基于硬點-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進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瓶頸問題，使得基于汽車空氣動力學的氣動減阻倍受青睞。當前國內大多數汽車企業(yè)主要采用汽車減阻技術方法有如下幾類：第一類局部減阻技術，即在汽車造型風格確定后，采用的局部減阻技術，不僅車身局部結構特征參數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驗；第二類整體減阻技術，其理想形體過于單一，不符合造型風格的多樣性；第三類仿生減阻和附加裝置減阻技術，仿生減阻設計的車身缺乏實用性，仍舊停留在探索階段，而氣動附加裝置減阻技術主要用于改善車身局部的氣動性能，類似于局部減阻。
　　對此，本文以某款標桿車為研究對象，在保車身造型特征的基礎上，提出基于硬點-骨架約束的車身曲面減阻優(yōu)化法，通過構建目標曲面約束條件，繼承車身骨架原有造型風格，采用試驗

3、設計技術獲得了單曲面最佳氣動造型。在此基礎上，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。具體研究內容如下：
　　1.對國內外汽車減阻方法進行了綜述，討論了汽車空氣動力學研究的數值計算方法和試驗設計技術，以及汽車外流場數值模擬基本理論。在此基礎上，綜合考慮車身外流場數值計算精度和效率，對數值模擬所采用的湍流模型、網格劃分策略、算法進行分析。通過數值模擬和風洞試驗驗證，確定了汽車外流場數值計算方法的可靠性

4、，為后續(xù)標桿車的減阻優(yōu)化奠定基礎。同時，探討了標桿車細部減阻技術的瓶頸。
　　2.針對目前標桿車細部優(yōu)化方法的缺陷，提出基于硬點-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)動機罩、前風窗、車頂作為減阻優(yōu)化研究對象，結合車身曲面硬點-骨架約束基本原理和試驗設計進行車身減阻。首先采用最優(yōu)拉丁超立方方法抽取曲面樣本組；然后通過數值計算獲得氣動阻力系數響應值；緊接著采用二階響應面近似模型（RSM），建立目標曲面變量因

5、子與氣動阻力系數的響應關系；在此基礎上，借助多島遺傳算法（MIGA）對曲面進行全局尋優(yōu)，分別得到三個目標曲面的最佳氣動阻力造型。
　　3.對三個目標曲面優(yōu)化結果進行疊加數值計算分析，發(fā)現不同曲面間存在交互效應，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，為實現全局優(yōu)化，通過基于硬點-骨架約束的車身曲面群局減阻優(yōu)化方法，將車頭、發(fā)動機罩、前后風窗、車頂、后備箱等曲面群中9個關鍵點作為重構曲面的變量因子，采用