侧风中前窗角度对汽车稳定性影响的数值模拟

侧风下汽车外流场中不同前车窗倾角下的气流流动分离规律,对汽车侧风中的稳定性有重要意义。该文建立了前车窗角度分别为20°、25°、30°、35°和40°的车身模型,使用CFD仿真软件--Star-ccm+进行数值计算,模拟了侧风为8 m/s,行驶速度为20 m/s时的车身外流场。结果表明:侧风中前车窗角度变化对汽车侧向力系数影响最大;前车窗角度为35°时,汽车的行驶稳定性最好,且随着前车窗角度的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少。对35°车身模型的剪切应力分析指出:对侧风背风侧A柱区及侧风迎风侧C柱区优化分析是进一步提高汽车侧风气动性能的研究方向。     

采用准中性转向参考模型的操纵稳定性控制技术

设计了一种提高车辆操纵稳定性的准中性转向参考模型。该模型在零侧偏角参考模型的基础上增加了中性转向特性以驾驶员一车辆闭环系统的稳定性。分别用这两种参考模型进行车辆制动时运动参数变化的仿真试验，试验表明准中性转向参考模型可以提高车辆制动时的操纵稳定性。     

中重型柴油汽车过度转向浅析

中重型柴油汽车的操纵稳定性研究的内容很多,诸如转向轮稳定力矩,悬架结构对行驶方向稳定性的影响,轮胎受力变形的规律,柴油汽车按驾驶意图行驶的能力(如改变行驶路线躲避障碍的能力、抗侧滑能力、抗侧向偏移能力、抗侧向风吹袭的能力)等.不过,对于载货汽车来说更注重柴油汽车的转向性能.转向性能是讨论柴油汽车的转向轮转角、转弯半径和车速之间的关系.     

高速汽车侧风稳定性研究

汽车高速时的侧风稳定性对其主动安全有着至关重要的影响。文章系统介绍了汽车侧风稳定性的研究背景及国内外的研究现状,探讨了汽车侧风稳定性的研究内容,包括汽车参数的影响、汽车造型的影响、不同侧风的影响、侧风稳定性的评价研究、侧风稳定性试验,展望了高速汽车侧风稳定性研究的发展趋势。     

汽车侧风响应影响的仿真与试验研究

为对车辆在侧风条件下的动态响应特性进行研究,首先依据ISO 12021进行车辆侧风条件下的动态响应试验,研究车辆在道路试验场侧风条件下侧向位移、偏航角等车辆侧风动态响应指标的变化规律,然后对车辆流场和所受气动力进行分析,找出影响气动力的关键因素,并采用双向耦合方法进行侧风响应仿真与试验对比分析,最后,分析气动力对车辆侧风响应的影响及机理,结果表明,在气动分力中,侧向力是影响车辆侧风动态响应的关键因素,通过优化外形减小车辆所受侧向力可提高车辆的抗侧风性能。     

不同角度侧风状态下油罐车的气动特性仿真研究

在高速长途运输中油罐车受侧风影响易出现侧翻等交通事故。文中采用横摆模型法建立不同角度侧风状态下油罐车车身外流场,并进行数值计算,得到油罐车气动特性随侧风角度变化的规律,即随着侧风角度的变化,油罐车受到的侧向力、升力和侧倾力矩、横摆力矩、纵倾力矩明显增大,阻力先增后减;当侧风角度大于60°后升力系数、侧向力系数均较高,说明此时油罐车高速行驶存在较高的危险性。     

高速行驶遭遇侧风的SUV汽车气动特性模拟研究

采用计算流体力学和合成风方法研究某SUV汽车高速行驶遭遇比较危险强度侧风下的外流场分布并得到气动力（矩）及系数。该方法使乘用车高速行驶遭遇危险侧风情况下气动特性预测成为可能。为深入研究高速行驶侧风作用下乘用车气动特性以及结合汽车操纵动力学对侧风稳定性进行动力学仿真提供了有利的参考。     

隔离带对侧风条件下超车过程车辆气动力的影响

利用动网格和滑移界面技术进行侧风条件下厢式货车超车过程数值模拟,以研究道路中央隔离带对车辆气动力影响规律。结果表明:无侧风时,隔离带对车辆气动力影响较小;但在侧风条件下,隔离带对车辆气动力产生了较大影响。密集和稀疏两种隔离带皆使主超车所有气动力和被超车的侧向力和升力减小,而被超车的气动阻力在稀疏隔离带作用下减小,在密集隔离带作用下增大。     

基于主动横向稳定杆的汽车防侧翻控制

为了提高汽车转向时的侧向稳定性,建立了汽车三自由度侧翻模型,提出了主动横向稳定杆直接防侧翻力矩控制的汽车侧向稳定性控制方案。采用LQR最优控制算法,以侧向加速度、质心侧偏角和横向载荷转移率为综合控制对象,以主动横向稳定杆为执行机构,建立防侧翻控制系统,在Matlab/Simulink环境中对汽车进行阶跃转向侧翻仿真实验。仿真结果表明,基于主动横向稳定杆LQR控制系统能够及时在横向稳定杆上产生抗侧翻力矩,提高汽车的转向侧翻控制能力,减少侧翻事故的发生。     

轿车外流场车轮转动时侧风效应的数值模拟研究

为了研究侧风条件下车辆行驶对交通安全的影响。以某轿车1∶5模型为算例,采用了移动地面模拟轿车相对地面的运动和旋转壁面模拟车轮转动的方法,进行了侧风角分别为0、5、10、15°和30°及车轮转动和静止情况下的数值模拟。输出了车身附近和转动车轮附近的流线、纵向对称面和左方前轮的压力曲线和部分车身表面摩擦力分布情况。对比分析了各侧风状态下的侧向力系数变化情况。研究结果表明:随着侧风角的增大侧向力迅速增大;转动车轮条件下的气动阻力较低,计算精度较高,基本与试验情况吻合。     

High speed driving stability of passenger car under crosswind effects

The driving stability of a passenger car at high-speed and under crosswind conditions is affected by aerodynamic characteristics as well as their dynamic characteristics, suspension, and weight distribution. In this study, the total measuring system was thought up to understand the transient vehicle dynamics and aerodynamics with driver’s control inputs all together. The test results were taken from a full-scale wind tunnel test, a crosswind generator test and an on-road test. We investigated major aerodynamic parameters that affect the driving stability of passenger cars under crosswind effects such as overtaking, passing each other, natural crosswind, etc. The reaction rate of high-speed stability will be improved when we minimize the total lift, side force and especially the yawing moment.     

Effect of rear slant angle on vehicle crosswind stability simulation on a simplified car model

It is important to know the effect of the aerodynamic forces and moments on driving stability because it is responsible for the excitation and influences the response of the vehicle. The purpose of this paper is to study the effect of rear slant angle of a surface vehicle on crosswind sensitivity for stability analysis. The vehicle mathematical model used to conduct a dynamic simulation was based on a simple reduced order lateral dynamics of sideslip and yaw rate motion coupled with aerodynamics model. The intention here is to compare the effect of rear slant angles response to crosswind and to rank the crosswind sensitivity ratings. The aerodynamic loads are defined as the function of the aerodynamic derivatives from the static wind tunnel tests. Result shows a 20° rear slant angle demonstrates the highest rating of crosswind sensitivity, while zero degree slant exhibits the least.     

高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响，以国道317线雀儿山隧道为工程依托，采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等，对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测，分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响，隧址区冬季风速高、温度低；大风时段主要集中在14：00~21：00，平均风速达10 m·s^-1，负温时段主要在19：00~8：30，隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃；隧道贯通前，进出口两端负温区段在860 m以内；贯通后，出口端主洞和平导负温区段为1 200，1 280 m，分别比进口端长了340，420 m；贯通前后，隧道深部最低风速分别为1.1，2.2 m·s^-1，洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向；隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m，贯通后为0.80 m，且在上述范围内温度变幅较大；低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大，但对结构表面温度影响明显，由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部，因此要重视结构内部产生的冻胀作用。     

考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

为研究风向对基本风速的折减,以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响,以一座山区大跨度桥梁为研究背景,采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料,在风速观测数据不足的情况下,采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系,并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数,计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速,探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应;并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算,分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用,当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时,会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程,该方法更具合理性和工程实用性,可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。     

多轴轮式工程机械动力学建模及制动性能仿真

为了预先掌握多轴轮式工程机械制动性能,指导制动系统设计,以某四轴轮式工程机械为对象,考虑了地面附着条件、质心位置、制动产生的轴荷转移等因素,进行了制动性能仿真研究。通过车轮坐标系与整车坐标系映射关系,对悬挂和车轮的小变形作线性假设,建立了整机在制动稳定极限状态下的动力学模型,利用MATLAB/Simulink分析附着系数、质心相对位置、制动初速度对制动距离的影响,并将仿真结果与试验结果进行了对比。结果表明：仿真结果与试验结果吻合良好;随地面附着系数和质心距离第Ⅰ轴中心线位置的增加,整车制动距离减小;随制动初速度和质心距离地面高度的提高,整车制动距离增加;相对静止状态,制动过程中第Ⅰ轴和第Ⅳ轴轴荷变化最显著。     

钢桁梁桥上列车双车交会气动特性风洞试验

为探究横风作用下钢桁梁桥上列车双车交会过程中气动力系数的突变机理,以某一大跨度公铁两用钢桁梁桥为背景,首先根据XNJD-3风洞实验室的尺寸设计了一套移动车辆模型试验系统;然后根据风洞阻塞比的要求设计了几何缩尺比为1∶30的桥梁和车辆试验模型;最后测试了横风作用下桥上列车交会过程中移动车辆模型的气动力。为尽可能地降低试验系统对运动车辆气动力的干扰,对原始时程数据进行了低通滤波处理,并分析了车速、风速、合成风向角、车辆所在轨道位置等因素对车辆气动力系数的影响。试验结果表明：双车交会时,背风侧运动车辆的气动力系数具有明显的突变趋势,迎风侧运动车辆的气动力系数变化较为平稳;列车交会时突变区域主要受运动车辆引起的列车风速的影响,且随车速的增加而增大,横风风速对突变区域影响较小;交会过程中背风侧车辆升力系数和侧向力系数的突变量随合成风向角的增大呈增大趋势,力矩系数突变量对合成风向角的变化不敏感;横桥向列车所处轨道位置影响其气动力系数。试验结果可为研究横风作用下高速列车-桥上交会过程的行车安全提供数据支持。     

开孔开槽交通标志板风荷载风洞试验（双语出版）

为了研究局部开孔或开槽等措施对减小交通标志板风荷载的影响效果,设计了可以实现多种开孔开槽方式的标志板试验模型。通过刚性模型测压风洞试验,得到16种不同开孔、开槽方式下的非均匀开孔板表面风压数据,获得不同工况下板表面的平均风压分布特性,分析单排孔位置、单列孔位置、多排多列孔位置及单槽双槽等因素对交通标志板表面平均风压分布、阻力系数和扭矩系数的影响规律,进一步分析各工况下板平均阻力系数随孔隙率的变化规律,以及扭矩系数随风向角的变化规律。研究结果表明：风向角为0°~45°时,板的阻力系数变化很小,风向角为45°~90°时,板的阻力系数呈线性减小;0°风向角下,开孔或开槽板迎风面风压系数基本不变,背风面孔或槽附近平均风压系数幅值增大;当孔隙率小于5%时,板阻力系数对孔隙率、孔位置和开槽数量均不敏感,标志板风荷载减少的主要原因在于受风净面积的减少;孔隙率较大时,减小板阻力系数的效果相对明显;给出了非均匀开孔情况下,板阻力系数与孔隙率的建议公式;板在45°斜风向下产生最大扭矩系数,开孔或开槽都能够显著减小斜风向下绕板竖向中心轴和边缘竖轴的平均扭矩系数,其中45°风向角时影响更为显著;孔隙率较大时,扭矩系数减小效应更为显著。     

High downforce race car vertical dynamics: aerodynamic index

Race car performance is strongly affected by aerodynamics. Due to downforce generated by the vehicle floor (i.e. diffuser), vehicle ride heights are key parameters to improve performance, and the coupling of aerodynamics and suspension is one of the key points of race car setting. This work focuses on the suspension and aerodynamic coupling from the vertical dynamics point of view. Besides road holding performance, for race cars, aerodynamic performance and stability are major factors. Downforce decreases laptime (the main performance target) but pitch instability is a non-desired effect that can happen in high downforce race cars. A new vertical dynamic performance index is proposed through the use of simulation to improve aerodynamic performance and understand the pitch instability phenomenon. This new index uses all relevant vehicle nonlinearities related to vertical dynamics and can handle a specific track profile and vehicle speed range, allowing the analysis be conducted according to a circuit specification. A previously validated Formula 3 car model was used as an example.     

考虑波面影响的海上栈桥构件气动特性试验研究

为研究海上栈桥构件在波面影响下的气动特性,现通过进行考虑波浪面气动干扰作用下,栈桥构件风洞测压试验,得到了栈桥构件在不同波浪条件下的气动力系数影响规律。试验结果表明:平行短边传播波浪对结构气动力系数影响大于平行长边传播波浪,且位于平行短边传播波浪的背风侧波腰时,波面气动干扰会使阻力、升力及扭矩系数均降低;平行短边传播波浪在90°风向角位置,对阻力系数的降低作用由波峰到波谷依次增强,在波峰处的部分风向角中,气动力系数较无波浪有所增大。     

基于CFD的双道超车过程气动特性分析

基于计算流体力学（CFD）中的动网格技术对双道超车进行了数值模拟，研究表明，双道超车过程中，3辆车周围均出现强烈的压强和空气流速变化，当主超车在两车之间时，流场变化更为复杂。随着车辆相对位置的变化，3辆车周围的涡形态发生明显变化，涡的变化消耗流场中的能量，使车身受力发生变化。行驶过程中，3辆车的侧向力、风压中心位置和横摆力矩均发生明显变化。绝对速度增加，主超车与被超车的最大侧向力均呈线性增长，给车辆行驶稳定性带来负面影响。