長頭卡車造型設計研究

王洪正，李曉峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

長頭卡車造型設計研究

王洪正，李曉峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章以長頭卡車造型為研究對象，調研分析長頭卡車的發展及現狀，并歸納出長頭卡車的優缺點。文章從空氣動力學、前端模塊和內部空間、型面特征、比例分割、細節設計等幾大方面對國內外長頭卡車的造型進行分析，并總結出長頭卡車造型設計趨勢。

長頭卡車；空氣動力學；型面特征；比例分割；細節設計

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-22-04

1、國內外長頭卡車現狀

1.1 國內長頭卡車現狀

上世紀五十年代，我國生產的第一輛長頭卡車——“老解放”CA10（圖1），第二代長頭卡車解放系141和東風140成為經典代表。到了八十年代，隨著歐、日系卡車技術的輸入，國產卡車逐漸變為歐洲流行風格的平頭卡車。目前國內商用車企業對長頭卡車技術沒有研發更新，長頭卡車無論是安全還是性能、燃油經濟性都已無法滿足要求。當前長頭卡車在我國卡車市場上份額稀少，其主要原因是國家法規限制了車長，也就是對卡車的整長（車頭+貨廂的總長度）進行限制，要是車頭太長就影響裝載質量；而美國只對貨廂而不對車頭進行限制。國內商用車企業為加大裝貨空間，對車頭的研發標準是越小越好。

圖1 老解放CA10

1.2 北美長頭卡車現狀

北美高速公路早已形成網絡，多數為雙向6車道的洲際高速公路，同時北美是世界上最早進入經濟一體化的地區，跨國運輸早已普及。美加兩個大國和墨西哥聯成一片，縱橫數千公里，形成一個巨大的公路運輸網絡。據統計，美國和加拿大每天公路貨運量價值10億美元。加拿大每年通過公路向美國運送貨物價值為全部出口額的60%-70%。北美長頭卡車具有功率大、速度高、安全性、耐久性好、易維修、車輛輕量化、駕駛室寬敞舒適、人性化味道濃等特點。目前北美市場上長頭卡車占主導地位。

2、長頭卡車優缺點

2.1 長頭卡車的優點

長頭卡車的安全性更高：前置的發動機艙為意外碰撞提供了更長的緩沖距離，在安全性方面有著更佳的表現。同時，與平頭車相比，長頭卡車的駕駛室高度更低（圖2），重心也相應降低，這大大減少了碰撞中的側翻幾率。來自密歇根大學高速公路安全研究報告中的數據顯示，車禍中平頭車有著高于長頭卡車28%的駕駛員死亡率。

良好的空氣動力學設計和燃油經濟性：長頭卡車被證明具有更好的流線造型和更低的風阻系數，能夠有效節約10%～12%的燃油消耗。車輛在公路上行駛時，有很多因素形成了燃油消耗，其中，滾動阻力占到32%，動力損耗占到18%，而空氣阻力占到了50%。也就是說，在車輛行駛過程中，有一半的燃油消耗在空氣阻力上。

圖2 萬國長頭卡車與平頭卡車

圖3 駕駛室翻轉對比

維修保養的便利性：由于發動機前置，長頭卡車在使用與維護方面比平頭車更加方便，維修時只需打開發動機艙蓋，而不用把駕駛室翻轉過來，駕駛員可以很輕松地接近發動機，維修變得更容易（圖3）。在維修工人為發動機做維護時，駕駛員可以自由進出駕駛室，取用駕駛室內的物品不受影響。

舒適性更好：長頭卡車的駕乘空間更大，它的地板比較低，前置的發動機不會占用駕駛室空間，駕駛室內可以容納更多生活設施，如更大的臥鋪、冰箱等(圖4)。由于發動機不再位于駕駛室下方，長頭卡車具有更低的內部噪音。

圖4 長頭卡車寬敞的駕駛室

2.2 長頭卡車的缺點

在中國長頭卡車致命的弱點是裝載區域較平頭車要略小幾立方，運輸成本高不劃算。長頭卡車發動機前置，比后驅車輛的傳動軸要延長，傳動軸的延長就必然造成動能的損耗，所以，平頭車為減少動能損失，將發動機靠近后輪也是技術先進的體現。此外，長頭卡車相對于平頭車來說，轉彎半徑較大；如果無限制的加長軸距會使車輛轉彎更加困難。

3、國內外長頭卡車造型分析

3.1 國內長頭卡車造型分析

一汽解放長頭卡車安捷、東風柳汽“龍卡”，作為老一代長頭卡車的全面升級換代產品，外觀造型相對比較前衛。2016年北京車展上，東風柳汽“T7”長頭卡車在外觀、安全系數、省油以及駕駛室空間上均領先于老一代長頭卡車。目前國內長頭卡車可以分為兩類，第一類是在老長頭卡車的基礎上更新前端模塊如安捷和龍卡（圖5），其造型比較方正，以實用為主。 第二類是在重卡駕駛室基礎上增加前端發動機模塊（圖6），其A柱夾角比較大，風阻系數高且前端模塊造型與駕駛室不能完美融入在一起，像是改裝車。

圖5 龍卡與安捷

圖6 國內長頭卡車部分車型匯總

3.2 北美長頭卡車造型分析

北美洲購買者比較喜歡長頭卡車，原因是美國車型長度標準允許，另外美國平原多，良好的公路現狀，車速一般較快，更注重安全性，更注重氣派。北美長頭卡車為降低風阻，整車均采用流線造型風格且觀以大面為主，體量感強，粗獷有力。細節造型（燈、格柵等）與整體形成強烈的體量對比，更加反襯出長頭卡車的強悍和力量。長頭卡車在造型上的延伸感和空間上的阻隔感，給人以方向感和安全感。不同的長頭卡車品牌保持著各自的造型風格，局部細節造型迥異。長頭卡車更加注重個性表達，身軀威猛高大，動力強勁持久，外表穩重大氣，駕乘舒適安全，常常以超凡的藝術魅力，吸引了眾多的眼球（圖7）。

圖7 北美長頭卡車部分車型匯總

4、空氣動力學對長頭卡車造型設計的影響

當車輛高速行駛的時候，最大的阻力都來源于空氣，而實驗表明，當車速高于每小時80KM的時候，就有將近一半的油耗是用來克服空氣阻力的。車速越高，車輛受到的空氣阻力就越大，空氣阻力的增加值與車速增加值的平方成正比，也就是說，車速提高兩倍，空氣阻力會相應的提高四倍。空氣阻力是空氣動力學中最主要的分支，所謂的空氣動力學研究的是可觀察到的在物體周圍或通過物體的氣流活動的全部過程。已知的自然界中，水滴的風阻系數最低，只有0.05；垂直平面物體的風阻系數最高為1.0，轎車風阻系數通常為：0.3-0.4，平頭卡車通常風阻系數為0.5-0.8左右，長頭卡車風阻系數為0.4 -0.5。長頭卡車外造型最明顯的優勢就是風阻系數低，油耗低。2012年德國IAA車展上，Concept S概念卡車（圖8）與動力學優化設計的掛車組合在一起進行了展示。相比一輛普通40噸半掛牽引車， Concept S完美的空氣動力學設計可降低25%油耗。以低碳環保為主題的曼恩Concept S概念車，其風阻系數為0.3，已經達到了乘用車的水平。不同于現今高速路上跑著的四四方方的傳統卡車，曼恩Concept S駕駛室的線條更為流暢。

圖8 曼恩卡車

圖9 空氣動力學

降低車輛風阻系數，對于一輛長頭卡車來講，設計上絕非易事。既要滿足駕駛室超大的駕駛室空間所帶來的舒適性，又要保證車輛發生碰撞時的安全性，還要保證駕駛員開闊的視野。在空氣動力學的影響下長頭卡車外造型將使線條更為流暢，大面更加飽滿，外凸出造型特征更少（圖9）。對于未來的長頭卡車，從設計的角度來看，極佳的空氣動力效率是至關重要的，這直接決定了長頭卡車的外造型。

5、前端模塊和內部空間對長頭卡車造型設計的影響

從長頭卡車駕駛室的前端模塊（車頭）和內部空間上來看，有前端模塊變短和內部空間變大的趨勢。首先隨著發動機技術的進步，動力系統的小型化、分散化成為可能，從而帶來長頭卡車發動機區域縮小的變化，從而使得長頭卡車前端模塊區域變小（圖10）。其次隨著公路系統和物流的發展，駕駛員將會更多的時間在駕駛室內度過，故駕駛室將被定義為一種新的生活起居，駕駛室大空間的需求越來越迫切。可以預測長頭卡車的造型設計將會更多的注重駕駛員的內部空間的設計。以后駕駛員可以在長頭卡車駕駛室內部布置車載冰箱、電視、駐車空調、超大臥鋪等將（圖11）。

圖10 斯卡尼亞長頭前端模塊變小

圖11 福萊納內飾

6、型面特征對長頭卡車造型設計的影響

從型面特征上來看，由于生產工藝的進步，使得清晰的鋒利線條能夠在長頭卡車身上得到完美體現，因此長頭卡車將與乘用車一樣，漸漸會摒棄強調肌肉感的大弧度飽滿連接面，轉而使用強調清爽感的利落小圓角切面，即所謂chamfer面的運用。如圖12新老款福萊納，從造型型面特征處理上可以看出兩種不同的造型風格，老款福萊納造型是以肌肉感的大弧面設計風格，而新款福萊納則運用轎車化的切面設計風格。經過新舊兩款福萊納長頭卡車的型面對比，我們可以總結出長頭卡車造型的設計趨勢將會向轎車靠攏。

圖12 型面處理新舊對比圖

7、比例分割對長頭卡車造型設計的影響

整個駕駛室的比例分割來看，目前長頭卡車雖然在形式上有創新，但是前風窗的視覺獨立設計基本都是相同的。而在部分概念卡車中，將前風窗向各個方向延伸的設計成為一大亮點。比如五十鈴的T-NEXT概念車（圖13），則將前風窗與側窗連為一體，加強整車流暢的感覺；三菱公司推出的第一代FUSO CANTER概念車（圖14），將前風窗、側窗、車頂全都連接在一起，形成整體造型；上述兩款概念車的設計將會進一步啟發長頭卡車外觀造型的設計，未來長頭卡車也會有前風窗向各個方向延伸的設計。

圖13 ISUZU T-NEXT

圖14 FUSO CANTER概念車

8、細節設計對長頭卡車造型設計的影響

長頭卡車造型設計將會隨著技術的發展越來越重視細節設計。從細節設計方面看，前格柵、保險杠、標志、后視鏡、燈具、車廂部分都與最新的科技進步緊密相關。國外目前先進的制造技術，可以注塑大型的塑料件使得保險杠或者引擎蓋成為一體件。目前的攝像技術的進步使得后視鏡變得小型化甚至隱形化。LED和導光條的運用則使得大燈形態更為自由。傳統的大燈設計被取而代之的是懸浮、鏤空、不完全包覆的燈具設計，新設計的大燈能夠塑造出科技感和未來感。未來車廂造型的設計將會和車身造型融為一體。車廂區域的風阻一直是卡車空氣動力學研究的側重點，對貨廂進行側面導流，車輪進行包覆、尾部加裝設施等手段不僅減小風阻，降低能耗。例如圖15新款福萊納造型在后視鏡、LED霧燈、前格柵導光條等方面做了很多的設計工作，未來的長頭卡車造型在這些細節方面將會發生顛覆的變化。

圖15 福萊納細節處理（后視鏡LED導光條）

9、總結

長頭卡車造型目前致力于塑造強壯的、馬力大的肌肉男形象，而未來的消費者可能在滿足基本性能需求的情況下，對舒適性、科技性、時尚感的訴求成為重要考量指標，因此長頭卡車造將會塑造溫和的、安全的、科技的陽光型男人形象。

國標GB1589-2016公布：關于長頭卡車整車總長為18100mm，并于2017年1月1日實施。可以預測未來國內長頭卡車趨勢如下。1）新的標準的發布長頭卡車將會在國內迅速的發展，銷量定會突飛猛進。2）國內的卡車企業將會爭先的去研發長頭卡車。3）國內長頭卡車造型將會主要延續平臺卡車基礎上增加前端模塊的方式，并持續一段時間。同時部分創新型企業將會走北美的道路，研發北美風格長頭卡車以降低風阻提高舒適性。可以預測未來中國長頭卡車將會走北美長頭卡車的路線。4）長頭卡車的造型設計初級階段將會有空氣動力學的研發人員全力介入，設計出符合空氣動力學的節油的長頭卡車外造型。5）長頭卡車駕駛室頭部變短和室內變長的趨勢。6）長頭卡車的造型絕不會局限于目前造型，未來的長頭卡車的比例等將會給人以新的視覺沖擊。7）長頭卡車的型面特征將會參照乘用車的造型風格，內外造型轎車化。8）未來的長頭卡車將會更多的注重外造型細節的設計及先進技術的運用。

[1]歐陽予婧.概念重卡造型設計趨勢分析.

[2]彭岳華.現代汽車造型設計[M].機械工業出版社.

圖8 方案二空濾器1階模態

綜合以上分析，我們選擇方案二作為最終優化方案。雖然沒有方案一優化效果好，但是它能夠滿足整車安裝要求，更加實用。

4、結論

空濾器在設計過程中，除了考慮本身過濾性能、消聲性能等因素外，還需要根據整車頻率分布情況，確認空濾器模態頻率及振型是否符合整車要求。本文是通過CAE分析方法解決了空濾器殼體模態不匹配的問題。分析過程中我們發現除了空濾器的結構、材料、材料特性對空濾器的模態有影響外，固定點的布置也很重要。在結構無法做大的變動情況下，通過優化固定點位置，合理布局，可以有效提升空濾器殼體的模態。

參考文獻

[1]曹培元,杜愛民,杜玉彪,馮桂軍．車用空氣濾清器總成性能分析與優化[J].車用發動機.2012,(2)：41—45.

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[5]張勝蘭,鄭冬黎,郝琪等．基于HyperWorks 的結構優化設計技術[ M ].北京：機械工業出版社,2007.

Research on Design of Long Head Truck

Wang Hongzheng, Li Xiaofeng
（Anhui jianghuai automobile group co., LTD, Anhui Heifei 230601 )

In this paper, the long head truck modeling as the research object, research and analysis of the development and status of long head truck, and summarizes the advantages and disadvantages of long head truck. This paper from the aspects of aerodynamics, front-end module and internal space, face feature, proportion and detail design of domestic and foreign ministers head the shape of the truck were analyzed and summed up the long head truck design trends.

Long head truck; Aerodynamics; Surface feature; Column segmentation; Detail design

U462.1

A

1671-7988(2017)02-22-04

王洪正（1981.-10），男，本科，工程師，主要從事汽車造型設計工作。就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

李曉峰（1985.6-），男，本科，工程師，主要從事汽車造型設計工作。就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.008