基于特点识别的长头系列车型开发研究

项冬东，王佩，王亚旭

基于特点识别的长头系列车型开发研究

项冬东，王佩，王亚旭

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

由于国家法规对于长头牵引车整车长度的放宽，长头车市场将迎来第二春，其优异的性能表现，也将促使各大主机厂加快研发进度，尽早推出长头车产品。灵敏度识别是优化设计的重要方法，由此联想的特点识别方法，从长头车自身结构决定的固有属性出发，识别出对产品特点贡献值最大的部分，将其打造为产品亮点，提高产品竞争力。

联想；特点识别；长头车；研究

1 前言

卡车需满足三个条件才能被称作长头车；条件一为发动机本体一半以上位于前风窗玻璃最前点以前；条件二为转向盘中心位置位于车辆驾驶室（整个车头）总长的前四分之一部分之后；条件三为前轴中心线位于前风窗玻璃最前点之前。长头车以其特殊的形态存在于市场上，下面对长头卡车的现状做一简单论述。

1.1 北美长头卡车现状

北美高速公路发展较早，早已形成陆路运输网络，多数为路况良好，吞吐量大的洲际高速公路，同时北美地区是全球最早进入经济一体化的地区，跨国长距离运输早已普及。美国和加拿大两个大国和墨西哥联成一片，纵横数千公里，形成一个巨大的陆路运输网络。据统计，美国和加拿大每天公路货运量价值10亿美元。加拿大每年通过公路向美国运送货物价值为全部出口额的60％~70％。北美长头卡车具有功率大、速度高、安全性、耐久性好、易维修、车辆轻量化、驾驶室宽敞舒适、人性化味道浓等特点。目前北美市场上长头卡车占主导地位，平头卡车仅仅占一少部分。

图1 长头卡车

1.2 国内长头卡车现状

上世纪五十年代，我国生产的第一辆长头卡车一“老解放”CAl0，第二代长头卡车解放系141和东风140成为经典代表。到了八十年代，随着欧、日系卡车技术的输入，国产卡车逐渐变为欧洲流行风格的平头卡车。目前国内商用车企业对长头卡车技术没有研发更新，长头卡车无论是安全还是性能、燃油经济性都已无法满足要求。当前长头卡车在我国卡车市场上份额稀少，其主要原因是国家法规限制了车长，也就是对卡车的整车长度进行了限制，要是车头太长就影响装载质量：而美国只对货厢而不对车头进行限制。国内商用车企业为加大装货空间，对车头的研发标准是越小越好。

但近年来，随着社会的进步，客户的关注点逐渐由皮实耐用偏向安全性、舒适性等，长头车虽然没落但未曾中断。随着GB1589-2016对长头铰接列车长度放宽，长头车又有了新的起色。目前市场上在售一汽解放安捷e，东风柳汽乘龙T7销量逐渐增加，众多车企，如中国重汽、江淮都正在进行长头车型的研发，可以看出未来长头车必然会再次冲击卡车市场，与平头车共同驰骋在中国公路上。

长头牵引车一直以来以优秀的动力经济性和良好的碰撞安全性在美国市场得到很好的发展。借助于法规的东风，长头车的发展也有助于我国达到安全和节能减排的长远目标，利于实现下阶段的燃料消耗量限值。

2 特点识别方法概述

独特的车型结构决定了车辆自身固有特点，伴随产品全生命周期，成为其固有属性，通过深度梳理挖掘，经过一定的酝酿及精心打造，将成为车辆有别于竞品的亮点，为车辆树立良好的口碑，赢得司机的好感。本文是基于优化设计的灵敏度分析联想出的特点识别方法，灵敏度分析在优化设计中起着非常重要的作用，可大大提高优化效率，通过灵敏度分析可以计算出结构响应值对于各设计变量的导数，确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分，指出设计优化的方向，通过不断的优化对比，从而得出最优的设计参数。基于此，确定开发过程中对产品特点贡献值最大的部分，通过不断的均衡，使优点更优，将特点发挥极致并最终指出产品开发的方向和对应的细分市场类型。

3 特点识别方法应用

目前国内市场上营运卡车种类按照驾驶室分为长头、短头、平头三类，轻、中、重卡大多数以平头驾驶室为主，微卡以短头驾驶室为主，一少部分重卡驾驶室为长头，其自身特点各异见表1，占据着不同的细分市场。特点识别方法是从长头车自身角度出发，将不同于其他车型的特点充分挖掘，使其特点更鲜明，更具备市场竞争力，并且使其更能满足细分市场的需求。

表1 平头、短头、长头车型特点

4 特点挖掘及车型开发研究

4.1 驾驶室低风阻造型

长头车驾驶室结构有异于平头车，其主要由前机舱盖、驾驶舱、卧铺舱三部分组成，前围将驾驶室外形分为两部分，分别为前机舱盖总成和驾驶室，此种特殊结构决定了其造型的特殊性，与乘用车造型有异曲同工之妙，可将驾驶室造型设计的更为流线性，风阻更低。

汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力主要为压力阻力与摩擦阻力。压力阻力分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力，在一般轿车中，这几部分阻力的大致比例为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。风挡玻璃是前机舱盖与驾驶舱的空气动力学过渡，风阻玻璃倾角可以设计的大一些，加之其趋于流线形的造型可以大大降低形状阻力，在一定程度上可以降低整车风阻。

有相关数据表明：如果一辆货车以每小时100公里的速度行驶时，对燃料经济性影响最高的三个因素是：50％的燃油消耗是用于克服车辆的空气阻力的，32％则是用于克服轮胎和地面的摩擦，而由动力系统产生的影响占18％。由此可见，降低空气阻力对于改进卡车运行经济性更为关键。流线形的车身设计可以大大降低风阻，使得燃料经济性更优。卡车是营运工具，每年营运里程动辄数十万公里，较低的燃料消耗，在车辆的使用周期内，将带给客户相当可观的经济收益。

低风阻的驾驶室造型设计，可以将此特点深度挖掘，在车辆高速行驶时，低风阻带来的将是低油耗及高时效性。此特点可将其开发为日用工业品运输牵引车。

4.2 前置发动机舱的高安全性

乘用车对于安全性要求较高，主动安全和被动安全贯穿于乘用车开发始终。前置发动机舱设计就是为了保护乘员的主动安全的直接体现。长头卡车的发动机舱设计与乘用车类似，其安全性较高：前置的发动机舱为意外碰撞提供了更长的缓冲距离，为乘员提供了更大的生存空间，在安全性方面有着更佳的表现。同时，与平头车相比，长头卡车的驾驶室高度更低，重心也相应降低，在满载状态下，将大大减少了碰撞中的侧翻几率，防止自身受伤害及伤害他人。来自密歇根大学高速公路安全研究报告中的数据显示，车祸中平头车有着高于长头卡车28％的驾驶员死亡率，这恰恰说明了长头车的高安全性。

安全性对于所有车辆均至关重要，前置发动机舱的高安全性设计特点，可将其开发为各类货运车辆。

4.3 机舱盖可翻转的好维护性

维修保养的便利性：由于发动机前置，长头卡车在使用与维护方面比平头车更加方便，维修时只需打开发动机舱盖，而不用把驾驶室翻转过来，驾驶员可以很轻松地接近发动机，维修变得更容易（图2）。比如检查机油液位，加注机油，更换机油滤清器滤芯及燃油滤清器滤芯、加注空调冷媒、更换转向液压油、更换空调滤芯、更换空滤器滤芯等；在维修工人为发动机做维护时，驾驶员可以自由进出驾驶室，取用驾驶室内的物品不受影响。

图2 维修保养示意图

时间对于营运货车来说就是金钱，维修便利将大大缩短维修时间，提高运输效率。各类车辆对于维修便利性均有诉求，其卓越的维修可触及性可开发为各类货运车辆。

4.4 舒适的驾乘空间

舒适性更好：由于长头车驾驶室地板比较低，前置的发动机不会占用驾驶室空问，在同等高度下，长头驾驶室容积更大，乘员可以站立移动，活动空间大，亦能容纳更多生活设施，如更大的卧铺、冰箱、饮水机、各类生活设施等。由于发动机不再位于驾驶室正下方，在发动机运行工况下，不用忍受像平头卡车那样发动机布置于驾驶室正下方而导致的驾驶室内噪声大、温度高的情况，并且驾驶室座椅放置于车辆前后轴之间，路面振动传递路径发生变化，不像平头车那样，振动直线传递给成员，在行驶时长头重卡的驾驶舒适性也较好。

4.5 配备较大马力动力总成

发动机前置，布置于前机舱盖下，没有了驾驶室底板的限制，前机舱有较大的空间可以布置更大的动力总成及散热系统。较大马力的动力总成将带给用户更好的动力体验，其最高车速、最大爬坡度、加速时间等均有较好的表现。基于此，可将其开发为大件运输牵引车。

图3 平头车路面振动源传递路径示意

图4 长头车路面振动源传递路径示意

4.6 重心低

目前，平底板驾驶室带给驾驶者更多的舒适体验，其将是驾驶室发展的新方向。长头车由于发动机前置导致驾驶室定位低，与平头车相比，同样的平地板设计，其驾驶室高度要低一些，导致整车重心更低，行驶更安全。

水泥搅拌车由于车辆运行过程中，为了防止水泥结块及粘附在罐体上，罐体需要不停的转动，加之平头车的重心偏高，导致行驶稳定性差。长头车的低重心设计可用作水泥搅拌车，大大提高行驶安全性；亦可开发为对高度有要求的特殊作业车辆，由于驾驶室定位较低，在高度限值的情况下，满足驾驶室内日常工作、生活需求，比如飞机除冰车等。

4.7 上下车方便性

图5 开关车门示意图

图6 上下车示意图

驾驶室定位低，上下车方便性优于平头车，对于女性司机来说，解决了平头车上下车及开车门困难等问题。其可满足95%的亚洲女性开关车门及上下车。针对于此，车辆可制作成女性专属造型及喷涂，比如粉色系等，彰显女性司机风范。

4.8 驾驶室不翻转

长头车发动机置于前机舱盖下部，其维修保养时，打开其机舱盖即可，不需翻转驾驶室，基于此，长头车驾驶室无需翻转。在维修工人为发动机做维护时，驾驶员可以自由进出驾驶室，取用驾驶室内的物品不受影响，不像平头车进行维修时，需将驾驶室翻起，并将驾驶室内物品固定可靠，基于此，可将其开发为驾驶室内配备特殊装备的特殊车辆。

长头车由于布置原因，进气系统布置于发动机上部，而非平头车将进气扁管布置驾驶室后围上，影响驾驶室后部空间。由于长头车驾驶室不可翻转，且其进气系统布置于前机舱盖下部，从而可使驾驶室后部空间充分利用。针对于此，可将其开发为驾驶室与货箱集成一体的特殊专用车辆，驾驶舱与货箱联通，利于作业。待法规对长头载货车长度放宽后，驾驶室与货箱一体式设计，增大载货量，提高运输效率。

图7 驾驶室与货箱一体式设计示意

基于特点识别方法梳理的车型，若干特点将会集成与某一车型上，独有特性将是其主要开发方向，相应车型如表2：

表2 细分车型

5 结束语

金无足赤，人无完人，以上均为基于长头车的优点识别进行的系列车辆开发研究，长头车还有转弯半径大，视野盲区大、受制于法规的装载量小等劣势，不过在特点识别中，将其优缺点作为唯一变量进行研究，发现长头车的优点贡献值远远高于缺点。相信在不久的将来，法规的放宽，智能化技术的发展等将大大降低这些劣势带来的影响。

本文基于特点识别进行了长头车系列车型的开发研究，其所发掘的方向希望能带给同行一些借鉴建议。

[1] 陈健等.灵敏度分析在车架轻量化设计上的研究与应用[J],汽车实用技术,2017:1-4.

[2] 王洪正等.长头卡车造型设计研究[J],汽车实用技术,2017:22-25.

Development and research of long head series vehicle models based onfeature recognition

Xiang Dongdong, Wang Pei, Wang Yaxu

( Shaanxi automobile holding group co. LTD, Shaanxi Xi'an 710200 )

Due to the relaxation of national laws and regulations on the length of long head tractors, the long head tractor market will have a second spring, and its excellent performance will also prompt major engine factories to speed up the research and development process and launch long head tractor products as soon as possible. Sensitivity recognition is an important method for optimization design. Based on the inherent attributes determined by the longhorn's own structure, lenovo's feature recognition method identifies the part with the greatest contribution to product features, and makes it a highlight of the product to improve product competitiveness.

Association; Feature recognition; Long head car; Research

A

1671-7988(2019)21-99-04

U462

A

1671-7988(2019)21-99-04

项冬东，就职于陕西汽车控股集团有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.035

CLC NO.:U462