基于Kriging模型的类车体气动外形自动优化

为探讨典型外形参数对汽车风阻系数的影响和解决气动外形设计中局部优化方法的盲目性,以MIRA阶背模型作为研究对象,建立参数化分析模型,针对车身7个外形参数进行试验设计及敏感性分析,建立样本点的Kriging近似模型并采用多岛遗传算法来求解车体最优气动外形。结果表明,后风窗倾角对气动阻力系数的影响最大,气动阻力优化是非线性问题且各个外形参数之间存在不同程度的交互效应;优化模型的气流分离得到较大改善,风阻系数降低了12.77%。     

汽车底部外形对气动特性的影响

以降低车身阻力和提高汽车的行驶稳定性为目的,对车身底部的流动特性进行数值模拟,以使通过车身底部的流动最佳化.以某轿车的1:5模型为研究对象,对汽车底部外形进行各种改型设计,研究汽车底部凸凹外形对汽车空气动力特性的影响,并对产生这些影响的原因进行了分析.模拟计算结果表明:汽车底部外形越复杂,气动阻力系数和气动升力系数越大;对气动阻力系数影响最大的是车轮,对气动升力影响最大的是轮腔.计算和分析的结论可为汽车底部外形设计和改型提供参考,也为获得复杂车身底部流动最佳化外形打下了基础.     

计及车身附件气动干涉影响的汽车流场数值仿真研究

以降低汽车气动阻力、获得最优气动造型为目的,应用计算流体动力学方法对某轿车内外流场进行了数值仿真,分析并总结了车身附件气动干涉和发动机舱内空气流动对整车气动性能的影响.计算结果表明:车身附件对整车气动特性有较大影响.其中,底部结构和轮胎的影响较大;余者(后视镜、雨刮器和门把手)的影响很小.考虑了车身附件的影响后,气动阻力约增加23%;加上发动机舱内空气流动的影响,整车气动阻力共增大约35%.分析还表明,车轮的转动有利于改善车底气流与尾流的相互作用,使气动阻力稍有降低.     

基于鲨鱼鳍的汽车车身仿生气动减阻研究

通过基于鲨鱼鳍的仿生学研究,设计了一种轿车尾底部附加装置,以期减小汽车的气动阻力。在风洞实验验证了CFD仿真方案的基础上,应用ISIGHT集成UG,ICEM和FLUENT,通过参数化建模,采用2阶响应面近似模型和多岛遗传算法对附加装置进行优化。结果表明:仿生附加装置减小了尾部的气流分离,抑制了湍流涡结形成,改善了流场结构,有效降低了气动阻力,优化后的附加装置使汽车气动阻力系数Cd比原车减小了5.06%。     

轿车白车身隐式全参数化建模与多目标轻量化优化

利用SFE-Concept参数化设计软件,建立了某轿车白车身隐式全参数化三维几何模型,在此基础上建立了参数化白车身的有限元模型,计算分析了其低阶固有振动特性和白车身的扭转与弯曲刚度,并通过试验验证了分析结果的有效性。利用相对灵敏度分析方法选出66个白车身零件板厚作为轻量化设计变量,以白车身的总质量、扭转和弯曲刚度为优化目标函数,白车身的1阶弯曲和1阶扭转模态频率为约束条件,利用遗传优化算法对白车身进行了多目标轻量化优化。结果表明,轻量化后的白车身1阶扭转频率和1阶弯曲频率的变化均小于1%,虽然扭转刚度降低了4.5%,弯曲刚度降低了1.8%,但仍满足设计要求。而在不改变用材的情况下,白车身总质量降低了19.4kg,即减轻了6.4%,取得了明显的轻量化效果。     

基于多目标粒子群优化算法的某轻型商用车操纵稳定性优化研究

针对某轻型商用车稳态回转时侧倾度偏大的问题对其悬架进行优化改进。基于ADAMS/car搭建整车多体动力学模型,通过前悬架反向平行轮跳试验、后悬架理论计算验证了悬架仿真模型的准确性。进行整车稳态回转工况和转向盘中间位置转向工况仿真分析,结果表明,车身侧倾度偏高。为实现操纵稳定性优化分析的流程自动化,提出了基于modeFRONTIER的联合仿真方法。以悬架设计参数为优化变量,以汽车的侧倾度与横摆角速度响应滞后时间为优化目标,采用拉丁超立方试验设计方法拟合得到混合代理模型,并结合多目标粒子群优化算法对悬架系统进行多目标优化,获得了悬架系统优化方案。优化结果显示,在不影响平顺性的前提下,汽车车身侧倾度降低了13.93%,横摆角速度响应滞后时间降低了2.75%,整车操纵稳定性得到了提升。     

基于近似模型的可变后扰流器气动优化

为了更好地改进车辆的气动特性,讨论了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的气动优化方法。设计了一种根据使用工况可调的汽车后扰流器,针对高速行驶和高速制动2种典型工况,对该扰流器的形状和位置进行气动优化。首先对可变后扰流器进行参数化设计,并用拉丁方法对参数化模型进行试验设计,通过CFD计算获取响应值;然后采用Kriging模型构建参数变量与气动特性之间响应关系的近似模型;最后以该模型为基础使用遗传算法对扰流器形状和位置进行优化设计。研究结果表明：优化后的可变扰流器可使整车在高速行驶工况下阻力系数减小3.3%,升力系数减小22.4%;在高速制动工况下,升力系数减小69.9%,整车的气动特性获得了较大的改善。     

车身性能约束下的车内空间优化设计方法研究

传统车身设计往往只考虑车身性能优化,很少兼顾考虑车内空间优化设计。本文中完善了车内空间的评价指标,提出了一种车身性能约束下的车内空间优化设计方法和开发流程,构建了车身性能分析与车内空间的融合模型,以车内空间最大化和车身质量最小化为目标开展了优化设计研究。以某SUV车型为例,在满足车身性能约束的前提下,车内空间总体积和行李箱体积相比原始设计提升比例超过6%,垂直头部空间提升比例超过7%,其余车内空间指标也有一定程度的提升,最后结合实车试验验证了本文方法的有效性。     

车身正向开发过程中的优化设计

研究了如何在车身的各个开发阶段,合理地应用多种优化设计方法。以某款车的白车身正向开发为例,运用拓扑优化技术,找到白车身结构最有效的材料分布;建立全参数化的几何/有限元模型,研究载荷传递路径,确定车身结构,采用基于实验设计与近似模型的参数优化技术,平衡白车身的结构、安全、振动噪声等性能和车身质量,得到了最优设计方案;优化零件形貌,设计冲压筋。通过4个具体的案例(拓扑优化、路径研究、参数优化和形貌优化),合理的运用多种优化设计方法,优化车身正向开发流程,提高开发效率,提升车身的结构、安全和振动噪声等性能,并降低车身质量。     

集装箱半挂运输车气动特性的数值仿真及改进

为降低车身的气动阻力,文中应用CFD软件对某款集装箱半挂运输车简化模型进行数值仿真,以揭示车身周围空气流动的机理.首先分析了原车型的车身周围流场的流动特性,然后加装导流罩并研究改变其圆角半径和驾驶室与集装箱的间距对整车气动阻力系数的影响规律.     

预测和确定汽车气动特性的新理论模型

本文以汽车空气动力学的“升力面理论”为出发点，提出一种预测和确定汽车空气动力学特性的新理论模型，并就其在评价空气动力学因素对汽车性能的影响，在研究开发气动阻力最小且同时满足汽车工程各方面要求的近地形体及车身优化设计等方面的应用价值进行了探讨。     

基于CFD的SUV空气动力学特性与仿真分析

为提高SUV的空气动力学性能,文章阐述了造型与空气动力学相结合的汽车造型开发流程,利用CFD方法对某SUV的空气动力争洼能进行模拟,模型模仿风洞试验,得出该车的风阻系数为0．343,根据该车压力分布、气流流动分布以及湍动能分布情况,对车身局部区域的造型提出优化建议,最终使车型空气动力学性能满足设计要求。     

Influence of unsteady aerodynamics on driving dynamics of passenger cars

Recent approaches towards numerical investigations with computational fluid dynamics methods on unsteady aerodynamic loads of passenger cars identified major differences compared with steady-state aerodynamic excitations. Furthermore, innovative vehicle concepts such as electric-vehicles or hybrid drives further challenge the basic layout of passenger cars. Therefore, the relevance of unsteady aerodynamic loads on cross-wind stability of changing basic vehicle architectures should be analysed. In order to assure and improve handling and ride characteristics at high velocity of the actual range of vehicle layouts, the influence of unsteady excitations on the vehicle response was investigated. For this purpose, a simulation of the vehicle dynamics through multi-body simulation was used. The impact of certain unsteady aerodynamic load characteristics on the vehicle response was quantified and key factors were identified. Through a series of driving simulator tests, the identified differences in the vehicle response were evaluated regarding their significance on the subjective driver perception of cross-wind stability. Relevant criteria for the subjective driver assessment of the vehicle response were identified. As a consequence, a design method for the basic layout of passenger cars and chassis towards unsteady aerodynamic excitations was defined.     

利用声激励技术降低汽车车身阻力的实验研究

本文利用内部声激励技术,在风洞中对某厢式客车车身模型进行空气阻力系数的测试。结果表明:内部声激励能够明显地降低车身模型的空气阻力系数。     

Aerodynamic design optimization of rear body shapes of a sedan for drag reduction

This study proposes an aerodynamically optimized outer shape of a sedan by using an Artificial Neural Network (ANN), which focused on modifying the rear body shapes of the sedan. To determine the optimization variables, the unsteady flow field around the sedan driving at very fast speeds was analyzed by CFD simulation, and fluctuations of the drag coefficient (C _D ) and pressure around the car were calculated. After consideration of the baseline result of CFD, 6 local parts from the end of the sedan were chosen as the design variables for optimization. Moreover, an ANN approximation model was established with 64 experimental points generated by the D-optimal methodology. As a result, an aerodynamically optimized shape for the rear end of the sedan in which the aerodynamic performance is improved by about 5.64% when compared to the baseline vehicle is proposed. Finally, it is expected that within the accepted range of shape modifications for a rear body, the aerodynamic performance of a sedan can be enhanced so that the fuel efficiency of the sedan can be improved. The YF SONATA, a sedan manufactured by Hyundai Motors Corporate, played a major role in this research as the baseline vehicle.     

基于改进粒子群优化算法的多目标自适应巡航控制

跟驰过程中,在保证安全性的前提下为了提升自适应巡航控制(ACC)系统的舒适性和燃油经济性,研究了多目标自适应巡航控制算法。在建立车间纵向运动学模型的基础上,根据模型预测控制理论,设计综合考虑安全性、舒适性、燃油经济性以及车辆自身限制等因素的目标函数和约束条件,并引入松弛因子向量软化硬约束边界解决无可行解问题。进一步在滚动优化环节中,引入具有求解多约束问题能力的改进粒子群优化算法进行求解。通过数值仿真对比分析,结果表明,基于改进粒子群优化算法的多目标自适应巡航控制算法能有效提高燃油经济性和行车舒适性。结合CarSim搭建模型进行联合仿真,验证算法有效。     

摩托车及驾驶员气动特性的数值模拟研究

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟技术,研究摩托车部件及驾驶员对整车气动特性的影响.对通过数值模拟获得的摩托车周围的流场、气动阻力系数和速度分布进行了深入分析;就风挡导流罩、驾驶员和摩托车本身的不同组合对整车气动阻力的影响进行了归纳;最后提出了一些减小摩托车气动阻力的具体建议.     

基于GA-BP神经网络的汽车空气阻力系数预测研究

针对整车空气动力性能开发中数值计算耗时长的问题，提出一种基于GA-BP神经网络的汽车空气阻力系数预测方法。将汽车部分特征参数作为输入变量，经外流场仿真得到的空气阻力系数作为输出变量，获取数据集。采用遗传算法对BP神经网络进行参数寻优，最终建立基于遗传算法的BP神经网络模型，验证不同训练集数量对模型预测精度的影响。结果表明，GA-BP神经网络在训练样本较少时也能维持较高的预测精度，可用于汽车空气阻力系数的快速测。     

基于疲劳寿命的驱动桥壳可靠性与轻量化设计

为提高驱动桥壳的轻量化水平和道路行驶疲劳可靠性，对驱动桥壳进行6-Sigma稳健性多目标轻量化设计。首先，建立驱动桥壳的虚拟台架仿真模型，并进行垂直弯曲刚性和垂直弯曲静强度的仿真分析，将仿真得到的桥壳本体各测点变形量和关键受力点应力值与试验结果进行对比，以验证桥壳虚拟台架仿真模型的可信性。其次，建立驱动桥壳的最大垂向力仿真模型，结合耐久性强化路面下驱动桥壳板簧座处的垂向载荷谱，基于名义应力法，对驱动桥壳进行了道路行驶工况下的疲劳寿命分析。然后，选取驱动桥壳本体各截面壁厚为设计变量，基于熵权法和TOPSIS（Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）方法研究各壁厚变量对桥壳综合性能的影响。结合RBF（Radial Basis Function，RBF）近似模型和NSGA-Ⅱ算法（Elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm，NSGA-Ⅱ）对驱动桥壳进行基于疲劳寿命的多目标确定性轻量化设计，获取Pareto最优解集，选取桥壳的优化方案。最后，基于蒙特卡罗模拟抽样方法和微存档遗传算法（AMGA）对驱动桥壳进行了多目标6-Sigma稳健性轻量化设计，得到桥壳稳健性优化方案。研究结果表明：稳健性优化后，驱动桥壳本体的疲劳寿命降低了12.3%，但和初始结构的疲劳寿命相比，仍提升了117%；桥壳本体疲劳寿命正态分布的标准方差下降了72.1%，说明桥壳本体的疲劳可靠性得到了大幅提升；桥壳本体的质量升高了1.8%，但和优化前的桥壳原结构相比，仍实现减重5.9%。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响，以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景，首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型；然后通过在风洞试验段入口处采用"格栅条"被动紊流发生装置，模拟一系列紊流风场；最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验，测试列车和桥梁表面风压，并积分获得列车和桥梁气动力。基于此，分析了双线轨道不同位置下，顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律，并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小，紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场；紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著，而对车头气动力特性影响较小，车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低，升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著；桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车，其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小，升力系数随紊流度增加而增大，力矩系数随紊流度的变化规律并不明显；车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度，桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数；列车位于背风侧轨道时，车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道；风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的，且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。