瞬態(tài)動(dòng)擺角超車氣動(dòng)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(dòng)力將增加，車輛間氣動(dòng)干擾加劇，高速行駛操控復(fù)雜性增加，同時(shí)車身之間氣流擾動(dòng)引起的氣動(dòng)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(xiǎn)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(yùn)動(dòng)軌跡與車頭擺角隨時(shí)間變化而變化，即所謂―動(dòng)擺角過程‖，現(xiàn)有風(fēng)洞條件無法實(shí)驗(yàn)

2、測(cè)試這些工況下的氣動(dòng)力參數(shù)，同時(shí)基于有限體積法的離散方法限制，數(shù)值計(jì)算方法也無法準(zhǔn)確模擬這些真實(shí)行車工況。近年來，基于分子動(dòng)理論的格子Boltzmann方法得到迅速發(fā)展，因不受空間離散時(shí)網(wǎng)格約束，為變道超車和彎道超車模擬計(jì)算提供了仿真條件。
　　對(duì)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(jì)算，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)和前人研究結(jié)論進(jìn)行校驗(yàn)，證明了該方法的穩(wěn)定性和可靠性。在此基礎(chǔ)上分別對(duì)動(dòng)擺角變道超車和彎道超車兩種工況進(jìn)

3、行了氣動(dòng)特性仿真分析，研究了超車時(shí)氣動(dòng)力的變化趨勢(shì)和超車危險(xiǎn)區(qū)域，構(gòu)建了實(shí)車多體動(dòng)力學(xué)模型，探討了兩種真實(shí)工況下超車時(shí)氣動(dòng)側(cè)力對(duì)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(jìn)措施，優(yōu)化了高速行車中的氣動(dòng)特性。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.研究了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外汽車氣動(dòng)特性對(duì)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?jī)?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(dòng)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(jìn)行了基于格子Boltzmann法的某實(shí)車模氣動(dòng)阻力計(jì)算，對(duì)比風(fēng)洞試驗(yàn)，誤差為0.827％，驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，計(jì)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(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)動(dòng)擺角變道超車、彎道超車時(shí)行駛軌跡，分別對(duì)動(dòng)擺角變

5、道超車和彎道超車進(jìn)行模擬仿真，得到了兩種工況下的氣動(dòng)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(shí)，轎車所受側(cè)力系數(shù)在距長(zhǎng)比系數(shù)D/L=0和3.5處附近出現(xiàn)負(fù)向峰值，且變道超車時(shí)轎車側(cè)力系數(shù)要大于彎道超車，最大峰值達(dá)到-0.285。
　　5.針對(duì)變道超車的特殊性，構(gòu)建了轎車實(shí)車多體動(dòng)力學(xué)模型，研究了變道超車時(shí)的氣動(dòng)側(cè)力對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性影響，對(duì)比不考慮氣動(dòng)側(cè)力影響，計(jì)