新型消防車輛重卡底盤技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：U469.68 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）06-0081-03

Research on Heavy Truck ChassisTechnology for New Typeof Fire-fightingVehicle

Wang Fei

（Shaanxi Automobile Group Co.，Ltd.，Xi'an 71020O，China）

【Abstract】Thearticle focuses on the technological innovation of the heavy-duty truck chasis fornew fire vehicles. Inresponse to the high mobility，stabilityand load-bearing requirementsof fireoperations，research isconductedon the optimizeddesignof thechasisstructureand theapplicationof lightweight materials.Itbreaksthrough the traditional heavy-dutytruck chasistechnologyforfirevehiclesandstartsfromthecoreofthenew heavy-dutytruckchassis technology for fire vehicles to meet the subsequent operation requirements of the vehicles.

【Key words】 fire-fighting vehicle；heavy truck chassis；line control technology；lightweight design

消防車輛在災(zāi)害救援中承擔(dān)核心作用，其底盤系統(tǒng)需同時(shí)滿足極端工況下的高機(jī)動(dòng)性、復(fù)雜路況的通過(guò)性、大功率設(shè)備的承載需求及長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的可靠性。傳統(tǒng)重卡底盤存在質(zhì)量冗余、操控響應(yīng)滯后、智能化程度不足等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代消防作業(yè)需求。本研究以消防車輛實(shí)際工況為導(dǎo)向，融合先進(jìn)底盤技術(shù)、新材料工藝及智能控制理論，探索新型底盤技術(shù)體系。

1重卡底盤技術(shù)演進(jìn)與消防車輛需求適配性分析

現(xiàn)代重卡底盤技術(shù)呈現(xiàn)三大發(fā)展趨勢(shì)：線控化轉(zhuǎn)型，線控制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)機(jī)械連接，響應(yīng)時(shí)間縮短至 20ms 以內(nèi)，制動(dòng)精度達(dá) ±0.05MPa 支持自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、車道保持（LKA）等主動(dòng)安全功能；模塊化架構(gòu)采用通用化接口設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件可快速更換，維修時(shí)間縮短 40% ，支持多場(chǎng)景配置需求；電驅(qū)化探索，分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輪轂電機(jī)獨(dú)立控制，動(dòng)力分配效率提升 35% ，但當(dāng)前受限于電池技術(shù)，消防領(lǐng)域應(yīng)用尚處試驗(yàn)階段。

2新型底盤技術(shù)突破方向

2.1多軸協(xié)同控制架構(gòu)

開(kāi)發(fā)基于域控制器的底盤控制系統(tǒng)，集成運(yùn)動(dòng)控制域，整合線控轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多軸轉(zhuǎn)矩矢量分配，側(cè)向加速度控制精度達(dá) 0.01g 。動(dòng)力管理域采用模型預(yù)測(cè)控制（MPC）算法，實(shí)時(shí)優(yōu)化能量流分配，燃油經(jīng)濟(jì)性提升 18% 。安全監(jiān)控域部署冗余傳感器網(wǎng)絡(luò)，故障診斷覆蓋率達(dá) 99.9% ，緊急工況切換時(shí)間 lt;100ms^[2] 。

2.2拓?fù)鋬?yōu)化輕量化設(shè)計(jì)

應(yīng)用變密度拓?fù)鋬?yōu)化算法，對(duì)車架進(jìn)行多工況載荷仿真。某型 6×6 底盤優(yōu)化后，車架質(zhì)量減輕 23% （從1.2t降至 0.92t， ，一階模態(tài)頻率提升 15% （從 82Hz 增至 94Hz ），扭轉(zhuǎn)剛度提高 12% （達(dá)18500N?m/^°， 。

2.3關(guān)鍵材料選用

熱成型鋼，屈服強(qiáng)度 ?1500MPa ，用于關(guān)鍵承載節(jié)點(diǎn)；碳纖維復(fù)合材料，比剛度達(dá) 35GPa/（g/cm³） ，用于非主要承載部件；鎂合金鑄件，減振支架減重45% ，阻尼特性提升 20% 。

2.4智能決策控制系統(tǒng)

1）環(huán)境感知層：集成毫米波雷達(dá)（探測(cè)距離200m ）、熱成像儀（分辨率 640×480 、激光雷達(dá)（點(diǎn)頻 200kHz ）。

2）決策規(guī)劃層：采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，訓(xùn)練消防場(chǎng)景決策模型，路徑規(guī)劃效率提升 60% 。

3）執(zhí)行控制層：開(kāi)發(fā)消防設(shè)備協(xié)同控制協(xié)議，

實(shí)現(xiàn)水泵壓力與車速的智能匹配。

3消防車輛重卡底盤技術(shù)創(chuàng)新方向

3.1國(guó)內(nèi)外消防車輛重卡底盤技術(shù)現(xiàn)狀

1）國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)自主品牌在消防車底盤技術(shù)領(lǐng)域取得顯著突破，以重汽、一汽解放、陜汽等為代表的企業(yè)展開(kāi)技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出多種專用底盤，逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。例如重汽消防車底盤使用曼技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)和德國(guó)采埃孚變速器，動(dòng)力鏈可靠性達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。車架寬度 770mm ，板簧為大厚度超寬變截面少片簧，輪胎選型為315寬度麻將花紋輪胎，承載能力優(yōu)異。一汽解放和陜汽高機(jī)動(dòng)越野底盤使用雙擺臂獨(dú)立懸架，匹配輪胎氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能應(yīng)對(duì)各種惡劣路況，在軍用越野車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，完全勝任消防車底盤性能需求。

2）國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀。如奔馳、斯堪尼亞等品牌在消防車底盤技術(shù)方面仍具有優(yōu)勢(shì)。奔馳烏尼莫克底盤長(zhǎng)期壟斷全球高機(jī)動(dòng)越野車市場(chǎng)，該底盤采用雙氣囊伺服液壓轉(zhuǎn)向，軸荷分配合理，適合非鋪裝路面、林地、草地等惡劣路況行駛。斯堪尼亞底盤在第20屆中國(guó)國(guó)際消防設(shè)備技術(shù)交流展覽會(huì)中展出P320 4×2 多功能主戰(zhàn)消防車、 P450 4×4 機(jī)場(chǎng)消防車等多款底盤，憑借高效性能受到廣泛關(guān)注。

3.2 底盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）懸架系統(tǒng)優(yōu)化。懸架系統(tǒng)影響車輛的操控性，使用仿真優(yōu)化調(diào)整懸架系統(tǒng)的硬點(diǎn)坐標(biāo)。以全地消防車為例，利用ADAMS/Insight軟件對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化，減小前束角變化量，提高車輛的操控性。優(yōu)化后的前束角在車輪向上跳動(dòng)時(shí)變化范圍為 -0.02^°～-0.32^° ，變化量為 0.3^° ，比優(yōu)化前減小了0.07^° 。

2）模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是消防車輛底盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方向，將底盤分為多個(gè)模塊，如駕駛室模塊、車架模塊、動(dòng)力模塊等便于根據(jù)不同任務(wù)需求進(jìn)行組合。提高車輛的適應(yīng)性，降低生產(chǎn)成本。以斯堪尼亞消防車底盤為例，斯堪尼亞消防車底盤的駕駛室模塊包括單排、排半、雙排等多種組合方式，能滿足不同客戶的需求。車架模塊采用輥壓工藝生產(chǎn)，根據(jù)車架長(zhǎng)度進(jìn)行定制化生產(chǎn)。動(dòng)力模塊則提供多種發(fā)動(dòng)機(jī)，客戶能根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行匹配。

3）可伸縮結(jié)構(gòu)。可伸縮結(jié)構(gòu)通過(guò)改變車輛的軸距和輪距適應(yīng)不同作業(yè)空間的需求，提高車輛的機(jī)動(dòng)性。以云梯消防車為例，其底盤采用可伸縮結(jié)構(gòu)，能根據(jù)作業(yè)需要調(diào)整云梯的長(zhǎng)度。提高車輛的承載能力，使車輛適應(yīng)不同高度的作業(yè)需求。云梯消防車的底盤軸距可以加寬，汽車重心調(diào)低，從而提高車輛的承載能力。

3.3輕量化材料應(yīng)用

消防車輛常用的輕量化材料為鋁合金、鎂合金、鈦合金以及復(fù)合材料等，相關(guān)材料具有密度低、屈服強(qiáng)度適中的特點(diǎn)。例如鋁合金的密度為 2700kg/m³ 屈服強(qiáng)度為 160MPa ，比傳統(tǒng)鋼材輕 44% 。鎂合金的密度比鋁合金更低，約為 1800kg/m³ ，屈服強(qiáng)度適中，具有良好的散熱性能。鈦合金的密度約為4500kg/m³ ，可用于對(duì)強(qiáng)度和耐腐蝕性要求較高的部件。復(fù)合材料如玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）和碳纖維復(fù)合材料（CFRP）具有更高的比強(qiáng)度，輕量化效果顯著。GFRP密度為 1250kg/m³ ，抗拉強(qiáng)度為 80MPa 比傳統(tǒng)鋼材輕 50% ；CFRP的密度為 1600kg/m³ ，屈服強(qiáng)度為 700MPa ，比傳統(tǒng)鋼材輕 60% 。輕量化材料在消防車輛中的應(yīng)用案例是典型的應(yīng)用案例，輕量化材料性能對(duì)比見(jiàn)表1。

1）鋁合金車身使用鋁板代替鋼板制造消防車車身，減輕車身質(zhì)量。例如使用厚度為 3mm 的鋁板代替厚度為 2mm 的鋼板，強(qiáng)度和剛度不低于原來(lái)鋼板，質(zhì)量減輕了 44% 。

2）GFRP復(fù)合材料車身。日本長(zhǎng)野泵業(yè)公司采用GFRP復(fù)合材料制造消防車車身，實(shí)現(xiàn) 40% 的輕量化。消防車車身采用GFRP骨架、外板、水槽一體化結(jié)構(gòu)，減輕車身質(zhì)量，增加攜水量。

3）CFRP復(fù)合材料逃生管道。高層建筑火災(zāi)逃生救援消防車中使用CFRP復(fù)合材料制造逃生管道，減輕管道質(zhì)量，提高救援效率。逃生管道質(zhì)量輕，具有強(qiáng)度高、模量高、線膨脹系數(shù)小等物理性能特性。

4線控技術(shù)、輕量化與智能感知的融合創(chuàng)新

4.1 線控底盤技術(shù)

線控底盤技術(shù)通過(guò)電信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，徹底顛覆了這一技術(shù)路徑。以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）為例，其采用雙電機(jī)冗余架構(gòu)，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)無(wú)機(jī)械連接，通過(guò)ECU將方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可將緊急避障響應(yīng)時(shí)間縮短至傳統(tǒng)系統(tǒng)的1/3，轉(zhuǎn)向精度提升至 ±0.1^° ，顯著提升消防車在狹窄巷道或倒塌建筑間的機(jī)動(dòng)性。線控制動(dòng)系統(tǒng)（BBW）的突破更為關(guān)鍵。傳統(tǒng)液壓制動(dòng)受真空助力器限制，在高原地區(qū)制動(dòng)效能衰減超 30% ，而線控制動(dòng)采用電子液壓制動(dòng)（EHB）方案，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵建立制動(dòng)壓力，消除海拔影響，集成ABS、ESC等功能模塊。線控底盤消防車實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在滿載30t工況下， 100-0km/h 制動(dòng)距離縮短至 32m 較傳統(tǒng)系統(tǒng)減少 18% ，且制動(dòng)踏板感可通過(guò)軟件調(diào)校，以適應(yīng)不同駕駛員操作習(xí)慣。

4.2 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)

消防車底盤輕量化需兼顧強(qiáng)度、剛度與疲勞壽命，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)為此提供了系統(tǒng)化解決方案。以某型 4.5m 軸距消防車后橋改裝為例，研究團(tuán)隊(duì)采用變密度法拓?fù)鋬?yōu)化，在滿足最大轉(zhuǎn)向角 35^° 、應(yīng)力極限 450MPa 約束條件下，對(duì)橫拉桿臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)重構(gòu)。優(yōu)化后零件質(zhì)量減輕 23% ，一階模態(tài)頻率提升至185Hz ，有效避開(kāi)路面激勵(lì)頻段，NVH性能顯著改善。企業(yè)開(kāi)發(fā)的模塊化底盤平臺(tái)，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化將傳統(tǒng)8個(gè)獨(dú)立支架整合為3個(gè)一體化鑄件，材料利用率提升 40% 。結(jié)合7075鋁合金與高強(qiáng)鋼的混合應(yīng)用，底盤整備質(zhì)量降低 15% ，但抗扭剛度提升 25% ，成功通過(guò)GJB150A軍用環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證。延伸至動(dòng)力總成布置，線控底盤取消傳動(dòng)軸后，電池包可直接嵌入底盤凹槽，重心高度降低 60mm ，側(cè)傾穩(wěn)定性大幅提升。

4.3多源傳感器融合

現(xiàn)代消防作業(yè)面臨建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)未知、障礙物動(dòng)態(tài)變化等挑戰(zhàn)，多源傳感器融合技術(shù)成為突破感知局限的關(guān)鍵。某型智能消防車搭載的感知系統(tǒng)包含以下設(shè)備。

1）固態(tài)激光雷達(dá)陣列。4線掃描方案實(shí)現(xiàn) 360^° 環(huán)境建模，角分辨率 0.1^° ，對(duì)玻璃、金屬等材質(zhì)的反射率識(shí)別精度達(dá) 95% 。

2）紅外熱成像儀。波長(zhǎng) 8～14μm ，穿透煙霧能力較可見(jiàn)光提升4倍，可探測(cè) 50m 外火源核心溫度分布。

3）UWB超寬帶雷達(dá)。厘米級(jí)定位精度，實(shí)時(shí)追蹤消防員生命體征及空間位置。

4）慣性導(dǎo)航單元IMU。零偏穩(wěn)定性 0.01^°/h ，確保GPS失鎖時(shí)仍能維持車道級(jí)定位。

傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)改進(jìn)型卡爾曼濾波融合，在NVIDIADRIVE AGX orin 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)50TOPS的實(shí)時(shí)處理能力?；@區(qū)火災(zāi)實(shí)測(cè)中，該系統(tǒng)提前30s預(yù)警儲(chǔ)罐二次爆炸風(fēng)險(xiǎn)，路徑規(guī)劃算法動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)攻路線，使滅火劑投放準(zhǔn)確率提升至 92% 。在模擬地鐵隧道火災(zāi)中，智能底盤結(jié)合環(huán)境感知數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整懸架剛度以適應(yīng)軌道結(jié)構(gòu)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 5.8m 最小轉(zhuǎn)彎半徑，使30t主戰(zhàn)消防車完成單邊橋通行，這是傳統(tǒng)底盤無(wú)法實(shí)現(xiàn)的極限操作。

4.4系統(tǒng)性解決方案的技術(shù)協(xié)同效應(yīng)

上述技術(shù)的融合創(chuàng)新形成乘數(shù)效應(yīng)：線控底盤的精準(zhǔn)執(zhí)行能力為智能算法提供基礎(chǔ)，輕量化設(shè)計(jì)降低能耗的同時(shí)提升載荷能力，多源感知拓展決策維度。某型新一代消防車實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，整車質(zhì)量減輕1.2t后， 0-80km/h 加速時(shí)間縮短至28s，同時(shí)可多攜帶3t滅火劑；在城鎮(zhèn)居民樓火災(zāi)中，車輛自主決策系統(tǒng)將滅火劑投放點(diǎn)精確度從人工操作的 ±3m 提升至 ±0.5m ，滅火效率提升 60% 。

5結(jié)論

本研究突破傳統(tǒng)底盤技術(shù)框架，形成線控架構(gòu) + 智能算法 + 輕量化設(shè)計(jì)三位一體創(chuàng)新體系。試驗(yàn)表明，新型底盤在動(dòng)力響應(yīng)、操控穩(wěn)定性、作業(yè)效率等關(guān)鍵指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)顯著提升。未來(lái)研究方向包括氫能動(dòng)力耦合技術(shù)，開(kāi)發(fā)燃料電池-超級(jí)電容混合系統(tǒng)，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

參考文獻(xiàn)

[1]陳悅，劉光七，沈培文，等.超重型消防車地下室頂板荷載等效取值研究[J.四川建筑科學(xué)研究，2024，50（5）：28-34.

[2]賀孝梅，蔣依航.基于造型特征的消防車外觀設(shè)計(jì)方法研究[J].現(xiàn)代制造工程，2023（2）：148-157.

（編輯李林）

征集 稿件

氫能源

《汽車電器》現(xiàn)面向全社會(huì)征集氫能源發(fā)展技術(shù)路線、燃料電池車發(fā)展等相關(guān)論文。稿件需密切聯(lián)系實(shí)際，深入淺出，全文字?jǐn)?shù)控制在8000字以內(nèi)，以Word形式投稿至我刊。期待您的來(lái)稿和關(guān)注！

投稿郵箱：qcdq@qcdq.cn郵件主題注明：投稿咨詢電話：0731-82798408

《汽車電器》雜志社