某型長頭牽引車的可維護性設計研究

項冬東

某型長頭牽引車的可維護性設計研究

項冬東

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

長頭牽引車隨著國家政策、法規的放寬，憑借著安全、經濟、舒適等優點將在多個細分市場中與平頭牽引車展開角逐。文章對長頭牽引車特殊維護需求進行識別，進行整車維護頻率等級劃分，結合正向開發理念進行可維護性設計，指導產品開發過程中的整車總布置及零部件設計。

長頭牽引車；維修；保養；設計

前言

隨著經濟的高速發展，重卡運輸類型向細分化、專業化方向發展，客戶未來將更加關注“運輸效率、駕乘舒適、經營全過程總收益”，提升產品全生命周期價值已成必然。

汽車的全生命周期成本包括車輛購置成本（PC）、能源使用成本（EC）、維修養護成本（MC）、車輛報廢殘值（SRV），即可認為是總擁有成本（TCO）。客戶買車時不僅僅會考慮前期的購車成本還會關注后期的養車成本，養車即為汽車后市場中的維修、保養，簡稱維護。車輛維護成本MC包含車輛零部件的維護成本、車輛保養費用等。車輛的維護成本對于客戶影響很大，主機廠對于汽車的維護合理性設計也越來越重視。其作為整車開發過程中的重要組成部分，合理的維護性設計可以減少客戶的維護成本及售后索賠，從而提高品牌的溢價能力[1]。

可維護性設計是完善汽車正向開發流程中的重要一環，也是汽車可靠性的重要維度之一。在設計階段對產品的可維護性進行全面分析，可有效降低制造和售后維修費用。

圖1 平頭車外觀

圖2 長頭車外觀

國內重型牽引車一般分為平頭牽引車、長頭牽引車兩種，平頭牽引車最為常見，其駕駛室造型硬朗，線條簡單，見圖1；長頭牽引車駕駛室造型圓潤，流線型好，見圖2。隨著法規對于長頭牽引汽車列車長度的放寬，其運力將與平頭車相當，長頭牽引車亦將慢慢迎來發展。其特殊的自身結構造就了“經濟、安全、可靠、舒適”等優點，同時也形成了不同于平頭車的維護方式。

平頭牽引車經過多年的發展，逐漸形成了自己的產品技術特點，在產品的各項指標上，可大部分滿足客戶需求，甚至在引導客戶需求。其可維護性設計，從前些年已慢慢展開，而且得到進一步的細化，從市場角度來看，其維護性設計手段已經趨于成熟。而長頭牽引車市場才剛剛起步，處于探索階段，各項性能還不能做到完全滿足客戶的訴求。

1 可維護性設計思路

可維護性設計屬于產品正向開發流程中的重要一環，不可忽略。若在產品開發完成后再去考慮，為時已晚。它的最終目標是減少用戶對車輛進行維護時所支付的成本。本文從產品正向開發的角度，對可維護性設計進行簡單論述。

在產品開發初期，依據正向開發流程并結合產品的定位，對產品的一級指標進行總體定義，產品總體定義示例見圖3。整車一級指標一般分為駕駛體驗、舒適性、適宜性、車輛可維護性、造型、信息化、智能化、產品質量、購買及營運收益和安全性等方面，整車的可維護性指標分為易損件范圍、拆卸方便性、保養方便性、通用的維護工具、人機工位、備件物流等方面。可維護性包含的內容較多，涵蓋面廣，根據車輛特點還可自行引申。不管如何引申發揮，拆卸方便性與保養方便性始終為可維護性的根本。基于可維護性的根本，重點進行闡述，以便達到以點帶面的效果。基于此，本文后續將以可維護性代替拆卸方便性與保養方便性進行論述。

圖3 產品總體定義

長頭牽引車與平頭牽引車整車結構有同有異，相同之處可參考平頭牽引車，不同之處著重考慮，本文重點對與平頭牽引車可維護性不同的地方進行說明。

2 長頭牽引車自身特點識別

根據GB 1589中有關長頭半掛牽引車的定義可知，其基本特點有三，一為發動機本體一半以上位于前風窗玻璃最前點以前；二為轉向盤中心位置位于車輛駕駛室（整個車頭）總長的前四分之一部分之后；三為前軸中心線位于前風窗玻璃最前點之前。其特點直觀地鑄就了長頭牽引車駕駛室及駕駛室下方結構區別于平頭牽引車。區別主要在于駕駛室、前機艙蓋、動力總成、進氣、排氣、尿素供給、電源等系統。整車前端裝備有前機艙蓋，出于成本、重量等方面的考慮，懸置型式為固定式，為了達到駕駛室與前機艙蓋的良好配合，駕駛室前懸置一般設計成固定式，見圖4。為了兼顧駕乘舒適性，后懸置有固定式和浮動式兩種，固定式后懸置舒適性差，見圖5。浮動式后懸置由于采用氣囊或機械減震，舒適性好，見圖6。由于布置、結構等因素的限制，駕駛室本體不可翻轉，為了實現日常的維護，前機艙蓋設計成可翻轉結構。

圖4 前固定懸置

圖5 后固定懸置

圖6 后浮動懸置

發動機布置于前機艙蓋下方、變速器布置于駕駛室底板下方、空濾器布置于前機艙蓋下方，其布置示意見圖7。后處理、尿素箱、蓄電池及燃油箱布置于車架縱梁外側，駕駛室下方，見圖7、8、9。

圖7 動力總成布置

圖8 左側外圍件布置

圖9 右側外圍件布置

長頭牽引車由于發動機布置于駕駛室前方，前機艙蓋可翻轉，使得發動機、散熱器、空濾器等部件的維修保養變得容易。由于駕駛室本體不可翻轉，對于處于駕駛室下方的離合器、變速器、緩速器、蓄電池、后處理、尿素箱、駕駛室懸置等部件的維護提出了更高的要求。

3 長頭牽引車可維護性設計

3.1 可維護性等級劃分

從易損件、易耗件、功能件養護等方面對整車的維護頻率等級進行劃分，劃分依據見表1，按照可維護性頻率等級對整車區域進行劃分，見圖10。

表1 零部件維護頻率等級定義

不同的維護頻率等級具有不同的設計要求，A等級、B等級操作頻率較高，且用戶感知較為明顯，需重點關注零部件的可維修性及互換性的結構設計，操作應簡單且與主流車型保持一致；C等級維護頻率較低，適當放寬要求，滿足基本的維護性即可。D等級、E等級在碰撞中損壞的零部件，基本不需要考慮維護，具備可更換性即可，操作中人員的安全性能保證是最重要的設計要求。由于前機艙蓋可實現翻轉，對于A等級和B等級用戶經常涉及的零部件盡量布置于整車前端部分Ⅰ處，C等級維護頻率低，但是需考慮維護的難易程度，在空間允許的情況下，盡量布置于整車前端部分Ⅰ處和駕駛室后端部分Ⅲ處，總成維護時，難易程度盡量做到與平頭車相同。

3.2 可維護性評價方法

可維護性一般分為可達性、標準化、防錯、便利、簡易性、操作設置、人機工程布置等方面。可維護性的評判標準可從布置、空間、視野、人機工程、工時、設計合理性等維度展開，采用5分制進行評價，見表2，不同的維護頻率等級，其評判標準應不同。其中A類、B類維護頻率的零件應該滿足至少3分的要求。對于C類、D類的零件應至少滿足2分的要求。對應E類零件至少滿足1分的要求。對于整車的評價，校核項目應符合所總分的60％。

表2 整車可維護性評價表

依據維護頻率等級使用維修工具、假人模型等進行評分。對不滿足要求的零件，要求進行設計變更，以達到可維護性的目的。若對數字樣車進行評價時，存在不同意見，可在產品試制階段，在實車上進行評價，以便驗證前期結論。

3.3 長頭牽引車特殊維護性要求設計

3.3.1動力系統

（1）發動機

發動機可維護性設計中應考慮機油加注、油液濾芯更換、氣門間隙檢查、機油液位檢查及發電機、空調壓縮機、空氣壓縮機等附件的更換。長頭牽引車為新生事物，國內現有的商用車供應體系基本以平頭車為主，其并不能完全適用，需對發動機提出新的要求，要對不適用的零部件進行甄別及杜絕拿來主義。

加注機油時，平頭車駕駛室向前翻轉，機油加注口2剛好處于駕駛室后下方，視線及操作空間均較好，見圖11，對于長頭車，機油加注口2卻不適用，由于前機艙蓋向前翻轉，機油加注口2的位置往往處于駕駛室下方，視線可達性及操作空間不佳；在前機艙蓋翻轉后，機油加注口1的位置反而能夠滿足視線及操作空間等要求，見圖12，故需對機油加注口的位置提出不同的要求。

圖11 平頭車機油加注口位置

圖12 長頭車機油加注口位置

車輛日常運營過程中，對于配備機械式機油尺的車型，發動機機油液位的檢查，平頭車一般為打開前面罩，見圖13，在位置1進行檢查，人員的可達性較好；長頭車由于布置型式的差異，需打開前機艙蓋，在位置2進行檢查，見圖14，由于檢查頻率高，對前機艙蓋的設計要求為較大的翻轉角度、帶防止回落及過翻的鎖止機構以及輕便的翻轉手力，見圖15，另一方面機油尺的外伸長度需滿足司機的手伸及性。基于此，在長頭牽引車的高端車型上可以進行電子機油尺配置的嘗試以彌補上述不足。

圖13 平頭車機油尺位置

圖14 長頭車機油尺位

圖15 機艙蓋翻轉人機校核

由于發動機布置位置與平頭車不同，在發動機發生重大故障需要吊裝時，應從前機艙蓋的翻轉、人員操作及防踩保護標識等方面進行分析。

圖16 發動機拆裝包絡

圖17 人員站立空間校核

圖18 防踩保護標識

（2）離合器

車輛運行過程中，受制于駕駛習慣、運行工況、車型特點、從動盤材質及日常消耗等因素，不可避免地要進行從動盤的更換，由于離合器、變速器均處于駕駛室下方，且駕駛室不可翻轉，對于更換從動盤的相關要求較平頭車高。平頭車一般為將駕駛室翻轉到位后，從車架上部采用自制的起吊葫蘆將變速器吊出，進行從動盤的更換，見圖19。長頭車由于駕駛室不可翻轉，將導致更換從動盤時，變速器無法從上部吊裝，只能從下部拆裝，下部拆裝時，需考慮橫梁一與飛輪殼、變速器與橫梁二的間隙，滿足變速器的后移的下落距離，并結合重卡舉升機實現其的更換，見圖20、21。

圖19 平頭車從動盤更換

圖20 長頭車從動盤更換

圖21 重卡舉升機

拆除變速器時，需考慮飛輪殼周圈緊固件的拆除，根據空間需求，參考前置發動機客車的維修方案，在駕駛室底板處開設檢修口，滿足飛輪殼緊固件的拆裝需求，見圖22。

另一方面，用戶對駕乘舒適性要求不斷提高，動力總成自動化控制趨于市場主流。機械式自動變速器逐漸迎來高速發展期，但根據市場反饋，其電控離合器分泵的使用壽命一般為50萬公里左右，在車輛的全生命周期內，還需進行維修或更換，故離合器分泵的維護性不可忽略，參考離合器從動盤的維護需求，采用檢修口和底部兩種方式進行維護，分別針對于下拉式離合器操縱和上拉式離合器操縱，見圖23、24。

圖22 底板檢修口

圖23 下拉式離合器操縱

圖24 上拉式離合器操縱

（3）變速器

在進行常規的離合器總成更換時或者進行變速器總成維修時，需進行變速器的拆裝。目前變速器檔位數發展得越來越多，并且集成液力緩速器等輔助制動裝置，導致其外廓尺寸越來越大，進而使其拆裝變得更困難。另一方面國內變速器均為平頭車量身打造，其部分結構并不能滿足長頭牽引車的維護需求，需根據長頭牽引車的自身特點進行定制化開發，比如緩速器的進出水口位置，見圖25，其可縮短變速器拆裝時的X向空間，其所需的X向空間變小，間接地增加了前懸架的作用長度，提高長頭車的行駛舒適性。

圖25 長頭牽引車定制化變速器

圖26 平頭車變速

圖27 前懸架作用長度

液力緩速器由于其卓越的輔助制動效果，裝機率逐年上升。針對于長頭牽引車特殊的布置型式，要求液力緩速器及變速器的潤滑油加注一體式設計，規避注放油口位置多，注放不便等問題。

3.3.2動力附件系統

（1）進氣系統

平頭車進氣系統的空濾布置于駕駛室后方，空濾器濾芯的拆裝較為方便，見圖28；休息舒適性為長頭牽引車的一大亮點，在滿足法規要求的前提下盡量把臥鋪做寬，以此來提高駕乘人員的生活品質，但另一方面還需滿足半掛車前回轉半徑的技術要求，見圖29，其導致駕駛室與掛車之間的空間狹小，無法布置空濾器，另外結合長頭牽引車動力系統的布置將空濾器布置于發動機上方，空濾器濾芯的更換將有異于平頭車，需首先打開前機艙蓋，然后進行濾芯的拆裝，其除了考慮機艙蓋的翻轉及人員站立空間外，還有濾芯布置的可達性，見圖30。

圖28 平頭車空濾器布置

圖29 半掛車前回轉半徑要求

圖30 濾芯可達性校核

（2）冷卻系統

冷卻液屬于消耗品，在車輛使用過程中應不定期地進行檢查及補加。冷卻系統的膨脹水箱一般布置于車輛前端，平頭車的進氣格柵可打開，對于冷卻液的加注及檢查較為便利，見圖31；由于長頭車前機艙蓋向前翻轉，造成膨脹水箱的可接近性差，見圖32；為了滿足檢查的便利性，膨脹水箱設計為透明材質，便于觀察，主流高端重卡的玻璃纖維材質膨脹水箱帶觀察窗方案并不適用，見圖33，需根據長頭車的自身特點進行設計優化。

圖31 平頭車膨脹水箱位置

圖32 長頭車膨脹水箱位置

圖33 膨脹水箱液位觀察窗

3.3.3其他系統

（1）整車氣密性

圖34 底盤外圍件布置

圖35 排查接口布置示意

隨著排放的升級及續航里程的迫切要求，底盤外圍件的布置空間較為緊張，見圖34；隨著技術的發展及用戶需求，車輛的用氣設備越來越多，有主制動、輔助制動、離合器、換擋操縱、氣喇叭、座椅等系統，如果發生壓縮氣體泄漏，排查起來較為繁瑣，費時費力，而且容易造成用戶抱怨。在圖35位置1處設計整車氣壓排查接口，只需打開前機艙蓋，通過檢測工具進行整車氣密性的檢查，迅速鎖定漏氣回路，大大降低整車氣密性排查的難度和強度。

（2）保險杠更換

車輛行駛過程中，難免磕碰，由于保險杠處于整車最前端，其首當其沖，從為客戶節約維修成本的角度出發，保險杠應設計為分段式，見圖36，局部損壞只需更換局部結構，而非整體更換，減少材料成本及人工成本。

圖36 分體式保險杠

（3）燈光檢查及調整

經常有用戶未及時更換損壞的燈泡而被執法部門處罰，而燈具檢查，往往需要兩人配合，一人在車上操作燈光，一人在車下檢查，費時費力。從提高燈光檢查的效率出發，整車應配備車下檢查燈光的裝置，如在中控鑰匙上集成燈光檢查開關，一鍵逐次檢查燈光，并且只需一人即可完成，達到省時省力的目的，見圖37。

圖37 整車燈光檢查

（4）底盤外圍件

長頭牽引車車架外側布置有尿素箱、蓄電池、燃油箱、后處理等部件，又由于處于駕駛室下部，且日常司機接觸較多，其的可達性不容忽視。

尿素水溶液的加注需在上車踏步上集成尿素水溶液加注口蓋，見圖38。燃油的加注需考慮燃油加注口蓋的位置，盡量不被遮擋，且便于加注，見圖39。

圖38 尿素箱加注口

圖39 燃油加注口

蓄電池的維護性設計要求為滿足電池的更換及原地充電，其布置見圖40。

圖40 蓄電池箱布置

國六發動機后處理需要定期進行維護，設計中應考慮其維護空間。平頭車后處理布置于駕駛室后方，其支架設計為快拆結構，見圖41，對于后處理的維護較為方便。長頭車后處理布置于駕駛室下方，上車踏步里側，見圖42，需將上車踏步支架、后處理安裝支架設計為快拆結構滿足其維護性。

圖41 平頭車后處理布置

圖42 長頭車后處理布置

3.3.4整體要求

整車設計過程中由于設計人員水平參差不齊，還需校核是否最大限度地采用了應用最廣泛的標準零部件，便于就地更換及維修，并且備件是否易于獲得。

零件應根據故障率的高低、調整的難易程度，拆裝時間的長短等將其配置在可達性不同的位置上并盡量做到在檢查或拆卸任一故障件時，不必拆卸其他零件。

4 結論

長頭牽引車自身的結構特點造就了其安全、經濟、舒適等優點，但其也存在可維護性差等缺點，本文通過科學有效的設計手段進行管控，使其可維護性滿足整車的設計要求。

伴隨著長頭牽引車市場保有量的逐步提升，客戶對于可維護性的評價將更為全面、真實，此將更有利于提升長頭牽引車的可維護性設計，通過反饋問題、設計提升、驗證、固化等閉環流程處理，將能更好地提升產品質量，形成良性循環，同時也使更多用戶愿意為長頭牽引車買單。

[1] 盧俊康,陳平,許寶強.考慮可維修性設計的汽車裝配分析[J].汽車與配件,2017,000(027):80-82.

[2] 張學海.商用車維修整體解決方案及發展趨勢[J].商用汽車,2013 (05):122-124.

[3] 路世偉,徐少陽.汽車總布置設計的可維修性校核方法[J].汽車工程師,2015,000(004):61-63.

Study on the maintainability design of a type of long head tractor

Xiang Dongdong

( Shaanxi automobile holding group co. LTD., Shaanxi Xi'an 710200 )

With the relaxation of national policies and regulations, long-head tractors will compete with flat-head tractors in multiple market segments by virtue of safety, economy, comfort and other advantages. This paper identifies the special maintenance requirements of the long head tractor, divides the maintenance frequency and designs the maintainability of the whole vehicle in combination with the concept of forward development, so as to guide the overall arrangement and parts design of the whole vehicle in the process of product development.

Long head tractor; Repair; Maintenance; Design

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.016

U469.5+1

A

1671-7988(2021)04-50-06

U469.5+1

A

1671-7988(2021)04-50-06

項冬東，工程師，就職于陜西汽車控股集團有限公司，研究方向：整車設計。