重型商用车降风阻型货箱尾板及其降风阻控制方法

技术领域

本申请涉及商用车空气动力学的技术领域，尤其涉及一种重型商用车降风阻型货箱尾板及其降风阻控制方法。

背景技术

重型商用车特别是箱式货车，多应用于高速物流，空气阻力是整车行驶阻力的主要来源，因其多数时间处于高速行驶状态，且数量庞大，因此降低空气阻力对减少传统车型整车油耗、提升纯电重卡的续航里程，达到碳排放目标具有重要意义。

传统的货箱尾板具有较好的减阻效果，但尺寸过大，通常达到1m左右，加装后因整车长度超出法规限制难以实际使用。相关的改善方法是在货箱尾板的边缘设置一块弧形货箱尾板，在弧形货箱尾板上安装一套等离子体激励器，在货车行驶时，等离子体激励器正常运行，能够减小货车尾部的气流分离，从而减小货箱尾涡，减少货车行驶的空气阻力。

然而，由于等离子体激励器的安装位置不合理，导致等离子体激励器距离其理想工作状态和工作效率仍然存在待完善的差距。

发明内容

本申请提供一种重型商用车降风阻型货箱尾板及其降风阻控制方法，用以解决背景技术中存在的问题，即：由于等离子体激励器的安装位置不合理，导致等离子体激励器距离其理想工作状态和工作效率仍然存在待完善的差距；本申请可以改善等离子体激励器的安装位置不合理的问题，本申请发明了一种带有等离子体激励器的弧形尾板主动减阻装置，通过在弧形货箱尾板的特定位置安装等离子体激励器，等离子体激励器给局部气流注入能量，能够有效减小货箱尾部涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力，可广泛投入实际使用。

第一方面，本申请提供一种重型商用车降风阻型货箱尾板，包括：弧形货箱尾板，重型商用车货箱尾板的四边均至少设置有一块所述弧形货箱尾板；等离子体激励器，所述等离子体激励器包括激励器本体和等离子体电源，所述激励器本体设置在所述弧形货箱尾板上，所述等离子体电源设置在重型商用车内并且电连接所述激励器本体；所述激励器本体的中心点与所述弧形货箱尾板圆心的连线形成激励器本体的安装线，所述安装线与所述重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°。

具体来说，本申请实施例提供的技术方案，激励器本体的安装线与重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°为激励器本体的特定安装位置，在此特定的安装位置，激励器本体能够最大程度地接近其理想工作状态和工作效率，在货车行驶时，运行时的激励器本体能够给局部气流注入能量，能够有效减小货箱尾部的气流涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力，可广泛投入实际使用。另外，在重型商用车货箱尾板的四边均至少设置一组激励器本体，在货车行驶时，能够进一步减小货箱尾部的气流涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力。并且，本申请提供的重型商用车降风阻型货箱尾板尺寸足够小，安装简易，可直接布置在车体货箱尾部，最大可降低行驶空气阻力9％。

在一种可能的设计中，所述激励器本体包括：裸露电极、绝缘层和掩埋电极；所述绝缘层嵌设在所述弧形货箱尾板的内部，所述绝缘层的外表面与所述弧形货箱尾板的外表面齐平；所述裸露电极设置在所述绝缘层的外表面；所述掩埋电极设置在所述绝缘层的内表面；所述裸露电极比所述掩埋电极更靠近所述重型商用车货箱尾板；所述裸露电极与所述等离子体电源高压输出端通过导线连接，所述掩埋电极与所述等离子体电源低压输出端通过导线连接。

具体来说，当货车的行驶速度达到一定速率时，等离子体激励器开启，等离子体电源释放电量，在裸露电极与掩埋电极之间施加足够大的高压交流电，裸露电极附近的空气会被击穿，形成离子和电子。在电场的作用下，正离子沿电场方向向掩埋电极运动，正离子运动过程中与空气中的氧气、氮气等中性分子、原子发生非弹性碰撞，产生动量交换。由于电子动量远小于离子动量，导致离子在向电场梯度方向运动的过程通过动量交换诱导产生向掩埋电极运动的射流，从而加快近壁面速度，避免或减小弧形货箱尾板附近的气流分离，从而减小货箱的尾涡，降低货车行驶时的空气阻力。

在一种可能的设计中，所述裸露电极和所述掩埋电极的厚度均为0.04-0.08mm，所述裸露电极和所述掩埋电极的宽度均为1-3mm，所述裸露电极和所述掩埋电极的长度均与所述弧形货箱尾板长度一致。

具体来说，将裸露电极和掩埋电极的厚度均设置为0.04-0.08mm，是较为合理的厚度，厚度太厚则不容易产生尖端放电而形成电场且容易对流场形成干扰，厚度太薄则容易影响其使用寿命。将裸露电极和掩埋电极的宽度均设置为1-3mm也是较为合理的宽度，有利于在节能的运行工况下，在裸露电极和掩埋电极之间形成稳定的电场。使裸露电极和掩埋电极的长度均与弧形货箱尾板长度保持一致，能够在弧形货箱尾板的总体长度范围内形成稳定的电场，最大程度地减小货箱的尾涡，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。

在一种可能的设计中，所述绝缘层包括至少六层聚酰亚胺层及一层聚四氟乙烯层，所述聚四氟乙烯层位于所述绝缘层的最顶层；所述聚酰亚胺层的厚度为0.006mm，所述聚四氟乙烯层的厚度为0.13mm。

具体来说，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，拥有很高的绝缘性能，能够确保裸露电极和掩埋电极之间的电场稳定。聚四氟乙烯层更耐高温，布置在绝缘层的最顶层，可延长激励器本体的使用寿命。

在一种可能的设计中，所述裸露电极和所述掩埋电极的距离为0.8-1.2mm。

具体来说，将裸露电极和掩埋电极之间的电极间隙设置为0.8-1.2mm，有利于裸露电极和掩埋电极之间形成稳定的电场，且，能够最大程度地减小货箱的尾涡，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。

在一种可能的设计中，所述弧形货箱尾板的长度与所处安装位置的货箱尺寸保持一致，所述弧形货箱尾板的厚度至少为2mm。

具体来说，使弧形货箱尾板的长度与所处安装位置的货箱尺寸保持一致，能够最大程度地增加弧形货箱尾板的长度，即，最大程度地延长激励器本体的长度，最大程度地发挥激励器本体减小货箱的尾涡的作用，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。将弧形货箱尾板的厚度至少设置为2mm，能够保证货车高速行驶下，弧形货箱尾板的刚度不发生变形。

在一种可能的设计中，还包括：控制装置，所述控制装置包括车速传感器和电源输入电压控制器，所述电源输入电压控制器与所述车速传感器、所述激励器本体和所述等离子体电源均通讯连接；在所述车速传感器检测到车速大于第一预设速率时，所述电源输入电压控制器控制开启所述等离子体激励器；在所述车速传感器检测到车速大于第二预设速率时，所述电源输入电压控制器控制所述等离子体电源将输出高电压调至最大值，其中，第二预设速率大于第一预设速率。

具体来说，货车行驶时，在等离子体激励器关闭状态下，弧形货箱尾板仍然可以起到一定的减阻效果。根据车速传感器检测到的车速，电源输入电压控制器能够自动开启等离子体电源，并控制等离子体电源的输出高电压，自动调节电场的能量密度，以匹配车速，能够获得较佳的降风阻效果，并且，保证整车总能量消耗最低。

第二方面，本申请提供一种重型商用车降风阻控制方法，包括：所述车速传感器检测车速，在所述车速大于第一预设速率，所述电源输入电压控制器控制开启所述等离子体激励器；根据所述车速，所述电源输入电压控制器调节所述等离子体电源的输出电压峰值，所述等离子体电源的输出电压为连续正弦波；在所述车速传感器检测到车速大于第二预设速率时，所述电源输入电压控制器调节所述等离子体电源的输出电压峰值至最大值，其中，第二预设速率大于第一预设速率。

具体来说，根据车速传感器检测到的车速，在车速大于第一预设速率时，电源输入电压控制器能够自动开启等离子体电源；电源输入电压控制器控制等离子体电源的输出高电压，等离子体电源的输出高电压与车速成正比，电源输入电压控制器自动调节电场的能量密度，以匹配车速，能够获得较佳的降风阻效果，并且，保证整车总能量消耗最低。

在一种可能的设计中，所述车速与所述等离子体电源的输出电压峰值，满足以下公式：E＝A·lnV-B

其中，E表示所述等离子体电源的输出电压峰值，E的单位为kV，E的频率为7.2kHz；V表示所述车速，V的单位为km/h；15

具体来说，该对数公式由箱式货车模型风洞试验数据拟合得到，使车速与等离子体电源的输出电压峰值满足该对数公式，使得等离子体电源的输出高电压与车速总体成正比关系，能够实现较佳的降风阻效果，并且，保证整车总能量消耗最低。

在一种可能的设计中，所述第一预设速率为36km/h，所述第二预设速率为100km/h。

具体来说，当货车的车速达到36km/h时，货车开始受到较为明显的空气阻力，因此将第一预设速率设置为36km/h较为合理；高速公路上，货车的极限速度一般为100km/h，因此将第二预设速率设置为100km/h较为合理。

本申请提供的重型商用车降风阻型货箱尾板，重型商用车货箱尾板的四边均至少设置有一块弧形货箱尾板，每块弧形货箱尾板上均设置有等离子体激励器，等离子体激励器包括激励器本体，激励器本体的中心点与弧形货箱尾板圆心的连线形成激励器本体的安装线，且该安装线与重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°，形成了激励器本体的特定安装位置，改善了等离子体激励器安装位置不合理的问题，能够有效减小货箱尾部涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力，可广泛投入实际使用。

本申请提供的重型商用车降风阻控制方法，在车速大于第一预设速率时，电源输入电压控制器控制开启等离子体激励器；根据车速，电源输入电压控制器调节等离子体电源的输出电压峰值，等离子体电源的输出电压为连续正弦波；在车速传感器检测到车速大于第二预设速率时，电源输入电压控制器调节等离子体电源的输出电压峰值至最大值，其中，第二预设速率大于第一预设速率。实现了如下技术效果：根据车速传感器检测到的车速，在车速大于第一预设速率时，电源输入电压控制器能够自动开启等离子体电源；电源输入电压控制器控制等离子体电源的输出高电压，等离子体电源的输出高电压与车速成正比，电源输入电压控制器自动调节电场的能量密度，以匹配车速，能够获得较佳的降风阻效果，并且，保证整车总能量消耗最低。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的安装有等离子体激励器的弧形货箱尾板的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的等离子体激励器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的弧形货箱尾板在重型商用车上的安装位置示意图；

图4为未在货箱尾部布置等离子体激励器时车体行驶时货箱尾部的尾涡图；

图5为在货箱尾部布置等离子体激励器后车体行驶时货箱尾部的尾涡图。

附图标记：

100-弧形货箱尾板；

200-激励器本体；210-裸露电极；220-绝缘层；230-掩埋电极；

300-等离子体电源；310-导线。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

正如背景技术上述，重型商用车特别是箱式货车，多应用于高速物流，空气阻力是整车行驶阻力的主要来源，因其多数时间处于高速行驶状态，且数量庞大，因此降低空气阻力对减少传统车型整车油耗、提升纯电重卡的续航里程，达到碳排放目标具有重要意义。

传统的货箱尾板具有较好的减阻效果，但尺寸过大，通常达到1m左右，加装后因整车长度超出法规限制难以实际使用。相关的改善方法是在货箱尾板的边缘设置一块弧形货箱尾板，在弧形货箱尾板上安装一套等离子体激励器，在货车行驶时，等离子体激励器正常运行，能够减小货车尾部的气流分离，从而减小货箱尾涡，减少货车行驶的空气阻力。

然而，由于等离子体激励器的安装位置不合理，导致等离子体激励器距离其理想工作状态和工作效率仍然存在待完善的差距。

所以为了改善或解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种重型商用车降风阻型货箱尾板及其降风阻控制方法，本申请实施例提供的技术方案，重型商用车货箱尾板的四边均至少设置有一块弧形货箱尾板，每块弧形货箱尾板上均设置有等离子体激励器，等离子体激励器包括激励器本体，激励器本体的中心点与弧形货箱尾板圆心的连线形成激励器本体的安装线，且该安装线与重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°，形成了激励器本体的特定安装位置，改善了等离子体激励器安装位置不合理的问题，使等离子体激励器更接近其理想工作状态和工作效率，能够有效减小货箱尾部涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力，可广泛投入实际使用。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

下面参考图1-图5详细地描述本申请实施例提供的重型商用车降风阻型货箱尾板及其降风阻控制方法。

本申请实施例提供一种重型商用车降风阻型货箱尾板，如图1、图2和图3所示，该重型商用车降风阻型货箱尾板包括：

弧形货箱尾板100，重型商用车货箱尾板的四边均至少固定连接有一块弧形货箱尾板100。

等离子体激励器，等离子体激励器包括激励器本体200和等离子体电源300，激励器本体200固定连接在弧形货箱尾板100上，等离子体电源300设置在重型商用车内并且电连接激励器本体200；激励器本体200的中心点与弧形货箱尾板100圆心的连线形成激励器本体200的安装线，安装线与重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°。

具体来说，本申请实施例提供的技术方案，激励器本体200的安装线与重型商用车货箱尾板的夹角大于等于10°且小于等于20°为激励器本体200的特定安装位置，在此特定的安装位置，激励器本体200能够最大程度地接近其理想工作状态和工作效率，在货车行驶时，运行时的激励器本体200能够给局部气流注入能量，能够有效减小货箱尾部的气流涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力，可广泛投入实际使用。另外，在重型商用车货箱尾板的四边均至少设置一组激励器本体200，在货车行驶时，能够进一步减小货箱尾部的气流涡区，能够最大程度减少整车行驶时的空气阻力。并且，本申请提供的重型商用车降风阻型货箱尾板尺寸足够小，安装简易，可直接布置在车体货箱尾部，最大可降低行驶空气阻力9％。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，如图1和图3所示，弧形货箱尾板100的长度与所处安装位置的货箱尺寸保持一致，弧形货箱尾板100的厚度至少为2mm。

具体来说，使弧形货箱尾板100的长度与所处安装位置的货箱尺寸保持一致，能够最大程度地增加弧形货箱尾板100的长度，即，最大程度地延长激励器本体200的长度，最大程度地发挥激励器本体200减小货箱的尾涡的作用，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。将弧形货箱尾板100的厚度至少设置为2mm，能够保证货车高速行驶下，弧形货箱尾板100的刚度不发生变形。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，如图1和图2所示，激励器本体200包括：裸露电极210、绝缘层220和掩埋电极230。绝缘层220嵌设在弧形货箱尾板100的内部，绝缘层220的外表面与弧形货箱尾板100的外表面齐平；裸露电极210固定连接在绝缘层220的外表面；掩埋电极230固定连接在绝缘层220的内表面，即，绝缘层220位于裸露电极210和掩埋电极230之间。裸露电极210比掩埋电极230更靠近重型商用车货箱尾板；裸露电极210与等离子体电源300高压输出端通过导线310连接，掩埋电极230与等离子体电源300低压输出端通过导线310连接。

如图4和图5所示，具体来说，当货车的行驶速度达到一定速率时，等离子体激励器开启，等离子体电源300释放电量，在裸露电极210与掩埋电极230之间施加足够大的高压交流电，裸露电极210附近的空气会被击穿，形成离子和电子。在电场的作用下，正离子沿电场方向向掩埋电极230运动，正离子运动过程中与空气中的氧气、氮气等中性分子、原子发生非弹性碰撞，产生动量交换。由于电子动量远小于离子动量，导致离子在向电场梯度方向运动的过程通过动量交换诱导产生向掩埋电极230运动的射流，从而加快近壁面速度，避免或减小弧形货箱尾板100附近的气流分离，从而减小货箱的尾涡，降低货车行驶时的空气阻力。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，如图2所示，裸露电极210和掩埋电极230的距离为0.8-1.2mm。

具体来说，将裸露电极210和掩埋电极230之间的电极间隙设置为0.8-1.2mm，有利于裸露电极210和掩埋电极230之间形成稳定的电场，且，能够最大程度地减小货箱的尾涡，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，如图2所示，裸露电极210和掩埋电极230的厚度均为0.04-0.08mm，裸露电极210和掩埋电极230的宽度均为1-3mm，裸露电极210和掩埋电极230的长度均与弧形货箱尾板100长度一致。

具体来说，将裸露电极210和掩埋电极230的厚度均设置为0.04-0.08mm，是较为合理的厚度，厚度太厚则不容易产生尖端放电而形成电场，厚度太薄则容易导致被电能烧穿。将裸露电极210和掩埋电极230的宽度均设置为1-3mm也是较为合理的宽度，有利于在节能的运行工况下，在裸露电极210和掩埋电极230之间形成稳定的电场。使裸露电极210和掩埋电极230的长度均与弧形货箱尾板100长度保持一致，能够在弧形货箱尾板100的总体长度范围内形成稳定的电场，最大程度地减小货箱的尾涡，最大程度地降低货车行驶时的空气阻力。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，如图2所示，绝缘层220包括至少六层聚酰亚胺层及一层聚四氟乙烯层，聚四氟乙烯层位于绝缘层220的最顶层；聚酰亚胺层的厚度为0.006mm，聚四氟乙烯层的厚度为0.13mm。

具体来说，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，拥有很高的绝缘性能，能够确保裸露电极210和掩埋电极230之间的电场稳定。聚四氟乙烯层更耐高温，布置在绝缘层220的最顶层，可延长激励器本体200的使用寿命。

本申请实施例还提供一种重型商用车降风阻控制方法，包括以下内容：

车速传感器检测车速，在车速大于第一预设速率，电源输入电压控制器控制开启等离子体激励器。

根据车速，电源输入电压控制器调节等离子体电源300的输出电压峰值，等离子体电源300的输出电压为连续正弦波。

在车速传感器检测到车速大于第二预设速率时，电源输入电压控制器调节等离子体电源300的输出电压峰值至最大值，其中，第二预设速率大于第一预设速率。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，车速与等离子体电源300的输出电压峰值，满足以下公式：

E＝A·lnV-B

其中，E表示等离子体电源300的输出电压峰值，E的单位为kV，E的频率为7.2kHz；V表示车速，V的单位为km/h；15

具体来说，该对数公式由箱式货车模型风洞试验数据拟合得到，使车速与等离子体电源300的输出电压峰值满足该对数公式，使得等离子体电源300的输出高电压与车速总体成正比关系，能够实现较佳的降风阻效果，并且，保证整车总能量消耗最低。

进一步的，在本申请提供的一些实施例中，第一预设速率为36km/h，第二预设速率为100km/h。

具体来说，当货车的车速达到36km/h时，货车开始受到较为明显的空气阻力，因此将第一预设速率设置为36km/h较为合理；高速公路上，货车的极限速度一般为100km/h，因此将第二预设速率设置为100km/h较为合理。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

一般而言，应当至少部分地由语境下的使用来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数的意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数的意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地根据语境，还可以将诸如“一”或“所述”的术语理解为传达单数用法或者传达复数用法。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。