重卡導流罩結構設計方法研究

張輝，李春梅，鄭麗珠

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710220）

重卡導流罩結構設計方法研究

張輝，李春梅，鄭麗珠

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710220）

系統研究重卡導流罩結構設計方法，對導流罩系統從產品設計到批產的開發流程進行了梳理；介紹導流罩常見結構、材料和工藝方法，同時對導流罩設計中應該遵循的法規要求和設計原則進行了匯總。文章也探究了集成化設計和可靠性設計，注重過程經驗的積累，避免批產后問題，從而達到縮短產品開發周期的目的。

重卡；導流罩；結構設計

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-85-04

前言

根據實驗研究發現，汽車風阻系數Cd值每下降0.03，百公里油耗可下降2%1。陜汽某車型不帶導流罩風阻系數Cd值為0.758，加裝導流罩后風阻系數Cd值為0.654，Cd值下降0.104。按每輛車每年運營10萬公里，百公里油耗36L/Km計算，加裝導流罩后每年可節省36×2%×(100000/100) × 3.5=2520L燃油，油價按7.5元/升計算，每輛車可節省18900 元/年。巨大的經濟效益促使車企對車輛的風阻系數優化越來越重視，因此對導流罩方面的研究也顯得越來越重要。本文著重從導流罩的結構設計方面進行探討和學習。

1、導流罩系統構成

導流罩系統主要由頂導流罩、側導流罩和導流罩支架三部分組成。

1.1 頂導流罩

安裝在駕駛室頂部用于頂部導流的裝置；

1.2 側導流罩

安裝在駕駛室后圍用于側部導流的裝置；

1.3 導流罩支架

用于連接導流罩和駕駛室，起固定和調節導流罩作用的裝置。

2、設計法規及輸入條件

2.1 中國法規要求

① GB/T1589-2004《道路車輛外廓尺寸》：半掛牽引車、貨車車寬2500mm，車高4000mm；

② JT/T789-2010《道路甩掛運輸車輛技術條件》：牽引車的牽引銷孔中心至駕駛室后端固定物的距離L不小于2120mm；前回轉半徑R1不超過2040mm；

③ GB/T20182-2006 《商用車駕駛室外部突出物》。

2.2 歐盟、歐共體法規要求

① ECE R26-02《關于就外部突出物方面批準車輛的統一規定》。

3、設計開發流程

以下為新車型開發項目為例：

4、導流罩設計策略

4.1 導流罩材料選擇

導流罩本體材料一般采用玻璃鋼，圖紙標注簡寫為UP+GF（UP為不飽和聚酯的國際通用縮寫，GF為玻璃纖維的國際通用所寫），一般密度在1.5-1.9g/cm 3之間。

材料選用趨勢：隨著合成塑料性能的提升及車體輕量化的趨勢，國內外部分廠家已經開始采用塑料（如HDPE）作為導流罩本體材料，以降低車輛自重。

4.2 導流罩本體工藝選擇

導流罩的常見工藝方法分兩種：

4.2.1 手糊成型工藝

手糊成型看起來方法簡單，不需要過多的設備和工具，但手糊成型恰恰是工藝要求嚴格，需要熟練的操作技術，并非簡單的工藝方法。

工藝特點是：投入小，不需要正式模具，僅凹模且用木質制作，安裝點無出模方向要求。缺點是外觀面差，安裝點尺寸精度差，同時生產效率低下，不適合作為批產產品使用。

4.2.2 SMC模壓成型

將一副陰陽模安裝在壓力機上，將SMC片材在模腔中經過加熱加壓，使之固化定型。模壓法可分為熱壓法、冷壓法。

工藝特點是：投入較大，需要鋼模和壓力機，數模需要進行出模檢查。優點是適合批產產品，尺寸精度高，外觀美觀。

4.2.3 工藝選擇原則

考慮到導流罩是外觀件，且其降油耗特性越來越受重視。從目前國內外趨勢來講，主流車型基本沒有使用手糊件生產，J6、天龍、GTL、A7均采用了模壓件的導流罩，因此在產品開發中只有初期產品小批量驗證或者量比較少的車型才建議使用手糊工藝生產。

4.3 導流罩本體設計

導流罩本體一般厚度設計為3-5mm，設計難點主要側重于安裝點的預埋結構設計。以下分手糊工藝和SMC模壓工藝兩種結構分別討論。

手糊件安裝點預埋結構見圖5，采用“幾”字形支架預埋在本體內。支架需提前做電泳噴漆處理。

模具件預埋件見圖6，圖7，設計需考慮防拔拖及防轉動結構，預埋六角螺母一端做成實心，防止料浸入。為降低SMC模具成本，安裝點法向最好與出模方向一致。

4.4 導流罩支架設計

導流罩支架主要起固定和調節導流罩作用。導流罩支架失效的常見形式是支架開裂、導流罩抖動和駕駛室撕裂，設計時需特別注意安裝孔距的布置及駕駛室本體內部加強板的布置是否能滿足導流罩模態的要求。以下以支架的位置分類進行介紹：

4.4.1 頂導流罩支架

①前支架：

設計考慮要點：（1）旋轉中心布置；（2）與導流罩連接方式；（3）現場安裝可行性；（4）與頂蓋連接強度。

注：若導流罩為可調節式，此處旋轉中心確定上，需要考慮導流罩旋轉時不要和頂蓋發生干涉。

②后支架：

設計考慮要點：（1）與頂蓋連接強度；（2）支架調節形式。

4.4.2 側導流罩支架

側導流罩支架形式上一般有兩種：獨立支架和集成管式支架。

①獨立支架：優點是結構簡單，成本低，缺點是對后圍安裝面精度要求高。工藝上一般采用沖壓或拼焊工藝，也有采用鑄造工藝生產。

側導流罩支架和駕駛室本體連接孔位，考慮到強度需要特別注意的是孔距不宜過小，建議值在100-150mm之間。在駕駛室本體上選擇安裝位置時需要在加強梁上或有特征加強的地方布置。

②采用管式集成支架連接：特點是可先進行分裝，安裝簡單，強度好于獨立式支架。管支架一般選擇直徑20-25mm 的Q235管材，采用折彎工藝，其上面支架采用焊接或裝配形式與管子相連，見圖11和圖12所示。

5、工藝檢查

主要檢查內容：①出模方向與脫模斜度；②產品大小與模具工作臺大小尺寸；③預埋件結構形式。

6、分析驗證

為提高產品的可靠性，導流罩需要CAE分析部門進行以下方面的分析并出具分析報告：

6.1 整車外流場分析

在給定的工況條件下下，CAE分析人員利用軟件對導流罩進行外流場分析，同時根據分析的結果，提出合理化建議并出具分析報告。由造型人員對外形進行修改后再進行分析，以滿足流場分析設定目標值為準。圖13為表面風壓參數的分析，圖14為造型優化后風壓參數情況。

對比兩圖可見，導流罩后端造型需盡量與大箱前端面保證一致，才能起到真正擾流的作用。作為造型設計部門需要在考慮造型美觀的同時兼顧其良好的擾流作用。

鑒于本文主要側重研究導流罩結構設計，對流場優化環節不再贅述。

6.2 導流罩強度、模態分析

由結構設計人員提供數模、零部件BOM及材料定義和工況，CAE分析人員進行強度和模態分析：

①工況條件：約束模態、靜載荷Z軸1G力、50km/h，70km/h，,90km/h，110km/h；

②X方向：P= ρv^2（式中P是壓強，ρ是空氣密度1.185kg/m^3，v是風速）；

③強度分析：計算各工況下導流罩及支架強度;導流罩及頂蓋、后圍連接部位強度；

④模態分析：計算各工況下導流罩及支架模型頻率和安全系數；

⑤出具分析報告及更改建議。

7、工藝可行性分析

（1）由設計人員提供數模、BOM清單及安裝圖，由工藝部門分析可行性并出具工藝流程方案，應包含以下內容：

①通過性分析；

②工藝流程；

③裝配性分析。

（2）工藝部門組織由設計、工藝、開發部、總裝參與的評審會議，對工藝流程方案進行討論。

8、結論

以上為筆者在多年設計實踐過程中的一些總結和積累，希望能給行業內從業人員一些參考和幫助。

[1] 張英朝.汽車動力學數值模擬技術.北京.北京大學出版社，2011.

[2] 谷正氣.汽車空氣動力學.北京.人民交通出版社，2005.

Study On Design Method Of Heavy Truck Wind Defelctor Structure

Zhang Hui, Li Chunmei, Zheng Lizhu
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

This paper firstly study the design methods of heavy truck wind deflector structure，carding the development process of wind deflector system from design to production；Then introduce the structure，material and craft method of wind deflector，and collects the laws and regulations which relates to wind deflector. For shortening the develop period of production, paper makes a thorough study on integrated design and reliability.

wind deflector; design of structure; heavy truck

U463.8

A

1671-7988(2015)01-85-04

張輝，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。