CN116022251B - 一种车底导流装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车底导流装置及设计方法，涉及汽车技术领域。该车底导流装置包括导流板，所述导流板的前端通过转动组件与车体转动连接，所述导流板的后端通过悬置机构与车体相连，且所述的悬置机构限制了所述导流板的摆动范围。当所述的导流板处于摆动范围的下边界时，所述的导流板呈向后倾斜的状态。本申请提供的一种车底导流装置从降低车底风阻的角度出发，采用前端转轴机构与自调垂向位置的滑动悬置机构，实现接触障碍摆臂、自动复位导流，在实现降低风阻性能的同时解决了因设置车底导流装置而影响整车通过性的问题。本申请提供的一种应用于车底导流装置的设计方法，能够方便快速的得到弹簧周向刚度系数K₂的合理范围。

Description

一种车底导流装置及设计方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种车底导流装置及设计方法。

背景技术

由于能源环保要求，降低能耗成为重中之重。尤其是在重型牵引车、载货车等高速行驶场景，通过提升效率、开发新能源等方向已经遇到瓶颈，因此如何全方面降低风阻成为重点。在车顶、两侧的导流设计愈发成熟的情况下，如何有效降低车底风阻成为商用车行业新的、重点研发方向。

但是由于路况场景复杂，商用车在低车速工况对通过性具有一定的硬性要求，而一般车底导流板均设置为前端(以行车方向为前向)离地距离较大、尾端离地距离较小，也即整体向后倾斜，这就造成车底导流板及其附件在经过恶劣路况的路面障碍时，虽然车速已经很低，但是仍极易被撞击损伤，造成导流减阻的功能失效。

发明内容

针对上述问题，本申请提供了一种车底导流装置及设计方法，在实现降低风阻性能的同时解决了因设置车底导流装置而影响整车通过性的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种车底导流装置，包括导流板，所述导流板的前端通过转动组件与车体转动连接，所述导流板的后端通过悬置机构与车体相连，且所述的悬置机构限制了所述导流板的摆动范围；

当所述的导流板处于摆动范围的下边界时，所述的导流板呈向后倾斜的状态。

在一种可行的实现方式中，所述的转动组件包括转轴和套设于所述转轴外部的套筒，所述导流板的前端与所述的套筒固定连接，所述的转轴上位于所述套筒的两端分别套设有弹簧，所述的弹簧包括呈螺旋状结构的本体，且所述的本体能够沿轴向压缩，所述本体的两端分别设置有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述导流板或套筒固定连接，所述第二连接端与固定设置于所述转轴端部的法兰板固定连接。

在一种可行的实现方式中，所述第一连接端通过第一螺钉与所述导流板或套筒固定连接，所述第二连接端通过第二螺钉与所述的法兰板固定连接。

在一种可行的实现方式中，所述第一连接端的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第一螺钉的第一回环，所述第二连接端的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第二螺钉的第二回环。

在一种可行的实现方式中，所述的悬置机构包括对称设置于所述导流板两侧的导向组件，所述的导向组件包括导向架，所述的导向架上设置有呈弧形的滑槽，且所述滑槽的回转轴线与所述转轴的轴线重合，所述的导流板上设置有与所述的滑槽相配合的导向柱。

在一种可行的实现方式中，所述的导向组件还包括安装架，所述的安装架与车体固定连接，所述的导向架通过可拆卸的方式与安装架固定连接，且所述的安装架和导向架之间设置有减震件。

在一种可行的实现方式中，所述的安装架包括第一竖板，所述的导向架包括与第一竖板平行布置的第二竖板，所述第一竖板的下端设置有第一横板，所述第二竖板的上端设置有第二横板，且所述的第二横板位于所述第一横板的上方，所述的第二横板通过连接螺栓与所述的第一横板相连，且所述的连接螺栓上位于所述的第一横板和第二横板之间套设有由弹性材料制作而成的减震件。

在一种可行的实现方式中，所述第一竖板的上端设置有安装板，且所述的安装板通过螺栓组件与所述的车体固定连接。

一种应用于车底导流装置的设计方法，包括以下步骤，

第一，确定弹簧周向刚度K₂的第一下限值K_2min；

1.1预设在最高车速工况下允许的摆动角为β_max；

1.2计算导流板的等效重量M；

1.3根据步骤1.1中设定的在最高车速工况下允许的摆动角β_max和步骤1.2中得到的导流板的等效重量M计算弹簧的周向刚度K₂的第一下限值K_2min；

第二，确定弹簧周向刚度K₂的第一上限值K_2max；

2.1根据导流板的材料确定允许载荷f_i，并根据允许载荷f_i计算弹簧周向刚度K₂的第一上限值K_2max；

第三，根据第一步和第二步确定的边界值，得到弹簧周向刚度K₂的第一取值范围（K_2min，K_2max）；

第四，确定弹簧周向刚度K₂的第二取值范围；

4.1建立动力学模型，所述的动力学模型包括摆动体，所述摆动体的前端设置有周向刚度为K₂的弹簧，所述摆动体后端的上、下两侧分别设置有第一限位体和第二限位体，且第一限位体和第二限位体为串联关系，所述第一限位体的刚度为K_m，所述第二限位体的刚度为K_n；

4.2根据步骤4.1建立的动力学模型，建立数学模型；

4.2.1根据步骤4.1建立的动力学模型，作用在车底导流装置上的激励力T_m为：

（1）

式中，T₀为初始激励值；

θ₀为初始角；

θ为导流板绕前端转轴的轴心S的扭转角位移响应；

为广义角速度响应；

C为阻尼比；

t为时域变量；

K_s为车底导流装置的复合刚度；

4.2.2采用拉格朗日方程，将步骤4.2.1中的公式（1）转化为：

（2）

式中：T为总能量；

Ta为扭转响应动能；

R为瑞利损耗函数；

V为势能；

J为导流板的转动惯量；

C为阻尼比；

4.2.3根据能量守恒，建立稳态衰减方程：

（3）

式中：为衰减初始角位移；

4.2.4根据公式（2）和公式（3）得到振动方程为：

（4）

4.3计算步骤4.2中的振动方程（4）的根植为25时所对应的车底导流装置的复合刚度K_s；

4.4由串联刚度系统运动学分析可知：

（5）

（6）

根据公式（5）和公式（6）可得

（7）

4.5将步骤4.3中得到的复合刚度K_s代入到公式（7）中得到弹簧的周向刚度K₂的危险值K_2x；

设定第二安全系数P，得到设置K₂的危险值范围为（K₂/P，K₂×P）；

则弹簧周向刚度K₂的第二取值范围为(0，K₂/P)∪(K₂×P, +∞)；

第五，将第三步中得到的K₂的第一取值范围和第四步中得到的K₂的第二取值范围取交集。

本发明的有益效果是：

本申请提供的一种车底导流装置及设计方法从降低车底风阻的角度出发，采用前端转轴机构与自调垂向位置的滑动悬置机构，实现接触障碍摆臂、自动复位导流，在实现降低风阻性能的同时解决了因设置车底导流装置而影响整车通过性的问题。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种车底导流装置的安装结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种车底导流装置的俯视图；

图3为图2中E-F区域的放大结构示意图；

图4为图2中A-B区域的放大结构示意图；

图5为转动组件的结构示意图；

图6为弹簧的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的一种车底导流装置的结构示意图；

图8为导向组件的结构示意图一；

图9为导向组件的结构示意图二。

图中：1、车体；

2、前车轮；

3、导流板；31、周围框架；32、板体；33、导向柱；

4、转动组件；41、转轴；411、法兰板；42、套筒；421、连接板；43、弹簧；431、本体；432、第二连接端；4321、第二回环；433、第一连接端；4331、第一回环；44、第一螺钉；45、第二螺钉；

5、导向组件；511、第一竖板；512、第一横板；513、安装板；521、第二竖板；5211、滑槽；522、第二横板；53、连接螺栓；531、锁紧螺母；54、减震件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细地描述，且所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而非全部的实施例。在本申请实施例的基础之上，本领域技术人员没有付出创造性劳动而获得的所有其他实施例，均应当属于本申请的保护范围。

如图1所示，一种车底导流装置包括位于前车轮2前侧(以行车方向为前向)的导流板3，所述导流板3的前端通过转动组件4与车体1转动连接，所述导流板3的后端通过悬置机构与车体1相连，且所述的悬置机构限制了所述导流板3绕前端转动组件4摆动的摆动范围。所述的摆动范围确定了上边界和下边界，当所述的导流板3摆动至下边界时，所述的导流板3呈向后倾斜的状态，即导流板3前端(以行车方向为前向)离地距离较大、尾端离地距离较小。

这样，在车辆行驶的过程中，所述的导流板3在自身重力的作用下处于下边界的位置，能够对车底气流进行导向，从而实现降低风阻的性能；当在车辆行驶过程中遇到障碍物时，所述的导流板3在触碰到障碍物后会向上摆动，从而形成被动避让，避免导流板3与障碍物发生硬碰撞，导致导流板3的损坏，保证了整车的通过性。

所述的导流板3包括周围框架31和板体32，所述的板体32通过焊接或紧固件连接的方式固定附着在所述周围框架31。作为一种具体实施方式，本实施例中所述周围框架31的上、下两侧均设置有板体32，且所述的板体32通过螺栓组件固定安装在所述的周围框架31上。

如图2和图5所示，所述的转动组件4包括转轴41和套设于所述转轴41外部的套筒42，且二者之间为间隙配合。所述导流板3的前端(以行车方向为前向)与所述的套筒42固定连接。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的转轴41呈中空的筒状结构，所述的套筒42上沿轴向设置有若干个连接板421，所述连接板421的一端通过焊接的方式与所述的套筒42固定连接，所述连接板421的另一端通过螺栓组件与所述的导流板3固定连接。示例性的，若干个所述的连接板421沿所述套筒42的轴向均匀布置。

如图3、图4和图5所示，所述的转轴41上位于所述套筒42的两端分别套设有弹簧43。所述的弹簧43包括呈螺旋状结构的本体431，且所述的本体431能够沿轴向压缩。所述本体431的两端分别设置有沿所述本体431的切向向外侧延伸的连接端，为了方便描述，所述弹簧43的两个连接端分别命名为第一连接端433和第二连接端432。所述的弹簧43同时具有轴向刚度K1和周向刚度K2。

在这里，所述的弹簧43类似于扭簧，但是区别在，现有的扭簧一般用于提供扭力，而不需要提供轴向的弹力，因此现有扭簧的螺栓部分的簧丝一般是贴合的，因此无法发生轴向的压缩。

如图3和图5所示，所述转轴41的两端分别固定设置有法兰板411，所述的法兰板411通过螺栓组件与车体1固定连接。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的法兰板411通过焊接的方式与所述的转轴41固定连接。所述弹簧43的第一连接端433的悬空端与所述导流板3的侧面或者套筒42端面固定连接，所述弹簧43的第二连接端432的悬空端与固定设置于所述转轴41端部的法兰板411固定连接。作为一种具体实施方式，本实施例中所述弹簧43的第一连接端433的悬空端与所述导流板3的侧面固定连接。

作为一种具体实施方式，本实施例中所述弹簧43的第一连接端433通过第一螺钉44与所述导流板3的侧面固定连接，所述第二连接端432的悬空端通过第二螺钉45与所述的法兰板411固定连接。

作为一种具体实施方式，本实施例中所述第一连接端433的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第一螺钉44的第一回环4331；所述第二连接端432的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第二螺钉45的第二回环4321。所述第一螺钉44的端部穿过所述的第一回环4331后与所述的导流板3螺纹连接，所述第二螺钉45的端部穿过所述的第二回环4321后与所述的法兰板411螺纹连接。

通过设置所述的弹簧43，且所述的弹簧43同时具有轴向刚度K1和周向刚度K2。这样，通过两个所述弹簧43的轴向刚度K1能够实现所述套筒42在转轴41上的对中，进而实现导流板3在横向（以垂直于车辆的行驶方向为横向）上的位置居中。通过两个所述弹簧43的周向刚度K2能够增大导流板3向上转动的阻力力矩。即所述的弹簧43能够阻碍所述导流板3向上转动。

这样设计的原因在于，车辆在快速行驶的过程中，经过车底的气流会推动导流板3向上转动，而一旦导流板3向上转动，其导流减阻的性能便会减弱。若不设置弹簧43，则气流推动导流板3向上运动时只需要克服导流板3自身的重力，而为了增大导流板3向上转动的阻力，而增加导流板3的重量显然是不合适的，一方面增加成本，另一方面也会增加油耗。通过设置弹簧43，这样气流在推动导流板3向上转动时，不仅需要克服导流板3自身的重力还要克服弹簧43的周向弹力，因此可以在不增加导流板3重量的前提下，增大导流板3向上转动的阻力，从而避免车辆在快速行驶的过程中，经过车底的气流推动导流板3向上转动，进而影响导流板3的导流减阻的性能。

如图1和图2所示，所述的悬置机构包括分别位于所述导流板3后端的左、右两侧的导向组件5，两组所述的导向组件5结构相同，且对称布置。

如图9和图10所示，所述的导向组件5包括设置于所述车体1上的导向架，所述的导向架上设置有呈弧形的滑槽5211，且所述滑槽5211的回转轴41线与所述转轴41的轴线重合，即所述滑槽5211的中心轨迹线是以转轴41的轴心为圆心的弧线，且所述滑槽5211的中心轨迹线的半径为r。如图4所示，所述导流板3的后端的左、右两侧分别设置有垂直于所述导流板3的侧面向外侧延伸的导向柱33。如图8所示，所述的导向柱33插入到对应导向架的滑槽5211内，所述的滑槽5211与所述的导向柱33相配合实现对导流板3的摆动导向。

作为一种具体实施方式，本实施例中当所述导流板3摆动至上边界时，所述的导流板3呈水平状态，所述导流板3的摆动的角度范围为a。

进一步地，如图9和图10所示，所述的导向组件5还包括安装架，且所述的导向架通过安装架与车体1相连接。所述的安装架与车体1固定连接，所述的导向架通过可拆卸的方式与安装架固定连接，且所述的安装架和导向架之间设置有减震件54。

作为一种具体实施方式，本实施例中所述的安装架包括第一竖板511，所述的导向架包括与所述的第一竖板511平行布置的第二竖板521。所述第一竖板511的下端设置有垂直于所述的第一竖板511向靠近第二竖板521一侧延伸的第一横板512，所述第二竖板521的上端设置有垂直于所述的第二竖板521向靠近第一竖板511一侧延伸的第二横板522，且所述的第二横板522位于所述第一横板512的上方。所述的第二横板522通过连接螺栓53与所述的第一横板512相连，所述连接螺栓53的端部向下依次穿过所述的第二横板522和第一横板512后延伸至所述第一横板512的下方，且所述的连接螺栓53上位于所述第一横板512的下方设置有锁紧螺母531。所述的连接螺栓53上位于所述的第一横板512和第二横板522之间套设有由弹性材料制作而成的减震件54。示例性的，所述的减震件54呈圆柱形筒状结构，且所述的减震件54由橡胶材料制作而成。所述的滑槽5211设置于所述的第二竖板521上。

示例性的，本实施例中所述的第一横板512和第二横板522之间设置有两个连接螺栓53。

进一步地，所述第一竖板511的上端设置有安装板513，且所述的安装板513通过螺栓组件与所述的车体1固定连接。示例性的，所述的安装板513垂直于所述的第一竖板511向远离第二竖板521的一侧延伸。

这样设计的原因在于，在路面障碍接触导流板3形成推力作用下，导流板3会绕前端的转轴41向上转动。待路面障碍接触结束后，在重力和弹簧43恢复力的作用下，导流板3会绕前端的转轴41向下转动，直至导流板3恢复至下边界状态，由于在此过程中位于导流板3上的导向柱33会与滑槽5211的下端部发生撞击，通过设置减震件54，能够实现振动能量的衰减。另外，在正常路面行车时，导向柱33接触停止在滑槽5211的底部位置，减震件54同样具备缓冲衰减路面振动的作用。

通过流体分析软件计算设计最高车速状态时，所述的导流板3的气流动压力F，并根据公式

得到导流板3获得外力的垂向分量F_z，并进而转化为等效重量M。

式中，g为重力加速度；

α为设计导流角(即在下边界时，导流板3与水平面之间的夹角)；

m为导流板3的重量。

如图10所示，假设导流板3允许的摆动角为β，则弹簧43的周向刚度K₂与导流板3允许的摆动角β之间存在如下关系：

式中，r为导流板3的长度，也即导流板3围绕S(前端转轴的轴心)转动半径。

通过弹簧43的周向刚度K₂与导流板3允许的摆动角β之间的关系可知，弹簧43的周向刚度K₂与导流板3允许的摆动角β成反比，即K₂越小则在最高设计车速工况下导流板3的摆动角β就越大。由于在最高设计车速工况下导流板3的摆动角β不能过大，否则会影响设计导流角α，从而影响导流板3的导流减阻性能。而在最高设计车速工况下导流板3的摆动角β直接受到弹簧43的周向刚度K₂的影响，因此弹簧43的周向刚度K₂不能过小。

而K₂过大，会导致导流板3向上转动时需要克服更大的阻力，这样，当导流板3遇到障碍物时发生碰撞的撞击力便会增大，在此情况下，虽然导流板3在遇到障碍时仍然能够抬起，但是也容易发生损伤和磨损。另外，K₂过大也会造成隔振性能下降，导流板3容易受到流场、路面激励产生共振问题。

综上所述，对于所述的弹簧43而言，其刚度应在一定的范围内，尤其是周向刚度K₂不能过大或过小，需要在一个合适的范围内。

对此，本申请提供一种设计方法，通过该方法能够方便快速的得到弹簧43周向刚度系数K₂的合理范围，并在合理范围内设置周向刚度K₂。

一种设计方法，包括以下步骤：

第一，确定弹簧43周向刚度K₂的第一下限值K_2min。

1.1基于车底导流性能要求，设计导流角α在设计最高车速工况下，不能发生明显的波动，因此预先设定在最高车速工况下允许的摆动角为β_max。

作为一种具体实施方式，本实施例中为了保证导流板3的导流减阻性能，车辆在行使的过程中所述设计导流角α的波动范围不超过0.1，即。当车辆的行使速度达到设定的最高速度时，所述导流板3的摆动角β达到最大值，为在最高车速工况下允许的摆动角β_max，且所述的/>。

1.2通过流体分析软件计算最高车速状态时，所述的导流板3的气流动压力F，并根据公式

得到导流板3获得外力的垂向分量F_z，并进而转化为导流板3的等效重量M。

式中，g为重力加速度；

α为设计导流角(即在下边界时，导流板3与水平面之间的夹角)；

m为导流板3的重量。

1.3将步骤1.1中设定的在最高车速工况下允许的摆动角β_max和步骤1.2中得到的导流板3的等效重量M代入到公式

得到弹簧43的周向刚度K₂的第一下限值K_2min。

式中，r为导流板3的长度；

g为重力加速度；

F为最高车速状态时，导流板3的气流动压力；

当K₂低于第一下限值K_2min时，在最高车速工况下，会造成导流板3摆动角多大，车底导流性能不足。

第二，确定弹簧43周向刚度K₂的第一上限值K_2max。

2.1根据导流板3的材料确定允许载荷f_i，并设定第一安全系数S_a和导流板3接触障碍后尾端（以远离转轴的一端为尾端）的高度变化安全行程h。

根据公式

计算弹簧43周向刚度K₂的第一上限值K_2max。

式中，F为最高车速状态时，导流板3的气流动压力；

r为导流板3的长度；

g为重力加速度；

f_i为导流板3的允许载荷；

S_a为设定的第一安全系数；

h为导流板3尾端的高度变化安全行程。

当K₂超过第一上限值K_2max时，接触障碍后会对导流板3造成不可逆损伤。

第三，根据第一步和第二步确定的边界值，得到弹簧43周向刚度K₂的第一取值范围（K_2min，K_2max）。

第四，基于避免导流板3发生共振的问题，确定弹簧43周向刚度K₂的第二取值范围。

对于解决隔振性能和共振问题，需要建立系统动力学模型进行解析分析。其中涉及两个关键难点。第一是车底导流装置的动力学模型如何简化与建立，第二是简化建立的动力学模型如何归纳成数学模型问题。解决上述两个问题便可以获得K₂的风险值范围，实际设计过程中应避开该风险值范围。

4.1建立动力学模型如图11所示，该动力学模型包括摆动体，该摆动体相当于车底导流装置中的导流板3，能够绕前端的一个点S转动，其等效质量为M。所述的点S为所述转轴的轴心。所述摆动体的前端设置有周向刚度为K₂的弹簧43。所述摆动体后端的上、下两侧分别设置有第一限位体和第二限位体，且第一限位体和第二限位体为串联关系。所述第一限位体的刚度为K_m，所述第二限位体的刚度为K_n。

在这里，所述的第一限位体相当于车底导流装置中的减震件，因此所述第一限位体的刚度K_m为减震件的刚度。由于车底导流装置中，当所述的导流板3处于下边界位置时，所述导向柱与所述滑槽的下端部接触，因此存在接触刚度，因此所述第二限位体的刚度K_n为该接触刚度。

本申请将单自由度线性质量-弹簧系统和单自由度扭转质量-弹簧系统结合，简化了车底导流装置，并建立了车底导流装置的动力学模型。

4.2根据步骤4.1建立的动力学模型，建立数学模型。

由于简化建立的动力学模型涉及单自由度线性质量-弹簧系统和单自由度扭转质量-弹簧系统两种典型的系统，两种系统在全局自由度是无法耦合的。但是由于该车底导流装置存在边界条件，即为所述导流板3尾端在竖直方向上的行程H相比导流板3的长度r并不显著（h/r不大于5%）。在此边界条件下，摆动提围绕点S的单自由度扭转质量-弹簧系统占据主要地位，而沿着垂向的单自由度线性质量-弹簧系统占据从属地位。

4.2.1根据步骤4.1建立的动力学模型，作用在车底导流装置上的激励力T_m为：

（1）

式中，T₀为初始激励值；

θ₀为初始角；

θ为导流板3绕前端转轴的轴心S的扭转角位移响应；

为广义角速度响应；

C为阻尼比；

t为时域变量；

K_s为车底导流装置的复合刚度。

4.2.2采用拉格朗日方程，将步骤4.2.1中的公式（1）转化为：

（2）

式中：T为总能量；

Ta为扭转响应动能；

R为瑞利损耗函数；

V为势能；

J为导流板3的转动惯量；

C为阻尼比。

4.2.3根据能量守恒，建立稳态衰减方程：

（3）

式中：为衰减初始角位移。

4.2.4根据步骤4.2.2中的公式（2）和步骤4.2.3中的公式（3）得到振动方程为：

（4）

式中，u为转动输出量；

A、B、C分别为状态矩阵。

4.3计算步骤4.2中的振动方程（4）的根植为25时所对应的车底导流装置的复合刚度K_s。

步骤4.2中得到的振动方程（4）的根值即为车底导流装置的模态频率f₁。由于f₁需要避开0-25Hz的激励频率范围，即f₁>25。因此利用matlab的龙哥-库塔方法编程计算根值为25所对应的车底导流装置的复合刚度K_s，即可以得到复合刚度K_s的危险值。

4.4由于在步骤4.1中所建立的动力学模型中，第一限位体和第二限位体为串联，因此由串联刚度系统运动学分析可知：

（5）

式中：F_i为一般性静载，且F_i可以表示为，

（6）

根据公式（5）和公式（6）可得

（7）

4.5将步骤4.3中得到的复合刚度K_s的危险值代入到公式（7）中得到弹簧43的周向刚度K₂的危险值K_2x。

此时得到的危险值K_2x，即对应车底导流装置频响峰值位置，应避免选取。

进一步地，由于隔振系统要求具备合理和充分的避频特性，因此设置K₂的危险值范围为（K₂/P，K₂×P），其中所述的P为第二安全系数。在设计K₂过程应该避免选择该危险值范围中数值。

作为一种具体实施方式，本实施例中的第二安全系数P的取值为1.414。

因此，弹簧43周向刚度K₂的第二取值范围为(0，K₂/P)∪(K₂×P, +∞)。

第五，将第三步中得到的K₂的第一取值范围和第四步中得到的K₂的第二取值范围取交集，得到K₂的最终取值范围为(K_2min，K_2max)∩((0，K₂/P)∪(K₂×P, +∞))。

在满足振动要求和减阻性能要求的前提下，由于弹簧43的周向刚度K₂越小越好，因此K₂的理想值为min[(K_2min，K_2max)∩((0，K₂/P)∪(K₂×P, +∞))]，即取最终取值范围中的最小值。

本领域技术人员在本申请提供的实施例的基础上，通过对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等手段而得到的其他实施例，均没有超出本申请的保护范围。

以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，即在本申请实施例的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车底导流装置，其特征在于：包括导流板（3），所述导流板（3）的前端通过转动组件（4）与车体（1）转动连接，所述导流板（3）的后端通过悬置机构与车体（1）相连，且所述的悬置机构限制了所述导流板（3）的摆动范围；

当所述的导流板（3）处于摆动范围的下边界时，所述的导流板（3）呈向后倾斜的状态；

所述的转动组件（4）包括转轴（41）；

所述的悬置机构包括对称设置于所述导流板（3）两侧的导向组件（5），所述的导向组件（5）包括导向架，所述的导向架上设置有呈弧形的滑槽（5211），且所述滑槽（5211）的回转轴线与所述转轴（41）的轴线重合，所述的导流板（3）上设置有与所述的滑槽（5211）相配合的导向柱（33）；

所述的导向组件（5）还包括安装架，所述的安装架与车体（1）固定连接，所述的导向架通过可拆卸的方式与安装架固定连接，且所述的安装架和导向架之间设置有减震件（54）。

2.根据权利要求1所述的一种车底导流装置，其特征在于：所述的转动组件（4）还包括套设于所述转轴（41）外部的套筒（42），所述导流板（3）的前端与所述的套筒（42）固定连接，所述的转轴（41）上位于所述套筒（42）的两端分别套设有弹簧（43），所述的弹簧（43）包括呈螺旋状结构的本体（431），且所述的本体（431）能够沿轴向压缩，所述本体（431）的两端分别设置有第一连接端（433）和第二连接端（432），所述第一连接端（433）与所述导流板（3）或套筒（42）固定连接，所述第二连接端（432）与固定设置于所述转轴（41）端部的法兰板（411）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种车底导流装置，其特征在于：所述第一连接端（433）通过第一螺钉（44）与所述导流板（3）或套筒（42）固定连接，所述第二连接端（432）通过第二螺钉（45）与所述的法兰板（411）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种车底导流装置，其特征在于：所述第一连接端（433）的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第一螺钉（44）的第一回环（4331），所述第二连接端（432）的端部呈弯曲状态，并形成用于容纳第二螺钉（45）的第二回环（4321）。

5.根据权利要求1所述的一种车底导流装置，其特征在于：所述的安装架包括第一竖板（511），所述的导向架包括与第一竖板（511）平行布置的第二竖板（521），所述第一竖板（511）的下端设置有第一横板（512），所述第二竖板（521）的上端设置有第二横板（522），且所述的第二横板（522）位于所述第一横板（512）的上方，所述的第二横板（522）通过连接螺栓（53）与所述的第一横板（512）相连，且所述的连接螺栓（53）上位于所述的第一横板（512）和第二横板（522）之间套设有由弹性材料制作而成的减震件（54）。

6.根据权利要求5所述的一种车底导流装置，其特征在于：所述第一竖板（511）的上端设置有安装板（513），且所述的安装板（513）通过螺栓组件与所述的车体（1）固定连接。

7.一种应用于权利要求2-4中任一项所述的一种车底导流装置的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一，确定弹簧（43）周向刚度K₂的第一下限值K_2min；

1.1预设在最高车速工况下允许的摆动角为β_max；

1.2计算导流板（3）的等效重量M；

1.3根据步骤1.1中设定的在最高车速工况下允许的摆动角β_max和步骤1.2中得到的导流板（3）的等效重量M计算弹簧（43）的周向刚度K₂的第一下限值K_2min；

第二，确定弹簧（43）周向刚度K₂的第一上限值K_2max；

2.1根据导流板（3）的材料确定允许载荷f_i，并根据允许载荷f_i计算弹簧（43）周向刚度K₂的第一上限值K_2max；

第三，根据第一步和第二步确定的边界值，得到弹簧（43）周向刚度K₂的第一取值范围（K_2min，K_2max）；

第四，确定弹簧（43）周向刚度K₂的第二取值范围；

4.1建立动力学模型，所述的动力学模型包括摆动体，所述摆动体的前端设置有周向刚度为K₂的弹簧（43），所述摆动体后端的上、下两侧分别设置有第一限位体和第二限位体，且第一限位体和第二限位体为串联关系，所述第一限位体的刚度为K_m，所述第二限位体的刚度为K_n；

4.2根据步骤4.1建立的动力学模型，建立数学模型；

4.2.1根据步骤4.1建立的动力学模型，作用在车底导流装置上的激励力T_m为：

（1）

式中，T₀为初始激励值；

θ₀为初始角；

θ为导流板绕前端转轴的轴心S的扭转角位移响应；

为广义角速度响应；

C为阻尼比；

t为时域变量；

K_s为车底导流装置的复合刚度；

4.2.2采用拉格朗日方程，将步骤4.2.1中的公式（1）转化为：

（2）

式中：T为总能量；

Ta为扭转响应动能；

R为瑞利损耗函数；

V为势能；

J为导流板的转动惯量；

C为阻尼比；

4.2.3根据能量守恒，建立稳态衰减方程：

（3）

式中：为衰减初始角位移；

4.2.4根据公式（2）和公式（3）得到振动方程为：

（4）

4.3计算步骤4.2中的振动方程（4）的根植为25时所对应的车底导流装置的复合刚度K_s；

4.4由串联刚度系统运动学分析可知：

（5）

（6）

根据公式（5）和公式（6）可得

（7）

4.5将步骤4.3中得到的复合刚度K_s代入到公式（7）中得到弹簧（43）的周向刚度K₂的危险值K_2x；

设定第二安全系数P，得到设置K₂的危险值范围为（K₂/P，K₂×P）；

则弹簧（43）周向刚度K₂的第二取值范围为(0，K₂/P)∪(K₂×P, +∞)；

第五，将第三步中得到的K₂的第一取值范围和第四步中得到的K₂的第二取值范围取交集。