固定在车辆下方的空气动力学装置和装备有这种空气动力学装置的车辆的制作方法

本发明涉及一种适于固定在车辆下方并从车辆向下延伸的空气动力学装置，该车辆特别是具有大致竖直的前脸(front face)的车辆，例如卡车。本发明还涉及一种包括空气动力学装置的车辆。

背景技术：

多年来，已经尝试提高车辆效率。有效设计中的一个因素是车辆的空气动力学特性。车辆(尤其是诸如卡车的工业车辆)的空气阻力是对燃料消耗有直接影响的因素之一。因此，在趋向稀有和昂贵的能源(无论是否是化石能源)的总体趋势中，空气动力学是高效率车辆的关键问题之一。

当前工业车辆的一个问题是由车辆下方流动的空气产生的阻力。实际上，当车辆沿前行方向运动时，空气流在车辆下方大致从前向后地经过，其中，在侧向风的情况下，可能相对于纵向方向倾斜。该空气流趋向于在车轮周围引起湍流。因此，从空气动力学角度来看，这种空气路径是不利的，因为它增大了车辆阻力系数，因此产生了高的燃料消耗。

因此，显然，车辆空气动力学性能、特别是车辆下方的车辆空气动力学性能存在改进空间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空气动力学装置，它改善了车辆下方的空气动力学。

根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1所述的空气动力学装置来实现。

因此，通过在车辆下方安装其尺寸适合于车辆尺寸的空气动力学装置并通过将其适当地定位，能够偏转和渠道化引导(canalize)在车辆下方向后流动的空气离开车轮。因此，车辆下方的阻力、特别是由于车轮而引起的阻力减小了。

实际上，一方面，入流空气的一部分进入设在中央扰流器和侧向扰流器之间的通道。因为通道向后渐缩并且由于其轴线的定位，该空气流被大致纵向地向后加速和渠道化引导。结果，在每个通道的后端，获得了较窄且相当强的空气流，该空气流能够沿适当方向被有效地引导。这种布置的总体结果是：无论流入的空气流的方向如何，在卡车下方经过的空气流都大致纵向地偏离，这允许车轮不在空气路径上。在该气流从所述通道中流出之后，其方向不再能够受到控制。然而，由于所述通道提供的加速度，该空气流趋向于在向后的较长路径上遵循它已被赋予的方向。这大大限制了朝向车轮流动的空气的量。

另一方面，所述空气动力学装置还能够被设计成使得入流空气的另一部分沿着侧向扰流器的外侧壁流动或甚至向外转向，以限制对车轮的阻力。

因此，本发明使得能够大大改善在车辆地板的水平面以下(即，在车辆下方和车辆周围)的空气路径，并因此降低车辆空气动力学阻力并减少燃料消耗。

与防止空气在车辆下方流动的前部空气动力学装置相比，允许空气沿着改进的路径在车辆下方流动还确保了车辆的稳定性。

“具有大致纵向轴线的通道”是指通道轴线和纵向方向可以形成很小的角度，通常小于10°，优选小于5°。该通道能够稍微向外定向，只要它使得被渠道化引导的气流能够不引向车轮即可。“通道轴线”被定义为由两个邻接扰流器的侧壁形成的扇区的平分线，例如，由右侧侧向扰流器的内侧壁和中央扰流器的右侧壁或者由左侧扰流器的内侧壁和中央扰流器的左侧壁形成的扇区的平分线。

侧向扰流器的内侧壁和中央扰流器的对应侧壁不必关于纵向轴线对称。关于这些侧向扰流器，优选它们是基本相同的，但这不是限制性的。

在该空气动力学装置的可操作位置上，中央扰流器和侧向扰流器的前壁的上边缘可大致布置在同一个竖直平面(transverse and vertical plane)上。

根据一实施例，通道的侧壁一起形成向后指向并且范围为5°至50°、优选为10°至40°、例如约30°的角度。这使得能够在卡车下方沿正确的方向引导气流。

根据一实施例，通道前端处的通道宽度的范围为侧向扰流器最大宽度的80％至170％，优选为100％至150％。

根据一实施例，扰流器的下部能够因诸如障碍物或路面的刚性元件而弹性变形。然而，在正常状况下，扰流器足够刚性，不会因流入的空气流而变形。该特征防止了扰流器在它们撞击这种刚性元件的情况下损坏。例如，扰流器的下部(或整个扰流器)可以由软塑料材料制成。在受到冲击的情况下，可以更换损坏的扰流器。

此外，至少一个扰流器的厚度能够从其上边缘向其下边缘减小。该特征可用于使扰流器的下部能够如前文所述地弹性变形。

根据一实施例，所述中央扰流器的每个侧壁和前壁形成范围为80°至150°、优选为90°至120°、例如约110°的角度。更一般地，所述角度在最小值至最大值的范围内，其中最小值为80°，优选为90°，更优选为95°，而最大值为150°，优选为140°，优选为120°，更优选为110°。

关于从其前端朝向其后端的中央扰流器长度(沿纵向方向)，其范围可以为50至200mm，优选为50至160mm。该特征确保了空气流被适当地引导，并且所述空气动力学装置不会损害空气动力学。

低于最小值时，效率不是最佳的。高于最大值时，中央扰流器阻力太高；此外，在侧向风的情况下，被入流空气撞击的表面区域太大，这降低了所述空气动力学装置的效率。

此外，中央扰流器高度(沿竖直方向)的范围可以为30至150mm。低于30mm时，空气动力学益处可忽略不计，而高于150mm时，车辆的离地间隙不够高。

根据一实施例，每个侧向扰流器的内侧壁和纵向方向形成范围为0°至50°、优选为5°至20°的角度，每个内侧壁均向内成一定角度。更一般地，所述角度在最小值至最大值的范围内，其中最小值为0°，优选为5°，更优选为10°，而最大值为50°，优选为45°，更优选为20°。这使得能够引导空气，使得它不撞击车轮。

侧向扰流器高度(沿竖直方向)的范围可以为30至250mm。低于30mm时，空气动力学益处可忽略不计，而高于250mm时，车辆的离地间隙不够高。侧向扰流器的高度可以从扰流器的前部向扰流器后部增大。

根据一实施例，每个侧向扰流器的外侧壁具有前部和后部，该前部的高度从前向后增大，该后部具有基本恒定的高度。

根据第二方面，本发明还涉及根据权利要求13所述的车辆。

通过这种扰流器的布置，本发明提供了一种空气动力学护罩，当在水平平面上观察时，它具有与车辆形状基本对应的形状。该空气动力学护罩(i)使入流空气的一部分沿着侧向扰流器向外偏转，并且(ii)仅允许该入流空气在车辆下方流动通过专用通道，这使得能够有效地控制空气流动方向。

根据一实施例，每个侧向扰流器的外侧壁向后大致延伸到对应的第一车轮。由于该特征，在侧向扰流器和对应的第一车轮之间没有间隙或没有明显间隙，这防止了被侧向引导的空气撞击该相对的第一车轮，并大大改善了车辆空气动力学性能。

中央扰流器和侧向扰流器的前壁的上边缘的平面可以位于车辆前脸的后方，离车辆前脸的纵向距离的范围为车辆前脸与第一轮轴之间的纵向距离的0至30％，优选为其0至15％。由于该特征，本发明使得能够渠道化引导基本从车辆前脸流入的空气流，从而改善空气动力学性能。在实践中，扰流器前壁的上边缘的平面与车辆前脸之间的纵向距离可以约为5-10cm。

根据一实施例，扰流器被固定到前部防钻撞装置(FUP)上。然而，也可以想到其他实施方式。

根据一实施例，通道前端处的通道宽度的范围为0.06L至0.24L，优选为0.08L至0.18L，其中L是车辆宽度。低于宽度最小值时，难以使空气进入所述通道中。高于最大值时，通道后端处的空气流太宽且不够强：结果，空气流不能被有效地渠道化引导并被充分地引导离开车轮。具体来说，对于宽度为2.5m的卡车，通道前端处的通道宽度的范围可以为150至600mm，优选为200至450mm。

根据一实施例，在侧向扰流器的内侧壁与功能线(functional line)之间形成的角度的范围为0°至45°，优选为5°至15°，该功能线被定义为将侧向扰流板的内侧壁的后边缘与对应的第一车轮的位于最前内侧的点相连的大致水平线。由于从通道后端向后、空气流趋向于更靠近对应的第一车轮，该特征旨在确保空气流不会撞击所述车轮。此外，通过该特征，所述空气动力学装置的正面面积(front area)不会太大(过大的正面面积将导致从空气动力学角度来看较不重要的收益)。

在下文的描述和从属权利要求中，阐述了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参照附图，以下是作为示例给出的、对本发明实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是根据本发明实施例的装备有空气动力学装置的车辆的透视图；

图2是图1中的车辆的局部前侧视图；

图3、图4、图5和图6分别示出了属于该空气动力学装置的中央扰流器的前侧透视图、后侧透视图、沿竖直横向平面(vertical transverse plane)的剖视图以及沿水平平面的剖视图；

图7是车辆的详细侧视图，示出了中央扰流器，未示出侧向扰流器；

图8是属于该空气动力学装置的侧向扰流器的透视图；

图9示出了侧向扰流器的沿竖直横向平面的剖视图；

图10是车辆的详细侧视图，示出了侧向扰流器；

图11是车辆的沿水平平面的示意性局部视图，示出了一个侧向扰流器和一个车轮；

图12a和12b分别示意性示出了当车辆不包括根据本发明的空气动力学装置时以及当车辆包括根据本发明的空气动力学装置时的、当流入的空气流大致沿纵向时的在车辆下方和车辆周围的空气流；

图13a和13b分别示意性地示出了当车辆不包括根据本发明的空气动力学装置时以及当车辆包括根据本发明的空气动力学装置时的、当流入的空气流方向相对于纵向方向成一定角度时的在车辆下方和车辆周围的空气流。

具体实施方式

本发明涉及一种空气动力学装置1，其被设计成固定在车辆2下方，以减小车辆阻力。本发明尤其(但非排他地)有利于具有大致竖直前脸的车辆，例如具有挂车的卡车，典型地是长途卡车或大客车。虽然将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其他车辆中。

图1中示出了这种车辆。在所示的实施例中，车辆2包括驾驶室3和货厢体4。车辆2还包括连结两个第一车轮6的第一轮轴5以及连结至少两个第二车轮8的第二轮轴7(这里，在第二轮轴7的每一端处布置有两个车轮)。

如图1所示，车辆2具有沿纵向方向X的纵向轴线9。横向方向Y被定义为轮轴5、7的方向。此外，当车辆2处于水平表面上时，方向Z是竖直方向。本发明将针对车辆2处于水平表面上的情形进行描述。

术语“前”、“后”和“纵向”涉及纵向方向X。术语“横向”、“侧向”、“侧面”、“宽度”、“内侧”和“外侧”涉及横向方向Y，其中，“内侧”是指比“外侧”元件离车辆纵向轴线9更近的元件。术语“上”、“下”和“高度”涉及竖直方向Z。

所述“可操作位置”被定义为空气动力学装置1固定在车辆2下方的位置。

车辆驾驶室3包括大致竖直的前脸10以及大致平行于(X，Z)平面的两个侧脸11。

空气动力学装置1被固定在车辆2下方，靠近车辆前脸10，并且从车辆2向下延伸。基本上，空气动力学装置1包括一个中央扰流器20和两个侧向扰流器40。

如图3至图7所示，中央扰流器20具有前壁21和从该前壁的侧端向后延伸的两个侧壁22。前壁21与每个侧壁22之间的连接部分可以是弯曲的，以改善空气动力学性能。中央扰流器20具有上边缘24和下边缘25。

此外，中央扰流器20可以包括用于将中央扰流器20固定到车辆2的上凸缘26。在所示的实施例中，上凸缘26从中央扰流器的上边缘24大致水平地向外延伸。上凸缘26可以包括用于接纳诸如螺栓的紧固装置的多个孔27。

中央扰流器20还可以包括加强构件以增强其结构，特别是加强筋28，所述加强筋28被设计成减小空气动力学压力导致的扰流器变形。

关于侧向扰流器40，它们优选是基本相同的。如图8至图9所示，侧向扰流器40具有前壁41以及均从前壁的侧端向后延伸的内侧壁42和外侧壁43。前壁41与每个侧壁42、43之间的连接部分可以是弯曲的，以改善空气动力学性能。侧向扰流器40具有上边缘44和下边缘45。

侧向扰流器40可以包括用于将侧向扰流器40固定到车辆2的上凸缘46。在所示的实施例中，上凸缘46从该侧向扰流器的上边缘44在侧壁42、43与前壁41之间大致水平地延伸。上凸缘46可以包括用于接纳诸如螺栓的紧固装置的多个孔47。侧向扰流器40还可以包括加强构件以增强其结构。

在一实施例中，如图5和图9所示，扰流器20、40的厚度从上边缘24、44向下边缘25、45减小。例如，扰流器20、40的上凸缘26、46的厚度可以约为4.5-5mm，而扰流器20,40的下端部的厚度可以约为2mm。

中央扰流器(20)的前壁(21)可以与每个侧向扰流器(40)的前壁(41)对齐。然而，也可以想到中央扰流器(20)和两个侧向扰流器(40)之间的其它相对位置。例如，侧向扰流器(40)可以相对于中央扰流器(20)被略微向后定位。反之，中央扰流器也可以相对于侧向扰流器被稍微向后放置。

扰流器20、40的下部能够因诸如障碍物或路面的刚性元件而弹性变形，以便防止所述扰流器在车辆撞击刚性元件的情况下损坏。这可以通过所述扰流器的几何特征(例如前文所述的变化的厚度)和/或通过扰流器20、40的制造材料来实现。例如，扰流器20、40或至少它们的下部由软塑料材料制成。这种材料例如可以是热塑性塑料、诸如聚丙烯的聚合物，它可以是橡胶。所述扰流器也可包括不止一种材料。

在空气动力学装置1的所述可操作位置上，即，当空气动力学装置1固定在车辆2下方时，中央扰流器20和侧向扰流器40的前壁21、41的上边缘24、44基本布置在同一个竖直平面(transverse and vertical plane)P上。该平面P位于车辆前脸10附近，大致在车辆前脸10后方。例如，如图1所示，车辆前脸10与平面P之间的纵向距离Δ的范围为车辆前脸10与第一轮轴5之间的纵向距离D的0至30％之间，优选为其0至15％。

此外，在空气动力学装置1的所述可操作位置上，每个侧向扰流器40的外侧壁43与相应的车辆侧脸11大致齐平，如可图2可见。优选地，每个侧向扰流器40的外侧壁43向后大致延伸到对应的第一车轮6，如图2和图12b可见。

在一实施例中，扰流器20、40固定到车辆2的前部防钻撞装置15(或FUP)上。或者，这些扰流器可以固定在车辆的其他部件上，例如前保险杠16。

在空气动力学装置1的所述可操作位置上，每个侧向扰流器40的内侧壁42基本以一定距离面向中央扰流器30的相应侧壁22。因此，所述内侧壁42和侧壁22形成通道50，该通道50被设计成用于渠道化引导和加速在车辆2下方流动的空气，以改善空气动力学性能，如稍后将说明的。

已经发现，所述扰流器的某些几何参数对空气的渠道化引导效率有影响，因此对空气动力学性能的改善有影响，且最终对车辆的燃料消耗有影响。

如图6所示，从其前端朝向其后端的中央扰流器长度L20(沿纵向方向)的范围可以为50至200mm，优选为50至160mm。低于最小值时，空气流不能被正确地引导，并且该空气动力学装置的效率不是最佳。高于最大值时，该中央扰流器的阻力太高；此外，在侧向风的情况下，被入流空气撞击的表面区域太大，这降低了该空气动力学装置的效率。

此外，中央扰流器20的每个侧壁22和前壁21形成范围为80°至150°、优选为90°至120°、例如约110°的角度α20。该特征使得能够在车辆2下方沿适当的方向引导气流并且优化空气动力学益处。

关于中央扰流器高度H20(沿竖直方向Z)，其范围可以为30至150mm。这确保了足够的离地间隙。

如图7所示，中央扰流器20的前壁21可以与竖直平面形成范围为0°至30°、优选为10°至25°的角度β20，前壁21从上边缘24向下边缘25斜向后定向。

如图10所示，侧向扰流器高度H40(沿竖直方向Z)的范围可以为30至250mm。更具体地，在图10所示的实施例中，每个侧向扰流器40的外侧壁43具有前部和后部，所述前部的高度从前向后增大，所述后部具有基本恒定的高度。这允许优化空气动力学，同时确保足够的离地间隙。

此外，侧向扰流器40的前壁41可以与竖直平面形成范围为0°至30°、优选为10°到25°的角度β40，前壁41从上边缘44向下边缘45斜向后定向。

如图11所示，侧向扰流器的内侧壁42的从其前端向其后端的长度L42(沿纵向方向)的范围可以为50至200mm，优选为50至160mm。L42可以与L20基本相同。

使得能够改善空气动力学性能的一个参数是侧向扰流器40的内侧壁42的定向。如图11所示，功能线48被定义为将该侧向扰流器的内侧壁42的后边缘49与对应的第一车轮6的位于最前内侧的点19相连的大致水平线。在一实施例中，在侧向扰流器40的内侧壁42与对应的功能线48之间形成的角度γ的范围为0°至45°，优选为5°至15°。通过这种布置，本发明确保了从通道50中出来的空气流不会撞击第一车轮6。此外，当高于γ的最大值时，空气动力学装置1的正面面积太大，与可以通过本发明实现的最佳效益相比，这可能使空气动力学益处降低50％。

换言之，侧向扰流器40的内侧壁42和纵向方向X可以形成范围为0°至50°、优选为5°至20°的角度α42，每个内侧壁42向内成一定角度。

由根据本发明的空气动力学装置1形成的两个通道50中的每一个通道50均具有大致纵向的轴线51。此外，通道宽度(沿横向方向Y)从通道前端52向通道后端53减小。

根据一实施例，通道前端52处的通道宽度l的范围为0.06L至0.24L，优选为0.08L至0.18L，其中L是车辆宽度，如图2可见。当车辆2是具有2.5米宽度L的卡车时，通道前端处的通道宽度I的范围可以为150至600mm，优选为200至450mm。换言之，通道前端52处的通道宽度l的范围可以为侧向扰流器的最大宽度l40的80％至170％，优选为100％至150％(参见图2)。

在实践中，通道的侧壁(即，中央扰流器的侧壁22和侧向扰流器的内侧壁42)可以形成向后指向并且范围为5°至50°、优选为10°至40°、例如约30°的角度。

由于根据本发明的空气动力学装置1，如图12a-13b可见，大致向车辆1的后方引导的所流入的空气流F被空气动力学装置1偏转和渠道化引导而离开第一车轮6和第二车轮8。

更精确地，在车辆地板下方，入流空气的一部分进入通道50，在通道50中，这一部分空气被渠道化引导并加速。当空气从通道50中流出时，它已经被渠道化引导成至少在通道后端53处大致纵向地指向。该空气然后在车辆2下方向后流动而未被渠道化引导，但由于其在通道后端53处的相当高的速度和定向，所述空气流趋向于保持大致纵向。结果，已经穿过通道50的空气流F1避开了第一车轮6和第二车轮8。

此外，所述入流空气的另一部分在车辆地板下方沿着侧向扰流器40的外侧壁43流动，该外侧壁43优选延伸到第一车轮6，使得基本没有供该空气在车辆2下方穿过的间隙。因此，该空气流F2从第一车轮6向外偏转并且还从第二车轮8向外偏转。

图12b示意性地示出了当所流入的空气流F大致沿纵向时、在装备有根据本发明的空气动力学装置1的车辆2下方和周围的空气路径。如图可见，与车辆2不包括这种空气动力学装置的图12a相比，从车辆前脸10向下的空气流F1、F2避开了第一车轮6和第二车轮8，这防止了或大大限制了涡流60的产生。这导致了空气动力学性能的改善，从而减少车辆的燃料消耗。已经确定，利用根据本发明的空气动力学装置，对于纵向流入的空气流，阻力减小了约1％至约3％。

图13b示意性地示出了当所流入的空气流F相对于纵向方向X成一定角度时、在装备有根据本发明的空气动力学装置1的车辆2下方和周围的空气路径。如图可见，与车辆2不包括这种空气动力学装置的图13a相比，从车辆前脸10向下的空气流F1、F2被改变方向，以避开第一车轮6和第二车轮8。然而，一些空气流可能撞击第二车轮8，但所述空气流由于侧向风而被引向所述第二车轮8，并且不包括已经从前轮6之间经过的空气流F1。因此，可能存在由入流空气产生的涡流60'，但与在不包括这种空气动力学装置的车辆中的车轮6、8周围产生的涡流60相比，这些涡流60'较不显著，如图13a所示。

因此，本发明还使得能够在侧向风的情况下大大改善空气动力学性能。该空气动力学装置的效率甚至在侧向风结合从前侧流入的空气流的情况下进一步提高。已经确定，利用根据本发明的空气动力学装置，对于所流入的非纵向定向的空气流，阻力减小了约3％至约5％。

计算机模拟已经表明，利用根据本发明的空气动力学装置，平均来说，车辆阻力可以减小约1％至5％，通常约3％。

计算机模拟还表明，当车速高于50km/h时，根据本发明的空气动力学装置1在减少燃料消耗方面特别有效。

应当理解，本发明不限于上文中描述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将会认识到，在所附权利要求的范围内，可以进行许多修改和变型。