專利名稱：用于車輛的空氣動力學裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于改進車輛的空氣動力學特性的裝置。特別地，本發(fā)明涉及一種改進了具有箱形形狀的車輛或掛車的后端處的特性的裝置。
背景技術：
近年來，總的來說，對于改進車輛的空氣動力學特性方面的興趣日益增加。其主要原因是燃料成本增加，對車輛空氣動力學特性的改進因此可降低燃料消耗并因此可降低燃料成本。特別地，運輸和載重業(yè)務類的專業(yè)公司感受到了保持低燃料成本的迫切性，這也是載重車輛的制造商們?yōu)楹蜗Ｍ峁┚哂械腿剂舷牡能囕v的原因。許多載重車輛都具有箱形形狀，從而其貨箱或掛車是大致箱形的。這種形狀有一定的好處，特別地，這是適合于在貨箱內(nèi)設法裝載盡可能多貨物的形狀。然而，貨箱的后端將因此包括呈直角的角部并具有不適合于空氣動力學的形狀。為了改進空氣動力學特性并實現(xiàn)風阻的降低，已經(jīng)對掛車或貨箱的后端進行了修改。在現(xiàn)有技術中，眾所周知的是使用永久安裝的、用于改進車輛空氣動力學特性的剛性結構，例如風板或類似裝置。然而，這樣的結構通常不便用于卡車或掛車，因為它們將可能擋住從貨箱門到貨箱的路徑。因此，這種結構將最可能需要是易拆卸或易安裝的，從而它們不會干涉通過貨箱門到貨箱的通路，例如通過僅安裝在貨箱門上。然而，這些種類的結構可能會使掛車/卡車增加一些長度，而在許多國家中，對卡車的長度存在一定限制，從而所增加的風板可能導致車輛過長或者導致貨箱本身必須變小(即變短)。在US 4，142，755中公開了一種結構，其目的是成流線型地形成掛車或卡車的后部。 此結構由剛性桿或剛性護罩形成，該剛性桿對形成該結構的表面的柔性材料進行支撐。為了克服上述問題，已提出了使用易于在展開位置和存放位置之間切換的裝置。例如，在US 5，823，610中公開了這種變型，其中描述到卡車或掛車的后端設置有可膨脹的囊狀物，通過使該囊狀物在滾動柱體上卷起或展開，該囊狀物的位置可在展開位置和存放位置之間變化。當囊狀物處于其展開位置時，該囊狀物可膨脹，從而掛車的后端形成更有利的空氣動力學形狀。在US 5，375，903中公開了可膨脹的空氣囊狀物的又一個例子，其中該空氣囊狀物在擱置狀態(tài)時處于收縮狀況下，且通過由于車輛移動而引起的動壓力而膨脹。該空氣囊狀物還包括擾流器元件，該擾流器元件在空氣囊狀物膨脹時移動到展開位置，在此展開位置， 該擾流器元件相對于車輛成角度地延伸。US 6，409，252也描述了一種可膨脹的設備，其用于改進掛車后端處的空氣動力學特性。此設備可以使用與US 5，375，903中描述的膨脹裝置類似的膨脹裝置。US 6，409，252中的結構設置有水平延伸(以穩(wěn)定側(cè)表面并使之平坦) 和豎直延伸(以使上表面和下表面平坦)的內(nèi)部索。在US 4，688，841中描述了一種用于降低車輛上的空氣阻力的裝置，該裝置利用織物封閉件的外表面和內(nèi)表面之間的壓力差而自行膨脹。因此，已知了多種用于改進掛車或卡車后端處的空氣動力學特性的可膨脹結構。 這些結構的好處是具有柔性且可在展開的膨脹狀態(tài)和松弛的非膨脹狀態(tài)之間改變，在所述膨脹狀態(tài)中，希望能降低風阻，而在所述非膨脹狀態(tài)中，其結構大致是扁平的。然而，如果這樣的結構(即可膨脹結構)未制成氣密的或在該結構內(nèi)存在孔洞，則該結構將塌縮。此外， 還需要某些種類的充氣機構來將空氣填充到該結構內(nèi)。因此，希望提供一種不具有上述缺陷的柔性結構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于降低車輛或掛車的風阻的空氣動力學裝置。該空氣動力學裝置用于在車輛或掛車的后端處或后端附近安裝到車輛結構。本發(fā)明尤其適合于具有箱形形狀的車輛(例如普通的貨運卡車、大客車或掛車)，所述車輛具有相對于側(cè)壁、車頂和地板大致成直角的后端壁。該空氣動力學裝置包括柔性片狀材料。該片狀材料優(yōu)選是可塌縮和非自支撐的，從而，該片狀材料可布置到車輛或掛車上使得該片狀材料在其處于擱置位置 (resting position)時沿著所述車輛結構懸垂。該柔性片狀材料還布置成使得其在展開時延伸超過所述車輛或掛車的后端。該柔性片狀材料具有內(nèi)側(cè)或內(nèi)部以及外側(cè)或外部。該內(nèi)側(cè)是在所述柔性片材處于擱置狀態(tài)時面向所述車輛結構并在所述柔性片材展開時面向車輛縱向中心線的側(cè)。該外側(cè)是在所述柔性片材結構處于其擱置位置時背對著所述車輛結構并在所述柔性片材展開時背對著車輛縱向中心線的側(cè)。所述柔性材料附接到車輛結構使得該柔性材料由于柯恩達效應(coanda effect)而展開。當車輛或掛車在前行方向上移動時，所述柯恩達效應導致該柔性片狀材料外側(cè)的壓力低于柔性片狀材料內(nèi)側(cè)的壓力。其壓力差取決于車輛的速度，且更高的速度導致更高的壓力差，由此引起試圖將所述片材展開的更強的力。根據(jù)本發(fā)明，該柔性材料還通過至少一個限制器附接到所述車輛結構，從而該限制器通過限制而使處于其展開狀態(tài)的所述柔性材料成形為期望的形狀。本發(fā)明的一個優(yōu)點是當車輛不移動或緩慢移動時，所述空氣動力學裝置將自動塌縮，從而該裝置將不會使車輛的長度有任何明顯增加。本裝置的另一個優(yōu)點是本裝置能夠在沒有應充氣的密閉空間的情況下工作，因此無需任何類型的充氣機構或不必冒如下風險孔洞可能會破壞該設備。因此，所述柔性片狀材料可以由簡單的織物或者由不包括或未形成密閉空間的片材制成。由于可塌縮結構并且省去了密閉的可充氣空間，所述空氣動力學裝置可容易地設計成使得它允許通過后端的貨箱門容易地接近貨箱，因為該裝置可包括分別位于側(cè)部和車頂處的多個分離的片。因此，所述柔性片狀材料可設計成使得其具有與車輛結構緊密附接的一邊以及與該一邊相反的自由端，該自由端與車輛結構間隔開。然而，該自由端由于所述限制器而具有受限的移動自由度，但可移動到距車輛后端大約IOcm 至an的距離處。因此，該設備可容易地設計成使得當車輛停止時，無需采取額外的措施就能接近所述貨箱。雖然能夠為不同邊緣使用多個分離的片材，但也能使用被成形為裝配并附接到數(shù)個邊緣的單一片材，例如適于沿著側(cè)邊緣和車頂邊緣裝配的一個單一片材。另一方面，也可以為一個邊緣使用數(shù)個片材，例如，希望其具有多個較小的扇形段，這些扇形段沿著一個邊緣分割開以便于打開貨箱門或裝載平臺。因此，在同一車輛或掛車上可設置數(shù)個柔性片狀材料。例如，可在車輛后端的每一側(cè)均設置一個柔性片材。使用兩個片材(每側(cè)各一個)將使得容易通過貨箱后門而接近貨箱，因為這些片材將塌縮并沿著車輛的每一側(cè)懸垂，從而在通過貨箱后門進入時不存在障礙。在車頂處也可以有一個片材。在地板平面處可以也設置一個片材。然而，在下邊緣處，空氣流動型式(air streaming profile)通常是不同的， 且此片材的效果與在側(cè)部及車頂處設置片材相比通常不太重要。所述空氣動力學裝置可布置成當車輛與周圍空氣的相對速度為50km/h或更高、 70km/h或更高、或者80km/h或更高的速度時，該空氣動力學裝置完全展開。通常，該空氣動力學裝置應構造成在速度大約為80km/h至100km/h時提供其最佳減阻效果，該速度是大多數(shù)商用車輛工作時的行駛速度，并且，當車輛以相對高的速度(例如以70km/h和更高速度)移動時，空氣阻力對于車輛行駛阻力有重大影響。因此，形成該減阻空氣動力學裝置的一部分的柔性片狀材料通常在車輛后端的邊緣處或邊緣附近附接到車輛，通過沿著整個邊緣附接或者沿著邊緣在多個附接點處附接來固定所述片狀材料的第一邊。所述柔性材料可沿著其多條邊中的一條邊(第一邊)附接到車輛結構的側(cè)部，或附接在與該車輛結構或掛車的所述側(cè)部及末端部的接合部(即后邊緣)緊挨的位置，以提供該框架的延續(xù)部分，當該空氣動力學裝置展開時，該延續(xù)部分大致與所述車輛結構齊平。 通過以此方式附接該柔性材料，可以優(yōu)化空氣動力學特性。該柔性片材結構可以成形為朝著車輛方向上的縱向中心線向內(nèi)柔和地彎曲。附接到該柔性片狀材料且用于對展開的該空氣動力學裝置進行成形的限制器能夠由諸如繩、線、帶、柔性片材的可塌縮材料或類似的可塌縮結構制成，或者由一個或數(shù)個剛性結構制成，例如條、桿或棒。如果所述限制器由諸如繩、帶等的可塌縮結構制成，則當該空氣動力學裝置處于其塌縮狀態(tài)時，所述限制器將自然塌縮。如果該限制器由更剛性的結構制成，則該限制器可通過鉸鏈連接到車輛結構，從而，當該空氣動力學裝置處于其展開狀態(tài)時，該限制器可樞轉(zhuǎn)而從車身延伸出去，而當該空氣動力學裝置處于其塌縮狀態(tài)或擱置位置時，該限制器可樞轉(zhuǎn)成沿著所述車輛結構懸垂。這些限制器也可由片狀材料制成，且可以沿著連續(xù)的線附接到該空氣動力學減阻片狀材料。例如，這些限制器可在所述柔性片材的自由邊緣處或自由邊緣附近附接到該柔性片材，該自由邊緣例如是所述柔性片狀材料的、位于其與車輛結構附接的所述第一邊相反的一側(cè)的松弛邊或自由邊緣。所述限制器可錨固到車輛結構，使得該限制器允許片狀材料展開到具有期望的延伸度和形狀。然而，并非必須如此附接所述限制器，且可以改變這些限制器的附接點，或可以在這些附接點處增加另外的限制器。可以改變所述限制器的數(shù)量、長度和位置，以便實現(xiàn)該空氣動力學裝置在其展開狀態(tài)下的期望形狀。該空氣動力學裝置也可設計成使得所述片狀材料設置有剛性或半剛性結構，該剛性或半剛性結構有助于在所述片狀材料處于其展開狀態(tài)時使所述片狀材料形成為期望的形狀。例如，這些結構可類似于用于帆的板條，所述板條是自支撐的但仍具有一定的柔性， 且有助于增強該帆(柔性片材)的強度以減小所述柔性片材的顫動或拍動。這些剛性結構(例如板條)可平滑地彎曲，從而它們將使所述柔性材料成形為朝向車輛的縱向中心線平滑地向內(nèi)彎曲。在此情況中，認為這些剛性結構主要在水平方向上延伸。當然，這些結構也可處于豎直延伸方向上或處于任何期望的定向上，以有助于成形所述柔性片狀材料的形狀并使所述柔性片狀材料具有期望的剛度。形成該空氣動力學裝置的一部分的所述柔性片狀材料可由織物、塑料、非織造材料制成，或者由任何類型的、在車輛不移動時能夠塌縮且在車輛移動時能夠利用柯恩達效應而展開的片狀材料制成。該空氣動力學裝置的柔性材料的、布置成在展開時延伸超過所述車輛或掛車后端的部分優(yōu)選在0. 2米至2米之間延伸，更優(yōu)選在0. 3米至1. 5米之間延伸，最優(yōu)選在0. 4 米至1.0米之間延伸。盡管顯而易見的是，所述柔性材料的非常短的延伸長度(例如小于 IOcm)將無助于空氣阻力的任何顯著降低(盡管作用在車輛上的空氣阻力也會降低)，但對于本發(fā)明的構思來說，嚴格的長度并非很重要。另一方面，所述柔性片材的從車輛后端延伸得非常長(例如長于3米)的部分將難以允許展開到期望的形狀并實現(xiàn)在其展開狀態(tài)下的自支撐和足夠剛度。此外，該片材也將過長而導致在處于其非展開狀態(tài)時不能方便地存放并沿車輛懸垂，且該片材的一部分因此可能在車輛以低速移動時拖到地面上。因此，該片材的從所述后端延伸的長度應足夠長以提供所期望的減阻效果，同時它不應過長而使得該片材難以如期望地展開或者使得該片材在不展開時難于存放或甚至拖到地面上。


圖1是不帶有任何減阻空氣動力學裝置的、卡車后端的等軸測視圖。圖2是帶有處于展開狀態(tài)的減阻空氣動力學裝置的、卡車后端的等軸測視圖。圖3是設置有處于展開狀態(tài)的減阻空氣動力學裝置的、卡車后端的側(cè)視圖。圖4是設置有處于擱置狀態(tài)的減阻空氣動力學裝置的、卡車后端的側(cè)視圖。圖5是設置有處于展開狀態(tài)的減阻空氣動力學裝置的、卡車后端的側(cè)視圖，其中該空氣動力學裝置設置有形狀成形板條。圖6a、圖6b是卡車后端周圍的空氣流的示意圖，其中卡車在不帶有空氣動力學裝置的情況下(圖如)以及當該卡車設置有空氣動力學裝置(圖恥)的情況下移動。
具體實施例方式圖1示出了普通卡車1的箱形后端。該卡車具有后端面板2、第一側(cè)面板3a和第二側(cè)面板北、以及車頂面板4。側(cè)面板3a、3b以及車頂面板4相對于后端面板2成直角，從而在側(cè)面板3a、!3b與后端面板2之間形成尖銳邊緣5ajb并在車頂面板4與后端面板2之間形成尖銳邊緣5c。在圖2中，圖1中的卡車1已設置有空氣動力學裝置6，該空氣動力學裝置6被示出為處于其展開狀態(tài)。該空氣動力學裝置包括附接到各個邊緣fe、5b、5c的柔性片材7a、 7b、7c。在此視圖中，分別與左側(cè)邊緣如和車頂邊緣5c附接的柔性片材7a、7c的外側(cè)是可見的，同時，附接到右側(cè)的柔性片材7b的內(nèi)側(cè)是可見的?？諝鈩恿W裝置6還包括限制器 8，在卡車1的右側(cè)處的柔性片材7b的內(nèi)側(cè)，該限制器8是可見的。在此情況中，限制器8 被示例為數(shù)件片狀材料。限制器8的形狀大致為圓的扇形段，該扇形段的弧線沿水平線附接在柔性片材7b上，而該扇形段的大致直線的邊界線附接到卡車1的后端面板2。同樣，在其它柔性片材7a、7c上也設有限制器，但在該視圖中不可見。當卡車1在前行方向上移動時，該空氣動力學裝置利用卡車1與環(huán)境空氣之間的相對速度而展開。卡車1的運動引起內(nèi)側(cè)(高壓側(cè))和外側(cè)(低壓側(cè))之間的壓力差，從而所述片材將被向外吸而達到展開狀態(tài)。因此，限制器8限制了片材7a、7b、7c的可能的向外移動，從而這些片材將實現(xiàn)期望的形狀。顯而易見的是，本領域技術人員可以對限制器8和/或柔性片材7a、7b、7c的形狀進行修改，以便實現(xiàn)另一種期望的展開形狀。圖3是設置有減阻空氣動力學裝置6的卡車1的側(cè)視圖，該空氣動力學裝置6被示出為處于其展開狀態(tài)。圖4是設置有處于擱置狀態(tài)的減阻空氣動力學裝置6的、卡車1的后端的側(cè)視圖。 柔性片材7沿著卡車1的后端面板2懸垂。圖5中示出了卡車1的與圖3中相同的視圖，但差別在于減阻裝置6的柔性片材 7此時設置有形狀成形板條9。這些板條9可以是柔性片材7的一體部分，或者是可容易地附接和拆離的可拆離裝置。圖6中示出了當卡車1在前行方向上移動時從上方觀察到的、卡車1的后端周圍的空氣流或空氣湍流的示意圖。箭頭的長度表示其與卡車1移動時影響該卡車1的阻力成比例。在圖6a中，示出了不帶有任何空氣動力學裝置的普通卡車?？ㄜ?的后端之后的長箭頭表示相當大的阻力。尖銳邊緣5ajb將導致空氣流沿著這些邊緣的側(cè)部3a、!3b突然分離，因此在卡車1的后端處將存在真空或明顯的低壓，從而產(chǎn)生大的阻力。在圖6b中，通過空氣動力學裝置6避免了空氣流沿著側(cè)部3a、3b的突然分離。平滑地彎曲的柔性片材7a、 7b將有助于在卡車1的后端處形成更好的流線型。因此，在該卡車的后端將存在較少的真空或不那么明顯的低壓，并且，如與更低阻力相對應的更短箭頭所指示的，沿著卡車1的側(cè)部3a、3b的空氣流將從卡車1更平滑地分離。
權利要求
1.一種用于降低車輛(1)或掛車(1)的風阻的空氣動力學裝置(6)，所述空氣動力學裝置(6)用于在所述車輛(1)或掛車(1)的后端處或后端附近安裝到車輛結構，所述裝置 (6)包括柔性片狀材料(7a、7b、7c)，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)的至少一部分布置到所述車輛(1)或掛車(1)，從而當所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)處于擱置位置時，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)沿著所述車輛結構懸垂，并且所述部分布置成在展開時延伸超過所述車輛⑴或掛車⑴的后端，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)具有內(nèi)側(cè)和外側(cè)，并且，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)附接到所述車輛結構使得所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)由于柯恩達效應而展開，當所述車輛(1)或掛車(1)移動時，所述柯恩達效應導致所述柔性片狀材料 (7a.7b.7c)外側(cè)的壓力低于所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)內(nèi)側(cè)的壓力，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)還通過至少一個限制器(8)附接到所述車輛結構，從而所述限制器(8)通過限制而使處于展開狀態(tài)下的所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)成形為期望的形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述空氣動力學裝置(6) 布置成在所述車輛(1)與周圍空氣的相對速度為50km/h或更高的速度時完全展開。
3.根據(jù)權利要求2所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述空氣動力學裝置(6) 布置成在所述車輛(1)與周圍空氣的相對速度為70km/h或更高的速度時完全展開。
4.根據(jù)權利要求1所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述空氣動力學裝置(6) 布置成在所述車輛(1)與周圍空氣的相對速度為80km/h或更高的速度時完全展開。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)沿著所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)的多條邊中的一條邊附接到所述車輛結構的側(cè)面板(3a或北)，或附接在與所述車輛結構或掛車(1)的側(cè)面板及末端部的接合部緊挨的位置，以提供所述車輛結構的延續(xù)部分，所述接合部形成邊緣( 或5b)，當所述空氣動力學裝置(6)展開時，所述延續(xù)部分大致與所述車輛結構齊平。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述限制器(8)由諸如繩、線、柔性片材等的可塌縮材料制成，或者所述限制器(8)由樞轉(zhuǎn)地連接到所述車輛結構的剛性結構制成，從而所述限制器(8)能夠繞軸線樞轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)以在所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)處于擱置位置時沿著所述車輛(1)的框架懸垂。
7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述限制器(8)在所述片狀材料(7a、7b、7c)的自由邊緣處或自由邊緣附近附接到所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)。
8.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)設置有剛性結構，當所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)處于展開狀態(tài)時， 該剛性結構使所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)形成期望的形狀。
9.根據(jù)權利要求8所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述剛性結構平滑地彎曲，從而所述剛性結構將使所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)成形為平滑地向內(nèi)彎曲。
10.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)由織物、塑料或非織造材料制成。
11.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)的布置成在展開時延伸超過所述車輛(1)或掛車(1)后端的所述部分的長度在0. 2米至2米之間，更優(yōu)選在0. 3米至1. 5米之間，最優(yōu)選在0. 4米至1米之間。
12.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)，其特征在于，所述柔性片狀材料(7a、7b、7c)的自由邊緣設置有諸如板條等的剛性結構。
13.—種車輛(1)或掛車(1)，其包括根據(jù)權利要求1至12中的任一項所述的空氣動力學裝置(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于降低車輛(1)或掛車(1)的風阻的空氣動力學裝置(6)。該空氣動力學裝置(6)用于在車輛(1)的后端處或后端附近安裝到車輛結構。該裝置(6)包括布置到車輛(1)或掛車(1)的柔性片狀材料(7a、7b、7c)，從而當該柔性片狀材料處于擱置位置時，該柔性片狀材料沿著車輛結構懸垂，且該柔性片狀材料布置成在展開時延伸超過車輛(1)或掛車(1)的后端。該柔性片狀材料(7a、7b、7c)具有內(nèi)側(cè)和外側(cè)。該柔性片狀材料(7a、7b、7c)附接到所述車輛結構，從而該柔性片狀材料由于柯恩達效應而展開，當車輛(1)或掛車(1)移動時，柯恩達效應導致該柔性片狀材料(7a、7b、7c)外側(cè)的壓力低于其內(nèi)側(cè)的壓力。該柔性片狀材料(7a、7b、7c)還通過至少一個限制器(8)附接到所述車輛結構，從而所述限制器(8)通過限制而使處于其展開狀態(tài)下的柔性片狀材料(7a、7b、7c)成形為期望的形狀。本發(fā)明還涉及一種包括這種空氣動力學裝置(6)的車輛(1)或掛車(1)。
文檔編號B62D35/00GK102209661SQ200880131896
公開日2011年10月5日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權日2008年11月6日
發(fā)明者比約恩·博格奎斯特, 萊納斯·耶爾姆 申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司