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原文传递基于气动与系统动力双向耦合的汽车侧风稳定性研究

论文题名：	基于气动与系统动力双向耦合的汽车侧风稳定性研究
关键词：	汽车空气动力学;侧风稳定性;双向耦合;空气动力;系统动力
摘要：	2015年底，我国的高速公路总里程达12.3万公里，世界第一，同时中国地域辽阔，地形地貌差别极大，很多地区的自然风环境相当恶劣。随着高速公路的拓展，实际生活中遭遇危险侧风的频次也越来越多。侧风会影响汽车行驶稳定性，由此而引发的安全事故屡见不鲜。因此，针对高速行驶汽车的侧风稳定性研究具有切实的意义。　　传统针对侧风环境下高速行驶车辆气动特性以及稳定性的研究，大多是离线研究:流体域中的汽车模型只作为几何模型进行计算，将得到的气动力加载到其他的动力学软件中计算汽车的稳定性（单向耦合）。实际汽车在侧风环境高速行驶时，气动特性与汽车的运动是息息相关的、相互作用的:汽车既有几何特性，又有动力学特性，气动特性的改变会造成汽车运动状态的变化，反之亦然。双向耦合方法，能够耦合汽车空气动力学与系统动力学，对于汽车侧风气动特性及稳定性的研究有着重要意义。　　行车安全通常是人、车辆、道路、环境、交通管理等多要素统一作用的结果。美国针对多件交通事故调查发现:当汽车行驶在复杂、危险环境时，88％的交通事故是由不安全动作所致，12％是由不安全环境所致，如阵风、雨雪天气等。驾驶员在行车安全中扮演着重要的角色，当遭遇突如其来的侧风时，驾驶员能否快速正确的反应直接影响着汽车行驶安全性。但是由于生理因素，驾驶员的响应会受到一定的限制。在侧风作用时，如何帮助驾驶员很好的控制汽车，以实现良好的汽车行驶稳定性控制研究有着实际意义。　　针对上述问题，本文做了如下研究内容: 　　(1)对侧风作用下的某轿车1∶4缩比模型进行稳态风洞试验、不同湍流模型及侧风模拟方法的数值计算，以验证计算方法的准确性。对侧风作用下的该轿车实车模型进行稳态气动特性数值计算，研究风速、偏角等因素对稳态汽车侧风稳定性的影响。　　(2)用北京地区历年自然风的极致分布，确定四种阵风模型的峰值，基于二自由度模型，对此四种阵风模型下的高速汽车瞬态气动特性及稳定性作传统的单向耦合分析，确定最危险的阵风模型。　　(3)讨论了汽车侧风稳定性指标，建立了汽车的二自由度、五自由度模型、驾驶员模型、魔术轮胎模型。对汽车空气动力学及系统动力学双向耦合方法做了简介，基于Fluent与Matlab分别建立基于二自由度及五自由度的双向耦合模型。在稳态侧风作用下，基于二自由度无驾驶员作用耦合模型，对比分析单向耦合及双向耦合。在危险阵风作用下，基于二自由度及五自由度有驾驶员作用耦合模型，进行双向耦合计算。　　(4)对影响汽车侧风安全行驶的部分因素进行分析。对造成侧风行驶汽车不安全的原因进行剖析，提出AFS前轮主动转向控制策略，对汽车侧风行驶安全性进行控制。
作者：	丰成杰
专业：	机械工程
导师：	谷正气
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文