王洪正，李曉峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)研究

王洪正，李曉峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章以長(zhǎng)頭卡車造型為研究對(duì)象，調(diào)研分析長(zhǎng)頭卡車的發(fā)展及現(xiàn)狀，并歸納出長(zhǎng)頭卡車的優(yōu)缺點(diǎn)。文章從空氣動(dòng)力學(xué)、前端模塊和內(nèi)部空間、型面特征、比例分割、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等幾大方面對(duì)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)頭卡車的造型進(jìn)行分析，并總結(jié)出長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

長(zhǎng)頭卡車；空氣動(dòng)力學(xué)；型面特征；比例分割；細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

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

1、國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)頭卡車現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車現(xiàn)狀

上世紀(jì)五十年代，我國(guó)生產(chǎn)的第一輛長(zhǎng)頭卡車——“老解放”CA10（圖1），第二代長(zhǎng)頭卡車解放系141和東風(fēng)140成為經(jīng)典代表。到了八十年代，隨著歐、日系卡車技術(shù)的輸入，國(guó)產(chǎn)卡車逐漸變?yōu)闅W洲流行風(fēng)格的平頭卡車。目前國(guó)內(nèi)商用車企業(yè)對(duì)長(zhǎng)頭卡車技術(shù)沒有研發(fā)更新，長(zhǎng)頭卡車無論是安全還是性能、燃油經(jīng)濟(jì)性都已無法滿足要求。當(dāng)前長(zhǎng)頭卡車在我國(guó)卡車市場(chǎng)上份額稀少，其主要原因是國(guó)家法規(guī)限制了車長(zhǎng)，也就是對(duì)卡車的整長(zhǎng)（車頭+貨廂的總長(zhǎng)度）進(jìn)行限制，要是車頭太長(zhǎng)就影響裝載質(zhì)量；而美國(guó)只對(duì)貨廂而不對(duì)車頭進(jìn)行限制。國(guó)內(nèi)商用車企業(yè)為加大裝貨空間，對(duì)車頭的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)是越小越好。

圖1 老解放CA10

1.2 北美長(zhǎng)頭卡車現(xiàn)狀

北美高速公路早已形成網(wǎng)絡(luò)，多數(shù)為雙向6車道的洲際高速公路，同時(shí)北美是世界上最早進(jìn)入經(jīng)濟(jì)一體化的地區(qū)，跨國(guó)運(yùn)輸早已普及。美加兩個(gè)大國(guó)和墨西哥聯(lián)成一片，縱橫數(shù)千公里，形成一個(gè)巨大的公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)和加拿大每天公路貨運(yùn)量?jī)r(jià)值10億美元。加拿大每年通過公路向美國(guó)運(yùn)送貨物價(jià)值為全部出口額的60%-70%。北美長(zhǎng)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(diǎn)。目前北美市場(chǎng)上長(zhǎng)頭卡車占主導(dǎo)地位。

2、長(zhǎng)頭卡車優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 長(zhǎng)頭卡車的優(yōu)點(diǎn)

長(zhǎng)頭卡車的安全性更高：前置的發(fā)動(dòng)機(jī)艙為意外碰撞提供了更長(zhǎng)的緩沖距離，在安全性方面有著更佳的表現(xiàn)。同時(shí)，與平頭車相比，長(zhǎng)頭卡車的駕駛室高度更低（圖2），重心也相應(yīng)降低，這大大減少了碰撞中的側(cè)翻幾率。來自密歇根大學(xué)高速公路安全研究報(bào)告中的數(shù)據(jù)顯示，車禍中平頭車有著高于長(zhǎng)頭卡車28%的駕駛員死亡率。

良好的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和燃油經(jīng)濟(jì)性：長(zhǎng)頭卡車被證明具有更好的流線造型和更低的風(fēng)阻系數(shù)，能夠有效節(jié)約10%～12%的燃油消耗。車輛在公路上行駛時(shí)，有很多因素形成了燃油消耗，其中，滾動(dòng)阻力占到32%，動(dòng)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(guó)長(zhǎng)頭卡車與平頭卡車

圖3 駕駛室翻轉(zhuǎn)對(duì)比

維修保養(yǎng)的便利性：由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置，長(zhǎng)頭卡車在使用與維護(hù)方面比平頭車更加方便，維修時(shí)只需打開發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，而不用把駕駛室翻轉(zhuǎn)過來，駕駛員可以很輕松地接近發(fā)動(dòng)機(jī)，維修變得更容易（圖3）。在維修工人為發(fā)動(dòng)機(jī)做維護(hù)時(shí)，駕駛員可以自由進(jìn)出駕駛室，取用駕駛室內(nèi)的物品不受影響。

舒適性更好：長(zhǎng)頭卡車的駕乘空間更大，它的地板比較低，前置的發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)占用駕駛室空間，駕駛室內(nèi)可以容納更多生活設(shè)施，如更大的臥鋪、冰箱等(圖4)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)不再位于駕駛室下方，長(zhǎng)頭卡車具有更低的內(nèi)部噪音。

圖4 長(zhǎng)頭卡車寬敞的駕駛室

2.2 長(zhǎng)頭卡車的缺點(diǎn)

在中國(guó)長(zhǎng)頭卡車致命的弱點(diǎn)是裝載區(qū)域較平頭車要略小幾立方，運(yùn)輸成本高不劃算。長(zhǎng)頭卡車發(fā)動(dòng)機(jī)前置，比后驅(qū)車輛的傳動(dòng)軸要延長(zhǎng)，傳動(dòng)軸的延長(zhǎng)就必然造成動(dòng)能的損耗，所以，平頭車為減少動(dòng)能損失，將發(fā)動(dòng)機(jī)靠近后輪也是技術(shù)先進(jìn)的體現(xiàn)。此外，長(zhǎng)頭卡車相對(duì)于平頭車來說，轉(zhuǎn)彎半徑較大；如果無限制的加長(zhǎng)軸距會(huì)使車輛轉(zhuǎn)彎更加困難。

3、國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)頭卡車造型分析

3.1 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車造型分析

一汽解放長(zhǎng)頭卡車安捷、東風(fēng)柳汽“龍卡”，作為老一代長(zhǎng)頭卡車的全面升級(jí)換代產(chǎn)品，外觀造型相對(duì)比較前衛(wèi)。2016年北京車展上，東風(fēng)柳汽“T7”長(zhǎng)頭卡車在外觀、安全系數(shù)、省油以及駕駛室空間上均領(lǐng)先于老一代長(zhǎng)頭卡車。目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車可以分為兩類，第一類是在老長(zhǎng)頭卡車的基礎(chǔ)上更新前端模塊如安捷和龍卡（圖5），其造型比較方正，以實(shí)用為主。 第二類是在重卡駕駛室基礎(chǔ)上增加前端發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（圖6），其A柱夾角比較大，風(fēng)阻系數(shù)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(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車部分車型匯總

3.2 北美長(zhǎng)頭卡車造型分析

北美洲購(gòu)買者比較喜歡長(zhǎng)頭卡車，原因是美國(guó)車型長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)允許，另外美國(guó)平原多，良好的公路現(xiàn)狀，車速一般較快，更注重安全性，更注重氣派。北美長(zhǎng)頭卡車為降低風(fēng)阻，整車均采用流線造型風(fēng)格且觀以大面為主，體量感強(qiáng)，粗獷有力。細(xì)節(jié)造型（燈、格柵等）與整體形成強(qiáng)烈的體量對(duì)比，更加反襯出長(zhǎng)頭卡車的強(qiáng)悍和力量。長(zhǎng)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(zhǎng)頭卡車品牌保持著各自的造型風(fēng)格，局部細(xì)節(jié)造型迥異。長(zhǎng)頭卡車更加注重個(gè)性表達(dá)，身軀威猛高大，動(dòng)力強(qiáng)勁持久，外表穩(wěn)重大氣，駕乘舒適安全，常常以超凡的藝術(shù)魅力，吸引了眾多的眼球（圖7）。

圖7 北美長(zhǎng)頭卡車部分車型匯總

4、空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)的影響

當(dāng)車輛高速行駛的時(shí)候，最大的阻力都來源于空氣，而實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)車速高于每小時(shí)80KM的時(shí)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(huì)相應(yīng)的提高四倍?？諝庾枇κ强諝鈩?dòng)力學(xué)中最主要的分支，所謂的空氣動(dòng)力學(xué)研究的是可觀察到的在物體周圍或通過物體的氣流活動(dòng)的全部過程。已知的自然界中，水滴的風(fēng)阻系數(shù)最低，只有0.05；垂直平面物體的風(fēng)阻系數(shù)最高為1.0，轎車風(fēng)阻系數(shù)通常為：0.3-0.4，平頭卡車通常風(fēng)阻系數(shù)為0.5-0.8左右，長(zhǎng)頭卡車風(fēng)阻系數(shù)為0.4 -0.5。長(zhǎng)頭卡車外造型最明顯的優(yōu)勢(shì)就是風(fēng)阻系數(shù)低，油耗低。2012年德國(guó)IAA車展上，Concept S概念卡車（圖8）與動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的掛車組合在一起進(jìn)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(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)可降低25%油耗。以低碳環(huán)保為主題的曼恩Concept S概念車，其風(fēng)阻系數(shù)為0.3，已經(jīng)達(dá)到了乘用車的水平。不同于現(xiàn)今高速路上跑著的四四方方的傳統(tǒng)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(dòng)力學(xué)

降低車輛風(fēng)阻系數(shù)，對(duì)于一輛長(zhǎng)頭卡車來講，設(shè)計(jì)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(fā)生碰撞時(shí)的安全性，還要保證駕駛員開闊的視野。在空氣動(dòng)力學(xué)的影響下長(zhǎng)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(duì)于未來的長(zhǎng)頭卡車，從設(shè)計(jì)的角度來看，極佳的空氣動(dòng)力效率是至關(guān)重要的，這直接決定了長(zhǎng)頭卡車的外造型。

5、前端模塊和內(nèi)部空間對(duì)長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)的影響

從長(zhǎng)頭卡車駕駛室的前端模塊（車頭）和內(nèi)部空間上來看，有前端模塊變短和內(nèi)部空間變大的趨勢(shì)。首先隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)力系統(tǒng)的小型化、分散化成為可能，從而帶來長(zhǎng)頭卡車發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域縮小的變化，從而使得長(zhǎng)頭卡車前端模塊區(qū)域變?。▓D10）。其次隨著公路系統(tǒng)和物流的發(fā)展，駕駛員將會(huì)更多的時(shí)間在駕駛室內(nèi)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?？梢灶A(yù)測(cè)長(zhǎng)頭卡車的造型設(shè)計(jì)將會(huì)更多的注重駕駛員的內(nèi)部空間的設(shè)計(jì)。以后駕駛員可以在長(zhǎng)頭卡車駕駛室內(nèi)部布置車載冰箱、電視、駐車空調(diào)、超大臥鋪等將（圖11）。

圖10 斯卡尼亞長(zhǎng)頭前端模塊變小

圖11 福萊納內(nèi)飾

6、型面特征對(duì)長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)的影響

從型面特征上來看，由于生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，使得清晰的鋒利線條能夠在長(zhǎng)頭卡車身上得到完美體現(xiàn)，因此長(zhǎng)頭卡車將與乘用車一樣，漸漸會(huì)摒棄強(qiáng)調(diào)肌肉感的大弧度飽滿連接面，轉(zhuǎn)而使用強(qiáng)調(diào)清爽感的利落小圓角切面，即所謂chamfer面的運(yùn)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(fēng)格，老款福萊納造型是以肌肉感的大弧面設(shè)計(jì)風(fēng)格，而新款福萊納則運(yùn)用轎車化的切面設(shè)計(jì)風(fēng)格。經(jīng)過新舊兩款福萊納長(zhǎng)頭卡車的型面對(duì)比，我們可以總結(jié)出長(zhǎng)頭卡車造型的設(shè)計(jì)趨勢(shì)將會(huì)向轎車靠攏。

圖12 型面處理新舊對(duì)比圖

7、比例分割對(duì)長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)的影響

整個(gè)駕駛室的比例分割來看，目前長(zhǎng)頭卡車雖然在形式上有創(chuàng)新，但是前風(fēng)窗的視覺獨(dú)立設(shè)計(jì)基本都是相同的。而在部分概念卡車中，將前風(fēng)窗向各個(gè)方向延伸的設(shè)計(jì)成為一大亮點(diǎn)。比如五十鈴的T-NEXT概念車（圖13），則將前風(fēng)窗與側(cè)窗連為一體，加強(qiáng)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(fēng)窗、側(cè)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(shè)計(jì)將會(huì)進(jìn)一步啟發(fā)長(zhǎng)頭卡車外觀造型的設(shè)計(jì)，未來長(zhǎng)頭卡車也會(huì)有前風(fēng)窗向各個(gè)方向延伸的設(shè)計(jì)。

圖13 ISUZU T-NEXT

圖14 FUSO CANTER概念車

8、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)的影響

長(zhǎng)頭卡車造型設(shè)計(jì)將會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展越來越重視細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。從細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面看，前格柵、保險(xiǎn)杠、標(biāo)志、后視鏡、燈具、車廂部分都與最新的科技進(jìn)步緊密相關(guān)。國(guó)外目前先進(jìn)的制造技術(shù)，可以注塑大型的塑料件使得保險(xiǎn)杠或者引擎蓋成為一體件。目前的攝像技術(shù)的進(jìn)步使得后視鏡變得小型化甚至隱形化。LED和導(dǎo)光條的運(yùn)用則使得大燈形態(tài)更為自由。傳統(tǒng)的大燈設(shè)計(jì)被取而代之的是懸浮、鏤空、不完全包覆的燈具設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的大燈能夠塑造出科技感和未來感。未來車廂造型的設(shè)計(jì)將會(huì)和車身造型融為一體。車廂區(qū)域的風(fēng)阻一直是卡車空氣動(dòng)力學(xué)研究的側(cè)重點(diǎn)，對(duì)貨廂進(jìn)行側(cè)面導(dǎo)流，車輪進(jìn)行包覆、尾部加裝設(shè)施等手段不僅減小風(fēng)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(dǎo)光條等方面做了很多的設(shè)計(jì)工作，未來的長(zhǎng)頭卡車造型在這些細(xì)節(jié)方面將會(huì)發(fā)生顛覆的變化。

圖15 福萊納細(xì)節(jié)處理（后視鏡LED導(dǎo)光條）

9、總結(jié)

長(zhǎng)頭卡車造型目前致力于塑造強(qiáng)壯的、馬力大的肌肉男形象，而未來的消費(fèi)者可能在滿足基本性能需求的情況下，對(duì)舒適性、科技性、時(shí)尚感的訴求成為重要考量指標(biāo)，因此長(zhǎng)頭卡車造將會(huì)塑造溫和的、安全的、科技的陽(yáng)光型男人形象。

國(guó)標(biāo)GB1589-2016公布：關(guān)于長(zhǎng)頭卡車整車總長(zhǎng)為18100mm，并于2017年1月1日實(shí)施?？梢灶A(yù)測(cè)未來國(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車趨勢(shì)如下。1）新的標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布長(zhǎng)頭卡車將會(huì)在國(guó)內(nèi)迅速的發(fā)展，銷量定會(huì)突飛猛進(jìn)。2）國(guó)內(nèi)的卡車企業(yè)將會(huì)爭(zhēng)先的去研發(fā)長(zhǎng)頭卡車。3）國(guó)內(nèi)長(zhǎng)頭卡車造型將會(huì)主要延續(xù)平臺(tái)卡車基礎(chǔ)上增加前端模塊的方式，并持續(xù)一段時(shí)間。同時(shí)部分創(chuàng)新型企業(yè)將會(huì)走北美的道路，研發(fā)北美風(fēng)格長(zhǎng)頭卡車以降低風(fēng)阻提高舒適性?？梢灶A(yù)測(cè)未來中國(guó)長(zhǎng)頭卡車將會(huì)走北美長(zhǎng)頭卡車的路線。4）長(zhǎng)頭卡車的造型設(shè)計(jì)初級(jí)階段將會(huì)有空氣動(dòng)力學(xué)的研發(fā)人員全力介入，設(shè)計(jì)出符合空氣動(dòng)力學(xué)的節(jié)油的長(zhǎng)頭卡車外造型。5）長(zhǎng)頭卡車駕駛室頭部變短和室內(nèi)變長(zhǎng)的趨勢(shì)。6）長(zhǎng)頭卡車的造型絕不會(huì)局限于目前造型，未來的長(zhǎng)頭卡車的比例等將會(huì)給人以新的視覺沖擊。7）長(zhǎng)頭卡車的型面特征將會(huì)參照乘用車的造型風(fēng)格，內(nèi)外造型轎車化。8）未來的長(zhǎng)頭卡車將會(huì)更多的注重外造型細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)及先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用。

[1]歐陽(yáng)予婧.概念重卡造型設(shè)計(jì)趨勢(shì)分析.

[2]彭岳華.現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

圖8 方案二空濾器1階模態(tài)

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

4、結(jié)論

空濾器在設(shè)計(jì)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(jù)整車頻率分布情況，確認(rèn)空濾器模態(tài)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(tài)不匹配的問題。分析過程中我們發(fā)現(xiàn)除了空濾器的結(jié)構(gòu)、材料、材料特性對(duì)空濾器的模態(tài)有影響外，固定點(diǎn)的布置也很重要。在結(jié)構(gòu)無法做大的變動(dòng)情況下，通過優(yōu)化固定點(diǎn)位置，合理布局，可以有效提升空濾器殼體的模態(tài)。

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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(shè)計(jì)工作。就職于安徽江淮汽車集團(tuán)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(shè)計(jì)工作。就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.008