边防巡逻车车身结构设计

朱思琦 和凤枝 王梦辉

（黄河交通学院，武陟 454950）

1 研究目的及意义

边防巡逻车车身是保障其他零部件安装的基体，可以保障乘员的生命安全。因此，边防巡逻车车身的强度性、稳定性、安全性及轻量化均需满足要求。设计过程中，仅对汽车基底框架性能进行评测、分析结构是否合理是不够的，需要在此基础上进行结构优化设计。文章设计边防巡逻车车身结构，基于造型、布置要求和设计构想，研究和优化车身基础性能[1]。

2 国内外研究现状

我国最新型的边防巡逻车型是陕西宝鸡汽车有限公司研发的新型方舱边防巡逻车。该车使用的是SX2150KB 型的越野车底盘，装备了6 缸涡轮增压柴油机，采用骨架式的方舱车身。车上装备了机枪支撑平台、图像传输系统、监控系统、通信装备、警示装置、空调、采暖装置、卫星定位系统、车载供氧装置和执勤平台等装置[2]。车身左部备有50 L 的水桶。车内可以乘坐17 位人员，附带300 L 的饮用水，且带有车载卫生间和厨房。

发达国家的机械结构和技术应用相对于我国更为成熟，在满足高性能的同时兼顾轻量化开发[3]。例如：英国当前服役的边防巡逻车车型-陆地漫游者轮式装甲车，车体为全钢板焊接，能抵挡7.62 mm 和5.56 mm的步枪子弹；美国使用新型的复合材料生产巡逻车，以减轻车辆的质量、增强车身的强度并加强对车辆底盘的控制，提升底盘的耐久性。

文章在分析边防巡逻车车身结构的技术现状、发展趋势等基础上，确定边防巡逻车车身的结构形式及各部件尺寸，计算及校核边防巡逻车的主要性能参数，有效提升其性能。

3 边防巡逻车专业性、自我防护性及车身结构的确定

3.1 边防巡逻车专业性能设计

设计参考了大量国内同类车型的设计，主要参考的车型有北汽边防巡逻车、沪陵CXL02 型边防巡逻车、东风边防巡逻车以及依维柯边防巡逻车等。

根据我国现有巡逻车的情况，对边防巡逻车车身的设计提出9 点需求。

第一，齐全的边防巡逻和就地战备功能。第二，应急保障功能，边防工作多在人烟稀少之地，因此车上要有水箱和医疗箱。第三，运载功能，考虑边防的特殊性，巡逻车至少要能容纳8 名人员。第四，乘坐舒适性，由于边防工作多崎岖的山路，要保证乘坐的舒适性。第五，定位系统，巡逻车需装载北斗卫星，进行精确定位。第六，通信功能，具备强大通信功能和抗电子波干扰的能力，确保信号稳定。第七，记录功能，要能准确记录边防巡逻的过程。第八，夜间观察功能，要有足够亮的近远光系统、红外摄像装置以及光电稳像装置。第九，指挥功能，具有扩音器和警报喊话器。

3.2 边防巡逻车自我防护性能

边防巡逻车使用环境特殊，需要具有较高的自身防护能力，尤其是防弹能力。根据我国《防暴车身抗弹条件》（GA 668—2010）要求制定的3 种防弹的级别：能防住Ump45 式4.5 mm 轻型冲锋枪和普通手枪的一级防弹能力；防51B 式7.62 mm 轻型冲锋枪、56 式7.62 mm轻型步枪弹的二级防弹能力；防87 式5.8 mm 普通弹、95 式5.8 mm 的步枪弹的三级防弹能力。防暴边防车以5 ～8 m 长的二类底盘为基础，按照GA 668—2010 A 级进行改装后，车辆的整备质量在5 ～6 t，按照B 级进行改装后在7 ～8 t。由于采用了新型材料，它的质量大致可以保持不变。

3.3 车身结构形式的确定

3.3.1 车型的确定

根据《特种车辆类型划分》（JT/T 325—2010），设计的边防巡逻车属于边防轻型载重汽车，因此在进行各部件设计时应严格遵守边防特种车辆的标准规范。

3.3.2 轴数和驱动形式

在搜集资料阶段，参考同类车型及选定的底盘，结合汽车的总质量、轮胎的负荷能力以及汽车的结构等，确定设计的边防巡逻车车轴数为4 轴，采用8×8的驱动形式。

3.3.3 布置形式

轻型载重货车的一般布置形式有长头和平头两种。长头布置的优势是车身的重量减轻、车辆空间大、驾驶视野好、结构简单以及保养发动机方便等。作为小批量使用的边防巡逻车辆，本次采用长头布置形式，在工艺上、结构上都比较简便。

3.3.4 车身结构的选择

设计首先要保证车内乘员的有效生存空间，将车内乘员舱设计成整个车身骨架结构中最强的区域[4]。因此，本车采用的是非承载式车身，可以大大提高车身的强度，保障车内人员的安全。悬架可极大地减少路面颠簸反馈到车身内部时的能量，提升乘坐舒适性。非承载式车身的车身和底盘能够分开装配，更有利于简化工艺，也便于后期的改装需要。车身与底架用螺栓或焊接进行连接，可以加强车身和底架的牢固性。例如，悬架和发动机可以安装在加固的车身底架上，使车身和底架融为一体，共同承受车辆的载荷，同时方便拆卸与维修。

4 边防巡逻车总布置设计、制造工艺、材料选择

4.1 车身布置设计

4.1.1 前围设计

前围是仪表板、前灯具、雨刮器、前风窗以及保险杠等的安装位置。在此次边防巡逻车总布置设计中，依据实用性理念，整体车身用简单、流畅的线条勾勒，以保持汽车整体的架构和零件的连贯性[5]，提升汽车的可靠性。在前发动机舱门处开设散热格栅，以保障车辆在边防高温条件下运行时有良好的散热性能。汽车的前围造型如图1 所示。

图1 前围造型

4.1.2 后围设计

后围综合后部造型、实用性、安全性等方面进行设计。后围的布置主要包括车厢门、后保险杠、后灯的布置。后风窗玻璃为钢化玻璃。在车厢后部开设车厢门，能够有效利用车厢尾部空间。车顶部的货架能够满足货物较多时的空间需求。后灯位于后围两侧，采用突出设计，使后方来车能够及时注意到前车，增加了夜间行驶的安全性。汽车的后围造型，如图2 所示。

图2 后围造型

4.1.3 侧围设计

巡逻车的侧围从前向后看主要包括照明警示灯具、菱形的车门、下部的脚踏板、侧边的保护杠、加油口、车厢通风装置、观察车窗和显阔灯。侧围主要用于承载这些构件。车辆的前围、后围、顶盖都与侧围相连接。在设计边防巡逻车侧围各部件时，要全盘考虑局部造型对于整车的实用性，兼顾安装的便利性。侧围造型如图3 所示。

图3 侧围造型

此边防巡逻车采用全封闭式车厢。在车厢侧面留下几扇钢化玻璃舷窗，以便及时观察车外环境。由于本车需要较高的通过性，驾驶室采用平头设计原则，利于提高车辆接近角。通过查阅有关特种中型载重汽车设计方面的资料，参考解放牌EQ2110HD5DJ 型侧围舱门的具体设计，确定了车辆侧围的结构形式和尺寸。

4.1.4 顶盖设计

由于巡逻车顶盖的特殊性，根据拟定的边防巡逻车的能力，为保障边防巡逻车的侦察能力，实现通信、警示、定位等功能，对边防车顶部进行了规划。车顶设计机枪装置平台、警示装置、通信定位一体化信号天线、进出口装置以及观察窗口等。为抵抗行驶过程中顶盖受到的剪切变形，采用军用复合材料为其加固，提高抗剪刚度，使巡逻车顶盖与巡逻车侧围的刚度更为契合，增大车身的扭转刚度。顶盖造型如图4 所示。

4.2 汽车车身制造工艺与材料选择

4.2.1 车身的制造工艺

汽车制造工艺是较为特殊的生产工艺，以汽车覆盖件加工薄钢板为主，用模塑方式包覆零部件，工件使用焊接设备焊接。为满足碰撞标准要求，使用涂装设备对覆盖部分进行表面处理，以得到结实、耐用、美观的车身。采用成形技术制造车身，在保证车身锻造工作质量时提高工作效率[6]。加工工艺总体上包括冲压、焊接、涂装和总装。

4.2.2 汽车车身冲压材料的选择

边防巡逻车采用材料以WP390 号含磷冷轧钢板、薄壁管件和军用复合材料为主，可焊接性能良好。采用科技复合材料，可有效减轻车身质量，增加装备质量。

5 汽车稳定性、视野、进出方便性校核

5.1 汽车稳定性的条件核算

5.1.1 汽车横向翻倒的条件核算

汽车横向翻倒的条件核算需满足B/h≥φ。其中：B为轮距，取值为2 500 mm；h为质心高度，取值为957 mm；φ为附着系数，取值为0.7。于是，可得B/h为2.61，大于φ，满足条件。

5.1.2 汽车纵向翻倒的条件核算

汽车纵向翻倒的条件核算需满足B/(2hmin)≥φ。其中：hmin为最小离地间隙，取值为668 mm。于是，可得B/(2hmin)为1.87，大于φ，满足条件。

5.2 汽车视野方便性的校核

5.2.1 前方视野校核

前方视野校核参照《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》（GB 11562—2014）中驾驶员前方180°范围内直接视野测量的要求和方法。假人V点前方的射线和前挡风玻璃上6 个相交的点围住的区域全部在无遮挡透明清晰的区域内，符合规范要求。风窗玻璃视野校核如图5 所示。根据规范要求，在A 柱上做两个水平面S1和S2，并将其断面设置投影在假人的Pm点内。在该平面内校核驾驶不能看到障碍点，接着做E1和E2两条线围绕P1点运动。E1转动点和S2平面做一条切线，同时E2和S1的平面做平行线，E1与E2相交的线会形成平面的视野角度为驾驶员侧面的A 柱的障碍角，测得驾驶侧双目障碍角为1.13°，符合规范中6°内的要求。从图6 可以看出，驾驶员视野180°内无规范允许范围内的其他障碍，符合要求。其中：V点在乘员舱内通过前排外侧乘坐位置中心线的纵向铅垂平面，与R点及设计座椅靠背角有关；R点是由车辆制造商为每一乘坐位置规定的设计点，相对于三维坐标系来确定；风窗玻璃基准点为从V点向前的射线与风窗玻璃外表面的交点；Pm点为通过R点的纵向铅垂面与P1、P2连线的交点；E点为驾驶员眼睛中心的点，用于评价A 柱视野障碍。理论上，H点与R点一致。

图6 双目障碍角校核

5.2.2 后方视野校核

本车无内后视镜，故无须校核。按要求将车辆左右两侧外后视镜安装到位后，驾驶员位置假人上放置H点（理论上H点与R点一致）。光束通过后视镜反射后，后视镜中心经H点中心连线与侧向基准面的夹角为33.6°，满足规范中外后视镜不大于55°的要求。

5.3 汽车人体进出方便性的校核

人体进出方便的实验采用男女各50 名仿真人体模型，参照德国DIN334402 人体表面尺寸的比例关系。一方面，车门立柱倾斜度校核。本车型B 柱倾斜角为5°43′，符合规范中不大于6°的要求。另一方面，上下车通道宽度校核。校核中采用驾驶员侧车门最大开合角度82°，并在此情况下校核车辆上下车方便性，测得车门最大开合角度时的下部通道宽为370 mm，大于规范中250 mm 的要求。

6 结语

文章主要对边防巡逻车车身结构进行设计，包括巡逻车专业性、车辆部件、车身尺寸、车身的总体布置、制造工艺、材料选择等内容，并显著提升了安全性、乘坐舒适性，满足轻量化要求和现代边防要求。