张辉，李春梅，郑丽珠

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710220）

重卡导流罩结构设计方法研究

张辉，李春梅，郑丽珠

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710220）

系统研究重卡导流罩结构设计方法，对导流罩系统从产品设计到批产的开发流程进行了梳理；介绍导流罩常见结构、材料和工艺方法，同时对导流罩设计中应该遵循的法规要求和设计原则进行了汇总。文章也探究了集成化设计和可靠性设计，注重过程经验的积累，避免批产后问题，从而达到缩短产品开发周期的目的。

重卡；导流罩；结构设计

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

前言

根据实验研究发现，汽车风阻系数Cd值每下降0.03，百公里油耗可下降2%1。陕汽某车型不带导流罩风阻系数Cd值为0.758，加装导流罩后风阻系数Cd值为0.654，Cd值下降0.104。按每辆车每年运营10万公里，百公里油耗36L/Km计算，加装导流罩后每年可节省36×2%×(100000/100) × 3.5=2520L燃油，油价按7.5元/升计算，每辆车可节省18900 元/年。巨大的经济效益促使车企对车辆的风阻系数优化越来越重视，因此对导流罩方面的研究也显得越来越重要。本文着重从导流罩的结构设计方面进行探讨和学习。

1、导流罩系统构成

导流罩系统主要由顶导流罩、侧导流罩和导流罩支架三部分组成。

1.1 顶导流罩

安装在驾驶室顶部用于顶部导流的装置；

1.2 侧导流罩

安装在驾驶室后围用于侧部导流的装置；

1.3 导流罩支架

用于连接导流罩和驾驶室，起固定和调节导流罩作用的装置。

2、设计法规及输入条件

2.1 中国法规要求

① GB/T1589-2004《道路车辆外廓尺寸》：半挂牵引车、货车车宽2500mm，车高4000mm；

② JT/T789-2010《道路甩挂运输车辆技术条件》：牵引车的牵引销孔中心至驾驶室后端固定物的距离L不小于2120mm；前回转半径R1不超过2040mm；

③ GB/T20182-2006 《商用车驾驶室外部突出物》。

2.2 欧盟、欧共体法规要求

① ECE R26-02《关于就外部突出物方面批准车辆的统一规定》。

3、设计开发流程

以下为新车型开发项目为例：

4、导流罩设计策略

4.1 导流罩材料选择

导流罩本体材料一般采用玻璃钢，图纸标注简写为UP+GF（UP为不饱和聚酯的国际通用缩写，GF为玻璃纤维的国际通用所写），一般密度在1.5-1.9g/cm ³之间。

材料选用趋势：随着合成塑料性能的提升及车体轻量化的趋势，国内外部分厂家已经开始采用塑料（如HDPE）作为导流罩本体材料，以降低车辆自重。

4.2 导流罩本体工艺选择

导流罩的常见工艺方法分两种：

4.2.1 手糊成型工艺

手糊成型看起来方法简单，不需要过多的设备和工具，但手糊成型恰恰是工艺要求严格，需要熟练的操作技术，并非简单的工艺方法。

工艺特点是：投入小，不需要正式模具，仅凹模且用木质制作，安装点无出模方向要求。缺点是外观面差，安装点尺寸精度差，同时生产效率低下，不适合作为批产产品使用。

4.2.2 SMC模压成型

将一副阴阳模安装在压力机上，将SMC片材在模腔中经过加热加压，使之固化定型。模压法可分为热压法、冷压法。

工艺特点是：投入较大，需要钢模和压力机，数模需要进行出模检查。优点是适合批产产品，尺寸精度高，外观美观。

4.2.3 工艺选择原则

考虑到导流罩是外观件，且其降油耗特性越来越受重视。从目前国内外趋势来讲，主流车型基本没有使用手糊件生产，J6、天龙、GTL、A7均采用了模压件的导流罩，因此在产品开发中只有初期产品小批量验证或者量比较少的车型才建议使用手糊工艺生产。

4.3 导流罩本体设计

导流罩本体一般厚度设计为3-5mm，设计难点主要侧重于安装点的预埋结构设计。以下分手糊工艺和SMC模压工艺两种结构分别讨论。

手糊件安装点预埋结构见图5，采用“几”字形支架预埋在本体内。支架需提前做电泳喷漆处理。

模具件预埋件见图6，图7，设计需考虑防拔拖及防转动结构，预埋六角螺母一端做成实心，防止料浸入。为降低SMC模具成本，安装点法向最好与出模方向一致。

4.4 导流罩支架设计

导流罩支架主要起固定和调节导流罩作用。导流罩支架失效的常见形式是支架开裂、导流罩抖动和驾驶室撕裂，设计时需特别注意安装孔距的布置及驾驶室本体内部加强板的布置是否能满足导流罩模态的要求。以下以支架的位置分类进行介绍：

4.4.1 顶导流罩支架

①前支架：

设计考虑要点：（1）旋转中心布置；（2）与导流罩连接方式；（3）现场安装可行性；（4）与顶盖连接强度。

注：若导流罩为可调节式，此处旋转中心确定上，需要考虑导流罩旋转时不要和顶盖发生干涉。

②后支架：

设计考虑要点：（1）与顶盖连接强度；（2）支架调节形式。

4.4.2 侧导流罩支架

侧导流罩支架形式上一般有两种：独立支架和集成管式支架。

①独立支架：优点是结构简单，成本低，缺点是对后围安装面精度要求高。工艺上一般采用冲压或拼焊工艺，也有采用铸造工艺生产。

侧导流罩支架和驾驶室本体连接孔位，考虑到强度需要特别注意的是孔距不宜过小，建议值在100-150mm之间。在驾驶室本体上选择安装位置时需要在加强梁上或有特征加强的地方布置。

②采用管式集成支架连接：特点是可先进行分装，安装简单，强度好于独立式支架。管支架一般选择直径20-25mm 的Q235管材，采用折弯工艺，其上面支架采用焊接或装配形式与管子相连，见图11和图12所示。

5、工艺检查

主要检查内容：①出模方向与脱模斜度；②产品大小与模具工作台大小尺寸；③预埋件结构形式。

6、分析验证

为提高产品的可靠性，导流罩需要CAE分析部门进行以下方面的分析并出具分析报告：

6.1 整车外流场分析

在给定的工况条件下下，CAE分析人员利用软件对导流罩进行外流场分析，同时根据分析的结果，提出合理化建议并出具分析报告。由造型人员对外形进行修改后再进行分析，以满足流场分析设定目标值为准。图13为表面风压参数的分析，图14为造型优化后风压参数情况。

对比两图可见，导流罩后端造型需尽量与大箱前端面保证一致，才能起到真正扰流的作用。作为造型设计部门需要在考虑造型美观的同时兼顾其良好的扰流作用。

鉴于本文主要侧重研究导流罩结构设计，对流场优化环节不再赘述。

6.2 导流罩强度、模态分析

由结构设计人员提供数模、零部件BOM及材料定义和工况，CAE分析人员进行强度和模态分析：

①工况条件：约束模态、静载荷Z轴1G力、50km/h，70km/h，,90km/h，110km/h；

②X方向：P= ρv^2（式中P是压强，ρ是空气密度1.185kg/m^3，v是风速）；

③强度分析：计算各工况下导流罩及支架强度;导流罩及顶盖、后围连接部位强度；

④模态分析：计算各工况下导流罩及支架模型频率和安全系数；

⑤出具分析报告及更改建议。

7、工艺可行性分析

（1）由设计人员提供数模、BOM清单及安装图，由工艺部门分析可行性并出具工艺流程方案，应包含以下内容：

①通过性分析；

②工艺流程；

③装配性分析。

（2）工艺部门组织由设计、工艺、开发部、总装参与的评审会议，对工艺流程方案进行讨论。

8、结论

以上为笔者在多年设计实践过程中的一些总结和积累，希望能给行业内从业人员一些参考和帮助。

[1] 张英朝.汽车动力学数值模拟技术.北京.北京大学出版社，2011.

[2] 谷正气.汽车空气动力学.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

张辉，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。