基于车辆刚-柔混合模型进行仿真分析，分析车辆爬越0.7m 高台阶的性能。仿真设置为：主动轮速度驱动，驱动函数为STEP（TIME，2，0，5，-128d）。表示在2s 以前，主动轮转速都为0，到5s 的时候，转速达到128°/s（车辆速度为0.7m/s），以后以0.7m/s 车速运行；仿真时间设置为20s，仿真步数设置为250 步。

1.连接单元力矩分析

经过仿真分析，可获得一系列重要数据，包括系统部件的速度、加速度，连接单元上的作用力、力矩，系统主要部件的应力、应变和变形等。

扭杆上不与平衡肘相连一端Bushing 连接单元受到的力矩随时间变化如图4-56所示。

当车辆在水平路面上行驶时，地面通过履带链对负重轮施加反作用力。施加在负重轮上的反作用力再通过平衡肘将力和力矩传递到扭杆上。扭杆在不与平衡肘相连一端的Bushing 连接单元承受了作用在扭杆上的扭矩。在正常行驶状态下，不与平衡肘相连一端Bushing 连接单元上的力矩约为6 200N·m（负重轮受到的作用力约为20kN）。

在车辆行驶到与台阶墙接触时的8.4s，发生了与台阶墙的撞击。车体在撞击反力作用下仰起，第一、二、三、四组负重轮悬空，前四组扭杆也相应被放松，扭杆作用在这四组Bushing 连接单元上的力矩减小到接近0 的位置。而第五、六组负重轮由于支撑车体质量而被压迫，作用在这两组Bushing 连接单元上的力矩则剧烈增加，其中第六组连接单元上力矩超过了13 000N·m（负重轮受到的作用力约为38kN）。

图4-56　不与平衡肘相连一端Bushing 连接单元力矩随时间变化曲线（见彩插）

（a）第一组连接单元力矩曲线；（b）第二组连接单元力矩曲线；（c）第三组连接单元力矩曲线；（d）第四组连接单元力矩曲线；（e）第五组连接单元力矩曲线；（f）第六组连接单元力矩曲线

图4-56　不与平衡肘相连一端Bushing 连接单元力矩随时间变化曲线

（a）第一组连接单元力矩曲线；（b）第二组连接单元力矩曲线；（c）第三组连接单元力矩曲线；（d）第四组连接单元力矩曲线

图4-56　不与平衡肘相连一端Bushing 连接单元力矩随时间变化曲线（续）

（e）第五组连接单元力矩曲线；（f）第六组连接单元力矩曲线

随着车辆继续向前推进，负重轮下方的履带依次与台阶相接触，第一、二、三、四组负重轮也依次受到台阶施加的反作用力，相应Bushing 连接单元上的力矩也依次增大。当第四负重轮爬上台阶后的15.19s，第六负重轮周边履带已与地面脱离接触，而第一组负重轮尚未落地，第四组负重轮成为整车重量的支撑，如图4-57所示。作用在第四组Bushing 连接单元上的力矩超过了14 200N·m（负重轮受到作用力约为44kN）。

图4-57　第四组负重轮作为车辆质量支撑时状况(www.daowen.com)

车辆继续攀爬台阶，当车辆重心越过支撑点时，车体开始在重力作用下绕支撑点转动。车体由攀爬刚开始时的仰起状态转变为向地面砸落。第15.85s，车辆前方履带砸在地面上，第一、二组负重轮受到较为严重的压迫，相应Bushing 连接单元上的力矩也出现较大的增加，都超过了13 000N·m（负重轮受到的作用力约为40kN）。与此同时，第五、六负重轮则因为车辆前倾而得到放松，相应Bushing 连接单元上的力矩减小到2 000N·m（负重轮受到的作用力约为7kN）以下。第17s 之后，完成攀爬后的车辆振动减弱，行驶姿态基本恢复正常，六组Bushing 连接单元上的力矩也恢复到正常行驶状态。

2.车体应力分析

柔性车体上全时域应力最大节点位于车体右侧（驾驶员所在一侧）第四组扭杆安装孔中不与平衡肘连接的那一个安装孔的孔边缘，如图4-58所示，节点编号为16442。

图4-58　第四组安装孔处节点16442 的位置

该节点应力随时间变化曲线如图4-59所示。仿真开始车辆由悬置状态到自然落地状态，节点16442 上的应力逐渐增加，到第4.7s 的时候，应力达到约400MPa，并且在行驶到台阶墙之前一直保持这一数值。当车辆与台阶墙发生撞击时（8.4s），车体在撞击反力作用下仰起，前四组负重轮悬空，第四组扭杆通过Bushing 连接单元传递到扭杆安装孔边缘节点上的作用力也急剧减小，节点16442 上的应力减小到约60MPa。从第12.8s 开始，第四组负重轮周边的履带开始了攀爬台阶的过程。在此过程中第四组负重轮受到台阶的反作用力会增加，第四组扭杆通过Bushing 连接单元传递到扭杆安装孔边缘节点上的作用力也随之增加，节点16442的应力曲线也相应呈现增加趋势。当时间达到15.19s 时，节点16442 上的应力也达到整车全时域的最大值890MPa，这一情况是车辆行驶时的一种极端情况，且持续时间不长。随后便逐渐减小，当车辆恢复正常行驶状态后，节点16442 上的应力也恢复到平稳状态时的400MPa。

图4-59　节点16442 应力随时间变化曲线

从车辆开始与台阶墙接触的第8.4s到第四组负重轮成为整车质量的支撑时的第15.19s 的过程中，节点15969 是车体上应力最大的节点。节点所处位置如图4-60所示，该节点应力随时间变化曲线如图4- 61所示。仿真开始后，节点15969 上的应力逐渐增加到约400MPa，并且在车辆行驶到台阶墙之前一直保持这一数值。当车辆与台阶墙发生碰撞的第8.4s，车辆在撞击反力作用下仰起，前四组负重轮悬空，第五、六组负重轮则作为车辆质量的支撑而受到压迫。第六组扭杆通过Bushing 连接单元传递到扭杆安装孔边缘上的作用力也急剧增加，第11.74s 时节点15969 上的应力达到780MPa。随着第三、四组负重轮开始攀爬台阶，由这两组负重轮分担的车重逐渐增大，而由第六组负重轮分担的车重逐渐减小，可以看到，11.74s 以后节点15969 上的应力呈减小趋势。当第四组负重轮爬上台阶并作为车辆质量支撑点时的第15.19s，第六组负重轮周边履带已与地面脱离接触，节点15969 上应力约520MPa，小于第四组扭杆安装孔边缘节点16442 上的应力（890MPa），节点16442 代替节点15969 成为车体应力最大点。第17s 以后，完成攀爬后的车辆振动减弱，行驶姿态基本恢复正常，节点15969 上应力也恢复到正常行驶状态时的400MPa。

图4-60　第六组安装孔节点15969 的位置

图4-61　节点15969 应力随时间变化曲线

3.车体变形分析

图4-62　节点32369 变形随时间变化曲线

柔性车体发生最大变形的区域在前乘员舱舱门的后部，变形最大的节点编号为32369，变形曲线如图4-62所示。当车辆在水平路面上正常行驶时，前乘员舱舱门后部由于塔及其他重物的压力作用有约4mm 的变形。当车辆与台阶墙接触时的第8.4s，车辆与台阶墙发生撞击，车体在撞击反力的作用下发生变形，前乘员舱舱门后部节点32369 处的瞬时变形达到整个车体全时域的最大值8.0mm，相当于在原有变形基础上产生了约4mm 的变形。

此外，车体上还有两个变形较大的区域，一个是车首的下斜面板，另外一个是车体后部两个顶舱门开口之间的区域。由于车首下斜面板是一整块面积较大的钢板，内部没有梁增加板的强度，当车体遭受振动冲击时，该板就容易发生变形。况且下斜面板上还有两根竖梁与上斜面板相连，上斜面板局部的变形，很容易通过竖梁传递到下斜面板。在车辆与台阶发生碰撞时的第8.4s，车首下斜面板的变形量达到3.5mm。在正常行驶状态下，车体后部两个顶舱门开口之间的区域有2mm 左右的变形，当车辆撞击台阶时，变形达到4mm 左右，相当于在原有变形基础上增加了2mm 的变形。