CN107207053B - 基于货物卡车货舱的后部拐角曲面化的油耗改善技术 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于实现货物卡车的油耗的改善的货舱后部拐角形状。使货物卡车的货舱的后部背面和货舱侧面在垂直方向上形成的后部拐角在其水平横截面中呈凸向外侧的形状的曲面，左右的拐角曲面相对于车辆的前后方向的中心轴而左右对称，并行成为如下曲面形状：在从与货舱侧面的切点(12)至与货舱背面的切点(13)的拐角曲面中，将与货舱侧面的切点作为起点，在该起点处与货舱侧面平滑地连接，并且，在该起点处设为曲面部中的最大曲率，随着接近曲面与货舱背面的切点而曲率逐渐减小。

Description

基于货物卡车货舱的后部拐角曲面化的油耗改善技术
技术领域
本发明涉及用于提高油耗性能的货物卡车的货舱形状。
背景技术
对货物运输车辆而言，高速行驶时的油耗升高是较大的问题。从装载性、制造成本等方面考虑，作为最一般的货物运输车辆而使用的是将货舱形成为箱型的卡车(以下称为“箱型货舱卡车”。)。然而，当该箱型货舱卡车行驶时，在车辆的后方产生气流的涡流，由此产生气压较低的区域(以下称为“低压区域”。)而在货舱后部背面作用有负压(6)(以下称为“后方负压”。)，因此成为导致油耗效率大幅降低的主要原因。(图1a)。
由于该后方负压在高速行驶时进一步增大，因此，高速运输的需求增加对于箱型货舱卡车而言成为较大的问题。因此，以减小后方负压为目的而提出了与箱型货舱卡车的货舱后部背面的构造、货舱后部背面与相邻的左右的侧面相交的拐角(以下称为“后部拐角”。)相关的各种方案(参照专利文献、非专利文献)。其中，以非专利文献1所揭示的事例为首的、在货舱侧面外侧突出有构造物的技术已经部分实现了实用化，但是在后方目视确认性的下降、部件的耐久性、进一步在车辆规格的适合性等方面依然存在很多问题。因此，提出了针对这样的问题也能有效应对的、用于降低后方负压的货舱形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-67373
专利文献2：日本特开2013-124030
非专利文献
非专利文献1：平成25年度硕士论文「大型輸送車両の空気抵抗低減に関する研究」(“关于降低大型运输车辆的空气阻力的研究”)高知工科大学小笠原慧
发明内容
发明所要解决的问题
在客车(bus)、普通汽车中，通过更顺畅地对从车辆侧面旋绕至车辆背面的气流进行引导而能够抑制背面后方的低压区域的产生，因此，从车辆设计性的观点出发，一般也使得车辆背面与相邻的车辆侧面等所形成的拐角带有外凸形状的圆弧。
明确可知，即使在箱型货舱卡车中，仅通过使后部拐角的角部带有圆弧也能够在某种程度上改善后方负压的影响，但该技术尚未被积极地采用。可以认为其最大的理由在于，相对于为了使货舱后部拐角曲面化的成本的增加、由曲面化引起的装载容量的减小等曲面化风险而无法期待与之相称的充分的油耗改善效果。
一般用于客车等的后部拐角的是：在水平横截面中为圆弧状、或者曲率在拐角曲面的大致中间达到最大且随着接近与两侧的车辆货舱侧面以及车辆货舱背面的切点而曲率逐渐减小的曲面构造(以下将它们称为“一般曲面构造”。)。
假设在将货物卡车货舱的后部拐角设为该一般曲面构造的情况下，在左右的后部拐角表面流动的气流在后部拐角曲面上增速，在后部拐角曲面上产生负压，该负压的合力(图1b中的7)在左后部拐角处朝向左斜后方、且在右后部拐角处朝向右斜后方。而且，在左右的各后部拐角处的负压的合力中，方向相反的分量(图1b中的8)彼此相互抵消而消失，但是，成为后方负压的负压分量(图1b中的9)仍较大地作用于车辆。(图1b)
因此，在将箱型货舱卡车的后部拐角设为一般曲面构造(图1b)的情况下，该拐角仍产生较大的成为后方负压的负压分量(9)，而且该负压分量随着车辆速度的升高而增大，因此油耗性能的改善效果有限。
为了对货物卡车货舱的后部拐角实施曲面化而实现有效的油耗性能的提高，需要形成为能够尽可能地抑制由拐角产生的成为后方负压的负压分量(9)的拐角曲面形状。
用于解决问题的方法
本申请的发明是一种货物卡车的货舱构造，其是使得货物卡车货舱的后部背面与车辆侧面所形成的垂直方向上的后部拐角在其水平横截面中呈凸向外侧的形状、且左右的曲面相对于车辆的前后方向的中心轴而左右对称的曲面构造，该货物卡车的货舱构造的特征在于，形成为如下曲面形状：在从与货舱侧面的切点至与货舱背面的切点的后部拐角曲面中，将与货舱侧面的切点作为起点，在起点处货舱侧面和后部拐角曲面平滑地连接，并且，起点处的曲率最大，随着接近与货舱背面的切点而曲率逐渐减小。
上述货物卡车的货舱构造的特征在于，水平横截面中的后部拐角的前后方向长度设为处于最小大致为0.2m、且最大大致为1.0m的范围，左右方向宽度设为至少前后方向长度以上，优选设为前后方向长度的1.5倍以上，形成为上述货物卡车的货舱构造也较为有用。
上述货物卡车的货舱构造采用了对后部拐角的垂直方向上的一部分实施曲面化的结构，形成为上述货物卡车的货舱构造也较为有用。
发明效果
改善高速行驶时的油耗性能，并且，与箱型货舱卡车向比，后方的气流稳定，有助于后续车辆行驶的稳定。
附图说明
图1是作用于货物卡车货舱的后部背面的负压的示意图，图1(a)是箱型货舱，图1(b)是后部拐角设为一般曲面构造的货舱。
图2是以俯视图(右后部拐角)而重叠示出在水平横截面中前后方向长度(L)和左右方向宽度(W)相等的两个后部拐角曲面、并表示曲面的差异对曲面上的气流和负压所造成的影响的示意图。
图3是表示后部拐角的曲面构造的差异对货舱背面的负压所造成的影响的差异的示意图，图3(a)是在水平横截面中呈圆弧状的后部拐角，图3(b)是在水平横截面中以与货舱侧面的切点为起点，在该起点处与货舱侧面平滑地连接，并且在起点处达到最大的曲率、且随着接近与背面的切点而曲率逐渐减小的后部拐角。
图4是表示本发明所涉及的一个实施方式的立体图。
具体实施方式
货物卡车货舱的后部拐角的曲面是在水平横截面中呈外凸形状的曲面，且形成为如下形状：在以与货舱侧面的切点(12)为起点、且直至与车辆货舱背面的切点(13)为止的拐角曲面部中，起点处的曲率最大、且趋向与货舱背面的切点而曲率逐渐减小。
该拐角曲面的较大的特征在于，形成为曲率在水平横截面中的曲面部的一端具有偏差的曲线(因此，以下将该曲面称为“曲率倾斜曲面”。)，当形成该拐角曲面时，基于在水平横截面中以与货舱侧面的切点(起点)为顶点的抛物线的形状也能够比较容易地实现曲面的形成。
另外，将该拐角曲面形成为在该起点处与货舱侧面平滑地连接的曲面形状是不可或缺的。另外，虽然为了维持耐久性而使得在与货舱背面的切点处因拐角曲面与货舱背面的交叉而产生的角部的前端带有圆弧也不会有妨碍，但是需要注意不能因此大幅地改变曲率倾斜构造。
图2是重叠示出将货物卡车货舱的后部拐角的水平横截面设为一般曲面构造之一的圆弧曲面(10)的情况和曲率倾斜曲面(11)的情况、且对拐角曲面上的气流的差异进行比较的示意图。当具有图2的货舱的货物卡车高速行驶时，关于曲面上的气流的流速，在比曲面的中央部靠前的部分，与圆弧曲面拐角上的a处相比，曲率倾斜曲面拐角上的A处的流速更快，另外，从比曲面的中央部靠前的部分至曲面的中央部、即在A→a(曲率倾斜曲面)和B→b(圆弧曲面)，从各自的增速率来看，圆弧曲面更大。
由于拐角表面的气压与气流的速度一起变化，因此可以认为，与圆弧曲面拐角相比，曲率倾斜曲面拐角上的气压在曲面的起点侧更大幅度地降低，对于在曲率倾斜曲面拐角处所产生的负压的合力(7)而言，与圆弧曲面相比，在左后部的拐角处进一步朝向左侧，在右后部的拐角处进一步朝向右侧。(图3)
使后部拐角相对于水平横截面中的车辆的前后方向的中心轴形成为左右对称，由此使得分别朝向相反方向的负压分量(8)相互抵消而消失，因此，与一般的曲面相比，后部拐角的曲率倾斜曲面化能够使由拐角曲面产生的负压中的能相互抵消的分量最大化，其结果是，减小由拐角产生的成为后方负压的负压分量。
同时，与一般的曲面相比，后部拐角的曲率倾斜曲面化能够不大幅削减货舱容积地缩小货舱背面的未实现曲面化的平面部，从而还可以期待减小由该平面部产生的后方负压的效果。
当实现了曲率倾斜曲面化的后部拐角在其水平横截面中不具有足够的大小时也难以产生效果，另外，在过大的情况下，大幅削减了货舱空间，实用性均会下降。因此，在一般的货物卡车的情况下，水平横截面中的曲率倾斜曲面拐角的前后方向长度(L)设为处于最小大致为0.2m、且最大大致为1.0m的范围，左右方向宽度(W)设为至少前后方向长度(L)以上，优选设为1.5L以上。另外，曲面的起点(12)处的曲率半径设为处于最小大致为0.05m、且最大大致为0.25m的范围之间，优选设为最小为0.1m、且最大为0.2m，无论在任何情况下，都设为不超过0.5L。
优选在垂直方向上也以足够的长度而对后部拐角实施曲面化，但是，假设在难以实施货舱的上下方向整个范围的曲面化的情况下，通过对后部拐角进行分割并对其一部分、例如拐角的上部或下部的任一部分分别实施曲面化，也可以期待某种程度的后方负压减小的效果。
符号说明
1 气流
2 车辆货舱的后部背面
3 车辆货舱的侧面
4 在车辆货舱背面后方产生的气流的涡流
5 在车辆货舱背面后方产生的低压区域
6 作用于车辆货舱背面的后方负压
7 由后部拐角曲面产生的负压的合力
8 由后部拐角曲面产生的负压的合力中的、在左右的拐角处方向相反的负压分量
9 由后部拐角曲面产生的负压的合力中的、作为后方负压而作用于车辆货舱后部背面(成为后方负压)的负压分量
10 水平横截面为圆弧的拐角
11 曲率在水平横截面中的曲面部的一端具有偏差的曲线(曲率倾斜曲面)的拐角
12 货舱侧面与后部拐角曲面的切点
13 后部拐角曲面与货舱背面的切点
14 由圆弧曲面的货舱后部拐角产生的负压
15 由曲率倾斜曲面的货舱后部拐角产生的负压
A 在曲率倾斜曲面拐角的水平横截面中，位于拐角的中央部和与货舱侧面的切点之间的点
a 曲率倾斜曲面拐角的中央部
B 在圆弧曲面拐角的水平横截面中，位于拐角的中央部和与货舱侧面的切点之间的点
b 圆弧曲面拐角的中央部
W 车辆后部拐角在水平横截面中的左右方向宽度
L 车辆后部拐角在水平横截面中的前后方向长度

Claims (2)

1.一种货物卡车的货舱构造，其是使得货物卡车货舱的后部背面与车辆侧面所形成的垂直方向上的后部拐角在其水平横截面中呈凸向外侧的形状、且左右的曲面相对于车辆的前后方向的中心轴而左右对称的曲面构造，
所述货物卡车的货舱构造的特征在于，
形成为如下曲面形状：在从与货舱侧面的切点至与货舱背面的切点的后部拐角曲面中，将与货舱侧面的切点作为起点，在起点处货舱侧面和后部拐角曲面平滑地连接，并且，
起点处的曲率最大，随着接近与货舱背面的切点而曲率逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的货物卡车的货舱构造，其特征在于，
对后部拐角的垂直方向上的一部分实施曲面化。
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