晏强，种刚，张倩，张陇平，周艳龙

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

基于国内某重型卡车整车外流场优化分析

晏强，种刚，张倩，张陇平，周艳龙

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

GB1589-2016实施后，长头铰接列车长度限值放宽到18.1m，比平头铰接列车长度限值多1m。在满足牵引车结构布置的前提下，长头铰接列车可以实现与平头铰接列车相同的货运量。同时，长头牵引车相比平头牵引车具有节油优势，这就给长头牵引车提供了较强的市场竞争力。本文以国内某重型卡车为原型，通过整车外流场的优化设计、仿真分析，从而降低整车空气阻力系数，最终实现整车降油耗的目的。

长头牵引车；整车外流场；油耗

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

引言

在GB1589-2016实施之前，GB1589-2004未对长头铰接列车与平头铰接列车的长度限值进行区分，允许长度均定义为 17.1m。受用户需求导向，为使整车货运量最大化，国内绝大多数牵引车设计生产为平头形式，在列车长度一定的情况下，缩短牵引车长度，增加半挂车长度，从而增大货运量。货运量增大，用户运输收益提升，运营经济性提高。

但是，根据众所周知，平头车与长头车相比，存在油耗较高的缺陷。车辆运行过程中，空气阻力功率是消耗发动机功率的最主要功率之一，空气阻力系数与空气阻力功率直接相关，平头车的空气阻力系数显著高于长头车。因此，在GB1589-2004的基础上，长头车与平头车相比，存在货运量较低、燃油经济性却较好的状况。

GB1589-2016实施后，针对长头铰接列车长度限值，放宽到了18.1m，相比平头铰接列车多1m，这就给长头车增大运输空间、实现与平头车相同货运量提供了可能性。本文以国内某重型卡车为原型，通过优化牵引车的结构布置，优化整车外流场设计，分析整车空气阻力系数的变化，验证空气阻力系数降低对油耗的影响。

1 整车外流场优化设计

为便于介绍整车外流场逐步优化设计给整车空气阻力系数带来的结果影响，此处对文中涉及的四个整车外流场分析模型进行设计说明，模型示意图如图1所示。

图1 整车外流场优化分析模型

模型一，某重型平头牵引车列车模型。基于国内某卡车企业现有产品建立的分析模型，驾驶室为平头，带顶、侧导流罩，牵引车主车带侧防护。半挂车为标准厢式挂车，挂车无侧防护，无尾裙设计。

模型二，流线型平头驾驶室牵引车列车模型。基于模型一，进行了驾驶室白车身前围、顶盖的优化设计。白车身前围设计为流线型，前面罩下部向前倾斜；白车身顶盖与顶导流置设计为一体，高度与半挂车货厢高度保持一致，有利于空气导流；这种以独特造型的白车身顶盖代替顶导流罩的设计，还可取得增大驾驶室内部空间的效果。此外，模型缩短了主挂之间的间隙，减小行驶过程中空气流动施加于挂车的阻力。

模型三，常规长头牵引车列车模型。基于模型一，将平头驾驶室设计变更为长头驾驶室，带侧导流罩。该长头牵引车的总布置，满足发动机本体一半以上位于前风窗玻璃最前点以前，转向盘中心位置位于整个驾驶室总长的四分之一部分之后，前轴中心线位于前风窗玻璃最前点以前。

模型四，外流场优化的长头牵引车列车模型。基于模型三，进一步优化整车外流场。将普通厢式半挂车模型优化为独特造型的厢式半挂车，半挂车增加全包围侧防护，防止空气流入半挂车底盘产生阻力，同时增加艇型尾裙设计，减小尾部湍流区。缩短主挂之间的间隙，将主车侧导流罩、侧防护与驾驶室改为一体式设计，增强密封性，减小气流损失。

2 整车外流场CAE分析

对外流场逐步优化设计的整车模型进行CAE仿真分析，前处理器采用ANSA，求解器采用Star CCM+，后处理器采用Star CCM+。四个模型分析结果的压力云图如图2所示。

图2 整车外流场分析压力云图

模型二与模型一相比，根本区别在于流线型驾驶室与平头驾驶室的区别，从图中可以看出，模型二的迎风面高压区明显减少；同时，由于缺少侧导流罩，货箱左右上角受气流冲击，损失较大。模型三和四，与模型一和二的对比，即为长头驾驶室与平头驾驶室的对比，迎风面高压区相对较少。模型四与模型三相比，主要在于主挂间隙的区别、侧防护的区别及货厢尾部造型的区别；模型四驾驶室与货厢落差较小，侧导流罩的过渡较平滑，表面压力较小；模型四的艇型尾裙设计，为减小挂车尾部气压起到了重要作用。

四个模型分析结果的速度矢量LIC图如图3所示。

图3 整车外流场分析速度矢量LIC图

分析结果显示，模型二与模型一相比，半挂车部分基本相同，驾驶室部分存在区别的地方正是模型二进行了设计优化的驾驶室前围和顶盖部位。模型二驾驶室前围部位无明显湍流区；驾驶室顶部过渡平缓，气流经过时未出现分离和再附着，损失较小。同时，主挂间隙的缩小，明显减小了货厢前方的湍流区。

模型四与模型三相比，整车外流场进一步优化，全包围的侧防护更好的减少了气流在车辆底盘的损失；主挂缩小后的主车侧导流罩更好的保防了半挂车前方间隙，减小此处湍流区；半挂车艇型尾裙设计，起到了良好的空气导流作用，整车尾部湍流区域明显减少。

3 结论

通过整车外流场的优化设计及仿真分析，得到四个模型的整车风阻系数，如表1所示。

表1 四个模型的整车风阻系数

整车风阻系数的主要来源是驾驶室，动力总成、底盘、货厢、车轮等部件只构成其小部分，由上表可见驾驶室造型变化带来的整车风阻系数变化。根据汽车理论知识可知，风阻系数与空气阻力功率成线性关系，当车辆速度从V1提升到V2时（V2＞V1），整车风阻系数越大，克服空气阻力做功越多，油耗越大。随着经济的发展，高速物流运输的效率势必越来越高，促使车辆行驶速度提升。为实现车辆的燃油经济性，整车风阻系数必然朝更小的方向发展。平头驾驶室降低风阻系数的技术发展到了一定阶段，难以取得更大突破时，长头驾驶室或其它类似“子弹头”流线型驾驶室就将成为未来的技术发展趋势。

[1] 余志生.汽车理论.清华大学.

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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-126-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.044

晏强，就职于陕西重型汽车有限公司。