整车气动性能研究

整车气动性能研究

一、意义

运用风洞实验与模拟仿真技术，保证整车的气动性能达到较高的水平；在产品的整个开发过程中，应用仿真手段优化整车的气动性能。并通过少量的风洞实验保证仿真的精度和准度。课题研究依托战略项目AB03进行，成果可应用了所有自主研发车型。

课题成功后，我司可将CFD技术用于汽车外形同步开发，选出具有良好气动性能的风阻小，风噪低，操控稳定性好的的汽车外形，提高我司产品的性能和竞争力。

同时CFD技术可以部分取代风洞实验，可节省大量的样件试制费用及风洞实验费用，缩短开发周期。以开发一款新车为例，从CAS面阶段到油泥模型阶段，再到A面冻结，造型反复修改次数不少于10次，按照正常的开发流程，期间风洞实验次数不少于5次，按照每次实验费用20万人民币计算，实验费用就要100万，如果算上人员、试制及运输费用，应该在150万以上。每次风洞实验按5个工作日计算，需要25个工作日，时间开发过程中最难协调的问题。

二、技术方案、路线及技术指标

（一）技术基础：

汽车行驶时除了受到来自地面的力以外，还

受到周围气流的气动力作用，气流的作用主要是

产生升力和阻力。当有侧风存在时，来流速度和

汽车对称平面之间存在横摆角，于是就存在一个

侧向力。三个气动力的合力作用点成为风压中心

C.P。风压中心在汽车的对称平面内，但它不一

定与重心（CG）重合。所有力放在重心上来研究，

就产生了三个气动力矩。图1、气动力和气动力矩示意图空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动阻力，这种阻力与车速平方成正比，为了克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急剧增加的，当车速超过100km/h时，发动机功率有80%用来克服气动阻力，要消耗很多燃料，在高速行使时，如能减少10%的气动阻力，就可使燃料经济性提高百分之十几，当前汽车开发十分重视气动阻力系数CD，因为它直接关系到汽车动力性，经济性。

在车身上产生升力，汽车的附着力减小，影响操纵稳定性和驱动力。重量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮的升力特别敏感，这种情况对行驶中的汽车非常危险，即当前

端有升力使其上浮时，升力又随着车速的增加而继续增加，由于前轮失去附着力，而使汽车失去控制。

如果侧向力的作用点与坐标原点有个距离（这个值只随车身形状和横摆角而变化），即产生绕z 轴回转的横摆力矩，如果侧向力的合力通过侧向反作用力中心，汽车将保持直线行驶，但相对原行驶方向会有偏转，如果侧向力的合力作用在侧向反作用力中心以前时，汽车将随着风的方向转向，并且产生横摆力矩，使汽车向着风的方向摆动，造成稳定性恶化。要提高汽车行驶方向稳定性，不仅要减小侧向力，而且应该将其作用点向车身后方移动。

由于来自车身侧面及其周围气流的影响，产生了绕x 轴的侧倾力矩。这个力矩通过悬挂装置到车架至左右车轮，引起车轮负荷的变化，对应于力矩回转的方向，使一侧车轮的负荷增加，而另一侧车轮负荷减小。

CFD 就是将流体力学传统三方程用有限元或者有限体积的方法离散，在微元上对方程进行求解，再通过不同的迭代方式逐渐搜索出微元所在位置的质量、动量、能量的真值，最后通过插值的方法求取整个流场的流动状态，从而确定汽车在行驶过程中所受到的气动力。

（二）技术方案及路线：

课题前期通过调研和软件培训，掌握数值仿真的方式方法。然后依托AB03项目，对AB03车型气动性能进行仿真计算。样车试制后，对样车进行风洞试验，全面掌握样车的气动的性能。完成试验结果和仿真计算结果的分析对比，修正仿真的方式方法，再应用仿真手段优化样车的气动性能。在实施过程完成课题的主要输出成果：整车气动性能开发流程、气动性能仿真分析标准、数值模拟与试验差异性研究报告、仿真计算报告、风洞试验规范等。

软、硬件 试验技术方案

气动性能验收依据

图2 技术路线图

（三）技术指标：整车气动阻力系数、升力系数；试验与仿真的相关度。