新型消防車輛重卡底盤技術研究

中圖分類號：U469.68 文獻標識碼：A 文章編號：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

消防車輛在災害救援中承擔核心作用，其底盤系統需同時滿足極端工況下的高機動性、復雜路況的通過性、大功率設備的承載需求及長時間作業的可靠性。傳統重卡底盤存在質量冗余、操控響應滯后、智能化程度不足等問題，難以滿足現代消防作業需求。本研究以消防車輛實際工況為導向，融合先進底盤技術、新材料工藝及智能控制理論，探索新型底盤技術體系。

1重卡底盤技術演進與消防車輛需求適配性分析

現代重卡底盤技術呈現三大發展趨勢：線控化轉型，線控制動、轉向、驅動系統取代傳統機械連接，響應時間縮短至 20ms 以內，制動精度達 ±0.05MPa 支持自動緊急制動（AEB）、車道保持（LKA）等主動安全功能；模塊化架構采用通用化接口設計，關鍵部件可快速更換，維修時間縮短 40% ，支持多場景配置需求；電驅化探索，分布式電驅動系統實現輪轂電機獨立控制，動力分配效率提升 35% ，但當前受限于電池技術，消防領域應用尚處試驗階段。

2新型底盤技術突破方向

2.1多軸協同控制架構

開發基于域控制器的底盤控制系統，集成運動控制域，整合線控轉向、制動、驅動系統，實現多軸轉矩矢量分配，側向加速度控制精度達 0.01g 。動力管理域采用模型預測控制（MPC）算法，實時優化能量流分配，燃油經濟性提升 18% 。安全監控域部署冗余傳感器網絡，故障診斷覆蓋率達 99.9% ，緊急工況切換時間 lt;100ms^[2] 。

2.2拓撲優化輕量化設計

應用變密度拓撲優化算法，對車架進行多工況載荷仿真。某型 6×6 底盤優化后，車架質量減輕 23% （從1.2t降至 0.92t， ，一階模態頻率提升 15% （從 82Hz 增至 94Hz ），扭轉剛度提高 12% （達18500N?m/^°， 。

2.3關鍵材料選用

熱成型鋼，屈服強度 ?1500MPa ，用于關鍵承載節點；碳纖維復合材料，比剛度達 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

1）環境感知層：集成毫米波雷達（探測距離200m ）、熱成像儀（分辨率 640×480 、激光雷達（點頻 200kHz ）。

2）決策規劃層：采用強化學習算法，訓練消防場景決策模型，路徑規劃效率提升 60% 。

3）執行控制層：開發消防設備協同控制協議，

實現水泵壓力與車速的智能匹配。

3消防車輛重卡底盤技術創新方向

3.1國內外消防車輛重卡底盤技術現狀

1）國內技術現狀。國內自主品牌在消防車底盤技術領域取得顯著突破，以重汽、一汽解放、陜汽等為代表的企業展開技術創新，開發出多種專用底盤，逐步替代進口產品。例如重汽消防車底盤使用曼技術發動機和德國采埃孚變速器，動力鏈可靠性達到國際領先水平。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，承載能力優異。一汽解放和陜汽高機動越野底盤使用雙擺臂獨立懸架，匹配輪胎氣壓自動調節系統能應對各種惡劣路況，在軍用越野車領域得到廣泛應用，完全勝任消防車底盤性能需求。

2）國外技術現狀。如奔馳、斯堪尼亞等品牌在消防車底盤技術方面仍具有優勢。奔馳烏尼莫克底盤長期壟斷全球高機動越野車市場，該底盤采用雙氣囊伺服液壓轉向，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屆中國國際消防設備技術交流展覽會中展出P320 4×2 多功能主戰消防車、 P450 4×4 機場消防車等多款底盤，憑借高效性能受到廣泛關注。

3.2 底盤結構優化設計

1）懸架系統優化。懸架系統影響車輛的操控性，使用仿真優化調整懸架系統的硬點坐標。以全地消防車為例，利用ADAMS/Insight軟件對懸架系統進行仿真優化，減小前束角變化量，提高車輛的操控性。優化后的前束角在車輪向上跳動時變化范圍為 -0.02^°～-0.32^° ，變化量為 0.3^° ，比優化前減小了0.07^° 。

2）模塊化設計。模塊化設計是消防車輛底盤結構優化設計的重要方向，將底盤分為多個模塊，如駕駛室模塊、車架模塊、動力模塊等便于根據不同任務需求進行組合。提高車輛的適應性，降低生產成本。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，根據車架長度進行定制化生產。動力模塊則提供多種發動機，客戶能根據實際使用需要進行匹配。

3）可伸縮結構。可伸縮結構通過改變車輛的軸距和輪距適應不同作業空間的需求，提高車輛的機動性。以云梯消防車為例，其底盤采用可伸縮結構，能根據作業需要調整云梯的長度。提高車輛的承載能力，使車輛適應不同高度的作業需求。云梯消防車的底盤軸距可以加寬，汽車重心調低，從而提高車輛的承載能力。

3.3輕量化材料應用

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

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

2）GFRP復合材料車身。日本長野泵業公司采用GFRP復合材料制造消防車車身，實現 40% 的輕量化。消防車車身采用GFRP骨架、外板、水槽一體化結構，減輕車身質量，增加攜水量。

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

4線控技術、輕量化與智能感知的融合創新

4.1 線控底盤技術

線控底盤技術通過電信號直接驅動執行機構，徹底顛覆了這一技術路徑。以線控轉向系統（SBW）為例，其采用雙電機冗余架構，轉向盤與轉向機無機械連接，通過ECU將方向盤轉角信號轉化為電信號，驅動轉向電機實現毫秒級響應。試驗數據顯示，線控轉向系統可將緊急避障響應時間縮短至傳統系統的1/3，轉向精度提升至 ±0.1^° ，顯著提升消防車在狹窄巷道或倒塌建筑間的機動性。線控制動系統（BBW）的突破更為關鍵。傳統液壓制動受真空助力器限制，在高原地區制動效能衰減超 30% ，而線控制動采用電子液壓制動（EHB）方案，通過電機驅動液壓泵建立制動壓力，消除海拔影響，集成ABS、ESC等功能模塊。線控底盤消防車實測數據顯示，在滿載30t工況下， 100-0km/h 制動距離縮短至 32m 較傳統系統減少 18% ，且制動踏板感可通過軟件調校，以適應不同駕駛員操作習慣。

4.2 拓撲優化技術

消防車底盤輕量化需兼顧強度、剛度與疲勞壽命，拓撲優化技術為此提供了系統化解決方案。以某型 4.5m 軸距消防車后橋改裝為例，研究團隊采用變密度法拓撲優化，在滿足最大轉向角 35^° 、應力極限 450MPa 約束條件下，對橫拉桿臂進行結構重構。優化后零件質量減輕 23% ，一階模態頻率提升至185Hz ，有效避開路面激勵頻段，NVH性能顯著改善。企業開發的模塊化底盤平臺，通過拓撲優化將傳統8個獨立支架整合為3個一體化鑄件，材料利用率提升 40% 。結合7075鋁合金與高強鋼的混合應用，底盤整備質量降低 15% ，但抗扭剛度提升 25% ，成功通過GJB150A軍用環境試驗標準驗證。延伸至動力總成布置，線控底盤取消傳動軸后，電池包可直接嵌入底盤凹槽，重心高度降低 60mm ，側傾穩定性大幅提升。

4.3多源傳感器融合

現代消防作業面臨建筑內部結構未知、障礙物動態變化等挑戰，多源傳感器融合技術成為突破感知局限的關鍵。某型智能消防車搭載的感知系統包含以下設備。

1）固態激光雷達陣列。4線掃描方案實現 360^° 環境建模，角分辨率 0.1^° ，對玻璃、金屬等材質的反射率識別精度達 95% 。

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

3）UWB超寬帶雷達。厘米級定位精度，實時追蹤消防員生命體征及空間位置。

4）慣性導航單元IMU。零偏穩定性 0.01^°/h ，確保GPS失鎖時仍能維持車道級定位。

傳感器數據通過改進型卡爾曼濾波融合，在NVIDIADRIVE AGX orin 平臺上實現50TOPS的實時處理能力。化工園區火災實測中，該系統提前30s預警儲罐二次爆炸風險，路徑規劃算法動態調整進攻路線，使滅火劑投放準確率提升至 92% 。在模擬地鐵隧道火災中，智能底盤結合環境感知數據，自動調整懸架剛度以適應軌道結構，線控轉向系統實現 5.8m 最小轉彎半徑，使30t主戰消防車完成單邊橋通行，這是傳統底盤無法實現的極限操作。

4.4系統性解決方案的技術協同效應

上述技術的融合創新形成乘數效應：線控底盤的精準執行能力為智能算法提供基礎，輕量化設計降低能耗的同時提升載荷能力，多源感知拓展決策維度。某型新一代消防車實測數據顯示，整車質量減輕1.2t后， 0-80km/h 加速時間縮短至28s，同時可多攜帶3t滅火劑；在城鎮居民樓火災中，車輛自主決策系統將滅火劑投放點精確度從人工操作的 ±3m 提升至 ±0.5m ，滅火效率提升 60% 。

5結論

本研究突破傳統底盤技術框架，形成線控架構 + 智能算法 + 輕量化設計三位一體創新體系。試驗表明，新型底盤在動力響應、操控穩定性、作業效率等關鍵指標上實現顯著提升。未來研究方向包括氫能動力耦合技術，開發燃料電池-超級電容混合系統，延長續駛里程。

參考文獻

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

（編輯李林）

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