载货汽车，一般称作载货车或卡车，包括自卸卡车、牵引卡车、非公路和无路地区的越野卡车和各种专为特殊需要制造的车辆。指主要用于运送货物的汽车，有时也指可以牵引其他车辆的汽车，属于商用车辆类别。一般可依照车的重量分为重型和轻型两种。绝大部分货车都以柴油引擎作为动力来源，但有部分轻型货车使用汽油、石油气或者天然气。

载货汽车的动力性与燃油经济性的好坏，在很大程度上取决于发动机的性能和传动系型式及参数的选择，即取决于载货汽车动力传动系统合理匹配的程度 。即使一台发动机具有良好的性能，如果没有一个与之合理匹配的传动系，也不能充分发挥其性能。能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在其理想工作区附近工作，但由于问题的复杂性以及载货汽车动力性、燃油经济性之间的相互矛盾和制约，使载货汽车动力传动系统的设计改进成为十分复杂的多变量的优化问题经过类比分析，发现该载货汽车存在如下问题：

1）该车的动力性指标之一的车速偏低，为了提高运输效率，多数车辆选择在高速公路上行驶，因此必须相应地提高；

2）如果汽车经常处于需要加速超车的工况下，原车的原地起步加速时间和超车加速时间过长，超车时汽车与被超车辆并行时间过长，很容易发生事故，使超车行驶过程十分危险；

3）原车在多循环行驶时的百公里燃油消耗量较高，为了降低燃油消耗量，需要对传动系的相关参数进行优化。

2.1 以动力性目标函数为主的方案一

2.1.1 约束条件

1）汽车最大爬坡度大于等于35%；

2）1.7 ≥i1≥i2≥i3≥i3/i4≥ ≥ i8≥ i9≥ 1.3

3）汽车的最大车速大于90km/h；

4）汽车的原地起步连续换挡(0~80km/h) 加速时间不大于76s；

5）挡40km/h 的等速百公里油耗量小于27L；

6）汽车的多工况百公里燃油消耗量不大于37L。

2.1.2 整车性能模拟计算结果

通过对该优化方案的动力传动系统进行GT-DRIVE 模拟计算得出动力性能，整车的动力性主要从爬坡性能、最大车速及加速性能来评定。由于各挡的速比增加，汽车的最大爬坡度相应地增加。虽然主减速比的增大，但由于设有超速挡，汽车的车速从96.5km/h 增加为98.2km/h优化后，汽车的加速能力有了显著改观，其中原地起步连续换挡（0 80km/h）的加速时间降低了2.46s，降低了3.2%；直接挡（3080km/h）超车加速时间降低了9.19s，降低了13.7%。所以由以上的模拟计算可知，汽车的动力性有了很大改善。

2.1.3 分析与评价

通过对比优化前后汽车的经济性计算结果，由于以动力性匹配为主，优化后，主减速比增加，使各挡的等速百公里油耗都有所增大，但改变率不大，都不超过5%；汽车的多工况燃油消耗量为36.66L/100km，比优化前增加了5.25%。以动力性为主进行优化时，并不是代表仅仅考虑汽车的动力性去优化，而是应该在保证汽车燃油经济性并不恶化的基础上来进行的。本方案在保证原车一定燃油经济性的前提下，尽可能地增强了动力性，模拟仿真结果表明，优化效果明显。

2.2 以燃油经济性目标函数为主的方案二

2.2.1 约束条件

1）汽车最大爬坡度大于等于30%；

2）1.7 ≥i1/i2≥i2≥i3≥i3/i4≥ ≥ i8/i9≥ 1.3

3）汽车的最大车速大于96.5km/h；

4）汽车的原地起步连续换挡(0~80km/h) 加速时间不大于85s；

5）汽车的直接挡(30~80km/h) 加速时间不大于87s；

6）挡40km/h 的等速百公里油耗量小于22L。

2.2.2 分析与评价

经过GT-DRIVE 整车性能仿真软件的模拟计算，得出优化前后的整车主要性能指标的对比如下：

1）优化后，挡的40km/h 的等速百公里油耗由原来的25.74L 下降为21.20L，改变率达到17.64%；

2）多工况百公里燃油消耗量由优化前的34.83L 下降为31.05L，改变率为10.85%；

3）汽车的最大车速优化前为96.5km/h，优化后为105km/h，有一定程度地增大；

4）优化后原地起步连续换挡(0~80km/h) 时间为84.78s，优化前为76.72s，增加10.5%；

5）直接挡(30~80km/h) 超车加速时间由优化前的81.42s 增加为优化后的86.47s，增加6.2%；

6）汽车一挡的最大爬坡度由优化前的30.8% 下降为30.2%，基本上能满足重型载货汽车的要求。

2.3 权衡动力性目标函数和燃油经济性目标函数的方案三

2.3.1 约束条件

1）汽车最大爬坡度大于等于30%；

2）汽车的车速不小于96.5km/h；

3）汽车的原地起步连续换挡(0~80km/h) 加速时间不大于78s；

4）汽车的直接挡(30~80km/h) 加速时间不大于85s；

5）1.7 ≥i1/i2≥i2/i3≥i3/i4≥ ≥ i8/i9≥ 1.3；

6）挡40km/h 的等速百公里油耗量小于24L；

7）汽车的多工况百公里燃油消耗量小于33L。

2.3.2 分析与评价

经过GT-DRIVE 整车性能仿真软件的模拟计算，得出优化前后的整车主要性能指标的对比如下：

1）优化后，挡的40km/h 的百公里油耗由原来的25.74L 下降为23.26L，改变率达到9.63%；

2）多工况百公里燃油消耗量由优化前的34.83L 下降为32.35L，改变率为7.12%；

3）汽车的最大车速优化前为96.5km/h，优化后为102km/h，增加较大；

4）优化后原地起步连续换挡(0~80km/h) 时间为77.79s，增加1.4%；

5）直接挡(30~80km/h) 超车加速时间由优化前的81.42s 增加为优化后的84.51s，增加3.8%；

6）汽车一挡的最大爬坡度由优化前的30.8% 下降为30.0%，基本上能满足重型载货汽车的要求。

本次优化是在保证动力性基本不变的基础上，尽量减少汽车的行驶油耗，寻找一种权衡动力性燃油经济性的优化方案。经过模拟仿真结果可知：优化方案可以达到预期的优化效果，在保证汽车良好的动力性的基础上，最大限度地减少了汽车的行驶油耗，改善了汽车的燃油经济性。

1）以动力性为目标优化时，在保证汽车燃油经济性并不恶化的基础上，汽车的原地起步连续换挡(0~80km/h) 加速时间降低3.2%，直接挡(0~80km/h) 超车加速时间减少降低13.7%，爬坡性能也有显著的提高，整车的动力性得到很大的提升；

2）以燃油经济性为目标进行优化时，在保证汽车的动力性并不恶化的基础下，汽车的车速提高到105km/h，挡的40km/h 的等速百公里油耗减少17.64%，多工况百公里的油耗减少10.85%，整车的燃油经济性有明显的改善；

3）权衡动力性和燃油经济性优化时，在保证良好的整车动力性的基础上，尽可能地改善了整车的燃油经济性。优化后，整车动力性略有下降，原地起步连续换挡(0~80km/h) 时间增加1.4%，直接挡(30~80km/h) 超车加速时间增加3.8%；而整车各挡的等速百公里油耗均有不同程度的下降，其中挡的40km/h 的等速百公里油耗降低9.63%，整车的多工况百公里燃油消耗量降低7.12%，整车的燃油经济性明显提升。

通过对比分析，对于现阶段对重型载货汽车的高速化和提高燃油经济性的要求，以燃油经济性目标函数为主进行优化的匹配方案更加符合市场的需求。

我国参照 ECE R58 的相关内容 ， 制 定 了GB11567.2—2001 标准对汽车和挂车后下部防护装置提出技术要求 ， 并对移动壁障追尾碰撞的试验条件作了明确规定 ， 目的是对载货汽车后下部防护装置的阻挡及缓冲吸能功能进行考核 以尽量减少发生追尾碰撞时追尾车辆中乘员受到的伤害 。 文献 [1]中设计了旋转式后下部防护装置 ， 该装置利用旋转轴为载货汽车实现了良好的通过性采用阻尼弹簧元件吸能 并建立了分析模型设计了一种吸能型后下部防护装置 ， 此后部防护装置通过填充的纤维玻璃材料使其在发生碰撞时被挤压变形实现吸能效果 文献 [4] 分析了前 后部防护装置离地高度和刚度对钻入碰撞防护效果的影响指出前 、 后部防护装置在确保阻止钻入碰撞功能的前提下应尽可能多地吸收碰撞能量 ， 以减轻轿车在碰撞中的伤害。根据 GB11567.2—2001 标准的相关规定，利用 LS-DYNA 软件对某载货汽车后部防护装置进行了法规验证及性能分析， 并根据原车后部防护装置不具有阻挡及缓冲吸能功能的缺点， 设计了新型扩胀管式后部防护装置。 对改进后的防护装置进行仿真分析表明 扩胀管在扩胀变形阶段状态稳定 吸能具有线性叠加特性 易于控制 改进后的后部防护装置满足相关法规要求 ， 其阻挡及吸能功能也有明显提高。

根据GB11567.2—2001 标准的相关规定，采用移动壁障撞击载货汽车后下部防护装置，主要考察防护装置的动态性能：

a.阻挡功能，防止追尾车辆钻入载货汽车下部，造成乘员伤害；

b.缓冲吸能功能，缓和冲击，减轻乘员伤害，改善碰撞相容性。

根据GB11567.2—2001 标准中对试验的相关要求，移动壁障质量为1100±25 kg，前端碰撞表面为刚性，宽度为1700 mm，高度为400 mm，离地间隙为240 mm。在碰撞表面前面覆盖一层厚度为20mm 的优质胶合板。在碰撞瞬间，移动壁障速度应为30~32 km/h。

碰撞结果应满足如下要求：

a.碰撞过程中，后部防护装置可以变形、开裂，但是不允许整体脱落；

b.碰撞过程中，后部防护装置应能够吸收碰撞能量、缓和冲击，且移动壁障的最大减速度不大于40g，移动壁障的反弹速度不大于2 m/s；

c. 碰撞结束后，后部防护装置的后部与车辆最后端的纵向水平距离不能超过400 mm。

由于扩胀管具有稳定的吸能效果，在国内已经被应用于碰撞波形发生器，如清华大学安全与节能碰撞实验室用它来得到欧洲法规ECE R80 中所要求的减速度曲线，上海冠驰汽车安全公司则将扩胀变形管应用于台车试验的波形发生器，上海机动车检测中心杨辉等人将其作为某轻型车前端吸能构件。实际上，扩胀管不仅可以用作波形发生器、轻型车前端吸能构件，还可直接应用于载货汽车的后部防护装置上，起到吸收碰撞能量和降低车身减速度的作用。

3.1 扩胀管式后部防护装置结构设计

由于冲头和扩胀管并不是100%的轴向受力，为防止冲头和扩胀管在碰撞吸能过程中发生相对弯曲变形，在扩胀管的外面增加了套管。后部防护装置横梁与后部防护立柱相对固定。冲头套在扩胀管的开口处，后部防护装置的立柱和载货汽车纵梁之间、套管和纵梁之间以及冲头和立柱之间均通过旋转铰链连接，以保证后部防护装置的自由转动。

当车辆撞击后部防护装置时，首先撞击到防护装置横梁上，然后横梁推动与之相连的冲头将扩胀管扩开，在扩胀管被扩开过程中吸收大量的碰撞能量，其屈服强度分别为400 MPa、235 MPa、386 MPa，厚度分别为10mm、4 mm、7 mm。其中，扩胀管由一、二两级扩胀管组成，一级扩胀管为直径60 mm 的部分，二级扩胀管为直径52 mm 的部分。

3.2 扩胀管式后部防护装置法规验证

对该防护装置按 GB11567.2—2001 标准的动态试验要求进行法规验证，模型节点数为67195，单元数为61096，后部防护装置总质量为96.38 kg。移动壁障的最大钻入量为156 mm，小于法规所规定的400 mm；移动壁障碰撞后的反弹速度为1.1 m/s，小于法规所规定的2m/s；移动壁障的减速度最大值为27.3 g，小于法规所要求的40 g，所以该后部防护装置符合国标要求。另外可以看到，移动壁障在碰撞过程中减速度较小，且脉宽较大，表明扩胀管式后部防护装置具有较好的吸能效果。

3.3 扩胀管式后部防护装置与实车碰撞仿真结果分析

运用整车模型对扩胀管式后部防护装置性能进行实车碰撞仿真分析，撞击车辆分别为轿车（Dodge Neon）、越野车（TOYOTA RAV4）。

3.3.1 扩胀管式后部防护装置阻挡功能

设碰撞速度为90 km/h，并分别建立了相应的碰撞仿真模型。 两车在碰撞速度90 km/h 下达到最大钻入量时的变形结果。该后部防护装置实现了防止车辆钻入的功能。在该极限工况下，轿车碰撞防护装置达到最大钻入量时，A 柱和门槛有不同程度的变形，主要是由于碰撞初始能量很大，已超过了该防护装置的极限吸能量，同时与原车车体结构抗撞性也有关。

3.3.2 扩胀管式后部防护装置缓冲吸能功能

为了考核该防护装置缓冲吸能功能，将轿车和越野车分别以48 km/h、56 km/h、65 km/h 3 种速度撞击后部防护装置，并建立了相应的碰撞仿真模型。两车在碰撞速度65 km/h 下91 ms 时刻的碰撞变形结果。可以看出扩胀管在与整车碰撞过程中变形较为理想。

2023年末，全国拥有载货汽车1170.97万辆。