弯道会车的瞬态气动特性研究

发布时间：2017-08-02 03:15

  本文关键词：弯道会车的瞬态气动特性研究

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【摘要】：随着我国公路交通的发展以及车速的提高,汽车行驶过程中的气动特性已经成为影响其稳定性和安全性的重要因素。目前关于整车气动特性的探索主要集中在单车行驶,而对于复数车辆气动特性干扰的探究主要集中在直线工况,如会车、超车和队列行驶等。在弯道行驶工况下,车辆气动特性与直线行驶有了很大的不同,弯道与会车共同作用下,汽车周围流场变化复杂,进而会对车辆的瞬态气动特性产生重要影响。本文将借助STAR-CCM+重叠网格技术实现弯道会车的数值仿真,探究弯道会车情况下,气动特性的瞬态变化规律。首先进行仿真方法的可行性验证。利用吉林大学汽车风洞完成SAE汽车模型的气动六分力与车身表面压力风洞试验,然后采用重叠网格技术,对SAE阶背式轿车模型进行直线行驶工况的瞬态仿真,并将仿真结果与风洞试验数据进行对比,分别从气动阻力和车身表面压力分布两个方面进行了验证。通过对比分析,两者获得的结果基本一致,从而验证了仿真方法的可行性。单车直线行驶和单车弯道行驶气动特性仿真中,参照公路路线设计规范—JTG D20-2006,选择了半径125m的弯道。从直线与弯道行驶气动力对比曲线可以看出,气动侧向力S,侧倾力矩RM,横摆力矩YM差异相对明显,而气动阻力D,气动升力L,俯仰力矩PM则几乎无差异。从车身周围压力云图可以看出:直线行驶时,车身两侧压力对称,因此直线行驶状态下,车辆所受气动侧向力系数几乎为零,而弯道行驶时,车身两侧表面压力分布呈现明显的不对称性,车辆受到气动侧向力的作用,而气动侧向力又会引起侧倾力矩和横摆力矩的产生。汽车弯道行驶产生的侧向力S指向弯道圆心方向,侧倾力矩RM绕X轴正向逆时针旋转,横摆力矩YM为绕Z轴正向顺时针旋转。直线会车与弯道会车气动特性对比分析发现会车过程中对汽车操纵稳定性影响最大的侧向力S,侧倾力矩RM,横摆力矩YM波动最为剧烈。两种工况下,随着两车纵向位置的改变,气动力变化规律相似,只是力的大小有所不同,在X/L=0.25,1.25,2.25处,均存在极值。其中侧倾力矩的变化趋势与侧向力基本一致,均存在三个极值点,而横摆力矩则有所不同,主要由于会车过程中,侧向力在车身上分布差异造成的,在弯道与会车共同作用下,弯道会车中车1与车2气动力存在明显差异,而直线会车中车1与车2气动力则几乎相同。绝对速度改变情况下,随着行驶速度的增加,侧向力、侧倾力矩和横摆力矩的变化趋势更加明显。气动力峰值随速度的提高而线性增加。相对速度改变情况下,速度较小车所受到的影响更大,速度差越大,这种影响趋势越明显。弯道会车工况下,气动力峰值随会车间距的减小而迅速增大,会车间距越小,气动力变化越剧烈。
【关键词】：弯道会车 重叠网格 数值仿真 瞬态气动特性 操纵稳定性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究历史和现状13
• 1.3 本文研究内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 研究理论与基础15-27
• 2.1 汽车空气动力学理论15-16
• 2.2 流体力学理论16-19
• 2.2.1 流体力学控制方程16
• 2.2.2 控制方程离散16-17
• 2.2.3 湍流模型17-19
• 2.3 研究方法19-22
• 2.3.1 稳态模拟方法19-20
• 2.3.2 瞬态模拟方法20-22
• 2.4 网格介绍22-25
• 2.4.1 非连续网格理论及动态层铺法22-23
• 2.4.2 重叠网格技术23-24
• 2.4.3 切割体网格24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 单车直线与弯道行驶瞬态仿真及方法验证27-43
• 3.1 风洞试验27-32
• 3.1.1 模型选取27-28
• 3.1.2 车辆气动六分力及车身表面压力分布风洞试验28-31
• 3.1.3 实验结果31-32
• 3.2 单车直线与弯道工况下瞬态气动特性仿真对比32-42
• 3.2.1 计算域及网格方案32-35
• 3.2.2 边界条件35-36
• 3.2.3 时间步长和迭代步数36
• 3.2.4 计算结果分析36-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 弯道会车瞬态气动特性仿真43-71
• 4.1 直线会车与弯道会车瞬态仿真43-55
• 4.1.1 模型选取43-44
• 4.1.2 计算域建立及仿真方案44-45
• 4.1.3 计算结果分析45-55
• 4.2 不同会车速度下弯道会车瞬态仿真55-65
• 4.2.1 不同绝对速度会车仿真结果分析55-61
• 4.2.2 不同相对速度会车仿真结果分析61-65
• 4.3 不同会车间距下弯道会车瞬态仿真65-69
• 4.3.1 仿真方案65-66
• 4.3.2 仿真结果分析66-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 全文总结与展望71-75
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 展望72-75
• 参考文献75-79
• 作者简介和科研成果79-80
• 致谢80

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本文编号：607396