基于國內(nèi)某重型卡車整車外流場優(yōu)化分析

晏強，種剛，張倩，張隴平，周艷龍

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

基于國內(nèi)某重型卡車整車外流場優(yōu)化分析

晏強，種剛，張倩，張隴平，周艷龍

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

GB1589-2016實施后，長頭鉸接列車長度限值放寬到18.1m，比平頭鉸接列車長度限值多1m。在滿足牽引車結構布置的前提下，長頭鉸接列車可以實現(xiàn)與平頭鉸接列車相同的貨運量。同時，長頭牽引車相比平頭牽引車具有節(jié)油優(yōu)勢，這就給長頭牽引車提供了較強的市場競爭力。本文以國內(nèi)某重型卡車為原型，通過整車外流場的優(yōu)化設計、仿真分析，從而降低整車空氣阻力系數(shù)，最終實現(xiàn)整車降油耗的目的。

長頭牽引車；整車外流場；油耗

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-126-03

引言

在GB1589-2016實施之前，GB1589-2004未對長頭鉸接列車與平頭鉸接列車的長度限值進行區(qū)分，允許長度均定義為 17.1m。受用戶需求導向，為使整車貨運量最大化，國內(nèi)絕大多數(shù)牽引車設計生產(chǎn)為平頭形式，在列車長度一定的情況下，縮短牽引車長度，增加半掛車長度，從而增大貨運量。貨運量增大，用戶運輸收益提升，運營經(jīng)濟性提高。

但是，根據(jù)眾所周知，平頭車與長頭車相比，存在油耗較高的缺陷。車輛運行過程中，空氣阻力功率是消耗發(fā)動機功率的最主要功率之一，空氣阻力系數(shù)與空氣阻力功率直接相關，平頭車的空氣阻力系數(shù)顯著高于長頭車。因此，在GB1589-2004的基礎上，長頭車與平頭車相比，存在貨運量較低、燃油經(jīng)濟性卻較好的狀況。

GB1589-2016實施后，針對長頭鉸接列車長度限值，放寬到了18.1m，相比平頭鉸接列車多1m，這就給長頭車增大運輸空間、實現(xiàn)與平頭車相同貨運量提供了可能性。本文以國內(nèi)某重型卡車為原型，通過優(yōu)化牽引車的結構布置，優(yōu)化整車外流場設計，分析整車空氣阻力系數(shù)的變化，驗證空氣阻力系數(shù)降低對油耗的影響。

1 整車外流場優(yōu)化設計

為便于介紹整車外流場逐步優(yōu)化設計給整車空氣阻力系數(shù)帶來的結果影響，此處對文中涉及的四個整車外流場分析模型進行設計說明，模型示意圖如圖1所示。

圖1 整車外流場優(yōu)化分析模型

模型一，某重型平頭牽引車列車模型?；趪鴥?nèi)某卡車企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品建立的分析模型，駕駛室為平頭，帶頂、側導流罩，牽引車主車帶側防護。半掛車為標準廂式掛車，掛車無側防護，無尾裙設計。

模型二，流線型平頭駕駛室牽引車列車模型?；谀Ｐ鸵?，進行了駕駛室白車身前圍、頂蓋的優(yōu)化設計。白車身前圍設計為流線型，前面罩下部向前傾斜；白車身頂蓋與頂導流置設計為一體，高度與半掛車貨廂高度保持一致，有利于空氣導流；這種以獨特造型的白車身頂蓋代替頂導流罩的設計，還可取得增大駕駛室內(nèi)部空間的效果。此外，模型縮短了主掛之間的間隙，減小行駛過程中空氣流動施加于掛車的阻力。

模型三，常規(guī)長頭牽引車列車模型?；谀Ｐ鸵?，將平頭駕駛室設計變更為長頭駕駛室，帶側導流罩。該長頭牽引車的總布置，滿足發(fā)動機本體一半以上位于前風窗玻璃最前點以前，轉向盤中心位置位于整個駕駛室總長的四分之一部分之后，前軸中心線位于前風窗玻璃最前點以前。

模型四，外流場優(yōu)化的長頭牽引車列車模型?；谀Ｐ腿?，進一步優(yōu)化整車外流場。將普通廂式半掛車模型優(yōu)化為獨特造型的廂式半掛車，半掛車增加全包圍側防護，防止空氣流入半掛車底盤產(chǎn)生阻力，同時增加艇型尾裙設計，減小尾部湍流區(qū)?？s短主掛之間的間隙，將主車側導流罩、側防護與駕駛室改為一體式設計，增強密封性，減小氣流損失。

2 整車外流場CAE分析

對外流場逐步優(yōu)化設計的整車模型進行CAE仿真分析，前處理器采用ANSA，求解器采用Star CCM+，后處理器采用Star CCM+。四個模型分析結果的壓力云圖如圖2所示。

圖2 整車外流場分析壓力云圖

模型二與模型一相比，根本區(qū)別在于流線型駕駛室與平頭駕駛室的區(qū)別，從圖中可以看出，模型二的迎風面高壓區(qū)明顯減少；同時，由于缺少側導流罩，貨箱左右上角受氣流沖擊，損失較大。模型三和四，與模型一和二的對比，即為長頭駕駛室與平頭駕駛室的對比，迎風面高壓區(qū)相對較少。模型四與模型三相比，主要在于主掛間隙的區(qū)別、側防護的區(qū)別及貨廂尾部造型的區(qū)別；模型四駕駛室與貨廂落差較小，側導流罩的過渡較平滑，表面壓力較??；模型四的艇型尾裙設計，為減小掛車尾部氣壓起到了重要作用。

四個模型分析結果的速度矢量LIC圖如圖3所示。

圖3 整車外流場分析速度矢量LIC圖

分析結果顯示，模型二與模型一相比，半掛車部分基本相同，駕駛室部分存在區(qū)別的地方正是模型二進行了設計優(yōu)化的駕駛室前圍和頂蓋部位。模型二駕駛室前圍部位無明顯湍流區(qū)；駕駛室頂部過渡平緩，氣流經(jīng)過時未出現(xiàn)分離和再附著，損失較小。同時，主掛間隙的縮小，明顯減小了貨廂前方的湍流區(qū)。

模型四與模型三相比，整車外流場進一步優(yōu)化，全包圍的側防護更好的減少了氣流在車輛底盤的損失；主掛縮小后的主車側導流罩更好的保防了半掛車前方間隙，減小此處湍流區(qū)；半掛車艇型尾裙設計，起到了良好的空氣導流作用，整車尾部湍流區(qū)域明顯減少。

3 結論

通過整車外流場的優(yōu)化設計及仿真分析，得到四個模型的整車風阻系數(shù)，如表1所示。

表1 四個模型的整車風阻系數(shù)

整車風阻系數(shù)的主要來源是駕駛室，動力總成、底盤、貨廂、車輪等部件只構成其小部分，由上表可見駕駛室造型變化帶來的整車風阻系數(shù)變化。根據(jù)汽車理論知識可知，風阻系數(shù)與空氣阻力功率成線性關系，當車輛速度從V1提升到V2時（V2＞V1），整車風阻系數(shù)越大，克服空氣阻力做功越多，油耗越大。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高速物流運輸?shù)男蕜荼卦絹碓礁撸偈管囕v行駛速度提升。為實現(xiàn)車輛的燃油經(jīng)濟性，整車風阻系數(shù)必然朝更小的方向發(fā)展。平頭駕駛室降低風阻系數(shù)的技術發(fā)展到了一定階段，難以取得更大突破時，長頭駕駛室或其它類似“子彈頭”流線型駕駛室就將成為未來的技術發(fā)展趨勢。

[1] 余志生.汽車理論.清華大學.

Optimization And Analysis Of Outflow Field Based On A Heavy-duty Truck

Yan Qiang, Chong Gang, Zhang Qian, Zhang Longping, Zhou Yanlong
( Shaanxi Heavy-duty Motor Company Limited, Shaanxi Xi'an 710200 )

After GB1589-2016 implemented, the length of long nose articulated vehicles relaxed to 18.1m, 1m than the length limit of flat head articulated vehicles. Under the premise of the tractor's structural layout is feasible, long nose articulated vehicles can be achieved the same volume with flat head articulated vehicles. At the same time, long nose articulated vehicles are more fuel-efficient than flat head articulated vehicles, it provides a strong market competitiveness to long nose articulated vehicles. This paper takes a heavy truck as a prototype, through the optimal design and CAE analysis of vehicle outflow field, reduce air resistance coefficient, and ultimately achieve the purpose of reducing fuel consumption.

Long nose towing vehicle; Vehicle outflow field; Fuel consumption

U467.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-126-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.044

晏強，就職于陜西重型汽車有限公司。