详情

原文传递瞬态动摆角超车气动特性研究

论文题名：	瞬态动摆角超车气动特性研究
关键词：	高速公路;变道超车;弯道超车;气动特性;操纵稳定性
摘要：	随着汽车保有量的增加，高速路网的日益密集和生活节奏的加快，高速公路上弯道加速和超车现象成为高速驾驶的常态。车速的提升使得车身气动力将增加，车辆间气动干扰加剧，高速行驶操控复杂性增加，同时车身之间气流扰动引起的气动力将导致车辆发生横摆和侧移，增加了高速驾驶心理恐慌，这些因素增加了高速行车的危险性。由于超车属于特殊行车工况，尤其是常见的弯道超车和变道超车过程中车身运动轨迹与车头摆角随时间变化而变化，即所谓―动摆角过程‖，现有风洞条件无法实验测试这些工况下的气动力参数，同时基于有限体积法的离散方法限制，数值计算方法也无法准确模拟这些真实行车工况。近年来，基于分子动理论的格子Boltzmann方法得到迅速发展，因不受空间离散时网格约束，为变道超车和弯道超车模拟计算提供了仿真条件。　　对此，本文首先应用格子Boltzmann方法开展了直道超车工况仿真计算，并与试验数据和前人研究结论进行校验，证明了该方法的稳定性和可靠性。在此基础上分别对动摆角变道超车和弯道超车两种工况进行了气动特性仿真分析，研究了超车时气动力的变化趋势和超车危险区域，构建了实车多体动力学模型，探讨了两种真实工况下超车时气动侧力对汽车操纵稳定性的影响，并提出了车身造型优化和附加装置改进措施，优化了高速行车中的气动特性。具体研究内容如下：　　1.研究了当前国内外汽车气动特性对汽车操纵稳定性影响的研究现状，明确了本文研究的目的、意义，拟定了研究内容和技术路线。　　2.阐述了格子Boltzmann方法的基本原理和理论方程、边界处理格式、格子模型及嵌入不同湍流模型的格子Boltzmann方法，结合动摆角变道超车基本特征，确定了边界条件和仿真方案。　　3.根据仿真方案进行了基于格子Boltzmann法的某实车模气动阻力计算，对比风洞试验，误差为0.827％，验证了方法的准确性。在此基础上，计算了直道超车工况，结果与前人研究结果吻合，说明了该方法的稳定性。　　4.根据超车过程中车身实际运动状态，设计动摆角变道超车、弯道超车时行驶轨迹，分别对动摆角变道超车和弯道超车进行模拟仿真，得到了两种工况下的气动侧力变化曲线规律：结果表明在变道超车和弯道超车过程中，侧向力系数成类余弦曲线变化，两种工况下，轿车超越大型车辆时，轿车所受侧力系数在距长比系数D/L=0和3.5处附近出现负向峰值，且变道超车时轿车侧力系数要大于弯道超车，最大峰值达到-0.285。　　5.针对变道超车的特殊性，构建了轿车实车多体动力学模型，研究了变道超车时的气动侧力对汽车操纵稳定性影响，对比不考虑气动侧力影响，计及气动侧力时的变道超车汽车行驶轨迹发生侧向偏移，最大偏移量为180.195mm；若转向回正操作滞后0.25s，则侧偏将达到1520.0637mm。　　6.在此基础上，开展了车身造型优化和附加装置优化改进，使得原车型超车危险区侧向力系数峰值降低31.25%，超车时车身侧向偏移量减小8.35%。
作者：	魏洪桢
专业：	机械工程
导师：	谷正气
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文