自行式C型旅居車的設(shè)計(jì)探討

雷君 葛瑞康 劉宇 石正鵬

LEI Jun et al

奇瑞商用車（安徽）有限公司 安徽蕪湖 241006

自行式C型旅居車的設(shè)計(jì)探討

雷君 葛瑞康 劉宇 石正鵬

LEI Jun et al

奇瑞商用車（安徽）有限公司 安徽蕪湖 241006

重點(diǎn)介紹了自行式C型旅居車設(shè)計(jì)時(shí)軸距、承載能力等底盤選型要素，以及副車架、廂體、內(nèi)部布置等的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，總結(jié)出旅居車設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為同類型旅居車的設(shè)計(jì)提供了參考。

旅居車設(shè)計(jì) 底盤選型 副車架設(shè)計(jì) 廂體設(shè)計(jì) 內(nèi)部布置

1 前言

隨著人民生活水平的提高以及國(guó)家倡導(dǎo)旅游消費(fèi)等各種利好消息的發(fā)布，自行式旅居車越來越受到眾多消費(fèi)者的青睞。自行式旅居車根據(jù)底盤的形式可分為A、B、C三種，目前在市場(chǎng)上占主流的自行式C型旅居車，一般由皮卡底盤、輕卡底盤或在輕客底盤基礎(chǔ)上，對(duì)車身進(jìn)行切割后保留駕駛室，增加旅居艙廂體改制而成。旅居艙主要配置有臥具、爐具、櫥柜、沙發(fā)、餐桌椅、盥洗設(shè)施、空調(diào)、冰箱、電視、音響等家具和電器。該車的典型特點(diǎn)是駕駛室后旅居艙廂體采用保溫復(fù)合材料制作并落裝在底盤車架上；大多數(shù)駕駛室頂部有前伸艙體部分，用以提供大的頂置床或儲(chǔ)物空間。

自行式C型旅居車的設(shè)計(jì)主要涉及到底盤選型、廂體設(shè)計(jì)和家具布置等。下面以皮卡旅居車為例，重點(diǎn)對(duì)該車的底盤選型、副車架設(shè)計(jì)、廂體設(shè)計(jì)及內(nèi)部布置進(jìn)行介紹。

2 底盤選型

皮卡旅居車正朝著四驅(qū)、自動(dòng)擋、寬胎方向發(fā)展，后期有向后輪雙胎發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)第五階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)公告要求，現(xiàn)階段考慮到開發(fā)周期及公告申報(bào)周期，所選底盤車型應(yīng)符合國(guó)Ⅴ排放要求，并可提前做好國(guó)Ⅵ底盤車型的選型工作。底盤選型主要考慮底盤的軸距及承載能力。

2.1 軸距

根據(jù)《GB 7258-2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，車輛后懸的長(zhǎng)度最大占軸距的55%。自行式C型旅居車的總長(zhǎng)一般不超過6 m，適合國(guó)內(nèi)“藍(lán)牌、C照”的駕駛需求。軸距的長(zhǎng)短會(huì)影響到乘客門的布置方式和家具電器布局，如長(zhǎng)軸距底盤可選擇右后輪前側(cè)開門方式，短軸距底盤選擇右后輪后側(cè)開門方式或廂體后開門方式；家具電器布局也應(yīng)考慮避讓后輪罩區(qū)域，盡量將輪罩區(qū)域做成座椅或柜體。軸距的長(zhǎng)短還會(huì)影響旅居車廂體的長(zhǎng)度，軸距越短，改裝后的旅居車后懸長(zhǎng)度越短，旅居艙廂體越小。如某品牌皮卡旅居車所選底盤整車長(zhǎng)度為5 310 mm、軸距為3 105 mm、前懸為925 mm、后懸為1 600 mm，按照法規(guī)要求后懸最大可做到1 707 mm，后懸加長(zhǎng)了107 mm，旅居車整車長(zhǎng)度最大可為5 737 mm，實(shí)際公告長(zhǎng)度為5 630 mm，比常見的整車長(zhǎng)度為5 990 mm的皮卡旅居車短了360 mm，內(nèi)部空間更為狹小緊湊。軸距的長(zhǎng)短也會(huì)影響廂體和副車架的質(zhì)量，進(jìn)而影響整車自重。如底盤承載力足夠，選型時(shí)可盡量選擇大軸距的底盤，如果選擇軸距為3 380～3 500 mm，以增加旅居艙廂體空間，提升乘坐的舒適性。某企業(yè)為此專門開發(fā)了一款軸距為3 850 mm 的旅居車專用底盤。通過中國(guó)汽車網(wǎng)查詢部分代表性皮卡旅居車信息匯總?cè)绫?所示。

表1 皮卡旅居車基本參數(shù)（與表3對(duì)應(yīng)）

2.2 承載能力

皮卡旅居車各模塊質(zhì)量如表2所示。近年來因客戶多樣化的需求，車輛內(nèi)裝設(shè)備逐步增多，可考慮選擇底盤額定載質(zhì)量大于900 kg的。從表3可以看出，皮卡旅居車常見底盤的額定質(zhì)量、總質(zhì)量越來越大，較大的總質(zhì)量超過3 000 kg。

表2 皮卡旅居車各模塊質(zhì)量參考值

由表1～3可知，自行式C 型旅居車底盤選型時(shí)，需綜合考慮軸距長(zhǎng)度導(dǎo)致的旅居艙廂體及副車架等的質(zhì)量影響及整車承載能力之間的平衡：軸距長(zhǎng)，廂體也可相對(duì)加長(zhǎng)，廂體質(zhì)量、副車架質(zhì)量、內(nèi)部家具家電質(zhì)量也相應(yīng)增加，設(shè)計(jì)時(shí)，需提前分析考慮底盤車承載力是否可以滿足使用要求。

表3 皮卡旅居車常見底盤基本參數(shù)（與表1對(duì)應(yīng)）

3 副車架設(shè)計(jì)

副車架主要為兩個(gè)縱梁及若干橫梁組成，可選用40 mm×60 mm×3 mm 矩形方管作為縱梁，30 mm×30 mm×2.5 mm 方管為橫梁；也可用16Mn 材料折彎制成槽型鋼作副車架，既能保證副車架強(qiáng)度足夠，又可進(jìn)一步降低整車自重。為了減輕自重，副車架前后端梁及其他附件，如工具箱、行李箱、乘客門踏步骨架等均可采用折彎件代替型材，輪罩、擋泥板則采用輕質(zhì)材料如鋁板等制成，如圖1所示。

副車架縱梁與底盤大梁相齊平布置，橫梁的布置需考慮工具箱、行李箱、乘客門、底盤輪罩、擋泥板、水箱、附加電瓶及縱梁剪式支腿等底盤以下零部件的安裝位置。

副車架組焊成型后需進(jìn)行除油、除銹、刷漆或磷化、電泳等防腐處理；若采用鍍鋅型材還需對(duì)焊縫進(jìn)行防銹處理。

車架縱梁上焊接的6～8個(gè)吊耳與底盤大梁支架通過U型螺栓連接，副車架縱梁與底盤縱梁之間墊橡膠塊或枕木，起到廂體與大梁間的緩沖減震作用。

圖1 副車架結(jié)構(gòu)示例

4 廂體設(shè)計(jì)

4.1 廂體的結(jié)構(gòu)形式

目前國(guó)內(nèi)旅居車旅居艙廂體分為一體成型式和分片拼裝式。

4.1.1 一體成型式

一體成型式廂體根據(jù)設(shè)計(jì)造型制作陰模，采用玻璃鋼膠衣、樹脂、玻璃鋼纖維等材料，通過抽真空的方式制作整體廂體。一體成型式廂體特點(diǎn)：a. 外型模具過大，模具成本較高，產(chǎn)品運(yùn)輸不便，但造型美觀，流線型強(qiáng)；b. 廂體上車拼裝較簡(jiǎn)單；c. 由于是整體成型，廂體頂部無分塊拼裝接縫，無需考慮頂板防水結(jié)構(gòu)。

4.1.2 分片拼裝式

分片拼裝式廂板通常為玻璃鋼板（或鋁板）+骨架+玻璃鋼板（或鋁板），中間填充保溫層（如：聚氨酯、XPS等）組成“三明治”結(jié)構(gòu)的拼板材料，通過拼裝形成旅居艙廂體?！叭髦巍苯Y(jié)構(gòu)具有“三明治效應(yīng)”，通過國(guó)內(nèi)外大量的研究和試驗(yàn)表明，如果單一材質(zhì)結(jié)構(gòu)在橫斷面處一分為二，并在中間加入輕質(zhì)量中間層的話，其抗彎剛度會(huì)顯著增加，如：?jiǎn)挝缓穸葹閠的兩層玻璃鋼板，在中間填加輕質(zhì)聚氨酯泡沫板后，使其厚度變?yōu)?t并保持相對(duì)質(zhì)量不變時(shí)，相對(duì)抗彎剛度為原先的37倍[1]。

分片拼裝式廂體的特點(diǎn)：

a. 模具成本低，涉及到特殊造型需開發(fā)模具（如頂板、額頭、尾部及廂體裙邊）；

b. 廂板拼裝工藝較簡(jiǎn)單，零部件運(yùn)輸方便；

c. 頂板與周邊側(cè)板需考慮防水結(jié)構(gòu)。

分片拼裝式廂體的廂板與廂板之間采用結(jié)構(gòu)膠、L型材及螺釘連接。外裝飾件除局部采用螺釘定位外，主要通過結(jié)構(gòu)膠與廂體完全粘接。各廂板之間搭接縫，一般采用玻璃鋼壓邊條或L型金屬型材壓邊處理。

廂體的拼板結(jié)構(gòu)及外裝飾件結(jié)構(gòu)示例如圖2～5所示。

圖2 廂體拼裝結(jié)構(gòu)

4.2 廂體廂板的設(shè)計(jì)

由于皮卡底盤承載力有限，皮卡旅居車廂體輕量化尤為重要，在設(shè)計(jì)廂體廂板時(shí)，注意考慮強(qiáng)度與自重的平衡。

圖3 廂體裝飾件分塊

圖4 頂板與側(cè)板搭接防水結(jié)構(gòu)

圖5 廂體與裝飾件拼裝總成

4.2.1 廂板骨架

廂板骨架一般采用25 mm×35 mm方木梁，窗、門、行李艙洞口等骨架可考慮采用25 mm×25 mm的方木，方木需烘干、矯形、防水處理。如承載力允許廂板骨架可采用30 mm×30 mm×2 mm的鋁型材，型腔中間可填充木料（增加廂板連接螺釘吃緊力）。

4.2.2 廂板內(nèi)外層

廂板外層玻璃鋼板厚度可控制在1.8～2.0 mm，內(nèi)層玻璃鋼板厚度可控制在1.2～1.5 mm。玻璃鋼板拉伸強(qiáng)度要求大于80 MP，且環(huán)保、無異味；廂體額頭部位因受力較小，內(nèi)外層單板厚度可適當(dāng)降低；廂體的主要受力為底板，因而在復(fù)合“三明治”廂板底板時(shí)可增加9 mm厚度的木板，以提高底板的整體強(qiáng)度，如圖6所示。

圖6 廂體底板結(jié)構(gòu)

4.2.3 廂板預(yù)埋件

如圖7所示，廂板夾層可填充聚氨酯板（密度可選用35～40 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.024 W/(m2K)，遮陽棚固定點(diǎn)需預(yù)埋木方；所有電路、水路通向廂體外部的孔、洞及窗框、門框需預(yù)埋木方；內(nèi)部家具安裝點(diǎn)靠近廂體內(nèi)層需預(yù)埋9 mm木板，家具固定點(diǎn)可分段預(yù)埋，應(yīng)在減輕廂體質(zhì)量的同時(shí)考慮家具安裝螺釘?shù)奈恢脺?zhǔn)確；電器件布線需要預(yù)埋PVC穿線管。在保證強(qiáng)度的情況下，以上預(yù)埋通過合理的設(shè)計(jì)，可減輕廂體的質(zhì)量。若旅居車為二類輕卡底盤改制，則可采用條框式預(yù)埋方式，簡(jiǎn)化預(yù)埋工藝。

圖7 骨架及預(yù)埋件

4.2.4 廂板復(fù)合

復(fù)合時(shí)在平臺(tái)或模具上按外板、骨架、聚氨酯板、預(yù)埋件、內(nèi)板先后分層順序，采取真空負(fù)壓粘接復(fù)合制成廂板。

4.2.5 廂板后處理

廂板成型后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行門、窗、部分預(yù)埋件過口等開孔。所有外露斷面需涂膠或密封防水處理。

4.3 廂體尺寸確定

底盤軸距長(zhǎng)度影響旅居艙廂體長(zhǎng)度已經(jīng)在前面敘述。根據(jù)《GB 1589-2016 汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》要求，旅居車整車總寬度（含遮陽棚厚度）不超過2 550 mm，旅居艙廂體總寬度（含遮陽棚厚度約150 mm）考慮到與駕駛室寬度及后輪輪距協(xié)調(diào)性，一般不超過2 100 mm。從人體工程學(xué)考慮，國(guó)內(nèi)使用旅居車廂體內(nèi)高應(yīng)不低于1 850 mm，考慮到城市道路限高要求，建議整車高度低于3 200 mm。

4.4 廂體外觀形式

廂體外形設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮造型對(duì)風(fēng)阻的影響，車廂與駕駛室頂部連接處、車廂與駕駛室側(cè)面連接處及車廂尾部三個(gè)區(qū)域是風(fēng)阻的主要來源，在設(shè)計(jì)時(shí)可選擇合適的弧度過渡或設(shè)置擾流板，可適當(dāng)收縮尾部面積，從而使氣流流動(dòng)時(shí)更加順暢，達(dá)到減少阻力的目的[2]。

廂體表面處理一般為整體噴漆和玻璃鋼免漆膠衣面兩種方式。外觀裝飾可噴繪或粘接彩條。

4.5 廂體擴(kuò)展方案

常見的旅居車廂體擴(kuò)展方案一般有側(cè)面擴(kuò)展、尾部擴(kuò)展和車頂擴(kuò)展三種[3]。

4.5.1 側(cè)面和尾部擴(kuò)展

側(cè)面和尾部擴(kuò)展是在旅居車駐車休息時(shí)，將靠近側(cè)壁或尾部的沙發(fā)展開成床，使之成為臥室空間：先把沙發(fā)桌降至與沙發(fā)同一平面，利用沙發(fā)靠墊填補(bǔ)小桌所缺部分，完成床的平面，然后將“擴(kuò)展面”拉出，完成擴(kuò)展。側(cè)面擴(kuò)展和尾部擴(kuò)展一般靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪嚙合或鏈條傳動(dòng)，采用下部?jī)筛蛏舷赂鲀筛鶎?dǎo)軌方式，為了增加擴(kuò)展面強(qiáng)度，在擴(kuò)展面底部安裝折疊桿，作為底面的支撐。

4.5.2 車頂擴(kuò)展

車頂擴(kuò)展方式是將車頂向上擴(kuò)展，為旅居車創(chuàng)造新的睡眠空間，優(yōu)化了室內(nèi)的采光，增加的車頂空間也減少室內(nèi)狹小帶來的壓抑感。車頂擴(kuò)展一般可為電動(dòng)升桿整體升頂擴(kuò)展或帳篷上掀頂方式。

4.6 廂體與副車架連接方式

廂體底板骨架與副車架橫梁用螺栓對(duì)穿連接，副車架前后端梁位置每間隔150～200 mm選用鉆尾螺釘與廂體地板骨架緊固。廂體整體安裝完成后，廂體底板外表需進(jìn)行底盤裝甲防護(hù)。

5 內(nèi)部布置

5.1 旅居艙家具布置

旅居艙家具材料以輕質(zhì)、環(huán)保為選用原則，選用密度為0.41～0.6 g/cm3的E0級(jí)免漆板，并符合《GB/T 3324-2008木家具通用技術(shù)條件》要求。考慮到皮卡底盤承載質(zhì)量局限，將不同結(jié)構(gòu)方式、不同部位的家具選用不同板材厚度：如門板選用15 mm免漆板，背板及支撐板選用8 mm免漆板，桌面、臺(tái)面宜采用輕質(zhì)、美觀和具有防水功能的新型復(fù)合材料。

室內(nèi)家具布置時(shí)需最大化利用存儲(chǔ)空間，同時(shí)兼顧內(nèi)部視覺感受、采光及軸荷分配。室內(nèi)配置一般有：額頭雙（單）人床，衛(wèi)生間、衣柜、櫥柜、對(duì)座雙人沙發(fā)（可兼單、雙人床）、餐桌、吊柜等。

室內(nèi)家具常用的幾種布置形式如圖8所示。

廚衛(wèi)集中在中部，大床與小床分開在廂體的兩端，人員休息時(shí)互不干擾。衛(wèi)生間與灶臺(tái)在輪罩區(qū)域，可為背馱式旅居車所用，如圖8(a)所示；衛(wèi)生間及廚房集中在后部，臥室集中在旅居艙的前部?；顒?dòng)與休息時(shí)可分開不受干擾。大小床可有窗簾隔開，如圖8(b)所示。

上述兩種布置可設(shè)計(jì)前后艙貫穿通道，方便駕駛室與旅居艙人員來往及傳遞物品。兩種布置沙發(fā)展開只可作為單人床（小床）使用。

沙發(fā)床亦可設(shè)計(jì)為雙人床寬度，但此時(shí)前后艙不宜貫穿做人員通道?？稍O(shè)置前后艙觀察窗，如圖8(c)所示。乘客門位于廂體后側(cè)，旅居艙內(nèi)部拼床空間較大，廂體的右側(cè)及后側(cè)均可布置遮陽棚。后側(cè)開門不宜安裝自行車架，如圖8(d)所示。

圖8 皮卡旅居車幾種典型的內(nèi)部布置

5.2 旅居艙主要設(shè)施的布置

根據(jù)《GB 7258-2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中4.4.2條款，車輛在空載狀態(tài)及滿載狀態(tài)下，整備質(zhì)量和總質(zhì)量應(yīng)在各軸之間合理分配，軸荷應(yīng)該在左右兩輪之間均衡分配。因而對(duì)于較重的零部件如凈水箱、車頂空調(diào)、逆變器、附加電瓶盡量布置在后軸中心線的前部以便合理分配軸荷，結(jié)合家具布置方式盡量做到左右承載均衡。逆變器、電瓶布置需預(yù)留較大的空間，便于客戶后期擴(kuò)展。

5.3 旅居艙各功能空間的人機(jī)關(guān)系

國(guó)內(nèi)自行式C型旅居車整車長(zhǎng)度在6 m以下，充分利用旅居艙內(nèi)空間并滿足日常起居生活需求是旅居車人機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[1,4]。

5.3.1 臥室

在旅居車中，臥室可以由其他功能區(qū)域（如沙發(fā)、卡座等）轉(zhuǎn)換而來，也可以臨時(shí)組裝而成。當(dāng)作為一個(gè)睡眠區(qū)域時(shí)，要保證其空間可以容納至少一個(gè)人正常使用，按旅居車國(guó)標(biāo)《GB/T 22551-2008旅居車輛旅居掛車居住要求》規(guī)定：床鋪的寬度最小應(yīng)不小于500 mm，下鋪床鋪上表面到上鋪底面最小凈高為500 mm，成人用床床面凈長(zhǎng)度應(yīng)不小于1 920 mm。

5.3.2 衛(wèi)生間

旅居車衛(wèi)生間主要滿足人們洗漱、淋浴及如廁為一體的整體需求。常見的衛(wèi)生間集洗漱和淋浴、如廁為一體，淋浴部分最小尺寸為800 mm×800 mm，坐便器的占地面積最小為370 mm×600 mm，洗漱面盆的占地面積為400 mm×600 mm，衛(wèi)生間整體最小尺寸為1 200 mm×900 mm，面積寬裕的衛(wèi)生間，可將如廁和洗漱、淋浴分開。

5.3.3 廚房

廚房需要有洗滌槽、灶臺(tái)和存儲(chǔ)空間。廚房工作臺(tái)臺(tái)面長(zhǎng)度不得小于900 mm，寬度不得小于460 mm。按旅居車國(guó)標(biāo)《GB/T 22551-2008旅居車輛旅居掛車居住要求》規(guī)定，洗滌槽最小內(nèi)部尺寸為 120 mm×200 mm×250 mm，若截面為圓形，則直徑不小于200 mm。

5.3.4 餐廳及起居室

旅居車的餐室和起居室常作為一體使用，最簡(jiǎn)易的餐廳要包括一個(gè)餐桌和餐椅。按國(guó)標(biāo)《GB/T 13059 客車乘客座椅尺寸規(guī)格》中的規(guī)定，雙人座椅寬度不小于900 mm，單人座椅寬度不小于 440 mm，進(jìn)深不小于530 mm。餐桌的尺寸最小為人均占桌周邊長(zhǎng)度550 mm，因此通常情況下餐廳最小尺寸為550 mm×1 080 mm，最大尺寸以不超過國(guó)家旅居車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車寬限值為準(zhǔn)。

6 結(jié)語

近幾年國(guó)內(nèi)旅居車發(fā)展前景看好，發(fā)展較為迅速。本文以皮卡底盤的旅居車設(shè)計(jì)過程為例介紹了自行式C型旅居車底盤選型、副車架設(shè)計(jì)、廂體設(shè)計(jì)及內(nèi)部布置，對(duì)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了探討，希望能對(duì)相關(guān)企業(yè)、研發(fā)人員有所幫助，共同推進(jìn)旅居車的發(fā)展。

[1] 魯巖平.中國(guó)旅居車行業(yè)分析及對(duì)策研究[A].

[2] 李聰,朱正剛,彭澤.基于CFD技術(shù)的某房車外流場(chǎng)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2015.53(10):46-50.

[3] 俞源杰,李睿,倪子.關(guān)于C類自行式旅居車空間環(huán)境設(shè)計(jì)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2015(28):153-154.

[4] 沙強(qiáng),陳逸珉.房車內(nèi)部設(shè)計(jì)中的居住行為需求研究[J].藝術(shù)教育,2016(2):206-207.

Discussion on Design of Type C Motorhome

Chassis selection factors are introduced emphatically including wheelbase and load capacity and etc..When Type C motorhome being designed, some key design points, such as sub-frame, body and internal arrangement, the empirical values and key points about design and development of motorhome are summarized here, which will bring us some references for similar motorhome design in future.

motorhome design; chassis selection ; sub-frame design; body design; interior layout

U469.6.02

A

1004-0226(2017)05-0090-05

雷君，男，1984年生，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事專用車產(chǎn)品開發(fā)和項(xiàng)目管理工作。

2017-01-07