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重卡的低风阻造型

2020-09-20 18:50:39·  来源：AutoAero  作者：佟忠庆  
　
商用车（Commercial Vehicle），是在设计和技术特征上是用于运送人员和货物的汽车。商用车包含了所有的载货汽车和9座以上的客车，分为客车，货车、半挂牵引车、
商用车（Commercial Vehicle），是在设计和技术特征上是用于运送人员和货物的汽车。商用车包含了所有的载货汽车和9座以上的客车，分为客车，货车、半挂牵引车、客车非完整车辆和货车非完整车辆，共五类。在整个行业媒体中， 商用车的概念主要是从其自身用途不同来定义的，习惯把商用车划分为客车和货车两大类
  
下面以货车中最为常见的重型卡车为例说明商用车用到的减阻措施及外形的发展趋势；在城市中卡车由于空气阻力而导致的燃油消耗达到总消耗的10%到25%，而当在高速上行驶时，用于克服空气阻力而消耗的燃油竟然达到惊人的35%到55%，所以对于重型卡车来说，实现降阻对其意义更为明显。
     
从结构上货车驾驶室又可以分为长头和短头两种，对于国内而言，短头驾驶室的使用更加广泛，相比于同等长度的长头货车，它可以一次性运载更多的货物，且运载相同重量货物时，短头货车的重量更轻； 从可空气动力学角度来看，长头货车的气动特性明显优于短头货车，根据相关研究表明，流线型卡车车头气动阻力只占整车气动阻力的 50%左右，但非流线形卡车车头气动阻力可以达到整车气动阻力的 80%；
   
传统短头货车上比较常见的减阻措施整体上可以分为两类，首先是添加空气动力学附件包括车顶导流罩、侧导流板、侧裙板、尾翼、遮阳板和扰流器等，下面以车顶导流罩，导流器和尾翼为例具体说明；
（1）车顶导流罩，基于重型卡车的用途，使得挂车车厢有一部分高于驾驶室，这种特殊的结构使得卡车在行驶时，有较大的气流从正面直接撞击到货箱，致使气动阻力大大增加。在驾驶室顶部安装导流罩，可以使得气流更为平顺的流过，减少正面来流冲击，有效降低气动阻力导流罩上部与货车顶部平齐，即减小气流从驾驶室到货箱的流动分离；进而改善流场，降低空气阻力；
图1 驾驶室顶部导流罩
（2）货车“尾翼”，由四块张合的板组成的位于货箱尾部的导流板，在货车高速行驶时，通过它来改善尾部流场，以此降低压差阻力，实现对车辆的减阻；
图2 货车尾部导流板
（3）侧导流板：如下图所示，侧导流板位于货车牵引车驾驶室前轮上部，在高速行驶时，货车也可以通过它来抑制涡的产生，来减小阻力；
 
图3 侧导流板
（4）裙板，通过在卡车的挂车下部加装侧裙板，减少直接进入挂车底部的气流量，实现阻力系数的减小。但由于路况等因素的限制，在国内应用并不是很广泛；
（5）对于细节的优化，如后视镜，雾灯，外部遮阳板的形状，A柱倾角等对整车阻力影响较大的因素进行优化；
   重型卡车尽管可以通过各种方法降低风阻，但效果并不十分明显；在2019年2月13日，欧洲议会和理事会就欧盟委员会关于修订重型货车重量和尺寸的指令（96/53/EC）提出了临时协议。从2020年9月1日起，欧洲卡车制造商可在未来将其驾驶室长度增加80-90厘米；
  看似不足一米的加长却能够使得重卡造型发生巨大的变化，长度的增加不仅增加碰撞吸能区，而且可以设计出更加符合空气动力学的低风阻车身；接下来我们来看两款新式卡车造型；
（1）短头卡车长度虽然有所增加但相比于长头车型依旧相差较多，仍在短头车的范围内；驾驶室长度的增加可以使得驾驶室外部造型更加接近流线型；下图为奔驰推出的一款概念车型，预计2025年量产的无人驾驶牵引车，从图中可以看出对比于传统重卡牵引车驾驶室，其有一个明显的圆弧形设计；
 
图4 奔驰2025概念卡车
（2）前不久，中国重汽在济南正式发布“黄河”品牌全新一代重型卡车；下图即为黄河重卡牵引车的烟流实验结果，从下图中可以看出黄河重卡驾驶室前端呈现大圆弧，A柱倾角从传统车型的18度增加到30度，整个顶棚呈现流线型，与导流板融为一体，反光镜也采用流线型设计，同时去除了外部遮阳板等会造成干扰阻力的汽车附件；
   根据企业公布的结果，其风阻系数达到了0.37，而现在市场上其它重卡车型风阻系数普遍在0.5-0.6之间；
图5 新一代“黄河”重卡
从整体趋势上看，货车驾驶室的整体造型逐渐趋近于流线型，A柱倾角逐渐增大，整个车身弧度更大，更加趋近于“子弹头”的造型；驾驶室外部附件简化，如用遮阳帘取代内部遮阳板等，同时驾驶室上附带有用于引导气流的凹槽，
 
AutoAero是吉林大学张英朝教授团队建立的专业汽车空气动力学微信公众号，致力于普及汽车空气动力学知识，传播汽车空气动力学。推广包括流体力学基本理论，汽车空气动力学及热管理水管理等基础知识，乘用车气动造型设计，卡车气动造型设计，风洞实验技术等多方面的内容。欢迎有兴趣的专业人士阅读、关注、共享！
 
同时欢迎感兴趣汽车空气动力学的同学报考课题组的硕士、博士研究生，欢迎毕业博士到课题组进行博士后工作！如有企业关注汽车空气动力学问题也欢迎联系课题组。课题组邮箱:aerosae@jlu.edu.cn。
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