瞬態(tài)動擺角超車氣動特性研究.pdf

1、隨著汽車保有量的增加，高速路網(wǎng)的日益密集和生活節(jié)奏的加快，高速公路上彎道加速和超車現(xiàn)象成為高速駕駛的常態(tài)。車速的提升使得車身氣動力將增加，車輛間氣動干擾加劇，高速行駛操控復(fù)雜性增加，同時車身之間氣流擾動引起的氣動力將導(dǎo)致車輛發(fā)生橫擺和側(cè)移，增加了高速駕駛心理恐慌，這些因素增加了高速行車的危險性。由于超車屬于特殊行車工況，尤其是常見的彎道超車和變道超車過程中車身運動軌跡與車頭擺角隨時間變化而變化，即所謂―動擺角過程‖，現(xiàn)有風(fēng)洞條件無法實驗

2、測試這些工況下的氣動力參數(shù)，同時基于有限體積法的離散方法限制，數(shù)值計算方法也無法準(zhǔn)確模擬這些真實行車工況。近年來，基于分子動理論的格子Boltzmann方法得到迅速發(fā)展，因不受空間離散時網(wǎng)格約束，為變道超車和彎道超車模擬計算提供了仿真條件。
　　對此，本文首先應(yīng)用格子Boltzmann方法開展了直道超車工況仿真計算，并與試驗數(shù)據(jù)和前人研究結(jié)論進行校驗，證明了該方法的穩(wěn)定性和可靠性。在此基礎(chǔ)上分別對動擺角變道超車和彎道超車兩種工況進

3、行了氣動特性仿真分析，研究了超車時氣動力的變化趨勢和超車危險區(qū)域，構(gòu)建了實車多體動力學(xué)模型，探討了兩種真實工況下超車時氣動側(cè)力對汽車操縱穩(wěn)定性的影響，并提出了車身造型優(yōu)化和附加裝置改進措施，優(yōu)化了高速行車中的氣動特性。具體研究內(nèi)容如下：
　　1.研究了當(dāng)前國內(nèi)外汽車氣動特性對汽車操縱穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀，明確了本文研究的目的、意義，擬定了研究內(nèi)容和技術(shù)路線。
　　2.闡述了格子Boltzmann方法的基本原理和理論方程、邊界

4、處理格式、格子模型及嵌入不同湍流模型的格子Boltzmann方法，結(jié)合動擺角變道超車基本特征，確定了邊界條件和仿真方案。
　　3.根據(jù)仿真方案進行了基于格子Boltzmann法的某實車模氣動阻力計算，對比風(fēng)洞試驗，誤差為0.827％，驗證了方法的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，計算了直道超車工況，結(jié)果與前人研究結(jié)果吻合，說明了該方法的穩(wěn)定性。
　　4.根據(jù)超車過程中車身實際運動狀態(tài)，設(shè)計動擺角變道超車、彎道超車時行駛軌跡，分別對動擺角變

5、道超車和彎道超車進行模擬仿真，得到了兩種工況下的氣動側(cè)力變化曲線規(guī)律：結(jié)果表明在變道超車和彎道超車過程中，側(cè)向力系數(shù)成類余弦曲線變化，兩種工況下，轎車超越大型車輛時，轎車所受側(cè)力系數(shù)在距長比系數(shù)D/L=0和3.5處附近出現(xiàn)負向峰值，且變道超車時轎車側(cè)力系數(shù)要大于彎道超車，最大峰值達到-0.285。
　　5.針對變道超車的特殊性，構(gòu)建了轎車實車多體動力學(xué)模型，研究了變道超車時的氣動側(cè)力對汽車操縱穩(wěn)定性影響，對比不考慮氣動側(cè)力影響，計