专利名称：用于车辆的空气动力学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改进车辆的空气动力学特性的装置。特别地，本发明涉及一种改进了具有箱形形状的车辆或挂车的后端处的特性的装置。
背景技术：
近年来，总的来说，对于改进车辆的空气动力学特性方面的兴趣日益增加。其主要原因是燃料成本增加，对车辆空气动力学特性的改进因此可降低燃料消耗并因此可降低燃料成本。特别地，运输和载重业务类的专业公司感受到了保持低燃料成本的迫切性，这也是载重车辆的制造商们为何希望提供具有低燃料消耗的车辆的原因。许多载重车辆都具有箱形形状，从而其货箱或挂车是大致箱形的。这种形状有一定的好处，特别地，这是适合于在货箱内设法装载尽可能多货物的形状。然而，货箱的后端将因此包括呈直角的角部并具有不适合于空气动力学的形状。为了改进空气动力学特性并实现风阻的降低，已经对挂车或货箱的后端进行了修改。在现有技术中，众所周知的是使用永久安装的、用于改进车辆空气动力学特性的刚性结构，例如风板或类似装置。然而，这样的结构通常不便用于卡车或挂车，因为它们将可能挡住从货箱门到货箱的路径。因此，这种结构将最可能需要是易拆卸或易安装的，从而它们不会干涉通过货箱门到货箱的通路，例如通过仅安装在货箱门上。然而，这些种类的结构可能会使挂车/卡车增加一些长度，而在许多国家中，对卡车的长度存在一定限制，从而所增加的风板可能导致车辆过长或者导致货箱本身必须变小(即变短)。在US 4，142，755中公开了一种结构，其目的是成流线型地形成挂车或卡车的后部。 此结构由刚性杆或刚性护罩形成，该刚性杆对形成该结构的表面的柔性材料进行支撑。为了克服上述问题，已提出了使用易于在展开位置和存放位置之间切换的装置。例如，在US 5，823，610中公开了这种变型，其中描述到卡车或挂车的后端设置有可膨胀的囊状物，通过使该囊状物在滚动柱体上卷起或展开，该囊状物的位置可在展开位置和存放位置之间变化。当囊状物处于其展开位置时，该囊状物可膨胀，从而挂车的后端形成更有利的空气动力学形状。在US 5，375，903中公开了可膨胀的空气囊状物的又一个例子，其中该空气囊状物在搁置状态时处于收缩状况下，且通过由于车辆移动而引起的动压力而膨胀。该空气囊状物还包括扰流器元件，该扰流器元件在空气囊状物膨胀时移动到展开位置，在此展开位置， 该扰流器元件相对于车辆成角度地延伸。US 6，409，252也描述了一种可膨胀的设备，其用于改进挂车后端处的空气动力学特性。此设备可以使用与US 5，375，903中描述的膨胀装置类似的膨胀装置。US 6，409，252中的结构设置有水平延伸(以稳定侧表面并使之平坦) 和竖直延伸(以使上表面和下表面平坦)的内部索。在US 4，688，841中描述了一种用于降低车辆上的空气阻力的装置，该装置利用织物封闭件的外表面和内表面之间的压力差而自行膨胀。因此，已知了多种用于改进挂车或卡车后端处的空气动力学特性的可膨胀结构。 这些结构的好处是具有柔性且可在展开的膨胀状态和松弛的非膨胀状态之间改变，在所述膨胀状态中，希望能降低风阻，而在所述非膨胀状态中，其结构大致是扁平的。然而，如果这样的结构(即可膨胀结构)未制成气密的或在该结构内存在孔洞，则该结构将塌缩。此外， 还需要某些种类的充气机构来将空气填充到该结构内。因此，希望提供一种不具有上述缺陷的柔性结构。
发明内容
本发明涉及一种用于降低车辆或挂车的风阻的空气动力学装置。该空气动力学装置用于在车辆或挂车的后端处或后端附近安装到车辆结构。本发明尤其适合于具有箱形形状的车辆(例如普通的货运卡车、大客车或挂车)，所述车辆具有相对于侧壁、车顶和地板大致成直角的后端壁。该空气动力学装置包括柔性片状材料。该片状材料优选是可塌缩和非自支撑的，从而，该片状材料可布置到车辆或挂车上使得该片状材料在其处于搁置位置 (resting position)时沿着所述车辆结构悬垂。该柔性片状材料还布置成使得其在展开时延伸超过所述车辆或挂车的后端。该柔性片状材料具有内侧或内部以及外侧或外部。该内侧是在所述柔性片材处于搁置状态时面向所述车辆结构并在所述柔性片材展开时面向车辆纵向中心线的侧。该外侧是在所述柔性片材结构处于其搁置位置时背对着所述车辆结构并在所述柔性片材展开时背对着车辆纵向中心线的侧。所述柔性材料附接到车辆结构使得该柔性材料由于柯恩达效应(coanda effect)而展开。当车辆或挂车在前行方向上移动时，所述柯恩达效应导致该柔性片状材料外侧的压力低于柔性片状材料内侧的压力。其压力差取决于车辆的速度，且更高的速度导致更高的压力差，由此引起试图将所述片材展开的更强的力。根据本发明，该柔性材料还通过至少一个限制器附接到所述车辆结构，从而该限制器通过限制而使处于其展开状态的所述柔性材料成形为期望的形状。本发明的一个优点是当车辆不移动或缓慢移动时，所述空气动力学装置将自动塌缩，从而该装置将不会使车辆的长度有任何明显增加。本装置的另一个优点是本装置能够在没有应充气的密闭空间的情况下工作，因此无需任何类型的充气机构或不必冒如下风险孔洞可能会破坏该设备。因此，所述柔性片状材料可以由简单的织物或者由不包括或未形成密闭空间的片材制成。由于可塌缩结构并且省去了密闭的可充气空间，所述空气动力学装置可容易地设计成使得它允许通过后端的货箱门容易地接近货箱，因为该装置可包括分别位于侧部和车顶处的多个分离的片。因此，所述柔性片状材料可设计成使得其具有与车辆结构紧密附接的一边以及与该一边相反的自由端，该自由端与车辆结构间隔开。然而，该自由端由于所述限制器而具有受限的移动自由度，但可移动到距车辆后端大约IOcm 至an的距离处。因此，该设备可容易地设计成使得当车辆停止时，无需采取额外的措施就能接近所述货箱。虽然能够为不同边缘使用多个分离的片材，但也能使用被成形为装配并附接到数个边缘的单一片材，例如适于沿着侧边缘和车顶边缘装配的一个单一片材。另一方面，也可以为一个边缘使用数个片材，例如，希望其具有多个较小的扇形段，这些扇形段沿着一个边缘分割开以便于打开货箱门或装载平台。因此，在同一车辆或挂车上可设置数个柔性片状材料。例如，可在车辆后端的每一侧均设置一个柔性片材。使用两个片材(每侧各一个)将使得容易通过货箱后门而接近货箱，因为这些片材将塌缩并沿着车辆的每一侧悬垂，从而在通过货箱后门进入时不存在障碍。在车顶处也可以有一个片材。在地板平面处可以也设置一个片材。然而，在下边缘处，空气流动型式(air streaming profile)通常是不同的， 且此片材的效果与在侧部及车顶处设置片材相比通常不太重要。所述空气动力学装置可布置成当车辆与周围空气的相对速度为50km/h或更高、 70km/h或更高、或者80km/h或更高的速度时，该空气动力学装置完全展开。通常，该空气动力学装置应构造成在速度大约为80km/h至100km/h时提供其最佳减阻效果，该速度是大多数商用车辆工作时的行驶速度，并且，当车辆以相对高的速度(例如以70km/h和更高速度)移动时，空气阻力对于车辆行驶阻力有重大影响。因此，形成该减阻空气动力学装置的一部分的柔性片状材料通常在车辆后端的边缘处或边缘附近附接到车辆，通过沿着整个边缘附接或者沿着边缘在多个附接点处附接来固定所述片状材料的第一边。所述柔性材料可沿着其多条边中的一条边(第一边)附接到车辆结构的侧部，或附接在与该车辆结构或挂车的所述侧部及末端部的接合部(即后边缘)紧挨的位置，以提供该框架的延续部分，当该空气动力学装置展开时，该延续部分大致与所述车辆结构齐平。 通过以此方式附接该柔性材料，可以优化空气动力学特性。该柔性片材结构可以成形为朝着车辆方向上的纵向中心线向内柔和地弯曲。附接到该柔性片状材料且用于对展开的该空气动力学装置进行成形的限制器能够由诸如绳、线、带、柔性片材的可塌缩材料或类似的可塌缩结构制成，或者由一个或数个刚性结构制成，例如条、杆或棒。如果所述限制器由诸如绳、带等的可塌缩结构制成，则当该空气动力学装置处于其塌缩状态时，所述限制器将自然塌缩。如果该限制器由更刚性的结构制成，则该限制器可通过铰链连接到车辆结构，从而，当该空气动力学装置处于其展开状态时，该限制器可枢转而从车身延伸出去，而当该空气动力学装置处于其塌缩状态或搁置位置时，该限制器可枢转成沿着所述车辆结构悬垂。这些限制器也可由片状材料制成，且可以沿着连续的线附接到该空气动力学减阻片状材料。例如，这些限制器可在所述柔性片材的自由边缘处或自由边缘附近附接到该柔性片材，该自由边缘例如是所述柔性片状材料的、位于其与车辆结构附接的所述第一边相反的一侧的松弛边或自由边缘。所述限制器可锚固到车辆结构，使得该限制器允许片状材料展开到具有期望的延伸度和形状。然而，并非必须如此附接所述限制器，且可以改变这些限制器的附接点，或可以在这些附接点处增加另外的限制器。可以改变所述限制器的数量、长度和位置，以便实现该空气动力学装置在其展开状态下的期望形状。该空气动力学装置也可设计成使得所述片状材料设置有刚性或半刚性结构，该刚性或半刚性结构有助于在所述片状材料处于其展开状态时使所述片状材料形成为期望的形状。例如，这些结构可类似于用于帆的板条，所述板条是自支撑的但仍具有一定的柔性， 且有助于增强该帆(柔性片材)的强度以减小所述柔性片材的颤动或拍动。这些刚性结构(例如板条)可平滑地弯曲，从而它们将使所述柔性材料成形为朝向车辆的纵向中心线平滑地向内弯曲。在此情况中，认为这些刚性结构主要在水平方向上延伸。当然，这些结构也可处于竖直延伸方向上或处于任何期望的定向上，以有助于成形所述柔性片状材料的形状并使所述柔性片状材料具有期望的刚度。形成该空气动力学装置的一部分的所述柔性片状材料可由织物、塑料、非织造材料制成，或者由任何类型的、在车辆不移动时能够塌缩且在车辆移动时能够利用柯恩达效应而展开的片状材料制成。该空气动力学装置的柔性材料的、布置成在展开时延伸超过所述车辆或挂车后端的部分优选在0. 2米至2米之间延伸，更优选在0. 3米至1. 5米之间延伸，最优选在0. 4 米至1.0米之间延伸。尽管显而易见的是，所述柔性材料的非常短的延伸长度(例如小于 IOcm)将无助于空气阻力的任何显著降低(尽管作用在车辆上的空气阻力也会降低)，但对于本发明的构思来说，严格的长度并非很重要。另一方面，所述柔性片材的从车辆后端延伸得非常长(例如长于3米)的部分将难以允许展开到期望的形状并实现在其展开状态下的自支撑和足够刚度。此外，该片材也将过长而导致在处于其非展开状态时不能方便地存放并沿车辆悬垂，且该片材的一部分因此可能在车辆以低速移动时拖到地面上。因此，该片材的从所述后端延伸的长度应足够长以提供所期望的减阻效果，同时它不应过长而使得该片材难以如期望地展开或者使得该片材在不展开时难于存放或甚至拖到地面上。
图1是不带有任何减阻空气动力学装置的、卡车后端的等轴测视图。图2是带有处于展开状态的减阻空气动力学装置的、卡车后端的等轴测视图。图3是设置有处于展开状态的减阻空气动力学装置的、卡车后端的侧视图。图4是设置有处于搁置状态的减阻空气动力学装置的、卡车后端的侧视图。图5是设置有处于展开状态的减阻空气动力学装置的、卡车后端的侧视图，其中该空气动力学装置设置有形状成形板条。图6a、图6b是卡车后端周围的空气流的示意图，其中卡车在不带有空气动力学装置的情况下(图如)以及当该卡车设置有空气动力学装置(图恥)的情况下移动。
具体实施例方式图1示出了普通卡车1的箱形后端。该卡车具有后端面板2、第一侧面板3a和第二侧面板北、以及车顶面板4。侧面板3a、3b以及车顶面板4相对于后端面板2成直角，从而在侧面板3a、!3b与后端面板2之间形成尖锐边缘5ajb并在车顶面板4与后端面板2之间形成尖锐边缘5c。在图2中，图1中的卡车1已设置有空气动力学装置6，该空气动力学装置6被示出为处于其展开状态。该空气动力学装置包括附接到各个边缘fe、5b、5c的柔性片材7a、 7b、7c。在此视图中，分别与左侧边缘如和车顶边缘5c附接的柔性片材7a、7c的外侧是可见的，同时，附接到右侧的柔性片材7b的内侧是可见的。空气动力学装置6还包括限制器 8，在卡车1的右侧处的柔性片材7b的内侧，该限制器8是可见的。在此情况中，限制器8 被示例为数件片状材料。限制器8的形状大致为圆的扇形段，该扇形段的弧线沿水平线附接在柔性片材7b上，而该扇形段的大致直线的边界线附接到卡车1的后端面板2。同样，在其它柔性片材7a、7c上也设有限制器，但在该视图中不可见。当卡车1在前行方向上移动时，该空气动力学装置利用卡车1与环境空气之间的相对速度而展开。卡车1的运动引起内侧(高压侧)和外侧(低压侧)之间的压力差，从而所述片材将被向外吸而达到展开状态。因此，限制器8限制了片材7a、7b、7c的可能的向外移动，从而这些片材将实现期望的形状。显而易见的是，本领域技术人员可以对限制器8和/或柔性片材7a、7b、7c的形状进行修改，以便实现另一种期望的展开形状。图3是设置有减阻空气动力学装置6的卡车1的侧视图，该空气动力学装置6被示出为处于其展开状态。图4是设置有处于搁置状态的减阻空气动力学装置6的、卡车1的后端的侧视图。 柔性片材7沿着卡车1的后端面板2悬垂。图5中示出了卡车1的与图3中相同的视图，但差别在于减阻装置6的柔性片材 7此时设置有形状成形板条9。这些板条9可以是柔性片材7的一体部分，或者是可容易地附接和拆离的可拆离装置。图6中示出了当卡车1在前行方向上移动时从上方观察到的、卡车1的后端周围的空气流或空气湍流的示意图。箭头的长度表示其与卡车1移动时影响该卡车1的阻力成比例。在图6a中，示出了不带有任何空气动力学装置的普通卡车。卡车1的后端之后的长箭头表示相当大的阻力。尖锐边缘5ajb将导致空气流沿着这些边缘的侧部3a、!3b突然分离，因此在卡车1的后端处将存在真空或明显的低压，从而产生大的阻力。在图6b中，通过空气动力学装置6避免了空气流沿着侧部3a、3b的突然分离。平滑地弯曲的柔性片材7a、 7b将有助于在卡车1的后端处形成更好的流线型。因此，在该卡车的后端将存在较少的真空或不那么明显的低压，并且，如与更低阻力相对应的更短箭头所指示的，沿着卡车1的侧部3a、3b的空气流将从卡车1更平滑地分离。
权利要求
1.一种用于降低车辆(1)或挂车(1)的风阻的空气动力学装置(6)，所述空气动力学装置(6)用于在所述车辆(1)或挂车(1)的后端处或后端附近安装到车辆结构，所述装置 (6)包括柔性片状材料(7a、7b、7c)，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)的至少一部分布置到所述车辆(1)或挂车(1)，从而当所述柔性片状材料(7a、7b、7c)处于搁置位置时，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)沿着所述车辆结构悬垂，并且所述部分布置成在展开时延伸超过所述车辆⑴或挂车⑴的后端，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)具有内侧和外侧，并且，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)附接到所述车辆结构使得所述柔性片状材料(7a、7b、7c)由于柯恩达效应而展开，当所述车辆(1)或挂车(1)移动时，所述柯恩达效应导致所述柔性片状材料 (7a.7b.7c)外侧的压力低于所述柔性片状材料(7a、7b、7c)内侧的压力，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)还通过至少一个限制器(8)附接到所述车辆结构，从而所述限制器(8)通过限制而使处于展开状态下的所述柔性片状材料(7a、7b、7c)成形为期望的形状。
2.根据权利要求1所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述空气动力学装置(6) 布置成在所述车辆(1)与周围空气的相对速度为50km/h或更高的速度时完全展开。
3.根据权利要求2所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述空气动力学装置(6) 布置成在所述车辆(1)与周围空气的相对速度为70km/h或更高的速度时完全展开。
4.根据权利要求1所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述空气动力学装置(6) 布置成在所述车辆(1)与周围空气的相对速度为80km/h或更高的速度时完全展开。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)沿着所述柔性片状材料(7a、7b、7c)的多条边中的一条边附接到所述车辆结构的侧面板(3a或北)，或附接在与所述车辆结构或挂车(1)的侧面板及末端部的接合部紧挨的位置，以提供所述车辆结构的延续部分，所述接合部形成边缘( 或5b)，当所述空气动力学装置(6)展开时，所述延续部分大致与所述车辆结构齐平。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述限制器(8)由诸如绳、线、柔性片材等的可塌缩材料制成，或者所述限制器(8)由枢转地连接到所述车辆结构的刚性结构制成，从而所述限制器(8)能够绕轴线枢转或回转以在所述柔性片状材料(7a、7b、7c)处于搁置位置时沿着所述车辆(1)的框架悬垂。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述限制器(8)在所述片状材料(7a、7b、7c)的自由边缘处或自由边缘附近附接到所述柔性片状材料(7a、7b、7c)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)设置有刚性结构，当所述柔性片状材料(7a、7b、7c)处于展开状态时， 该刚性结构使所述柔性片状材料(7a、7b、7c)形成期望的形状。
9.根据权利要求8所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述刚性结构平滑地弯曲，从而所述刚性结构将使所述柔性片状材料(7a、7b、7c)成形为平滑地向内弯曲。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)由织物、塑料或非织造材料制成。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)的布置成在展开时延伸超过所述车辆(1)或挂车(1)后端的所述部分的长度在0. 2米至2米之间，更优选在0. 3米至1. 5米之间，最优选在0. 4米至1米之间。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的空气动力学装置(6)，其特征在于，所述柔性片状材料(7a、7b、7c)的自由边缘设置有诸如板条等的刚性结构。
13.—种车辆(1)或挂车(1)，其包括根据权利要求1至12中的任一项所述的空气动力学装置(6)。
全文摘要
本发明涉及一种用于降低车辆(1)或挂车(1)的风阻的空气动力学装置(6)。该空气动力学装置(6)用于在车辆(1)的后端处或后端附近安装到车辆结构。该装置(6)包括布置到车辆(1)或挂车(1)的柔性片状材料(7a、7b、7c)，从而当该柔性片状材料处于搁置位置时，该柔性片状材料沿着车辆结构悬垂，且该柔性片状材料布置成在展开时延伸超过车辆(1)或挂车(1)的后端。该柔性片状材料(7a、7b、7c)具有内侧和外侧。该柔性片状材料(7a、7b、7c)附接到所述车辆结构，从而该柔性片状材料由于柯恩达效应而展开，当车辆(1)或挂车(1)移动时，柯恩达效应导致该柔性片状材料(7a、7b、7c)外侧的压力低于其内侧的压力。该柔性片状材料(7a、7b、7c)还通过至少一个限制器(8)附接到所述车辆结构，从而所述限制器(8)通过限制而使处于其展开状态下的柔性片状材料(7a、7b、7c)成形为期望的形状。本发明还涉及一种包括这种空气动力学装置(6)的车辆(1)或挂车(1)。
文档编号B62D35/00GK102209661SQ200880131896
公开日2011年10月5日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者比约恩·博格奎斯特, 莱纳斯·耶尔姆 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司