关于水陆两栖车车轮收放技术的研究综述

摘. . 要：车轮收放技术能很大程度上减少水陆两栖车在水中航行时的阻力，它是水陆两栖车减阻增速的关键技术之一。文章主要就国内外车轮收放技术的研究进展、可收放悬架机构的优化方法展开了综述，最后介绍了作者导师团队两栖车前后悬架的改装设计。

关键词：车轮收放技术；水陆两栖车；减阻增速；可收放悬架机构1. 引言

水陆两栖车（amphibian automobile）又名水陆两栖船、水陆两用车，它是结合了车与船的双重性能，既可像汽车一样在陆地上行驶穿梭，又可像船一样在水上泛水浮渡的特种车辆。二战时多用于军事，现在也应用到了救灾救难、探测、旅游等专业领域。

当今世界，正处于和平发展阶段，在战争中使用的水陆两栖车，慢慢在民用和娱乐领域流行起来，其高速性越来越成为各国追求的目标 ［3］ 。经过多年的努力，高速水陆两栖车不断突破技术难关，以英国和瑞士为代表的两栖车辆制造水平在世界处于领先地位，其研发出的产品类型也各有不同。近几年，美国加州一家公司 WaterCar推出的水陆两栖车也备受关注，其生产的水陆两栖车“Python”和“Panther”水上速度都能达到 70km/h 以上。

研究表明，两栖车在水中行驶时，车轮能产生很大的涡流损失，其在水中的阻力约占总阻力的 25% ［1］ 。如果设计一种可收放悬架机构将水中车轮收起到车体内部，消除车轮带来的阻力，就可以提高车辆在水中的航速，车轮收放技术应运而生。

2. 车轮收放技术及其研究进展

2.1 车轮收放技术

车轮收放技术是通过改变传统汽车悬架，设计一种可收放的悬架系统。当两栖车在陆上行驶时，这种可收放悬架系统发挥普通悬架的作用，传递作用在行走机构与车体间的力和力矩，缓和车辆行驶时车体受到的冲击力与振动。当在水中行驶时，可收放悬架系统又将行走机构整体收起，通过减少行走机构的涡流损失以实现减阻增速，提高其推进效率。

2.2 国外研究现状

文献［2］设计的车轮收放装置主要由上下控制臂、减震器、气动柱塞、套环、固定板条等组成。减震器下端连接上控制臂，上端通过套环与固定板条连接，气动柱塞的收缩与伸展通过板条套环带动减震器升降，从而将车轮提起或放下，进而节省了车体内部空间。

文献［3］发明的车轮收放装置主要由液压缸、摇臂、中心枢轴、减震器、连接臂、扭力管等组成。液压缸固定在车架上，当液压缸活塞杆缩回时，摇臂绕中心枢轴旋转，进而将下悬架臂向上拉，使车轮离开水面；当液压缸活塞杆伸出时，车轮被放回路面。

文献［4］加装了气缸、气囊等部件，前轮减震器和气缸平行安装在控制臂与车架之间，气囊一端固定在减震器的下方，一端连接控制臂，依靠气囊和气缸的伸缩完成车轮的收放。后轮上下两个气囊、减震器安装在控制臂和车架之间，当上气囊收缩下气囊膨胀时，车轮被提起，当上气囊膨胀下气囊收缩时，车轮被放下。

2.3 国内研究现状

文献［5］发明的水陆两栖车车轮收放装置中，电机正反向转动驱动丝杠旋转，让旋装在丝杠上的丝杠螺母向上或向下运动，最终完成车轮的升降动作。该装置突破了减震器上端车架固定不动的限制，结构紧凑，性能安全可靠。

文献［6］发明的装置主要由电机、蜗轮蜗杆减速箱、链传动箱、四连杆机构等组成，电机正反转驱动蜗轮蜗杆减速箱的摇臂逆时针或者顺时针旋转，同步连杆拉动四连杆机构上下运动，完成车轮升降动作。该装置车轮收起幅度大，车轮放下时易于形成自锁。

文献［7］设计的装置中，摇臂、减振器和链传动箱形成了一个曲柄摇杆机构，上下限位块用于防止摇臂转动过度。当两栖车在水中航行时，电机经蜗轮蜗杆减速箱驱动摇臂顺时针转动，减振器被拉起，链传动箱绕安装点转动，车轮被提起，到达上限位块，锁定在最高位置。

同理，当两栖车在陆地航行时，电机驱动摇臂逆时针转动，车轮被放下，到达下限位块锁定位置。该装置可用于两栖车的后轮收放。

3. 可收放悬架机构的优化方法

王重阳对比分析了 3 种采用车轮收放技术的悬架结构，说明了采用平移式的悬架结构在空间位置和陆地行驶时操纵稳定性方面都有优势，而翻转式的悬架结构在提升高度和工作效率方面更好；包振明结合小生境遗传算法和在 MATLAB 中开发的多目标优化程序，提出了一种新的水陆两栖车可收放悬架系统的设计方法；剧冬梅提出了一种水陆两栖车可收放悬架方案，然后在多体动力学软件 ADAMS/Insight 中，根据所确定的优化变量分别以行走机构收放高度、翻转角度、外倾角以及主销内倾角等参数为优化目标进行了优化设计，结果表明优化效果明显。

4. 改装设计

基于本人导师的水陆两栖车研究课题，在导师及其团队的合作下，决定对某车型进行改装。前轮收放采用液压缸压缩弹簧的形式，在原有的麦弗逊式独立悬架基础上进行改装，液压缸上端固定在减震器上底座焊接出来的端盖上，下端固定在减震器下底座伸出来的柱销上，其他部件在不影响干涉的前提下做相应的改动与选型。后轮收放也是采用液压缸压缩弹簧的形式，将扭力梁式悬架改为两个独立的绕定点转动的悬架，液压缸上端固定在车架的销座上，下端固定在摆臂的销座上。液压杆的收缩与伸展带动车轮完成车轮收放动作。

由于改装车型是前轮驱动，为使水陆两栖车在入水时获得足够大的驱动力，保证能使整个车身顺利入水，决定在后轮安装液压马达。

将马达固定在悬架的摆臂上，马达输出轴与轮毂中心线在同一条轴线上，马达输出轴与轮毂采用花键连接，马达的转动带动车轮进行转动。

马达的型号需根据液压系统压力进行选取。

5. 结论

通过了解水陆两栖车车轮收放技术的相关研究，国内外学者设计的可收放悬架机构已颇具硕果，但他们缺少对结构的强度分析。因此要想让这项技术更加成熟，还需要做进一步的研究与论证。

参考文献：

［1］陈欢 . 水陆两用车车轮提升系统的设计与性能研究 [D]. 沈阳航空航天大学 ,2014.

［2］GERE GARY M , HOLDER RUSSELL L JR , MUSETTILOUIS J , RAMSEY RAY JR. AMPHIBIOUS VEHICLE[P].

WO9400332,1994-1-6.

［3］LONGDILL SIMON JAMES (NZ),WEEKERS HANS

(NZ),BRIGGS STEPHEN JOHN (NZ). AMPHIBIOUS VEHICLETRANSMISSION[P]. US2008299844,2008-12-4.

［4］MARCH J DAVI. Amphibious vehicle[P]. US8221174,2012-07-17.

作者简介：

1. 厉伟（1994-），性别：男，民族：汉，籍贯：山东省临沂市兰陵县

最高学历：硕士研究生在读，单位：山东交通学院，研究方向：

游艇邮轮工程。

2. 何栋梁（1994-），性别：男，民族：汉，籍贯：山东济南最高学历：硕士研究生，单位：山东交通学院，研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。

3. 胡海军（1997-），性别：男，民族：汉，籍贯：湖南省衡阳市祁东县

最高学历：硕士研究生，职称：学生，单位：山东交通学院，研究方向：游艇邮轮工程。

4. 李千耀（1997-），性别：男，民族：汉，籍贯：山东省德州市禹城市

最高学历：硕士研究生，职称：学生，单位：山东交通学院，研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。

基金资助：山东交通学院研究生科技创新基金资助项目（2020YK13）