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原文传递半敞开式电动车车身空气幕系统设计与气动性能研究

论文题名：	半敞开式电动车车身空气幕系统设计与气动性能研究
关键词：	半敞开式电动车;车身空气幕系统;结构设计;多目标优化;阻雨性能
摘要：	近年来，随着汽车行业能源清洁化发展的大趋势，半敞开式电动车由于具有低污染、零排放、轻量化的特点，因此作为短途代步工具，具有很好的应用市场。　　本文以某型半敞开式电动巡逻车为研究对象，针对雨天行驶条件下无车门阻雨情况展开研究，设计了一套可以有效阻隔细小雨滴且符合车身设计要求的空气幕系统，对该系统结构设计参数进行了多目标优化，通过数值模拟仿真对其阻雨性能进行了验证。　　首先，针对目标车型，建立三维几何模型和有限元模型，设计了气幕管道位置，然后利用气幕管道的简化模型，进行了管道选型。在CFD数值模拟的前处理过程中，通过利用网格局部加密的方法，凸显出风口处细小缝隙的特征，提升模拟结果的精度，然后对气幕管道进行流场分析，研究了射出气流与管道外形的关系。以管内壁静压分布、出风口端面速度分布以及端面速度云图为依据，初步确定管道的结构；接着对管道内最大风速、最小风速以及出风口端面平均风速进行了具体的数值对比分析，确定了设计方案的可行性。最终确定管道选型方案为双口进气、斜角开槽式方形管道。　　然后利用所选定的管型设计方案，基于车身外轮廓曲线设计出车身气幕管道，并确定最终气幕管道的设计形式为三个进气口、斜角开槽式方形管道。　　其次，为了模拟出空气幕系统的阻雨效果，进行上车试验。由于车身两侧气幕管道的对称装配，基于1/2车身-流体域的思想，将目标车模型进行简化处理，并利用控制变量法，以车内地板面的总液膜质量和最大液膜厚度为评判阻雨性能的指标，对该形廓下出风口开槽缝隙尺寸和开槽延伸尺寸进行静、动态研究。通过仿真试验，得到设计变量的最佳范围为：开槽缝隙尺寸1~3 mm ×3 mm，延伸尺寸30 mm~120 mm以及样本组内的最佳组合为：开槽缝隙尺寸3 mm ×3 mm，延伸尺寸70 mm。　　最后，基于所选取的设计变量、最佳范围及评判指标，利用ANSYS DX模块进行多目标优化，通过MOGA多目标遗传算法寻求目标最优解，经对比分析后，在三组候选方案中选取车后端开槽缝隙尺寸 U= 1.5501 mm × 3 mm、开槽延伸尺寸L=266.32 mm为本次优化结果的最优方案。在优化后所得到的输出值中，总液膜质量M=1.6208 ×10-5 kg、最大液膜厚度Hmax=2.9608 ×10-7 mm，较于初始输出值：总液膜质量M=3.5156 ×10-5 kg、最大液膜厚度Hmax=4.3745 ×10-7 mm，总液膜质量M下降了53.897 %、最大液膜厚度Hmax下降了32.317 %。然后将优化后所对应的空气幕系统带入CFD进行数值模拟，从而进行误差验证分析。得出总液膜质量M的变化率为0.703 %、最大液膜厚度Hmax的变化率为1.902 %，相对误差控制在 4 %以内，验证了多目标优化结果的可靠性，优化结果与初始结果相比，很好地提升了空气幕系统的阻雨性能。
作者：	吴阳阳
专业：	车辆工程
导师：	张渝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023