晏強(qiáng)，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(guó)內(nèi)某重型卡車整車外流場(chǎng)優(yōu)化分析

晏強(qiáng)，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(shí)施后，長(zhǎng)頭鉸接列車長(zhǎng)度限值放寬到18.1m，比平頭鉸接列車長(zhǎng)度限值多1m。在滿足牽引車結(jié)構(gòu)布置的前提下，長(zhǎng)頭鉸接列車可以實(shí)現(xiàn)與平頭鉸接列車相同的貨運(yùn)量。同時(shí)，長(zhǎng)頭牽引車相比平頭牽引車具有節(jié)油優(yōu)勢(shì)，這就給長(zhǎng)頭牽引車提供了較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文以國(guó)內(nèi)某重型卡車為原型，通過(guò)整車外流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真分析，從而降低整車空氣阻力系數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)整車降油耗的目的。

長(zhǎng)頭牽引車；整車外流場(chǎng)；油耗

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

引言

在GB1589-2016實(shí)施之前，GB1589-2004未對(duì)長(zhǎng)頭鉸接列車與平頭鉸接列車的長(zhǎng)度限值進(jìn)行區(qū)分，允許長(zhǎng)度均定義為 17.1m。受用戶需求導(dǎo)向，為使整車貨運(yùn)量最大化，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)牽引車設(shè)計(jì)生產(chǎn)為平頭形式，在列車長(zhǎng)度一定的情況下，縮短牽引車長(zhǎng)度，增加半掛車長(zhǎng)度，從而增大貨運(yùn)量。貨運(yùn)量增大，用戶運(yùn)輸收益提升，運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性提高。

但是，根據(jù)眾所周知，平頭車與長(zhǎng)頭車相比，存在油耗較高的缺陷。車輛運(yùn)行過(guò)程中，空氣阻力功率是消耗發(fā)動(dòng)機(jī)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(guān)，平頭車的空氣阻力系數(shù)顯著高于長(zhǎng)頭車。因此，在GB1589-2004的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)頭車與平頭車相比，存在貨運(yùn)量較低、燃油經(jīng)濟(jì)性卻較好的狀況。

GB1589-2016實(shí)施后，針對(duì)長(zhǎng)頭鉸接列車長(zhǎng)度限值，放寬到了18.1m，相比平頭鉸接列車多1m，這就給長(zhǎng)頭車增大運(yùn)輸空間、實(shí)現(xiàn)與平頭車相同貨運(yùn)量提供了可能性。本文以國(guó)內(nèi)某重型卡車為原型，通過(guò)優(yōu)化牽引車的結(jié)構(gòu)布置，優(yōu)化整車外流場(chǎng)設(shè)計(jì)，分析整車空氣阻力系數(shù)的變化，驗(yàn)證空氣阻力系數(shù)降低對(duì)油耗的影響。

1 整車外流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為便于介紹整車外流場(chǎng)逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)給整車空氣阻力系數(shù)帶來(lái)的結(jié)果影響，此處對(duì)文中涉及的四個(gè)整車外流場(chǎng)分析模型進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明，模型示意圖如圖1所示。

圖1 整車外流場(chǎng)優(yōu)化分析模型

模型一，某重型平頭牽引車列車模型?；趪?guó)內(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(cè)導(dǎo)流罩，牽引車主車帶側(cè)防護(hù)。半掛車為標(biāo)準(zhǔn)廂式掛車，掛車無(wú)側(cè)防護(hù)，無(wú)尾裙設(shè)計(jì)。

模型二，流線型平頭駕駛室牽引車列車模型?；谀Ｐ鸵唬M(jìn)行了駕駛室白車身前圍、頂蓋的優(yōu)化設(shè)計(jì)。白車身前圍設(shè)計(jì)為流線型，前面罩下部向前傾斜；白車身頂蓋與頂導(dǎo)流置設(shè)計(jì)為一體，高度與半掛車貨廂高度保持一致，有利于空氣導(dǎo)流；這種以獨(dú)特造型的白車身頂蓋代替頂導(dǎo)流罩的設(shè)計(jì)，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(guò)程中空氣流動(dòng)施加于掛車的阻力。

模型三，常規(guī)長(zhǎng)頭牽引車列車模型?；谀Ｐ鸵?，將平頭駕駛室設(shè)計(jì)變更為長(zhǎng)頭駕駛室，帶側(cè)導(dǎo)流罩。該長(zhǎng)頭牽引車的總布置，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)本體一半以上位于前風(fēng)窗玻璃最前點(diǎn)以前，轉(zhuǎn)向盤中心位置位于整個(gè)駕駛室總長(zhǎng)的四分之一部分之后，前軸中心線位于前風(fēng)窗玻璃最前點(diǎn)以前。

模型四，外流場(chǎng)優(yōu)化的長(zhǎng)頭牽引車列車模型?；谀Ｐ腿?，進(jìn)一步優(yōu)化整車外流場(chǎng)。將普通廂式半掛車模型優(yōu)化為獨(dú)特造型的廂式半掛車，半掛車增加全包圍側(cè)防護(hù)，防止空氣流入半掛車底盤產(chǎn)生阻力，同時(shí)增加艇型尾裙設(shè)計(jì)，減小尾部湍流區(qū)?？s短主掛之間的間隙，將主車側(cè)導(dǎo)流罩、側(cè)防護(hù)與駕駛室改為一體式設(shè)計(jì)，增強(qiáng)密封性，減小氣流損失。

2 整車外流場(chǎng)CAE分析

對(duì)外流場(chǎng)逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)的整車模型進(jìn)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(gè)模型分析結(jié)果的壓力云圖如圖2所示。

圖2 整車外流場(chǎng)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(fēng)面高壓區(qū)明顯減少；同時(shí)，由于缺少側(cè)導(dǎo)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(duì)比，即為長(zhǎng)頭駕駛室與平頭駕駛室的對(duì)比，迎風(fēng)面高壓區(qū)相對(duì)較少。模型四與模型三相比，主要在于主掛間隙的區(qū)別、側(cè)防護(hù)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(cè)導(dǎo)流罩的過(guò)渡較平滑，表面壓力較?。荒Ｐ退牡耐臀踩乖O(shè)計(jì)，為減小掛車尾部氣壓起到了重要作用。

四個(gè)模型分析結(jié)果的速度矢量LIC圖如圖3所示。

圖3 整車外流場(chǎng)分析速度矢量LIC圖

分析結(jié)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(jìn)行了設(shè)計(jì)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(wú)明顯湍流區(qū)；駕駛室頂部過(guò)渡平緩，氣流經(jīng)過(guò)時(shí)未出現(xiàn)分離和再附著，損失較小。同時(shí)，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(chǎng)進(jìn)一步優(yōu)化，全包圍的側(cè)防護(hù)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(cè)導(dǎo)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(shè)計(jì)，起到了良好的空氣導(dǎo)流作用，整車尾部湍流區(qū)域明顯減少。

3 結(jié)論

通過(guò)整車外流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析，得到四個(gè)模型的整車風(fēng)阻系數(shù)，如表1所示。

表1 四個(gè)模型的整車風(fēng)阻系數(shù)

整車風(fēng)阻系數(shù)的主要來(lái)源是駕駛室，動(dòng)力總成、底盤、貨廂、車輪等部件只構(gòu)成其小部分，由上表可見(jiàn)駕駛室造型變化帶來(lái)的整車風(fēng)阻系數(shù)變化。根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí)可知，風(fēng)阻系數(shù)與空氣阻力功率成線性關(guān)系，當(dāng)車輛速度從V1提升到V2時(shí)（V2＞V1），整車風(fēng)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(jì)的發(fā)展，高速物流運(yùn)輸?shù)男蕜?shì)必越來(lái)越高，促使車輛行駛速度提升。為實(shí)現(xiàn)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，整車風(fēng)阻系數(shù)必然朝更小的方向發(fā)展。平頭駕駛室降低風(fēng)阻系數(shù)的技術(shù)發(fā)展到了一定階段，難以取得更大突破時(shí)，長(zhǎng)頭駕駛室或其它類似“子彈頭”流線型駕駛室就將成為未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?清華大學(xué).

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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)20-126-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.044

晏強(qiáng)，就職于陜西重型汽車有限公司。