关于越野车设计基础

2024年2月27日发(作者：十代雅阁配置参数)

关于越野车的几点认识

至19世纪80年代由德国工程师戴姆勒设计出第一台两轮摩托车后，摩托车工业经过100多年的发展，技术不断的改进和提升，其动力性、可靠性、经济性和舒适性明显提高，而样式也朝多样化发展，根据样式和用途的不同，可分为骑式车系列、太子车系列、踏板车系列和弯梁车系列四大车系。而由于近几十年摩托车运动的兴起，在几大车系的基础上，又延伸出相应的车型，而越野车也是在此期间由骑式车基础上延伸出来的，而越野车根据用途的不同又可分为：越野赛车、越野街道两用车、耐力越野车和花样式技术慢车。

故名思意，越野车用于竞技运动，那么需具备良好的越野性能，同其它系列的摩托车有着显著不同，具体表现在以下几方面：

1、 强劲的动力输出（高减速比）

2、 较强的路面通过性；

3、 良好的抓地性；

4、 高强度和轻质量的车身；

5、 快速、灵敏的制动性能和操纵性能；

6、 较好的减震舒适性；

7、 轮辋要求具有良好的弹性和强度；

为了满足摩托车越野运动的要求，就要解决以上几个方面的问题，因此国内外的摩托车生产商不懈努力，不断的推出了一款又一款的经典车型，其中在越野车生产和技术方面最顶极的有奥地利的KTM，日本的KAWASAKI、HONDA YAMAHA和瑞典的HUSABERG。特别是奥地利的KTM公司专门致力于越野车的研究和生产，其技术代表了世界越野车技术的潮流，推出的每款车型款款堪称经典。

越野车如何解决以上几个方面的问题，以下面的数据说明：

1、 发动机的选择是整车性能好坏的关键，在选择时，我们要从以下几个方面来选择：

a、二冲程或四冲程；

b、气缸数和气缸的布置；

c、冷却方式的选择；

d、增压和非增压；

e、能源的选择

我们知道发动机的动力性能有下面几个主要参数：

功率Pe=peVsn/30τ（Kw）

扭矩Te=9550 Pe/n（N.m）

升功率PL=Pe/Vs（Kw/L），

通过上面几个参数可知影响发动机的动力性的因素是：发动机的转速n、平均有效压力pe、气缸工作总容积Vs、冲程数τ，要提高发动机功率就需从提高发动机转速n和平均有效压力pe，增加气缸工作总容积Vs，减少冲程数τ几个方面入手。

发动机主要性能参数见下表：

表1 几种排量摩托车发动机功率、转矩大致范围

排量（ml）

功率

（Kw）

转矩

（N．m）

四冲程

二冲程

四冲程

二冲程

50 125

8-12（9000-10500）

250

15-33（8000-15000）

2.4-5.3（6000-10000） 9-16.2（7000-9000） 29-39（8000-9500）

4.4-6.4（4500-7500）

9-11.8（8000-9000） 20-25.5（7000-11500）

9-18.6（7000-8500） 36-46（6500-8500）

表2 摩托车发动机主要性能参数一般范围

四冲程

二冲程

平均有效压力（MPa） 燃油消耗率（g/KW.h）

0.8-1.2

0.5-1.0

300-380

300-480（＞100mL）

380-500（≤50mL）

升功率（KW/L）

56-120

55-160（＞100mL）

50-107（≤50mL）

注：由于竞技式越野车追求比赛的运动性，其升功率很高，一般均在70KW/L以上，250ml赛车可达241KW/L

强劲的动力是越野车越野性能的基础保障，因此要求越野车的发动机必须具备极强的爆炸力，在瞬时的抬头和加速过程中，起步反应快速敏捷。因此其传动装置要有较高的减速比，下表为HONDA车的典型几款传动参数表：

表3 HONDA几款越野车与道路车动力传动参数比较表

排量类型 车型

1挡

越野车

HONDA-XLR BAJA 2.846

2挡

变速比

3挡 4挡 5挡 6挡

末级减速比

（mL）

250

1.777 1.333 1.041 0.884 0.785 3.125

2.000 1.578 1.333 1.190 1.083 2.666

1.722 1.263 1.000 0.838 3.733

道路车

HONDA-NSR250R/SE 2.846

越野车

HONDA-XLR125R

道路车

HONDA-NSR125R

越野车

HONDA-CRM80

道路车

HONDA-NSR80

2.769

3.090

3.166

3.166

125

2.000 1.470 1.210 1.046 0.916 2.615

2.062 1.500 1.227 1.000 0.851 3.066

2.062 1.500 1.173 1.041 0.923 2.187

80

但是由于越野车道路的特殊性，要求越野车在平整路面上行驶又要有较快的速度感，因此要求发动机扭力输出范围强劲而广阔，机型选择我们可从下表4可得知：

表4

排量（mL）

主题结构型式

50 125 250

二冲程，单缸风冷，簧四冲程，单缸风冷，SOHC四冲程，单缸水冷，DOHC片阀进气 二气门 四气门

动力性最好的结二冲程，单缸水冷，活二冲程，单缸水冷，簧片阀 二冲程，V型双缸水冷，簧构型式 塞簧片阀 片阀

由于两冲程发动机结构简单，制造容易，体积小，质量轻，加速性能好，升功率可比四冲程高50%~70%所以，很多竞技式越野车多采用二冲程水冷发动机。如：日本川崎KDX250SR采用是一款非常不错的发动机，水冷单气缸2冲程250cc发动机+改良的K1PS排气系统，最大马力可达到39ps/8000rpm，最大扭力可达到3.9kg-m/7000rpm，配上5档变速箱，其1-3档扭力强劲用于越野，而4-5档偏向高速，其最高车也可达到100km/s。达到动力和速度兼备的效果。然而由于两冲程发动机燃料及润滑油耗量大，HC排放量高，怠速小负荷共况不够稳定，随着各国环保要求的不断提高，及对经济性的要求逐步提高，加上越野车朝多元化方向发展。除竞技式越野车和耐力式越野车外，所有在道路上行驶的摩托车必须通过欧洲二号排放标准，传统的二冲程发动机明显不能达到要求，而四冲程发动机性能优良，指标稳定，转速高且可靠性好，排放指标和耗油量均优于两冲程发动机，所以四冲程发动机开始大量出现在越野车上，其中最有代表性的是KAWASAKI的KL250R采用的水冷四冲程

DOHC四气门、平衡轴发动机，最大马力可达到28ps/9000rpm，最大扭力值可达到2.3Kg-m/7500rpm

2、 路面的通过性要优于普通的骑士车，如普通的骑士车引擎离地高度为130mm左右，而越野车的引擎离地高度已达到270~300mm，整车座位高度达到895mm；

3、 轮胎的选用对整车的性能有着极为重要的影响，摩托车大多采用充气式轮胎，充气式轮胎按帘线的排列分为；普通斜交轮胎、子午线轮胎、带束斜交胎，子午线轮胎由于具有使用寿命长、滚动阻力小、附着性能好、缓冲性能好、负荷能力大等优点被广泛应用，尤其是无内胎的子午线线轮胎（真空胎）在赛车和越野车上用的越来越多，而越野车由于要在特定的路面上行驶，其轮胎的性能对整车的驱动性、制动性、行驶稳定性、平顺性、越野性和燃油经济性等都有直接的影响，综合性能要求较高，因此要求轮胎具有很好的抓地性，能适应各种不同的路面要求，而且轮胎的耐磨性，耐久性、高速性和防穿刺性都要优与一般轮胎。其轮胎花纹选择要根据路况要求而定，场地越野时其轮胎花纹要求凸块面积小、沟槽深、与路面附着力好，且容易清除沟槽中的泥土与碎石，道路越野时轮胎花纹与公路车要求相同，为了提高整车的通过能力，现在越野车常用宽轮式大轮径轮胎。

4、 为了增强越野车车身强度和减轻车身质量，使整车更加轻柔、敏捷，操纵更加方便和灵活，因此各生产商在每个零件上下了很多功夫，各种新产品新工艺层出不穷，近年来，铝合金以其质轻、质感好，材料价格适中而在越野车的车架生产中得到广泛的运用。虽铝的密度只有钢的1/3，但弹性模量也只有钢的

1/3，单纯以铝合金代替钢构件的结构，会出现铝构件和焊接部位的强度不足，不易实现车架的轻量化。在设计车架时，往往把车架构件设计成粗大盒形断面梁来发挥铝材料的优点，如越野车采用比较普遍的双摇篮式车架、菱形铝车架、双边框管式铝车架，下图为几种车架的钢度与质量减轻的关系

车架钢度（与钢车架的钢度比）

3.0

双边框管式铝车架

菱形铝车架

双摇篮式铝车架

钢车架

2.0

1.0

10 20 30 40

50 60

65

质量减轻量比率（%）

不光是车身，现有的很多零部件如平叉、手把管、摇臂、脚蹬及发动机的许多关重零部件等也采用铝合金材料，大大降低了整车质量，如YAMAHA生产的DT200WR其整车质量为107Kg，而国产的200cc越野摩托车最低整车质量为125Kg，而且强度不减。同时为增强车身强度，车架结构也是层出不穷，常用车架结构为单下管摇篮式和叉型下管摇篮式，国内越野车大都采用以上两种结构，国外在摇篮式的基础上已发展成双吊式钢管拉力式，如HONDA250采用坚固的双吊式钢管拉力车架，把发动机紧

紧包藏着；而现在摇篮式铝合金车架越来越被国外各大摩托车生产商所采用，其截面梁多采用日字形截面和目字形截面，如HONDA的CRF系列。甚至出现桁架式车架，如BMW公司最新推出的HP2-Enduro。

5、 装有大扭力越野车如何才能快速而准确的制动，因盘式制动器制动效能的热稳定性、水稳定性好，热膨胀影响小，制动力矩大，因此绝大多数的越野车采用前、后碟刹的制动方式，前液压制动而且都是配上双活塞浮动钳式，大直径的碟刹盘，以提高制动力矩，现在随着加工技术和装配工艺的不断改进，其浮动盘式制动器也逐渐在越野赛车上得到应用。

6、 整车的减震舒适性也是体现越野车性能的一项重要指标。而悬架的主要作用是缓解、吸收因路面凹凸不平而传递给车轮的冲击和振动，传递力和力矩，并保证摩托车行驶的平顺性和安全性。因此对悬挂装置的设计应满足以下几点要求：

a、缓和并抑制因路面不平而产生令人感到不舒适的振动、冲击和噪声，减少车身和乘员承受的加速度，从而减少惯性力，降低车辆各零部件的动载荷。使车辆的固有频率应接近人体的所习惯的固有频率1.0-1.3Hz；

b、抑制车辆跳动，改善轮胎对路面的接地性，从而使摩托车的驱动力、制动力、横向力等产生于轮胎

与路面之间；

c、对车体在上下方向给予刚性支撑，并在其它方向给予适当的刚性支撑，保持前后轮方向的一致性及

整车驾驶的平顺性；

d、前悬架兼具转向功能，以将手把的转向控制力传到车轮；

e、悬架装置应具有抗侧倾的能力、机构和刚性；

f、悬架应具有抗前倾和后倾的能力。

就一般常见的普通车型来说，悬架装置的设计应做到驾驶的平顺性、稳定性和乘骑的舒适性这两种相反的特性尽量相容和统一。作为越野车，由于它优先考虑的是车辆的穿越能力而强调车辆抗冲击的能力，因此要求悬架装置缓和震动冲击的能力绝对好，悬架的行程大大加长。我们知道静扰度是衡量悬架平顺性的重要参数，它明确反映车辆悬架的软硬，，由于摩托车用途的不同，对静扰度要求也不相同，前后悬架装置的静扰度一般不相等，以避免前后悬架同时共振，其匹配对摩托车的行驶平顺性有很大的影响，一般前悬架静扰度大于后悬架静扰度以减少纵向角振动，前后静扰度比约为0.6-0.8，各种用途摩托车悬架装置参数见下表5：

车参数

fc（mm）

种 前悬架装置

通用车

90-140

公路车

110-200

5-7

越野车

230-300

4-5

后悬架装置

通用车

65-80

15-25

公路车

70-110

15-22

越野车

100-140

12-18

弹簧刚度（N/mm）

5-7

表5各种用途摩托车悬架装置参数

其减振工作行程与工作缸筒直径与普通车的减振行程要大得多，其参数见下表6：

表6 各种车辆减振器的工作行程与工作缸筒直径

发动机前减振器

排量普通车 越野车

后减振器

普通车 越野车

（mL）

工作行工作缸筒工作行程工作缸工作行程工作缸工作行工作缸程S 直径D

S

筒直径S

D

50-90 70-90 24

26

30、39

200-230

230-250

250-290

26

30

43

40-65

65-80

70-90

筒直径程S

D

16

16、20

20、20

65-80

80-90

90-120

筒直径D

16

20

20、24

100-125 90-100

250-750 100-120

其阻尼器在减振器在压缩行程时，要考虑要减振器对地面冲击的传递能力，以便充分发挥弹性元件的缓冲作用，所以压缩行程的阻尼系数比较小，如果压缩行程的阻尼系数比较大，则相当于增加了悬架的刚度，使车辆在不平路面上的平顺性变差，而在减振器复原行程时，则须要有较强的阻尼，即复原阻尼系数要求较大，以满足振动迅速衰减的需要又不能使车轮产生吊挂现象，所以压缩阻尼与复原阻尼的比值一般为0.2-0.5，越野车由于其特殊的越野性，一般

取高值，其各车型减振阻尼器的阻尼值取值范围见表7：

表7

前减振器

通用车

阻尼复原

力（N）

压缩

50-100

公路车

120-300

越野车

100-160

后减振器

通用车

300-600

20-50

公路车

40-800

60-120

越野车

500-1000

100-150

因此大多数的生产商都配置了长行程的SHOWA倒置式油压前减震器，其优点是储油室在上端，能够合理的分布刚性，同时每支都独立配置了多级软硬调节，能根据路面情况进行调节。后悬架多采用渐进连杆式或浮动扭力上连杆式，配置气囊式单后减，而且可作多段气压调节和多段油压软硬调节和无段式弹簧预调，从而消除了双减震器引起的左右不平衡，实现了质量集中化，保证了后轮行程的递增性，并且通过连杆保证了弹簧的柔性，从而吸收更多的能量。有些甚至采用单臂连杆式，但成本较高，在国外的车上比较常见。

7、 越野车的轮辋不但要求具有较高的强度外，还要求具有良好的弹性，因此越野车多采用辐条式轮辋结构，其辐条材料采用高碳钢丝，结构采用变径等强度式，以增强连接部位的强度，轮毂大多采用优质铝合金压铸成型。为了保证越野车的高通过性，其轮辋直径前轮一般为21，后轮一般为19（迷你性越野车除外）。