用于公路车辆的空气动力学前封闭横梁的制作方法

1.本公开总体上涉及构成公路车辆(诸如卡车)的底盘框架(也称为底盘框架阶梯)的框架构件。在特定方面，本公开涉及一种前封闭横梁，其被构造用以改进空气动力学性能并为公路车辆的冷却组件(例如，散热器)提供增强的空气流。


背景技术：

2.燃料成本通常是与运行牵引挂车相关联的最大成本。正常全时运行的牵引挂车每年可能使用20,000加仑或更多的柴油。公交车的燃料成本同样高。对于卡车、牵引车或公共汽车车辆的运营商来说，即使燃料效率的微小改进也会对总燃料成本产生重大影响。燃料消耗的减少也将导致排放物(诸如nox、sox、微粒和未燃烧的碳氢化合物)的伴随减少。
3.增加发动机中的燃烧压力和开发排气处理系统通常需要增加冷却能力；然而，通常通过减小在牵引挂车的前部处的气流开口的尺寸来提高空气动力学效率。
4.图1a是牵引挂车的牵引车10的前外部分的正视图，其示出了左挡泥板12a和右挡泥板12b，所述左挡泥板12a和右挡泥板12b相对于用作用于牵引车发动机的覆盖件的发动机罩14横向地布置。发动机罩14和挡泥板12a、12b可以是整体整流罩的一部分，该整体整流罩被构造用以向前倾斜以允许接近牵引车发动机进行维修。如图所示，随着越来越靠近牵引车10的前端16，左挡泥板12a和右挡泥板12b的宽度增加，并且发动机罩14的其余部分的宽度减小。主前开口18布置在发动机罩14的前端下方并在挡泥板12a、12b之间，并且允许空气进入发动机舱以用于与一个或多个热交换器(诸如前散热器)进行热交互。如图所示，常规的前封闭横梁20布置在主前开口18内。前封闭横梁20具有阶梯状形状，具有大致矩形的周界且在其中限定有若干孔口22以允许空气通过。图1b是图1a的一部分的正视图，其示出了主前开口18内的前封闭横梁20(包括在其中限定的孔口22)的暴露部分。
5.前封闭横梁是牵引挂车的卡车部分的底盘框架(也称为底盘框架阶梯)的一体部分。前封闭横梁设定底盘框架阶梯的前部宽度，提供牵引车的前端处的结构刚度，并且对于促进底盘和发动机罩的正确对齐至关重要。
6.图2a是图1a至图1b的前封闭横梁20的后透视图，该前封闭横梁附接到左多功能支架(mfb)24a和右多功能支架(mfb)24b，该左多功能支架和右多功能支架实现牵引车框架的前部部分。如本文所用，术语“左”、“右”、“前”等是以相对于存在于卡车的驾驶员座椅上的人的感知的方式使用的，使得“左”对应于驾驶员侧、“右”对应于乘客侧等。mfb 24a、24b用于支撑发动机罩打开机构，支撑拖钩，支撑发动机冷却部件，并且作为牵引车框架的一部分在纵向导轨(未示出)与前封闭横梁20之间提供角交接部。图2b是图2a的前封闭横梁20和mfb 24a、24b的前透视图，其中，左纵向导轨26a和右纵向导轨26b分别紧固到左mfb 24a和右mfb 24b。如图所示，前封闭横梁20利用左组纵向螺栓28a和右组纵向螺栓28b分别固定到mfb 24a、24b，并且左纵向导轨26a和右纵向导轨26b利用左组横向螺栓29a和右组横向螺栓29b分别固定到mfb 24a、24b。
7.图3是牵引车(即，牵引挂车)的发动机舱34的侧剖示意图，其包含图1a至图1b和图
2a至图2b的前封闭横梁20，该前封闭横梁20定位在牵引车的主前开口18中。主前开口18被限定在边界构件30、30'(可选地，前整流罩的一部分)之间。如图所示，前封闭横梁20定位在前散热器31的前方，该前散热器31在发动机舱34内布置在发动机32的前方。水平箭头示出气流穿过主前开口18、经过前封闭横梁20并穿过限定在其中的孔口22以撞击前散热器31的方向。不幸的是，常规的前封闭横梁20的形状提供了显着的空气动力学阻力，并在牵引车以高速公路速度行驶时在前封闭横梁20的下游引起湍流尾流。图4是图3的前封闭横梁20的一部分(其中限定有孔口22)的侧剖视图，其中，叠加的流线示出了前封闭横梁20下游的湍流尾流36。该湍流尾流36导致沿着前散热器(如图3所示的元件31)的面的局部低压区域，这不利地限制了空气与前散热器31之间的热传递。
8.因此，在本领域中需要改进的前封闭横梁和包含该改进的前封闭横梁的公路车辆，以解决与常规前封闭横梁相关的限制。


技术实现要素：

9.本公开的各方面涉及一种包括中间部分的前封闭横梁，该中间部分具有机翼状形状，该中间部分布置在比中间部分高的左端部分和右端部分之间。中间部分包括后缘，后缘的高度小于中间部分的前缘的高度。左端部分和右端部分被构造用以安装到公路车辆的结构框架的至少一部分(例如，通过使用延伸穿过限定在所述端部部分中的多个孔口的紧固件)。新颖的前封闭横梁可以表现出与常规前封闭横梁相同或更大的刚度和扭转刚度，同时表现出减少的阻力，并促进层流尾流的形成，以允许改进定位在前封闭横梁下游的前散热器的冷却。
10.本公开的一个方面提供了一种用于公路车辆的前封闭横梁。前封闭横梁包括左侧部分和右侧部分以及中间部分，该中间部分具有前缘、后缘和机翼状截面形状。后缘的高度小于前缘的高度，并且中间部分布置在左端部分与右端部分之间。左端部分和右端部分中的每一个的高度大于中间部分的最大高度，并且左端部分和右端部分中的每一个被构造用以安装到公路车辆的结构框架的至少一部分。
11.在某些实施例中，前封闭横梁包括布置在左端部分与中间部分之间的左过渡部分，以及布置在右端部分与中间部分之间的右过渡部分。左过渡部分包括从其中间端(即，靠近中间部分)到其横向端(靠近左端部分)增加的高度，以提供中间部分与左端部分之间的高度过渡。右过渡部分包括从其中间端(即，靠近中间部分)到其横向端(靠近右端部分)增加的高度，以提供中间部分与右端部分之间的高度过渡。
12.在某些实施例中，左开口被限定在左过渡部分的一部分与左端部分之间，右开口被限定在右过渡部分的一部分与右端部分之间。
13.在某些实施例中，中间部分、左端部分和右端部分以及左过渡部分和右过渡部分由单个整体元件构成。在某些实施例中，中间部分、左端部分和右端部分以及左过渡部分和右过渡部分由金属或金属合金的单个铸件构成。
14.在某些实施例中，中间部分包括在前后方向上延伸的第一平均厚度；左端部分和右端部分中的每一个包括在前后方向上延伸的第二平均厚度；并且第一平均厚度大于第二平均厚度。
15.在某些实施例中，中间部分包括在前后方向延伸的第一平均厚度；左端部分和右
端部分中的每一个包括在前后方向上延伸的第二平均厚度；左过渡部分和右过渡部分中的每一个包括在前后方向上延伸的第三平均厚度；第一平均厚度大于第二平均厚度；并且第三平均厚度在第一平均厚度与第二平均厚度之间。
16.在某些实施例中，当从上方观察时，中间部分包括弓形形状，其中，中间部分的中心处的前表面布置于在中间部分的端部处的前表面的前方。
17.在某些实施例中，左端部分和右端部分的每个端部部分限定多个孔口，并且所述多个孔口中的每个孔口被构造用以接收紧固件，该紧固件被布置用以将端部部分联接到公路车辆的结构框架的至少一部分。
18.在某些实施例中，对于左端部分和右端部分的每个端部部分，所述多个孔口限定至少三个(或至少四个)竖直对齐的孔口，其中，孔口的中心轴线彼此平行。
19.在某些实施例中，多个线束安装区域沿着或靠近中间部分的后缘布置。
20.在某些实施例中，前缘包括第一弯曲表面，后缘包括第二弯曲表面，中间部分包括大致对称的机翼状形状，当前封闭横梁安装到卡车框架并暴露于在水平方向上来临的气流时，该机翼状形状相对于水平面提供零度迎角。
21.在另一方面，本公开涉及一种用于公路车辆的前封闭横梁，该前封闭横梁包括左端部分和右端部分、左过渡部分和右过渡部分以及中间部分，该中间部分具有前缘、后缘和机翼状截面形状，其中，后缘的高度小于前缘的高度。左端部分和右端部分被构造用以安装到公路车辆的结构框架的至少一部分。左过渡部分布置在左端部分与中间部分之间，并且右过渡部分布置在右端部分与中间部分之间。左端部分和右端部分的高度均大于中间部分的最大高度。左过渡部分提供中间部分与左端部分之间的高度过渡，并且右过渡部分提供中间部分与右端部分之间的高度过渡。中间部分包括在前后方向上延伸的第一平均厚度，并且左端部分和右端部分中的每一个包括在前后方向上延伸的第二平均厚度；其中，第一平均厚度大于第二平均厚度。
22.在某些实施例中，左开口被限定在左过渡部分的一部分与左端部分之间，右开口被限定在右过渡部分的一部分与右端部分之间。此外，左端部分和右端部分中的每个端部部分限定多个孔口，多个孔口中的每个孔口被构造用以接收紧固件，该紧固件布置用以将端部部分联接到道路车辆的结构框架的至少一部分，并且对于左端部分和右端部分中的每个端部部分，所述多个孔口限定至少三个竖直对齐的孔口(或至少四个孔口)，其中，孔口的中心轴线彼此平行。
23.在某些实施例中，公路车辆框架包括如本文所公开的前封闭横梁，该前封闭横梁附接到公路车辆的第一多功能支架和第二多功能支架。这种支架多功能支架可以进一步附接到公路车辆的框架的左纵向导轨和右纵向导轨。
24.在某些实施例中，公路车辆包括发动机、散热器和如本文所公开的前封闭横梁，其中，散热器定位在发动机的前方，并且前封闭横梁定位在散热器的前方。
25.在另一方面，本文描述的任一个或多个方面或特征可以与任一个或多个其他方面或特征组合以获得附加优势。
26.从详细描述和附图中，其他方面和实施例将是显而易见的。
27.在结合附图阅读以下优选实施例的详细描述之后，本领域技术人员将理解本公开的范围并实现其附加方面。
附图说明
28.包含在本说明书中并形成其一部分的附图示出了本公开的几个方面，并且与描述一起用于解释本公开的原理。
29.图1a是牵引挂车的牵引车部分的前外部分的正视图，其示出了布置在主前开口内的常规前封闭横梁。
30.图1b是图1a的一部分的正视图，其示出了主前开口内的前封闭横梁的暴露部分。
31.图2a是图1a至图1b的前封闭横梁的后透视图，该前封闭横梁附接到左多功能支架(mfb)和右多功能支架(mfb)，该左多功能支架和右多功能支架实现牵引车框架的前部部分。
32.图2b是图2a的前封闭横梁和mfb的前透视图，其中，左纵向导轨和右纵向导轨分别由左mfb和右mfb接收。
33.图3是牵引挂车的牵引车的发动机舱的侧剖示意图，其包含设置在牵引车的主前开口中的图1a至图1b和图2a至图2b的前封闭横梁。
34.图4是图3的前封闭横梁的一部分的侧剖视图，其中，叠加的流线示出了前封闭横梁下游的湍流尾流。
35.图5a是根据本公开的一个实施例的前封闭横梁的正视图。
36.图5b是图5a的前封闭横梁的前透视图。
37.图5c是图5a至图5b的前封闭横梁的一部分的放大前透视图，其包括中间部分的剖视图。
38.图5d是图5a至图5c的前封闭横梁的中间部分的剖视图。
39.图6是第一公路车辆框架的一部分的正视图，包括都跨越在左多功能支架和右多功能支架之间的图5a至图5d的前封闭横梁以及下横梁。
40.图7是图6的公路车辆框架部分的前透视图，其中，添加了固定到其左多功能支架和右多功能支架的左纵向导轨和右纵向导轨。
41.图8a和图8b分别提供了第二公路车辆框架的一部分的正视图和后视图，包括都跨越在左多功能支架和右多功能支架之间的图5a至图5d的前封闭横梁以及下横梁，其中，每个多功能支架包括拖钩。
42.图9是牵引挂车的牵引车的发动机舱的侧剖示意图，包含定位在牵引车的主前开口中的图5a至图5d的前封闭横梁。
43.图10是图5a至图5d的前封闭横梁的一部分的侧剖视图，其中，叠加的流线示出了前封闭横梁下游的层流尾流。
具体实施方式
44.下面阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践实施例并说明实践实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文未特别提及的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
45.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不脱离本公开的
范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何组合和所有组合。
46.应当理解，当一个元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，不存在中间元件。
47.本文中可以使用诸如“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”的相对术语来描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系，如图所示。应当理解，这些术语和上面讨论的那些术语旨在涵盖除附图中描绘的定向之外的装置的不同定向。
48.本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，术语“包含”、“含有”、“包括”和/或“涵盖”在本文中使用时指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
49.除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术属于和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，本文中使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则不应以理想化或过于正式的含义进行解释。
50.本公开涉及一种前封闭横梁，其包括中间部分，该中间部分具有机翼状形状，且布置在比中间部分高的左端部分和右端部分之间。中间部分包括后缘，后缘的高度小于中间部分的前缘的高度。相对于中间部分具有增加高度的左端部分和右端部分被构造用以安装到公路车辆的结构框架的至少一部分。前封闭横梁可以表现出与常规前封闭横梁相同或更大的刚度和扭转刚度，同时表现出减小的阻力并促进层流尾流的形成。相对于使用如在本公开的背景部分中描述的常规前封闭横梁而言，这种气流尾流可以避免对于湍流尾流固有的低压区域的形成，并且允许改进对定位在新型前封闭横梁下游的前散热器的冷却。
51.在下文中描述了说明性实施例的细节。如前所述，术语“左”、“右”、“前”等在本文中以相对于卡车的驾驶员座椅上的人的感知的方式使用，使得“左”对应于驾驶员侧，“右”对应于乘客侧等。
52.图5a是根据本公开的一个实施例的前封闭横梁40的正视图。在图5b至图5d中提供了前封闭横梁40的附加视图(即，前透视图、前透视图的放大部分和剖视图)。参考图5a，前封闭横梁40包括布置在左端部分46a与右端部分46b之间的中间部分42，其中，在中间部分42与左端部分46a和右端部分46b之间分别设置有左过渡部分44a和右过渡部分44b。左过渡部分44a和右过渡部分44b均具有大致三角形的形状。前封闭横梁40还包括左端50a和右端50b。如图所示，左端部分46a和右端部分46b中的每一个具有比中间部分42的高度大得多的高度(例如，在某些实施例中，至少大约三倍、大约四倍或大约五倍)。左过渡部分46a具有从左过渡部分46a的中间端43a到横向端45a增加的高度，以提供中间部分42与左端部分46a之间的高度过渡。类似地，右过渡部分46b具有从右过渡部分46b的中间端43b到横向端45b增加的高度，以提供中间部分42与右端部分46b之间的高度过渡。左开口48a被限定在左过渡部分44a的一部分与左端部分46a之间，并且右开口48b被限定在右过渡部分44b的一部分与右端部分46b之间，其中，左开口48a和右开口48b被设置用以减少前封闭横梁40的空气动力
学阻力和重量。左端部分46a和右端部分46b均具有倒圆的、大致矩形的形状，并且均限定四个竖直对齐的孔口52a、52b，该孔口被构造用以允许在纵向方向上插入紧固件(例如，螺栓，未示出)，以用于将前封闭横梁40的端部部分46a、46b附接到车辆框架的至少一部分(诸如其左多功能支架和右多功能支架(mfb)，如下文结合图6至图8b所示)。对于每组竖直对齐的孔口52a、52b，相应孔口具有彼此平行的中心轴线。
53.图5b是前封闭横梁40的前透视图，并且图5c是前封闭横梁40的一部分的放大前透视图，其包括中间部分42的剖视图。如图5c和图5d所示，每个过渡部分44a、44b在前后方向上的厚度随着靠近端部部分46a、46b而减小。此外，中间部分42在前后方向上的平均厚度大于过渡部分44a、44b的平均厚度，并且过渡部分44a、44b的平均厚度大于端部部分46a、46b的平均厚度。如图5c和图5d进一步所示，中间部分42包括弯曲的前缘54和弯曲的后缘56，其中，向下倾斜的上表面53和向上倾斜的下表面55在两者之间延伸。端部部分46a、46b均限定四个竖直对齐的孔口52a、52b，这些孔口基本等距间隔开并且在纵向方向上延伸穿过相应端部部分46a、46b。
54.图5d是图5a至图5c的前封闭横梁40的中间部分42的剖视图。如前所述，中间部分42包括弯曲的前缘54和弯曲的后缘56，其中，向下倾斜的上表面53和向上倾斜的下表面55在两者之间延伸。弯曲的前缘54的高度h
l
大于弯曲的后缘h
t
的高度(例如，在某些实施例中，至少大30％、大50％、大70％、大85％或大100％)。在某些实施例中，中间部分42总体上相对于水平面(未示出)对称。
55.在某些实施例中，如本文所公开的前封闭横梁(即，包括根据图5a至图5d的前封闭横梁40的其中间部分、过渡部分和端部部分)可以实现整体单一构件。可以使用的各种制造技术包括铸造、机加工、锻造、焊接、增材沉积和/或减材去除中的一种或多种。在某些实施例中，前封闭横梁可以由金属或金属合金(包括但不限于球墨铸铁(也称为韧性铁)、铝、钢、合金钢等)制成。韧性铁是一种铸铁，因其金属中的球形(圆形)石墨结构而具有抗冲击性和抗疲劳性、伸长率和耐磨性。
56.在某些实施例中，如本文所公开的前封闭横梁可以通过消失模铸造(lost foam casting)生产。消失模铸造是通过一种蒸发模型铸造工艺创建的，其中，聚苯乙烯泡沫模型用于形成模具。泡沫模型涂覆并嵌入有陶瓷珠介质，该陶瓷珠介质在其周围压实以支撑泡沫的外部形式。在某些实施例中可以使用其他铸造技术(例如，湿砂铸造)，但是消失模铸造是优选的，以提供更高分辨率的特征、更严格的尺寸公差和更光滑的表面光洁度，这可以减少或消除对铸造后精加工步骤的需要(例如，机加工)。在某些实施例中，前封闭横梁的各个部分可以单独生产(例如，铸造)，并通过焊接或其他方式结合在一起以形成最终产品。
57.图6是第一公路车辆框架66a的一部分的正视图，其包括都跨越在左多功能支架24a与右多功能支架24b之间的图5a至图5d的前封闭横梁40和下横梁60。与前封闭横梁40不同，下横梁60总体上为矩形形状而不表现出空气动力学轮廓，但由于下横梁60布置在牵引车的前保险杠或整流罩后面，而当牵引车在向前方向上行驶时不会直接暴露于进入的空气流，所以通过重新成形下横梁60几乎没有效用。前封闭横梁40利用左组纵向螺栓62a和右组纵向螺栓62b固定到mfb24a、24b，该左组纵向螺栓和右组纵向螺栓延伸穿过前封闭横梁40的端部部分46a、46b。也可以提供左纵向螺栓64a和右组横向螺栓64b。
58.图7是图6的公路车辆框架部分66b的前透视图，其中添加了固定到其左mfb 24a和
右mfb 24b的左纵向导轨构件26a和右纵向导轨构件26b。如图所示，前封闭横梁40利用左组纵向螺栓62a和右组纵向螺栓62b固定到mfb 24a、24b，该左组纵向螺栓和右组纵向螺栓延伸穿过前封闭横梁40的端部部分46a、46b。此外，左组横向螺栓64a和右组横向螺栓64b可以用于将mfb 24a、24b结合到纵向导轨构件26a、26b。
59.图8a和图8b分别提供了第二公路车辆框架66c的一部分的正视图和后视图，其包括都跨越在左mfb 24a与右mfb 24b之间的图5a至图5d的前封闭横梁40和下横梁60，其中，每个mfb 24a、24b包括拖钩25a、25b。前封闭横梁40利用左组纵向螺栓62a和右组纵向螺栓62b固定到mfb 24a、24b，该左组纵向螺栓和右组纵向螺栓延伸穿过前封闭横梁40的端部部分46a、46b。图8a和图8b示出了当从上方观察时前封闭横梁40的中间部分42可以具有弓形形状，其中，中间部分40的中心处的前表面被布置在端部部分46a、46b的前方并且被布置于在中间部分42的远端处的前表面的前方。如图8b所示，多个线束安装区域72(例如，孔，可选地带螺纹)可以沿着或靠近中间部分42的后缘布置以接收用于紧固件，所述紧固件允许沿着中间部分42的后部安装线材(例如，用于传感器或其他部件)。
60.图9是包含图5a至图5d的前封闭横梁40的牵引车(即，牵引挂车)的发动机舱34的侧剖示意图，该前封闭横梁定位在牵引车的主前开口18中。主前开口18被限定在边界构件30、30'(可选地，前整流罩的一部分)之间。如图所示，前封闭横梁40定位在前散热器31的前方，该前散热器在发动机舱34内布置在发动机32的前方。水平箭头示出气流穿过主前开口18以及经由前封闭横梁40以撞击前散热器31的方向。
61.图10是图5a至图5d的前封闭横梁40的一部分的侧剖视图，其中，叠加的流线示出了前封闭横梁40下游的层流尾流。前封闭横梁40相对于水平参考线74大致对称。如图所示，叠加的流线示出了在前封闭横梁40的下游的层流尾流，而不会表现出导致局部低压区域的湍流尾流。
62.本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为在本文公开的概念和所附权利要求的范围内。