虎衛(wèi)士這些主流越野車，它們的強(qiáng)悍越野性能,，當(dāng)然差速鎖功不可沒,，以自有品牌中恒天越野車為例，配備了前后橋雙差速鎖,，保障了在只有一輪吃力情況下仍能夠脫困,，面對各種苛刻的高強(qiáng)度越野環(huán)境都輕松應(yīng)對。 扭矩放大分動箱 一般分動箱都會有一個加力檔,，可以放大扭矩,，其實(shí)就是使用了一個比日常齒輪還要大的一個齒輪，從而達(dá)到扭矩增大的效果,。有些汽車可以輸出兩到三倍的驅(qū)動力,，比如中恒天越野車低速四驅(qū)模式。 3,、動力附著（輪胎） 這里主要指輪胎技術(shù),。在郊外自駕游中，碎石路相當(dāng)常見,，尤其是些大塊的尖石頭,。冰雪路面可以換上冬季專用輪胎，郊外探險(xiǎn)可以換上胎紋塊較大的越野胎,。
（三）信息及安全系統(tǒng) 在過去幾十年的發(fā)展中,，越野車在信息安全方面發(fā)展的比較單一,，主要技術(shù)在于為了適應(yīng)各種地表的行駛，做了一些車輛基礎(chǔ)能力的備份,，諸如：雙備胎,，副油箱等。 近年來,，隨著北斗衛(wèi)星的部署,，讓越野車具備了一種可能性，即通過低成本實(shí)現(xiàn)野外通信,，從而實(shí)現(xiàn)主動安全,。 北斗系統(tǒng)采用了RNSS和RDSS雙模結(jié)構(gòu)體制，不但具有傳統(tǒng)的導(dǎo)航,、定位和授時功能,，同時還提供RDSS雙向短報(bào)文信息服務(wù)，北斗短報(bào)文通信技術(shù)可以讓用戶機(jī)與用戶機(jī),、用戶機(jī)與地面控制中心之間進(jìn)行雙向數(shù)字通信功能,，這具有非凡的意義。
北斗短報(bào)文之于越野車,，就像翅膀之于老虎,，如虎添翼，可以讓一線人員在無人區(qū)與后方,，以及團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行溝通協(xié)作,，以中恒天越野車為例，北斗短報(bào)文技術(shù)使得越野車的作戰(zhàn)范圍大幅加大,，對于行程和路線的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了革命性的影響,。與之前最大的不同在于變被動安全為主動安全，對于車輛,、人員生命的安全保障是一次質(zhì)的提高,，對于未來支援國防、政務(wù),、警務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將起到不可估量的作用,。
（四）高可靠性 這個年代，可靠性是最不性感的詞,。一般車商和媒體很少提及，原因有兩個,，一個是他們真沒有,，另外可靠性過于專業(yè)而且晦澀難懂不性感，所以可靠性的重要性被嚴(yán)重低估了,。 可靠性技術(shù)主要是來源于軍工和航空航天技術(shù)領(lǐng)域,。只有在航空航天領(lǐng)域這樣超級復(fù)雜的系統(tǒng)以及獨(dú)特的使用環(huán)境才強(qiáng)調(diào)高可靠性。而這也說明了為什么只有北航這樣的航空航天院校才設(shè)有專門的可靠性專業(yè)。 而且可靠性不是靠檢測的,，而是靠設(shè)計(jì)出來的,，中國系統(tǒng)工程和可靠性設(shè)計(jì)的源頭是錢學(xué)森。
產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)出來的,，生產(chǎn)出來的,，管理出來的 ——錢學(xué)森 越野車正是出身軍工，所以從一開始就重視可靠性,，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)管理都非常重視可靠性,，這是由于其極端的野外作業(yè)環(huán)境決定的，因?yàn)橐巴庾鳂I(yè)時,，沒有4S店,，沒有救援，沒有補(bǔ)給,，就是孤身一人要在絕境面前脫困,，所以可靠性要求高。 人們會經(jīng)常把質(zhì)量和可靠性混淆,。確實(shí)有很多相似的地方,，但還是有本質(zhì)不同： 1. 需求方面不同，有可靠性需求的產(chǎn)品一般都會有相對嚴(yán)酷的工作環(huán)境,，比如越野車,、航天飛機(jī)，可靠性需求里會明確提出工作環(huán)境和時間長度的量化指標(biāo)（例如-40攝氏度到100攝氏度環(huán)境工作1000小時可靠度為99%置信區(qū)間為80%）,，這樣的話就可以設(shè)計(jì)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn),；而質(zhì)量需求的話，則不會提及這些方面的需求,，更多的是性能,，就一般乘用車的發(fā)動機(jī)而言，會有產(chǎn)品尺寸,，接口要求,，設(shè)計(jì)工作負(fù)荷剖面，即最大轉(zhuǎn)速和最大扭矩的一個關(guān)系圖,，尾氣標(biāo)準(zhǔn)等,。 2. 設(shè)計(jì)方面不同，可靠性設(shè)計(jì)更側(cè)重于各組件之間的接口,，或者產(chǎn)品與環(huán)境之間的關(guān)系,，是一個系統(tǒng)性的問題；而質(zhì)量則更側(cè)重內(nèi)在的功能是否達(dá)到要求,。例如發(fā)動機(jī)連桿,，設(shè)計(jì)時會考慮（非可靠性的技術(shù)要求,，一般稱的質(zhì)量或性能）尺寸在高溫下是否合理，材料強(qiáng)度,，蠕變效應(yīng)等,；而可靠性則會考慮潤滑效率，磨損,，是否有電化學(xué)反應(yīng),。另外，即便是同樣的性能,，同一維度的功能,，那么質(zhì)量和可靠性要求的設(shè)計(jì)冗余度是完全不同的，甚至不在一個數(shù)量級,，如果質(zhì)量要求的是2倍冗余度,，那么可靠性則要求的是10倍甚至100倍的冗余度設(shè)計(jì)。 3. 產(chǎn)品驗(yàn)收方面不同,，可靠性驗(yàn)證相對需要較長時間的試驗(yàn),，哪怕是做加速試驗(yàn)通常時間也比質(zhì)量（性能）驗(yàn)證時間長；質(zhì)量（性能）的驗(yàn)證通常不需要長時間,，當(dāng)產(chǎn)品工作穩(wěn)定時,，各項(xiàng)性能指標(biāo)合格就行。 4. 時間尺度的不同,，一般而言,，可靠性關(guān)注的是產(chǎn)品長時間的故障，而質(zhì)量關(guān)注的是短時間或者是剛使用時的質(zhì)量,。 例如,，手機(jī)不會注重可靠性。
如果越野車技術(shù)是一座珠峰,，那么可靠性和安全性是位于地面下的根基和支撐,，而動力系統(tǒng)則是雄偉的山體，冷酷霸氣的外觀則是珠峰的雪域峰頂,，那僅僅是鏡頭里的珠峰,，不是全部的珠峰。 |
|
|
