CN106564533A - 一种重型厢式货车导流罩 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种重型厢式货车导流罩。包括车顶导流罩、车头导流罩、车尾导流罩及侧面防护板。其中车顶导流罩安装在驾驶室顶端，车头导流罩安装在驾驶室前挡风玻璃前下端，车尾导流罩安装在车箱尾部，侧面防护板安装在车箱两侧下前后轮之间及后车轮到车箱尾部之间。本发明能够明显改善厢式货车的气动特性，降低厢式货车行驶空气阻力，具有与车辆外型尺寸匹配性好，减少空气阻力效果明显的特点。本发明的导流罩总成适用于一体式重型厢式货车，也适用于安装有箱式货箱的重型牵挂车。
Description
技术领域
本发明是一种重型厢式货车导流罩，特别是一种减少车辆行驶时空气阻力的重型厢式货车导流罩部件总成，属于汽车节能减排技术领域，适用于一体式重型厢式货车，也适用于安装有箱式货箱的重型牵挂车，属于重型厢式货车导流罩的创新技术。
背景技术
厢式货车外观尺寸大，迎风面积大，高速行驶时整车的气动性能较差，气动阻力较大，行驶稳定性也较差。欧美等国较普遍采用导流罩技术以改善厢式货车气动特性，减少空气阻力，进而实现降低车辆运行油耗与排放，提高行驶稳定性的目的。
根据安装位置导流罩可分为安装在驾驶室上方的车顶导流罩，以改善货车驾驶室与车箱间隙中的空气流动，减小货车迎风面上侧的空气压力；安装在货箱尾部的车尾导流罩，以减小货车车尾部空气负压力；安装在货箱底部两侧的侧面防护板，以改善货车车辆底部空气流动；安装在驾驶室前挡风玻璃前下方的车头导流罩，以减少迎风阻力。
目前国内重型厢式货车都未见安装有车头导流罩及安装车尾导流罩，也很少见安装侧面防护板，有些安装有车顶导流罩，但现有车顶导流罩的设计安装缺乏气动特性分析，其形状与尺寸未达到与车辆车身最佳匹配，未能充分减低空气阻力。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种形状与尺寸能达到与车辆车身最佳匹配，能充分降低空气阻力的重型厢式货车导流罩。 本发明适用于重型厢式货车的在车顶、车头、车尾及车箱底部两侧安装的导流罩减阻部件总成，降低厢式货车在运行过程中的空气阻力。本发明适用于不同外型尺寸的重型厢式货车，减阻效果明显的特点。
本发明的技术方案是：本发明的重型厢式货车导流罩，包括有车顶导流罩，车顶导流罩的纵截面形状为一条三次样条曲线。
上述三次样条曲线基于UG NX三维建模、通过样点的方式拟合而成。
本发明重型厢式货车导流罩，还包括有车头导流罩，车头导流罩纵截面形状为一条完整的三次样条曲线，该三次样条曲线基于UG NX三维建模、通过样点的方式拟合而成。
本发明重型厢式货车导流罩，还包括有车尾导流罩，车尾导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定。
本发明车尾导流罩的纵截面形状由车尾导流罩的斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α控制，改变斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α可实现形状变换，满足不同高度的箱式货箱的匹配要求。
本发明重型厢式货车导流罩，还包括有侧面防护板，其中车顶导流罩安装在驾驶室顶端，车头导流罩安装在驾驶室前挡风玻璃前下端，车尾导流罩安装在车箱尾部，侧面防护板安装在车箱两侧下前后轮之间及后车轮到车箱尾部之间。
本发明车顶导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状为一条三次样条曲线，通过曲线上3个控制点及箱式车箱前顶端与车顶导流罩后顶端的高度差可实现纵截面形状改变，满足不同的驾驶室与箱式车箱高度的匹配要求。
本发明车头导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状主要为一条完整的三次样条曲线，通过曲线上8个控制点以及3个参数可实现形状变换，以满足平头货车不同的前脸尺寸的匹配要求。
本发明车尾导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状主要由车尾导流罩的斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α控制，改变斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α可实现形状变换，满足不同高度的箱式货箱的匹配要求。
本发明侧面防护板包括前后两段，均为矩形形状，上端与货箱底板对齐，下端离地间隙为0.5m,纵向距离轮胎边缘100mm，满足重型厢式货车底盘的匹配要求。
本发明与现有技术相比,具有如下优点：
1、导流罩总成形状尺寸参数化设计，与车型匹配性能良好。对于不同尺寸的驾驶室与货箱，可通过本发明快速设计匹配。
2、导流罩总成减阻效果明显。运用空气动力学仿真软件进行仿真分析的结果显示：车速在72km/h时，相对于未安装任何减阻部件的重型厢式货车，仅安装车顶导流罩时，使车辆空气阻力降低29.09％；仅安装车头导流罩时，降低9.71％；仅安装车尾导流罩时，降低8.06％；仅安装侧面防护板时，降低7.31％；安装以上三件导流罩总成套件时，车辆的空气阻力降低37.69％；集成车顶导流罩、车头导流罩、车尾导流罩与侧面防护板的导流罩套件总成能使重型厢式货车的空气阻力降低42.25％。组合导流罩的减阻效果明显优于单个的导流罩。
斯堪尼亚牵挂车安装本发明的导流罩总成套件后空气阻力系数由0.8363降为0.4830，降阻效果显著。
本发明是一种可快速设计匹配，减阻效果明显的重型厢式货车导流罩。
附图说明
图1为本发明重型厢式货车导流罩结构示意图；
图2为本发明中车顶导流罩示意图；
图3为本发明中车顶导流罩结构参数化设计示意图；
图4为本发明中车头导流罩示意图；
图5为本发明中车头导流罩结构参数化设计示意图；
图6为本发明中车尾导流罩示意图；
图7为本发明中车尾导流罩结构参数化设计示意图；
图8为本发明中侧面防护板结构示意图；
图9为本发明车顶导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响计算结果；
图10为未安装导流罩的车辆顶部表面压力图；
图11为安装车顶导流罩的车辆顶部表面压力图；
图12为未安装导流罩的车辆顶部对称面压力图；
图13为安装车顶导流罩的车辆顶部对称面压力图；
图14为未安装导流罩的车辆顶部对称面空气流线图；
图15为安装车顶导流罩的车辆顶部对称面空气流线图
图16为本发明车头导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响计算结果；
图17为未安装导流罩的车辆头部表面压力图；
图18为安装车头导流罩的车辆头部表面压力图；
图19为未安装导流罩的车辆头部对称面压力图；
图20为安装车头导流罩的车辆头部对称面压力图；
图21为未安装导流罩的车辆头部对称面流线图；
图22为安装车头导流罩的车辆头部对称面流线图；
图23为本发明车尾导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响计算结果；
图24为未安装导流罩车辆的车辆尾部空气压力图；
图25为安装本发明的车尾导流罩的车辆尾部空气压力图；
图26为未安装导流罩车辆的车辆尾部空气流线图；
图27为安装本发明的车尾导流罩的车辆尾部空气流线图；
图28为未安装导流罩的车辆尾部对称面压力图；
图29为安装车尾导流罩的车辆尾部对称面压力图；
图30为未安装导流罩的车辆表面压力图；
图31为安装组合导流罩的车辆表面压力图；
图32为未安装导流罩的车辆对称面压力图；
图33安装组合导流罩(车顶、车头与车尾导流罩)的车辆表面压力图；
图34未安装导流罩的车辆表面流线图；
图35安装组合导流罩(车顶、车头与车尾导流罩)的车辆表面流线图；
图36为未安装侧面防护板的厢式货车空气压力图；
图37为安装本发明的侧面防护板的厢式货车空气压力图；
图38为未安装侧面防护板的厢式货车空气流线图；
图39为安装本发明的侧面防护板的厢式货车空气流线图。
具体实施方式
本发明的结构示意图如图1所示，本发明包括四件导流罩部件， 包括车顶导流罩、车头导流罩、车尾导流罩及侧面防护板，各部分具体结构示意图分别如2、4、6、8所示。
本发明基于Isight多学科优化软件，集合Gambit、Fluent和Design-Expert等软件实现车辆外观模型的自动生成、自动计算、计算结果自动储存以及结果分析等功能，对安装导流罩总成(包括车顶导流罩、车尾导流罩、车头导流罩及侧面防护板)的重型厢式货车进行空气动力学特性仿真计算，利用响应面模型对导流罩外观尺寸进行分析寻优。
1、车顶导流罩设计
车顶导流罩的结构参数化设计示意图如图3所示。本发明车顶导流罩设计使用了三次样条曲线，通过三个点确定其顶部曲线的形状，通过参数a值实现导流罩顶部曲线形状的改变，以满足不同高度的驾驶室与货箱高度的匹配需求。
上述车顶导流罩的宽度与货车驾驶室顶部的宽度相同，长度同驾驶室长度，导流罩纵向截面顶部曲线延长线与后面的箱式货箱前端顶部相切。
车顶导流罩利用其纵截面顶部曲线形状确定其相应的空间形状。具体设计示意图见图3。所设计的纵截面顶部为一条三次样条曲线，由曲线上A、B、C三个点控制其形状与尺寸。其中A点为驾驶室前顶端点，B点x轴与y轴坐标距离A点均为100mm。C点x轴方向位置与驾驶室的后端平齐，y轴坐标值通过设计参数a确定，a为C点与货车车厢前顶端在y轴方向上的距离。三个控制点坐标如表1所示。
表1车顶导流罩控制点坐标
设计变量a范围为1000mm-200mm，共设计20组实验。通过RBF径向基神经网络代理模型将试验设计数据光滑过渡到整个设计平面。车顶导流罩设计变量值a对重型厢式货车的空气阻力系数影响计算结果如图9所示。
基于车顶导流罩设计变量值a对重型厢式货车的空气阻力系数影响计算结果，通过采用多岛遗传算法进行全局寻优，结果显示对于斯堪尼亚牵挂车得出最优a值为313.26mm。
利用a值为313.26mm建立优化后车顶导流罩模型，并进行CFD分析。结果表明安装了车顶导流罩的车辆空气阻力系数为0.5930，未加任何导流罩装置的车辆为0.8363，计算表明安装车顶导流罩能使重型厢式货车空气阻力减小29.09％。安装与未安装车顶导流罩的厢式货车顶部的空气压力图及流线图比较如图10、11、12、13、14、15所示。
2、车头导流罩设计
车头导流罩结构参数化设计示意图如图5所示。本发明设计车头导流罩纵截面形状为一条完整的三次样条曲线，通过8个点进行型面曲线控制。通过调整b、c和d值改变可实现车头导流罩外型曲线形状的改变。
上述车头导流罩的宽度与驾驶室的宽度相同，导流罩空间形状利用其纵截面的形状确定。具体设计示意图见图5所示。车头导流罩纵截面形状由一条完整的三次样条曲线，由曲线上8个点确定形状尺寸。
①M、N为驾驶室前脸上两点，其中M点位于前挡风玻璃下，约驾驶室一半的高度点。N为驾驶室前脸下部圆弧的上端。
②K、L为一组控制点，目的是为了保证车头导流罩纵截面样条曲线与驾驶室前端面光滑联接，本发明对于斯堪尼亚牵挂车K点坐标设计为(XM-10，YM-10)，N点坐标为(XN-10，YN+10)。
③O、P点作用为控制车头导流罩y方向的厚度。本发明对于斯堪尼亚牵挂车O、P点x坐标设计为距离驾驶室前端面100mm的位置。y坐标通过b和c两个参数确定，b、c尺寸相等。O、P两点连线的中点高度同M、N两点之间的中点。
④Q、L为控制车头导流罩长度的坐标点，Q、L的x坐标由距离驾驶室前端面距离参数d决定。Q、L两点连线的中点纵坐标同M、N两点连线中点。对于斯堪尼亚牵挂车Q、L点的距离为100mm。
8个控制点坐标如表2所示。
表2车头导流罩控制点坐标
| 控制点 | 横坐标x | 纵坐标y | 控制点 | 横坐标x | 纵坐标y |
| K | XM-10 | YM-10 | O | XM-100 | (YM+YN)/2+b |
| L | XN-10 | YN+10 | P | XM-100 | (YM+YN)/2-C |
| M | -- | -- | Q | XM-d | (YM+YN)/2+50 |
| N | -- | -- | L | XM-d | (YM+YN)/2-50 |
车头导流罩实验设计中，b、c的设计变量范围为200mm-430mm，d的设计范围为200mm-1000mm，共设计60组实验。通过60组实验数据，建立了车头导流罩RBF神经网络代理模型。车头导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响计算结果如图23所示。
基于车头导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响的计算结 果，通过采用多岛遗传算法进行全局寻优，结果显示对于斯堪尼亚牵挂车得出最优结果为b值为365.93mm，c为385.91mm，d为739.06mm。
对上述最优解建立优化后的模型，并进行CFD分析。结果表面安装了车顶导流罩的厢式货车空气阻力系数为0.7551，未安装任何导流装置的厢式货车空气阻力系数为0.8363，表明车头导流罩能使厢式货车的空气阻力系数减小9.71％。安装与未安装车头导流罩的厢式货车驾驶室前下部分的空气压力图及流线图比较如图13、14所示。
3、车尾导流罩设计
车尾导流罩结构参数化设计示意图如图7所示。通过调整变量α和l实现车尾导流罩形状的变化。
上述车尾导流罩的宽度与货车车箱的宽度相同，空间形状用其纵截面的形状确定。设计示意图见图7所示。G、H点分别为货车车厢尾部上端与下端点。车尾导流罩斜边长度l以及斜边与货箱尾部后端面的夹角α确定了导流罩上I、J两点位置。具体控制点坐标如表3所示。
表3车尾导流罩控制点坐标
| 控制点 | 横坐标x | 纵坐标y |
| G | XG | YG |
| H | XH | YH |
| I | XG+l·sin(α) | YG-l·cos(α) |
| J | XH+l·sin(α) | YH+l·cos(α) |
车尾导流罩实验设计中，α的设计变量范围为20°-90°，l的设计范围为200mm-1000mm，共设计30组实验。通过30组实验数据， 建立了车头导流罩RBF神经网络代理模型。如图14所示车尾导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响计算结果。
基于车尾导流罩设计变量对厢式货车空气阻力系数影响的计算结果，通过采用多岛遗传算法进行全局寻优，结果显示对于斯堪尼亚牵挂车得出最优结果为α值为69.47°，l值为513.52mm。
对上述最优解建立优化后的模型，并进行CFD分析。结果表面安装了车尾导流罩的车辆空气阻力系数为0.7689，未安装任何导流装置的车辆的空气阻力系数为0.8363，表明车头导流罩能使厢式货车的空气阻力系数减小8.06％。安装与未安装车尾导流罩的厢式货车尾部的空气压力图及流线图比较如图28、29、30、31所示。
4、车头、车顶与车尾组合导流罩效果
车顶、车头与车尾导流罩进行组合应用，通过CFD仿真得出本发明的该3种导流罩组合安装在重型厢式货车上相比没有减阻手段的车辆，空气阻力减少37.69％。
安装与未安装本发明的三种导流罩组合的厢式货车空气压力图及流线图比较如图32、33、34、35所示。
5、侧面防护板设计
侧面防护板结构为矩形，示意图见图8。其结构尺寸与货箱两侧底板离地面高度及车轮距离相关。上端与货车地板对齐，侧面防护板长度方向起始于货车前部，终止于车尾导流罩，在挂车轮胎附近断开，距离轮胎边缘间距100mm。对于斯堪尼亚牵挂车本发明侧面防护板下端距离地面间隙为0.5m。
上述侧面防护板安装于货箱底部外侧。侧面防护板左右两侧各有一套，相对于车体纵向对称面对称布置，每套两条。侧面防护板为矩形，上端与货车车厢底板对齐，下端距离地面间隙对于斯堪尼亚牵挂车设计为0.5m。侧面防护板起始于货箱前部，终止于车尾导流罩， 在轮胎附近断开，距离轮胎边缘100mm。
通过建模与CFD分析，结果表明单独安装侧面防护板厢式货车空气阻力系数0.5211，能降低7.31％的空气阻力。
图36、37、38、39分别给出了安装与未安装本发明的侧面防护板的车辆空气压力、流线仿真计算结果。
6、导流罩组合套件的减阻效果
通过建模与CFD分析，结果表明安装了本发明的导流罩套件(为车顶导流罩、车头导流罩、车尾导流罩及侧面防护板组合)的厢式货车相比于没有安装任何减小阻力措施的厢式货车空气阻力系数减小了42.25％。斯堪尼亚牵挂车安装了本发明的导流罩套件(为车顶导流罩、车头导流罩、车尾导流罩及侧面防护板组合)后空气阻力系数为0.483，未安装任何导流装置的空气阻力系数为0.8363。降阻效果明显。
Claims (10)
1.一种重型厢式货车导流罩，其特征在于包括有车顶导流罩(1)，车顶导流罩(1)的纵截面形状为一条三次样条曲线。
2.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于上述三次样条曲线基于UGNX三维建模、通过样点的方式拟合而成。
3.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于还包括有车头导流罩(2)，车头导流罩(2)纵截面形状为一条完整的三次样条曲线，该三次样条曲线基于UG NX三维建模、通过样点的方式拟合而成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于还包括有车尾导流罩(3)，车尾导流罩(3)的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定。
5.根据权利要求4所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于还包括有车尾导流罩(3)的纵截面形状由车尾导流罩的斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α控制，改变斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α可实现形状变换，满足不同高度的箱式货箱的匹配要求。
6.根据权利要求4所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于还包括有侧面防护板(4)，其中车顶导流罩(1)安装在驾驶室顶端，车头导流罩(2)安装在驾驶室前挡风玻璃前下端，车尾导流罩(3)安装在车箱尾部，侧面防护板(4)安装在车箱两侧下前后轮之间及后车轮到车箱尾部之间。
7.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于车顶导流罩(1)的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状为一条三次样条曲线，通过曲线上3个控制点及箱式车箱前顶端与车顶导流罩后顶端的高度差可实现纵截面形状改变，满足不同的驾驶室与箱式车箱高度的匹配要求。
8.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于车头导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状主要为一条完整的三次样条曲线，通过曲线上8个控制点以及3个参数可实现形状变换，以满足平头货车不同的前脸尺寸的匹配要求。
9.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于车尾导流罩的形状相对于货车纵向对称，其三维空间形状由其参数化的纵截面确定，其纵截面形状主要由车尾导流罩的斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α控制，改变斜边长度l、斜边与货箱尾部垂直夹角α可实现形状变换，满足不同高度的箱式货箱的匹配要求。
10.根据权利要求1所述的重型厢式货车导流罩，其特征在于侧面防护板包括前后两段，均为矩形形状，上端与货箱底板对齐，下端离地间隙为0.5m,纵向距离轮胎边缘100mm，满足重型厢式货车底盘的匹配要求。
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