会车瞬态气动特性分析与研究

以某轿车实车为研究对象,应用滑移交界面和动网格技术对该轿车会车过程中的瞬态外流场进行了数值模拟,得到了会车过程中该轿车的阻力系数和侧力系数的瞬态变化趋势,结合流场剖面上的压力场和速度场,分析了这种变化趋势的原因,总结了会车过程中汽车瞬态气动特性.研究结果表明:在会车过程中两车周围的流场相互影响,车身受到的气动力在极短的时间内发生剧烈变化.当轿车与轿车会车时,轿车的气动阻力系数呈负正弦,侧力经历两个波峰和一个波谷.二者的变化不同步.当轿车与卡车会车时,轿车的阻力系数、侧力系数的变化趋势更复杂、更剧烈.     

轿车大客车会车时的气动特性

应用计算流体力学数值模拟方法,采用滑动交界面和动网格技术,对开阔路面下轿车大客车会车过程的瞬态流动进行气动特性研究.车辆模型采用MIRA典型阶背式轿车全尺寸模型和进行过风洞试验的国产JT6120型大客车简化模型.通过对会车过程流场的分析和对模拟结果的统计处理,获知了轿车大客车会车前后气动力系数变化趋势以及产生该变化的原因,得到了轿车大客车会车过程中定量的气动力变化规律.结果表明:轿车大客车会车过程气动力系数有很大变化,其中轿车的更大一些;两车气动力系数随时间的变化趋势有差异;会车状态的空气动力学作用对汽车操纵稳定性有重要影响.     

隧道内超车瞬态气动稳定性影响的数值仿真研究

从行车安全方面考虑影响隧道内超车车辆直线行驶性能和操纵稳定性能的因素。从空气动力学角度,以某轿车实车缩比模型为研究对象,采用滑移交界面和动网格技术和STAR-CD软件对隧道内2辆车超车过程的外流场进行瞬态数值模拟。考虑到影响气动力稳定性的因素,选取隧道内2种不同侧向间距(2辆车之间)同种相对车速及同种侧向间距3种不同相对车速4种工况进行对比分析。仿真结果表明:超车过程中被超车的气动力变化更为剧烈,各种工况下的变化趋势都呈类正弦曲线,工况Ⅰ和工况Ⅱ的变化幅度尤为明显,直线行驶性能和操纵稳定性能相对较差;而超车过程对主超车流场影响相对较小,气动力变化不是很明显。     

轿车尾随集装箱车外流场计算仿真分析

利用计算流体力学(CFD)软件对一辆小轿车尾随一辆集装箱车的过程进行了数值模拟,得到了在尾随过程中小轿车的气动阻力系数和气动升力系数相对变化曲线图.通过仿真结果可以得出尾随的过程中,轿车的气动阻力系数随两车间距离的减小先降低,当两车间距达到2倍的轿车车长时,气动阻力系数达到最小,随着间距的进一步减小气动阻力系数增大;而轿车的气动升力系数在车距小于2倍轿车车长时随车距的减小而增大,当两车间距为轿车车长时气动升力系数达到单独一辆车行驶时的2倍.通过计算可以得出在气动阻力系数最小时轿车省油13.7%的结论.     

车身俯仰运动时流场的迟滞现象研究

通过LES模拟某轿车在行驶时车身发生俯仰运动的流场瞬态变化过程,车身俯仰运动规律为正弦波动,正弦波动的斯特劳尔数为0.13.利用风洞实验验证了该方法的准确性,比较瞬态与准静态模拟结果发现两者变化规律相差很大,说明采用准静态模拟无法真实体现汽车实际行驶时的气动性能.从瞬态模拟结果可以发现车身在最高和最低位置时存在滞后,说明流场在俯仰运动过程中存在迟滞效应.并通过Q-准则可视化车身周围的瞬态流场,从空间和时间上更加深入地了解车身周围复杂流场的瞬态流动.     

基于CFD的超车过程车辆气动特性研究

采用网格变形和局部网格重构的动网格技术对超车过程进行二维瞬态模拟,并记录不同超车位置处的模拟数据.研究结果表明:相对超车速度增加,两车侧向力均增大;超车间距增大,两车侧向力均减小;主超车长度增加,主超车侧向力增大,被超车侧向力减小;主超车宽度增加,主超车侧向力减小,被超车侧向力增大;在设计汽车时,选择合理的车身长度与宽度能够降低车辆在复杂工况下的侧向力,提高气动稳定性.超速超车使两车侧向力变化更加剧烈,车辆的操纵稳定性有被破坏的倾向,对公共交通安全有潜在危害.在实际超车时,驾驶人员降速并适当增加超车距离,可以确保安全超车,这对于交通安全系统的发展有一定指导意义.     

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。     

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.      

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.     

车身简化对不同轮辐下整车气动阻力变化趋势的影响

针对某A级轿车,首先通过整车风洞试验验证了计算流体力学仿真方法的可靠性,接着基于该数值计算方法,对复杂车身数模进行了封闭格栅、轮拱罩并平顺底部的简化处理,研究了车身简化对不同轮辐工况下整车气动阻力系数变化趋势的影响。结果显示,简化前后阻力系数趋势发生了改变,前后轮和车底部流场出现了明显变化。在此基础上,仅针对发动机复杂的舱内部件进行了不同程度的简化,结果显示,阻力系数趋势对舱内部件的简化也很敏感。因此,在以降低整车气动阻力为目标进行车轮局部优化时,需要谨慎地进行车身的简化工作。     

考虑被超非机动车偏移减速的改进社会力模型

超车事件数作为衡量非机动车服务水平的重要指标,是计算非机动车换算系数的依据,可通过微观仿真获取多样化的运行数据进行分析。现有非机动车社会力模型仅考虑超车车辆的交通行为,未关注被超车辆受超车行为的影响,本文以临贴超车为研究对象,考虑超车干扰对被超车辆横向偏移距离的影响改进车辆间排斥力,考虑车头间距对期望速度的影响改进驱动力,再现被超车辆在临贴超车过程中的横向偏移、纵向减速避让行为,通过速度-密度基本图及超越行为验证了模型有效性。应用该模型仿真获得电动自行车混入比例低于25%时的超车事件数,建立非机动车超车事件数模型并计算相应非机动车换算系数值为0.92。     

弯道会车的瞬态气动特性

应用计算流体力学方法,采用重叠网格的策略,对两个简化SAE模型的弯道会车进行了数值模拟研究,获得了两车气动六分力的变化规律.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,处在内侧弯道车辆1的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩的值略大于外侧弯道车辆2.升力和纵倾力矩也发生了数值和方向的改变,这些都会对车辆的行驶稳定性带来一定的影响,为进一步研究弯道会车的瞬态气动特性提供了理论参考.     

机非交互路段非机动车越线超车行为建模与仿真

为了准确描述机非交互路段的非机动车越线超车行为,在越线超车特征分析及关键指标定义的基础上,提出了基于生存分析的超车时间预测模型,对越线超车行为的持续时间进行预测,并通过实测的160组非机动车越线超车轨迹数据对模型参数进行标定.为验证模型在混合交通流的应用有效性,整合非机动车纵向行驶模型、换道动机模型、间隙选择模型等,将模型应用于团队自主研发的微观交通仿真软件TESS NG中,并与经典的微观交通仿真软件VISSIM进行对比.基于实际路段的仿真分析结果表明,在非机动车越线超车持续时间方面,TESS NG的仿真精度为90.12%,高于VISSIM的67.4%;在中位生存时间方面,TESS NG仿真误差仅为2.56%,优于VISSIM的43.58%.     

智能车辆超车系统模糊控制器设计

以模糊控制理论为基础,以车辆超车过程为研究对象进行模糊控制器的设计。根据从声纳、摄像等传感器传输的相关数据,经一系列处理,作为模糊控制器的输入,而把两车之间的相对速度,方向轮与车道线切线之间的夹角等作为模糊控制器的输出。根据专家知识对输入输出作模糊划分,建立模糊控制规则,选择模糊推理机制,最后经过反模糊化处理将精确输出值传送给执行器,从而实现超车过程。     

地铁车站通道行人超越行为改进社会力模型研究

社会力模型由于模型机制原因,在行人微观仿真时无法实现主动超越行为,现有模型改进研究可通过不同方式实现主动超越,但未关注主动超越完整轨迹的实现和验证。本文以地铁车站通道内中低密度下的单向行人流为研究对象,通过行人步行轨迹分析主动超越行为的轨迹和心理特征。据此通过前进力、换道力、边际力组合构成驱动力,改进社会力模型,实现主动超越,通过速度-密度基本图、超越轨迹及超越行为等对模型有效性进行验证。结果表明,改进社会力模型在实现行人的主动超越行为的基础上,实现了行人返回超越前原始步行道的行为特征,可再现符合实际的行人主动超越轨迹。     

空气动力制动制动风翼纵向位置制动力规律

分析了全列车均装制动风翼时,不同纵向位置处制动风翼周围流场特性,数值计算得到迎风面第1块制动风翼产生的制动力最大,其余制动风翼产生的制动力逐渐减小,且减小幅度逐渐减慢的制动力规律.结合某高速列车车型,考虑减少受电弓影响,分析受电弓车辆不装制动风翼时,纵向位置各制动风翼产生制动力规律,并同每辆车均安装制动风翼时制动力规律进行对比.最后,对空气动力制动产生制动力效果进行了分析.     

展向电磁力对舵面的湍流减阻控制

将电磁激活板包覆于舵面体表面并置于流动的弱电介质溶液中(如海水),通过产生的电磁力对舵面体表面的流体边界层结构进行控制.基于近壁湍流的拟序结构理论,分析了在湍流状态下展向电磁力的方向、强度、脉动方式与作用频率对湍流减阻的控制作用效果.研究结果发现,一定强度和间歇频率的展向电磁力能够有效地减小湍流状态下的舵面体所受到的流体阻力,表明湍流边界层上的展向电磁力能够影响控制舵面的湍流流体动力学特性.     

风屏障开孔形式对车桥系统气动特性影响的数值研究

采用流体力学软件（Star CCM+）建立32 m简支箱梁和CRH2型高速列车的全尺寸模型，对不同风屏障开孔形式的车桥系统进行数值模拟，研究了风屏障开孔形式对风屏障挡风效率和流场的影响，分析了车辆三分力系数和桥梁三分力系数随开孔形式的变化规律。结果表明：风屏障的开孔形式对车辆的阻力系数影响较大，且随着开孔边数的增加各车辆的阻力系数先减小后增大，开孔形式为格栅形时阻力系数最大。采用格栅形式时中车比头车的力矩系数大了63.6%；中车的阻力系数和力矩系数随开孔边数的增加基本呈下降趋势，位于背风侧时中车阻力系数和力矩系数变化较缓；随着风屏障开孔边数的增加，桥A段、桥B段和桥C段的CRWBD都呈增加趋势，其中桥B段的贡献率增加地最多，增加了12.2%。风屏障对阻力和力矩的贡献率CRWBD、CRWBM基本都超过了50%。