基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面群局減阻優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著國家高速公路路網(wǎng)進(jìn)一步完善和汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，汽車車速大大提高。而對于高速行駛的汽車，克服氣動阻力所消耗的功率與車速的立方成正比，加劇了能源危機(jī)和環(huán)境污染的程度。目前，由于其他降低汽車能耗存在技術(shù)瓶頸問題，使得基于汽車空氣動力學(xué)的氣動減阻倍受青睞。當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)汽車企業(yè)主要采用汽車減阻技術(shù)方法有如下幾類：第一類局部減阻技術(shù)，即在汽車造型風(fēng)格確定后，采用的局部減阻技術(shù)，不僅車身局部結(jié)構(gòu)特征參數(shù)改變所引起的氣動阻力變化不具備明確

2、性，而且大多是依賴于工程師的個人減阻修型經(jīng)驗；第二類整體減阻技術(shù)，其理想形體過于單一，不符合造型風(fēng)格的多樣性；第三類仿生減阻和附加裝置減阻技術(shù)，仿生減阻設(shè)計的車身缺乏實(shí)用性，仍舊停留在探索階段，而氣動附加裝置減阻技術(shù)主要用于改善車身局部的氣動性能，類似于局部減阻。
　　對此，本文以某款標(biāo)桿車為研究對象，在保車身造型特征的基礎(chǔ)上，提出基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面減阻優(yōu)化法，通過構(gòu)建目標(biāo)曲面約束條件，繼承車身骨架原有造型風(fēng)格，采用試驗

3、設(shè)計技術(shù)獲得了單曲面最佳氣動造型。在此基礎(chǔ)上，綜合車身多個曲面，將其同時作為氣動減阻優(yōu)化對象，得到車身曲面群最優(yōu)造型。具體研究內(nèi)容如下：
　　1.對國內(nèi)外汽車減阻方法進(jìn)行了綜述，討論了汽車空氣動力學(xué)研究的數(shù)值計算方法和試驗設(shè)計技術(shù)，以及汽車外流場數(shù)值模擬基本理論。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮車身外流場數(shù)值計算精度和效率，對數(shù)值模擬所采用的湍流模型、網(wǎng)格劃分策略、算法進(jìn)行分析。通過數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗驗證，確定了汽車外流場數(shù)值計算方法的可靠性

4、，為后續(xù)標(biāo)桿車的減阻優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。同時，探討了標(biāo)桿車細(xì)部減阻技術(shù)的瓶頸。
　　2.針對目前標(biāo)桿車細(xì)部優(yōu)化方法的缺陷，提出基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面減阻優(yōu)化方法。以氣動阻力影響較大的三個曲面：發(fā)動機(jī)罩、前風(fēng)窗、車頂作為減阻優(yōu)化研究對象，結(jié)合車身曲面硬點(diǎn)-骨架約束基本原理和試驗設(shè)計進(jìn)行車身減阻。首先采用最優(yōu)拉丁超立方方法抽取曲面樣本組；然后通過數(shù)值計算獲得氣動阻力系數(shù)響應(yīng)值；緊接著采用二階響應(yīng)面近似模型（RSM），建立目標(biāo)曲面變量因

5、子與氣動阻力系數(shù)的響應(yīng)關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，借助多島遺傳算法（MIGA）對曲面進(jìn)行全局尋優(yōu)，分別得到三個目標(biāo)曲面的最佳氣動阻力造型。
　　3.對三個目標(biāo)曲面優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行疊加數(shù)值計算分析，發(fā)現(xiàn)不同曲面間存在交互效應(yīng)，兩曲面減阻效果并非線性疊加，部分工況甚至低于單個曲面的減阻效果。對此，為實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，通過基于硬點(diǎn)-骨架約束的車身曲面群局減阻優(yōu)化方法，將車頭、發(fā)動機(jī)罩、前后風(fēng)窗、車頂、后備箱等曲面群中9個關(guān)鍵點(diǎn)作為重構(gòu)曲面的變量因子，采用