本文關(guān)鍵詞：瞬態(tài)動(dòng)擺角超車氣動(dòng)特性研究

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【摘要】：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)測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)上分別對動(dòng)擺角變道超車和彎道超車兩種工況進(jìn)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。具體研究內(nèi)容如下:1.研究了當(dāng)前國內(nèi)外汽車氣動(dòng)特性對汽車操縱穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀,明確了本文研究的目的、意義,擬定了研究內(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,分別對動(dòng)擺角變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)力對汽車操縱穩(wěn)定性影響,對比不考慮氣動(dòng)側(cè)力影響,計(jì)及氣動(dòng)側(cè)力時(shí)的變道超車汽車行駛軌跡發(fā)生側(cè)向偏移,最大偏移量為180.195mm;若轉(zhuǎn)向回正操作滯后0.25s,則側(cè)偏將達(dá)到1520.0637mm。6.在此基礎(chǔ)上,開展了車身造型優(yōu)化和附加裝置優(yōu)化改進(jìn),使得原車型超車危險(xiǎn)區(qū)側(cè)向力系數(shù)峰值降低31.25%,超車時(shí)車身側(cè)向偏移量減小8.35%。
【關(guān)鍵詞】：格子Boltzmann方法 動(dòng)擺角變道超車 氣動(dòng)側(cè)力 操縱穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U461.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究意義及背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 超車風(fēng)洞試驗(yàn)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 超車數(shù)值仿真研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文研究內(nèi)容18-19
• 1.4 課題來源19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第二章 格子Boltzmann方法的基本理論20-35
• 2.1 格子Boltzmann方程及模型20-26
• 2.1.1 格子Boltzmann方程20-22
• 2.1.2 平衡分布函數(shù)22-24
• 2.1.3 基本格子模型24-26
• 2.2 基本邊界處理26-29
• 2.2.1 周期邊界處理格式27
• 2.2.2 對稱邊界處理格式27-28
• 2.2.3 反彈格式28-29
• 2.2.4 其他常用格式29
• 2.3 高雷諾數(shù)模型29-33
• 2.3.1 多松弛模型30-31
• 2.3.2 嵌入RNG k-ε 湍流模型31-32
• 2.3.3 MRT-LBM-WALE方法32-33
• 2.4 求解基本流程33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 MRT-LBM-WALE方法計(jì)算精度研究35-55
• 3.1 粒子密度對計(jì)算精度影響35-39
• 3.1.1 遠(yuǎn)場粒子密度35-36
• 3.1.2 近壁面粒子密度36-37
• 3.1.3 動(dòng)態(tài)尾渦粒子37-38
• 3.1.4 渦街濾值38-39
• 3.2 粒子分布試驗(yàn)設(shè)計(jì)39-45
• 3.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程39-41
• 3.2.2 粒子分布正交試驗(yàn)41-43
• 3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析43-45
• 3.3 實(shí)車外流場數(shù)值模擬45-50
• 3.3.1 模型介紹45-46
• 3.3.2 數(shù)值計(jì)算及設(shè)置46-47
• 3.3.3 風(fēng)洞試驗(yàn)47-48
• 3.3.4 計(jì)算結(jié)果分析及對比48-50
• 3.4 直道超車50-54
• 3.4.1 模型的選擇50
• 3.4.2 邊界條件及粒子設(shè)置50-51
• 3.4.3 計(jì)算結(jié)果分析51-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 瞬態(tài)動(dòng)擺角超車側(cè)向氣動(dòng)特性研究55-77
• 4.1 動(dòng)擺角變道超車研究55-59
• 4.1.1 超車路徑設(shè)置55-56
• 4.1.2 超車模型及邊界條件56-57
• 4.1.3 計(jì)算結(jié)果及分析57-59
• 4.2 變道超車側(cè)向氣動(dòng)特性分析59-68
• 4.2.1 模型的選擇及路徑規(guī)劃60-61
• 4.2.2 邊界條件設(shè)置61-62
• 4.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析62-68
• 4.3 彎道超車側(cè)向氣動(dòng)特性分析68-75
• 4.3.1 道路模型規(guī)劃68-69
• 4.3.2 邊界條件設(shè)置69-70
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果與分析70-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第五章 超車氣動(dòng)穩(wěn)定性優(yōu)化研究77-94
• 5.1 整車多體動(dòng)力學(xué)模型建立77-82
• 5.1.1 多體動(dòng)力學(xué)簡介77-78
• 5.1.2 整車建模思路78-79
• 5.1.3 整車模型建立79-82
• 5.2 超車氣動(dòng)穩(wěn)定性分析82-85
• 5.2.1 超車危險(xiǎn)區(qū)域界定82-83
• 5.2.2 超車危險(xiǎn)區(qū)行車氣動(dòng)穩(wěn)定性分析83-85
• 5.3 計(jì)及超車氣動(dòng)穩(wěn)定性的車身優(yōu)化85-93
• 5.3.1 車身優(yōu)化設(shè)計(jì)85-91
• 5.3.2 優(yōu)化結(jié)果91-93
• 5.4 本章小結(jié)93-94
• 結(jié)語94-96
• 全文總結(jié)94-95
• 創(chuàng)新點(diǎn)95
• 展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果101-102
• 致謝102

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