速度和间距对弯道会车瞬态气动特性的影响

应用计算流体力学方法,采用重叠网格策略,对2个简化DrivAer模型的弯道会车进行了数值模拟,研究了绝对速度、相对速度和横向间距改变情况下,两车气动六分力的变化规律.结果表明:车辆在极短的会车过程中,侧向力、侧倾力矩和横摆力矩都发生了方向的变化,迅速达到各自的正负极值,并且随着车辆行驶速度的增加,这种变化趋势更加明显;相对速度改变时,车辆周围流场的相互干扰随着速度的增加而不断增强;在间距改变条件下,气动力峰值随着会车间距的减小而增加,这些都会对车辆的操纵稳定性带来一定的影响.     

轮毂电机驱动汽车横摆侧倾稳定性联合控制

为提高电动汽车的空间稳定性,开展基于轮毂电机和主动悬架的整车横摆-侧倾运动联合控制.分析了轮毂电机差动驱动联合主动悬架控制对车身横摆-侧倾运动的影响,制定了空间稳定性协同控制策略.以横摆角速度和质心侧偏角为状态变量,设计了基于参考模型的横摆稳定性控制器;以方向盘转角和侧向加速度为状态变量,设计了基于主动悬架侧倾抑制的前馈控制器;以侧倾角速度和侧倾角为状态变量,设计了基于反馈最优控制的侧倾稳定性控制器.建立了四轮驱动转矩和主动悬架力/力矩协调分配规则,通过联合仿真验证了控制策略的有效性.研究表明,轮毂电机差动驱动具有横摆稳定性控制能力和一定的侧倾辅助控制效果,联合主动悬架控制可以改善车辆的横摆-侧倾运动状态,大幅提高整车的空间稳定性.     

快速集装箱平车在明线和隧道内会车时的气动性能

利用三维、可压、非定常N-S方程,采用滑移网格技术对我国正在研制的160 km/h快速集装箱专用平车与动车组分别在明线和隧道内会车时的气动性能进行数值模拟.研究结果表明:集装箱平车以160 km/h的速度与动车组等速交会时,在隧道内会车时车载集装箱中部压力变化幅值是在明线会车时的3.46倍;在明线和隧道内会车时,集装箱列车受到的侧向力和侧滚力矩均与交会列车运行速度近似成平方关系;因隧道内压力分布一维特性较强,集装箱平车交会侧与非交会侧压力相差并不大,因此,在明线会车时集装箱平车受到的侧向力和侧滚力矩均比隧道会车时的大,大约是其1.1倍.     

基于力驱动的智能汽车路径跟踪控制策略

为提高高速大曲率工况下智能汽车的路径跟踪控制精度,保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性,提出基于最优前轮侧向力和附加横摆力矩协同的力驱动模型预测控制(MPC)路径跟踪控制策略。充分利用轮胎非线性动力学特性,提高控制器的响应性能,构建基于时变线性轮胎模型的路径跟踪控制系统状态空间方程,预测车辆状态信息。采用零点力矩法建立车辆侧倾稳定性约束条件,设计基于MPC的防侧倾路径跟踪控制器。CarSim与Matlab/Simulink联合仿真结果表明,该控制器在保证车辆横摆稳定性和侧倾稳定性的前提下,高速大曲率工况下的最大横向位置偏差和航向角偏差分别降低14.08%和4.80%,低附着高速变道工况下分别降低22.95%和16.77%,说明所提出的控制器可显著改善车辆路径跟踪效果。     

大客车行驶安全性仿真与评价模型

为了对大客车道路行驶过程中的侧翻行为进行动力学分析,基于Matlab/Simulink搭建了驾驶人-大客车-道路仿真模型,利用该模型对某二级公路长3.6km路段进行了驾驶人的行驶仿真,采用方向盘转角、侧向偏移距离、侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角、车辆侧倾角、侧向载荷转移率7种动力学指标来评价大客车行驶安全性。研究结果表明:利用侧向载荷转移率对大客车侧翻趋势进行评价更加合理;相比于单纯的平曲线半径较小路段,在多弯道路段,车辆由于需要连续适应道路线形的变化,更易引起车辆侧向运动的不断累积,从而更容易引发道路交通事故;若弯道路段的前、后均为较长直线路段,驾驶人有足够的空间对车辆进行调整,从而在一定程度上降低了事故发生的概率。     

汽车侧风稳定性的双向耦合方法研究

基于汽车空气动力学与系统动力学双向耦合提出了一种Fluent与Matlab的在线耦合算法.并对侧风工况下某微型面包车的气动以及稳定性进行研究.汽车在9 m/s的稳定侧风环境下行驶1 s,双向耦合方法相对于传统的单向耦合方法计算得到的汽车侧向位移、侧向力、横摆力矩分别减小3.3%,4.8%,17.8%,相应的汽车侧向速度、横摆角速度等的差距都超过了6.0%.并且这种差距会随着作用时间的增加逐渐增大.结果表明:车辆运动状态受气动力的影响不能忽视;汽车的侧向力并不一定随着横摆角变大而增大,要综合考虑汽车的侧向速度与横摆角速度的影响;双向耦合方法建立了汽车空气动力学与系统动力学之间的紧密联系,得到的结果更加切合实际.      

基于LMI的汽车横摆稳定与侧翻预防最优控制策略

为提高车辆的主动安全性和操纵稳定性,在介绍汽车稳定性控制系统分层体系结构的基础上,针对汽车侧向、横摆及侧倾动力学的耦合问题,提出了一种采用线性矩阵不等式方法的横摆与侧倾稳定的最优鲁棒控制策略,通过差动制动与主动悬架系统实现了横摆稳定与侧翻预防功能.并在CarSim与Matlab/Simulink环境下进行了仿真试验,结果表明横摆与侧倾最优控制策略对车辆横摆稳定性控制具有良好的作用.     

基于纵向力分配的轮边驱动电动汽车稳定性控制

采用层次化整车稳定性控制方法和加权二乘法优化分配算法,通过纵向力在约束范围内的合理分配形成直接横摆力矩,改善车辆的行驶姿态.实车试验结果显示,控制器根据各轮状态实现了四轮纵向力有效分配,车辆横摆角速度能够很好地跟踪参考横摆角速度;通过控制,降低了车辆横摆角速度与侧向加速度,提高了车辆的操纵稳定性.     

侧风对汽车行驶的影响

车辆行驶过程中经常受到侧风的作用,为详细分析侧风对汽车行驶的影响,建立了汽车存在侧向力干扰时的动力学模型,分析车辆的跑偏情况,给出跑偏量计算公式.为验证动力学模型,进行了实车试验.在样车质心的前后施加侧向干扰力的直线行驶试验,揭示出四轮等转矩驱动时,车辆跑偏方向与侧向干扰力绕车辆质心的横摆力矩方向相同,跑偏量随侧向干扰力矩增加而增大.试验最终结果与理论值一致,为深入研究侧风对汽车行驶的影响提供了借鉴.     

轮胎滑移能量在电动汽车控制中的应用研究

针对四轮驱动电动汽车力矩分配问题,提出了一种考虑轮胎滑移能量的四轮驱动电动汽车控制结构与力矩分配方法.该方法将高级底盘控制HCC结构与最优控制相结合,在HCC结构的基础上,将车辆侧向力的控制从HCC结构中分离,通过最优控制车辆主动前轮转向和直接横摆力矩来实现车辆的稳定行驶.提出了一种适用于HCC结构的增量型最小化滑移能量力矩分配方法,并基于UniTire滑移能量模型进行了相关的动力学仿真.结果表明在不控制前轮转向和横摆力矩的情况下车辆是失稳的,而采用文中所提结构结合最小化轮胎负荷率或最小化轮胎滑移能量是可以保证车辆侧向稳定的.      

掠飞末敏弹滚转气动特性研究

为研究掠飞末敏弹在高速滚转状态下的气动特性,对其进行了静态和自由滚转风洞实验研究,在此基础上,结合数值仿真和近似理论方法,分析了弹箭高速滚转运动对其气动参数的影响,并获得了不同马赫数下的平衡转速随尾翼结构参数的变化规律.结果表明:平衡转速随马赫数增加而增大,但变化斜率随马赫数增加有所减小;在相同马赫数下,平衡转速随攻角增加而减小,且变化规律具有非线性特性;增大尾翼根稍比、扭曲率以及后掠角均有利于提高弹箭平衡转速;弹箭在高速滚转状态下的气动特性与静止状态相比存在显著差异,除产生较大的偏航力矩外,还将导致俯仰力矩系数减小、压心位置前移等现象,这对提高尾翼弹箭飞行稳定性是不利的.      

恒值阵风对多轴汽车操纵稳定性影响的建模与仿真

为了更全面研究恒值阵风对多轴汽车操纵稳定性的影响,建立了汽车经过恒值阵风过程中侧向力和横摆力矩模型以及多轴汽车多轮转向二自由度模型,应用四阶龙格-库塔方法对模型进行了求解。通过改变阵风方向、阵风分布力大小、车速、阵风长度等相关参数,获得了侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角的响应曲线,分析了上述参数对多轴汽车操纵稳定性的影响。     

典型底部结构对轿车侧风稳定性的影响及作用机理

凹凸底部和光滑底部是进行轿车车身设计与布置时2种典型的设计方案，但底部结构对轿车侧风稳定性的作用机理尚不明确，厘清其影响不仅可为底部结构设计与布置提供参考数据，而且是进行轿车侧风稳定性评价的关键技术问题。通过建立典型底部结构轿车的数值计算模型，分析了不同侧风风速对轿车气动力和气动力矩的影响规律；采用汽车空气动力学与汽车系统动力学耦合方法建立了典型底部结构轿车的侧风稳定性分析与评价模型，研究了底部结构对轿车侧偏运动、横摆运动以及侧滑运动的影响规律及作用机理。研究表明：凹凸底部结构会增加轿车的气动升力、气动俯仰力矩、气动阻力以及气动侧力，加剧轿车的侧偏运动和横摆运动，增加轿车侧滑的风险；路面附着系数越低，凹凸底部结构对轿车侧偏运动和横摆运动的影响越大、对侧滑临界风速的影响越小。     

旋转鸭式导弹洗流气动力干扰分析与计算

研究了旋转鸭式导弹前翼涡迹的扭曲变化,提出了计算洗流气动力干扰的数值方法。根据实验观测和分析,建立了计算扭曲涡迹的数学模型。由于导弹绕纵轴旋转,涡强和起始位置均随时间变化。计算旋涡洗流对后体和尾翼的气动力干扰效应有两种方法:一种采用细长体理论,适合于小展弦比尾翼;另一种采用反流定理,适合于中等展弦比尾翼。计算表明:前翼旋涡洗流除降低尾翼升力外,在旋转导弹上还要产生侧向力、偏航力矩和滚动力矩。这种现象可归入攻角和旋转的耦合气动力效应成为马格努斯效应的一个组成部分。     

高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析

针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNGk-ε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.     

卷弧翼身组合体的自滚转特性

介绍了卷弧翼身组合体自滚转特性的风洞试验研究.给出了测力试验和测压试验结果.测力试验结果表明,卷弧翼弹型存在自诱导滚转力矩.测压试验结果表明,卷弧翼弹型自诱导滚转力矩产生的原因在于,卷弧翼凹凸两面的压力不等,形成自诱导法向力.在同样相对厚度下,变厚度卷弧翼的载荷分布与等厚度卷弧翼的载荷分布相差很小,气动设计时可以不考虑厚度变化的影响。     

侧风下大学生方程式赛车气动性能研究

以大学生方程式赛车为研究对象,采用横摆模型法对不同侧风下的赛车气动特性进行了CFD仿真和试验研究,得到了相应的气动力系数,并对不同侧风下流场中速度以及压力的分布进行了分析,探究了气动力系数和尾部流场的差异.结果表明,赛车的阻力系数和侧向力系数随横摆角的增大而增大,而升力系数并不随横摆角线性变化.赛车的下压力主要由前后翼提供,随着横摆角的增大,后翼所提供的下压力逐渐减小,而底板所提供的下压力则逐渐增大.车身所提供的阻力随横摆角的变化更为敏感.不同横摆角下,赛车尾部的涡流分布存在较大差异.      

鸭式布局探空火箭气动特性实验研究

采用风洞实验的方法对超音速鸭式布局探空火箭气动特性进行了研究。在马赫数为1.5和3.0、攻角为-8°~+10°的实验条件下,分别进行了箭身、鸭舵、固定尾翼、滚转尾翼的火箭模型组拆实验,并对各模型状态下的气动力和气动力矩特性进行了对比。实验表明,各组件(箭身、鸭舵、尾翼)对全箭气动力和气动力矩的贡献各有不同,滚转尾翼状态的滚转舵效明显大于固定尾翼状态并解决了跨音速附近固定尾翼滚转舵效反效的问题,尾翼滚转与否对鸭舵的俯仰舵效影响不大。实验结果对鸭式布局探空火箭的设计具有一定的参考意义。     

轿车会车时气动特性的数值模拟

以标准的SAE1∶4模型为研究对象,应用数值模拟方法对轿车的瞬态会车过程汽车空气动力特性进行研究.使用湍流模型中对于瞬态项的离散化方法,结合计算流体力学中用于瞬态模拟计算的滑移网格技术,对瞬态会车过程中流场变化进行了数值模拟研究.在国家法规允许的1倍车宽横向间距的情况下,捕捉会车过程中单车的阻力系数、升力系数、侧向力系数的瞬态变化,针对流场剖面上的静压场、模型表面的压力场等进行分析,总结了会车过程汽车瞬态气动特性.     

强横风下青藏线客车在不同高度桥梁上的气动性能分析

采用数值模拟方法,在模拟自然风和均匀风风速分别为30m/s的情况下,研究不同高度桥梁上列车受到的横向力和侧滚力矩,导出了桥梁上车辆的横向力系数和侧滚力矩系数的表达式。计算结果表明:桥高为30m时,采用模拟自然风计算得到的横向力和临界倾覆点处侧滚力矩比采用均匀风得到的计算结果分别大约58%和63%,且桥梁越高,计算结果差别越大;车体周围的流场与速度矢量分布方式相似,但采用模拟自然风时,车体的表面压力最大值和车体周围的速度最大值分别为1.14kPa和67.6m/s,远大于采用均匀风时的最大值0.82kPa和58.8m/s;车辆受到的横向力、侧滚力矩基本上与车辆形心处的风速的平方成正比;车辆的横向力系数和侧滚力矩系数均与桥梁的高度呈指数关系,当量横向力系数为0.974,当量车体重心处的侧滚力矩系数为0.082,当量临界倾覆点处侧滚力矩系数为0.592。