羅澤軒 谷正氣,2 黃泰明 豐成杰 李舒雅

1.湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙，4100822.湖南文理學(xué)院，常德，415000

0 引言

行駛中的汽車受到周圍環(huán)境風(fēng)的影響,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生側(cè)滑或橫擺運(yùn)動(dòng)，影響汽車行駛穩(wěn)定性，造成行車安全問題。隨著汽車車速的不斷提高，關(guān)系到行車安全的汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題日益引起人們的重視。

目前針對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的研究主要通過數(shù)值仿真計(jì)算與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等方法來實(shí)現(xiàn)。其中風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)主要是進(jìn)行穩(wěn)態(tài)側(cè)風(fēng)下的汽車穩(wěn)定性研究[1]，如人們提出的橫擺模型[2]、牽引模型[3]等方法，但以上方法只能研究汽車模型在某一固定狀態(tài)下受到的穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)力，無法考慮汽車在側(cè)風(fēng)作用下其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，即無法研究汽車在側(cè)風(fēng)作用下的側(cè)滑或橫擺運(yùn)動(dòng)，更不能研究該運(yùn)動(dòng)給汽車周圍流場帶來的反饋?zhàn)饔?。因?對(duì)于汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題的研究,風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)有較大的局限性。數(shù)值仿真計(jì)算方法較風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)更為靈活，對(duì)于該問題的研究，既能考慮汽車在側(cè)風(fēng)作用下產(chǎn)生的側(cè)滑或橫擺等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，更能分析該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)給汽車周圍流場帶來的反饋影響，實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)之間的雙向耦合[4]。然而，受流體仿真軟件中動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)及計(jì)算資源的限制，對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的耦合研究多為靜態(tài)的，即靜態(tài)耦合模擬。靜態(tài)耦合與實(shí)際中汽車以某一車速直線行駛時(shí)受到來自于車身側(cè)向的環(huán)境風(fēng)干擾這一情況主要有兩點(diǎn)區(qū)別:一是兩者流場性質(zhì)不同[5]；二是靜態(tài)耦合無法真實(shí)地模擬出車速及側(cè)風(fēng)風(fēng)速，實(shí)際中汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與流場是一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合的過程。通過靜態(tài)耦合模擬出的結(jié)果勢必影響汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的分析。為了更準(zhǔn)確地分析出汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性，在耦合方法的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高速汽車側(cè)風(fēng)下的動(dòng)態(tài)耦合模擬分析，真實(shí)地模擬汽車受側(cè)風(fēng)環(huán)境的干擾是十分必要的。

針對(duì)上述問題，基于已有的研究，本文提出了一種動(dòng)態(tài)耦合方法，該方法將車速與側(cè)風(fēng)進(jìn)行解耦處理，實(shí)現(xiàn)了側(cè)風(fēng)條件下汽車的動(dòng)態(tài)模擬分析以及汽車空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)耦合。

1 動(dòng)力學(xué)模型

1.1 空氣動(dòng)力學(xué)模型

建立某實(shí)車空氣動(dòng)力學(xué)模型,如圖1所示，由于本文流體仿真部分涉及車身表面網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)，為了防止出現(xiàn)網(wǎng)格畸變從而導(dǎo)致仿真計(jì)算失敗，在不影響計(jì)算精度以及原車型整體氣動(dòng)特性的前提下，對(duì)原始模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕幚韀6]，忽略車門把手、雨刮器及后視鏡支架等細(xì)小部件，并對(duì)車底盤做平整化處理。

圖1 簡化汽車模型Fig.1 Simplified vehicle model

根據(jù)汽車的外形及側(cè)風(fēng)環(huán)境的特點(diǎn)，將流體計(jì)算域設(shè)置為長方體形狀，計(jì)算域相關(guān)邊界條件如表1所示。

表1 邊界條件設(shè)置Tab.1 The settings of boundary condition

同時(shí)選取Realizablek-ε湍流模型進(jìn)行流場穩(wěn)態(tài)計(jì)算，待流場穩(wěn)定后改用函數(shù)LES進(jìn)行流場瞬態(tài)求解。該湍流模型能夠有效地應(yīng)用于包括剪切流、邊界層流動(dòng)等不同類型的流動(dòng)模擬[7]，其控制方程如下:

(1)

(2)

式中,ρ為流體密度；xi、xj為坐標(biāo)軸分量；μ為流體的黏性系數(shù)；t為時(shí)間；ut為t時(shí)刻的速度；ui為速度分量；k為湍動(dòng)能系數(shù)；ε為渦黏性系數(shù)；σk、σε分別為關(guān)于k與ε的湍流普朗特施密特?cái)?shù)；Gk為關(guān)于k的經(jīng)驗(yàn)公式；E、C1、C2、η均為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。

1.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

為了便于分析汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的基本特征，對(duì)一簡化為線性二自由度的汽車模型進(jìn)行研究，不考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及懸架的作用，車廂只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，且汽車車速u視為不變，即認(rèn)為汽車只有橫擺和側(cè)向運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)自由度[8]，輪胎采用魔術(shù)輪胎模型[9]。其中，二自由度動(dòng)力學(xué)模型主要參數(shù)如表2所示，車輛坐標(biāo)系的原點(diǎn)與汽車質(zhì)心Cm重合，整車動(dòng)力學(xué)模型受力分析[8]如圖2所示，F(xiàn)Yi為輪胎所受側(cè)偏力，u1、u2與α1、α2分別為前后軸中點(diǎn)的速度及前后輪側(cè)偏角。

表2 動(dòng)力學(xué)模型相關(guān)參數(shù)

圖2 整車動(dòng)力學(xué)分析Fig.2 Vehicle dynamics analysis

考慮側(cè)風(fēng)條件下的汽車二自由度整車模型的微分方程如下：

(3)

(4)

式中,F、M分別為汽車所受氣動(dòng)側(cè)向力和橫擺力矩；β為質(zhì)心偏角；ωr為汽車橫擺角速度；δ為前輪轉(zhuǎn)角，由于不考慮轉(zhuǎn)向，其值為零；v為汽車側(cè)向速度；Ti為回轉(zhuǎn)力矩,由魔術(shù)公式[9]求得。

2 動(dòng)態(tài)耦合方法

2.1 耦合方法

耦合仿真方法分為流體計(jì)算與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算兩部分，分別通過FLUENT與MATLAB實(shí)現(xiàn)。仿真過程中FLUENT與MATLAB均存在兩個(gè)狀態(tài)，即計(jì)算狀態(tài)與掃描狀態(tài)，計(jì)算狀態(tài)進(jìn)行正常的仿真計(jì)算，而掃描狀態(tài)則是通過監(jiān)控程序?qū)蚕砦募A進(jìn)行循環(huán)掃描，監(jiān)控等待另一軟件上一步仿真的結(jié)果。FLUENT通過函數(shù)UDF來讀取共享文件夾中的側(cè)向速度v和橫擺角速度ωr，并將該步仿真得到的側(cè)向力F和橫擺力矩M寫入共享文件夾[10]，而MATLAB則通過m文件從共享文件夾讀取側(cè)向力F和橫擺力矩M，并且將計(jì)算得到的v和ωr寫入共享文件夾從而實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)交換[11]，仿真流程如圖3所示。

圖3 雙向耦合仿真流程Fig.3 Two-way coupling realization process

兩者在循環(huán)仿真的過程中分別讀取對(duì)方上一步計(jì)算所得的結(jié)果作為該時(shí)間步仿真的激勵(lì)，以此來實(shí)現(xiàn)車身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與流場的耦合作用，即空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的耦合，其迭代仿真步驟如圖4所示。

圖4 雙向耦合迭代步驟Fig.4 Iterate method of two-way coupling

2.2 靜態(tài)耦合方法

靜態(tài)耦合方法中的靜態(tài)指的是仿真分析中對(duì)車速的模擬方式為靜態(tài)，而非指模型在流場中處于靜止?fàn)顟B(tài),即慣性系下利用相對(duì)速度原理模擬車速，以圖5入口1中-X方向的靜態(tài)風(fēng)速u模擬汽車的車速，仿真過程中汽車在X方向無速度，而Y方向在側(cè)風(fēng)作用下是有側(cè)向速度的。側(cè)風(fēng)則以入口2中-Y方向的風(fēng)速vy模擬，而計(jì)算時(shí)實(shí)際加載的風(fēng)速為模擬車速u與側(cè)風(fēng)速度vy的合速度v1，θ為該加載風(fēng)速方向與u的夾角。靜態(tài)模擬中流體計(jì)算域設(shè)置為入口1距車頭4倍車長(4L)，出口1距車尾20倍車長(20L)，左側(cè)入口距車左側(cè)3倍車寬(3W)，右側(cè)出口距車右側(cè)12倍車寬(12W)，總高度5倍車高(5H)，阻塞比1.43%，滿足要求。該計(jì)算域與側(cè)風(fēng)模擬方式如圖5所示。

圖5 靜態(tài)耦合模擬方案Fig.5 Static coupling method simulation scheme

采用專業(yè)有限元軟件將整個(gè)計(jì)算域生成四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在車身表面拉伸出3層棱柱網(wǎng)格模擬汽車表面的附面層，并且在計(jì)算敏感區(qū)域使用密度盒加密，以達(dá)到局部網(wǎng)格細(xì)化的目的[12]，縱對(duì)稱面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 縱對(duì)稱面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)Fig.6 The mesh of longitudinal symmetry plane

結(jié)合本文所述的靜態(tài)耦合方法,利用該靜態(tài)側(cè)風(fēng)模擬方案進(jìn)行汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題的流體部分空氣動(dòng)力學(xué)仿真。

2.3 動(dòng)態(tài)耦合方法

圖7 靜態(tài)模擬速度分析Fig.7 Velocity analysis of static simulation

圖8 側(cè)風(fēng)下汽車行駛路線示意圖Fig.8 Vehicle route map by crosswind

基于此，本文提出了一種動(dòng)態(tài)耦合方法，使汽車在計(jì)算域內(nèi)以實(shí)際車速行駛，將車速與側(cè)風(fēng)獨(dú)立開來，實(shí)現(xiàn)汽車側(cè)風(fēng)下的動(dòng)態(tài)分析。模擬方案如圖9所示。

圖9 動(dòng)態(tài)耦合模擬方案Fig.9 Dynamic coupling method simulation scheme

該方案中車身壁面的運(yùn)動(dòng)由FLUENT動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但是由于車身表面較為復(fù)雜，附近網(wǎng)格尺寸較小，故壁面邊界的運(yùn)動(dòng)勢必會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量迅速增加，同時(shí)網(wǎng)格畸變率過大，甚至出現(xiàn)負(fù)體積，無法進(jìn)行計(jì)算[13]。對(duì)于該情況，通常是將時(shí)間步長縮小，而這又將耗費(fèi)大量的計(jì)算資源與時(shí)間，顯然也不可取。

針對(duì)這一問題，本文采用了一種適合于模擬復(fù)雜運(yùn)動(dòng)邊界大尺度運(yùn)動(dòng)的域盒動(dòng)網(wǎng)格策略，即將汽車模型通過一長方體包裹，其內(nèi)外兩側(cè)各建立網(wǎng)格區(qū)域，該長方體即為域盒[14]，如圖10所示。邊界條件設(shè)為Interior，在計(jì)算過程中，域盒內(nèi)部的網(wǎng)格隨汽車模型一起運(yùn)動(dòng)。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是將網(wǎng)格更新的位置轉(zhuǎn)移至域盒外面的大尺寸網(wǎng)格，而其內(nèi)部小尺寸網(wǎng)格不再更新，其網(wǎng)格如圖11所示。

圖10 域盒示意圖Fig.10 Domain box diagram

圖11 動(dòng)態(tài)模擬網(wǎng)格Fig.11 The mesh of dynamic coupling method

結(jié)合FLUENT中自定義函數(shù)(UDF)擴(kuò)展功能，利用DEFINE_CG_MOTION函數(shù)及其變量實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車整車運(yùn)動(dòng)的控制。靜態(tài)耦合中主要定義了側(cè)風(fēng)速度vy與橫擺角度速度ωr等變量；而動(dòng)態(tài)耦合中主要定義了側(cè)風(fēng)速度vy與橫擺角度速度ωr以及汽車行駛速度u等變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題的動(dòng)態(tài)耦合模擬。

3 動(dòng)態(tài)、靜態(tài)耦合對(duì)比研究

為了說明動(dòng)靜態(tài)耦合模擬對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性分析的區(qū)別，本節(jié)針對(duì)15 m/s側(cè)風(fēng)及30 m/s車速這一工況分別進(jìn)行了兩種仿真方法的對(duì)比研究，同時(shí)分別就其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)中的側(cè)向力、側(cè)向速度與側(cè)向位移等參數(shù)以及流場進(jìn)行相關(guān)分析。

3.1 動(dòng)力學(xué)響應(yīng)對(duì)比

針對(duì)上述工況進(jìn)行的動(dòng)靜態(tài)耦合仿真動(dòng)力學(xué)響應(yīng)如圖12所示，由圖12a可知，動(dòng)態(tài)耦合中的汽車受側(cè)風(fēng)作用的側(cè)向力較靜態(tài)耦合的側(cè)向力小(本文側(cè)向力、側(cè)向速度、側(cè)向位移、橫擺角的大小均指其絕對(duì)值)，且其減小速度較靜態(tài)耦合快。側(cè)向力的大小與相對(duì)速度(汽車相對(duì)于流場)的平方成正比，因此動(dòng)靜態(tài)耦合中相對(duì)速度均在減小，且動(dòng)態(tài)耦合中相對(duì)速度減小較快。原因在于靜態(tài)耦合中車速與側(cè)風(fēng)合速度v1不變，而側(cè)風(fēng)作用下汽車車身-Y方向的側(cè)向速度逐漸增大，如圖12b所示，所以其相對(duì)速度逐漸減小，側(cè)向力逐漸減?。欢鴦?dòng)態(tài)耦合中車速與側(cè)風(fēng)合速度隨汽車橫擺而逐漸減小，且車身側(cè)向速度較靜態(tài)耦合大，因此其相對(duì)速度較靜態(tài)耦合減小得快，側(cè)向力變化趨勢與之一致。

(a)側(cè)向力

(b)側(cè)向速度

(c)側(cè)向位移圖12 動(dòng)靜態(tài)耦合對(duì)比Fig.12 The comparison of dynamic and static coupling

圖12b為側(cè)風(fēng)作用下汽車的側(cè)向速度與時(shí)間變化關(guān)系。動(dòng)態(tài)耦合中汽車側(cè)向速度較靜態(tài)耦合大，其原因是動(dòng)態(tài)耦合中汽車的側(cè)向速度主要是由兩部分組成，一部分是由側(cè)向力所產(chǎn)生,另一部分是因?yàn)槠嚈M擺導(dǎo)致其車速在-Y方向上產(chǎn)生了一個(gè)速度分量。由于動(dòng)態(tài)耦合側(cè)向力較靜態(tài)耦合小，導(dǎo)致由側(cè)向力所產(chǎn)生的那一部分側(cè)向速度減小，但車速在-Y方向的分量對(duì)于側(cè)向速度的影響更為明顯，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)耦合中汽車側(cè)向速度較靜態(tài)耦合大。

圖12c為汽車受側(cè)風(fēng)作用下側(cè)向位移隨時(shí)間變化的關(guān)系。結(jié)合圖12b速度曲線不難得出側(cè)向位移與時(shí)間變化關(guān)系，由圖12c可知?jiǎng)討B(tài)耦合所得側(cè)向位移明顯較靜態(tài)耦合大，15 m/s的側(cè)風(fēng)作用2.25 s的時(shí)間，其側(cè)向位移相差了0.385 m，相比于靜態(tài)耦合增大了11.12%。汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題多以側(cè)向位移作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]，因此動(dòng)態(tài)耦合下的汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性偏低。

3.2 流場對(duì)比

由圖13流場速度云圖可知，兩者由于對(duì)車速模擬方法的不同導(dǎo)致流場速度存在明顯區(qū)別：動(dòng)態(tài)耦合中流場流速在15 m/s左右，而靜態(tài)耦合流速在33 m/s左右；動(dòng)態(tài)耦合中車身周圍氣體流速較快，而靜態(tài)耦合恰好相反；動(dòng)態(tài)耦合隨著汽車在流場中行駛X方向位移發(fā)生變化,而靜態(tài)耦合中X方向并未產(chǎn)生位移；動(dòng)態(tài)耦合對(duì)應(yīng)時(shí)刻的側(cè)向位移較靜態(tài)耦合大，這也從流場的角度驗(yàn)證了圖12c中的結(jié)果。另外，動(dòng)態(tài)耦合中汽車側(cè)尾部的渦流區(qū)較靜態(tài)耦合小，這主要是因?yàn)閯?dòng)態(tài)耦合中汽車以車速行駛導(dǎo)致側(cè)尾部渦流區(qū)氣體更新速度及渦的耗散加快的原因。

圖13 各時(shí)刻速度云圖Fig.13 Contour of velocity at different times

圖14為t=2 s時(shí)刻車身表面壓力云圖，由圖可知，此時(shí)靜態(tài)耦合中車身迎風(fēng)側(cè)表面壓力明顯大于動(dòng)態(tài)耦合迎風(fēng)側(cè)表面壓力，且其背風(fēng)側(cè)表面壓力較動(dòng)態(tài)耦合小，由此可判斷出t=2 s時(shí)刻，靜態(tài)耦合中的氣動(dòng)力較動(dòng)態(tài)耦合大，因此從車身表面壓力的角度也定性地驗(yàn)證了圖12中的氣動(dòng)力關(guān)系。

圖14 車身表面壓力云圖(t=2 s)Fig.14 Contour of pressure on surface of vehicle(t=2 s)

(a)動(dòng)態(tài)耦合 (b)靜態(tài)耦合圖15 車身表面渦量圖Fig.15 Contour of vorticity of vehicle

為了進(jìn)一步說明兩者在流場方面的區(qū)別，選取t=2 s時(shí)刻車身周圍渦量云圖，見圖15。由渦量圖可以看出漩渦產(chǎn)生的區(qū)域、大小以及漩渦表面氣體的流速等信息。從圖15中可知?jiǎng)討B(tài)耦合中漩渦區(qū)小而短，而靜態(tài)耦合中漩渦區(qū)大而長，并且由其表面氣體流速可以看出靜態(tài)耦合最外層氣體流速較快，越接近車身表面氣體流速越慢，動(dòng)態(tài)耦合正好相反，越靠近車身表面氣體流速越快，而最外層氣體流速較慢，這進(jìn)一步驗(yàn)證了圖13速度場的分析。

通過以上動(dòng)靜態(tài)耦合中動(dòng)力學(xué)和流場相關(guān)物理量及評(píng)價(jià)指標(biāo)的對(duì)比分析可知，動(dòng)態(tài)耦合中側(cè)向位移相比于靜態(tài)耦合增大了11.12%，其速度場、壓力場以及渦量場等流場特性也有較大差異。因此，利用動(dòng)態(tài)耦合仿真方法，真實(shí)地再現(xiàn)路面汽車與側(cè)風(fēng)的相互作用，提高模擬的準(zhǔn)確性是十分必要的。

4 風(fēng)速對(duì)穩(wěn)定性的影響

本節(jié)主要利用動(dòng)態(tài)耦合方法分析12 m/s、15 m/s及18 m/s三種不同側(cè)風(fēng)風(fēng)速對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的影響，其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)如圖16所示。

由圖16a、圖16b可知，在仿真初始階段，側(cè)風(fēng)作用下汽車所受側(cè)向力逐漸增大，至0.5 s左右達(dá)到最大，此后由于橫擺角及側(cè)向速度的增加，側(cè)向力逐漸減?。欢鴻M擺力矩在0.5 s左右基本達(dá)到穩(wěn)定。另一方面，隨著側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增大，側(cè)向力明顯增大，而橫擺力矩受側(cè)風(fēng)影響較小。

從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來看(圖16c、圖16d)，隨著側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增加，橫擺角及側(cè)向位移均增大，其原因主要是氣動(dòng)力及力矩的增大，導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)方向上的速度增加，從而使得側(cè)向位移和橫擺角均增大。同樣t=2 s時(shí)刻對(duì)比三種不同風(fēng)速工況下橫擺角及側(cè)向位移，如表3所示，橫擺角變化幅度分別為11.1%、14.6%，而側(cè)向位移變化幅度分別為15.9%、16.2%，因此風(fēng)速越高，對(duì)橫擺角及側(cè)向位移影響越大，且風(fēng)速的變化同樣對(duì)側(cè)向位移的影響較橫擺角明顯。

從以上分析可知，不同側(cè)風(fēng)條件下，氣動(dòng)側(cè)向力及橫擺力矩、側(cè)向位移及橫擺角等均隨側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增大而增大，且對(duì)側(cè)向力和側(cè)向位移影響較為明顯。因此，隨著側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增加，汽車側(cè)風(fēng)行駛氣動(dòng)穩(wěn)定性降低。

(a)側(cè)向力

(b)橫擺力矩

(c)橫擺角

(d)側(cè)向位移圖16 風(fēng)速對(duì)穩(wěn)定性的影響Fig.16 The influence of wind velocity to vehicle

評(píng)價(jià)指標(biāo)12m/s15m/s18m/s橫擺角θ(°)-6.94-7.71-8.84側(cè)向位移S(m)-2.51-2.91-3.38

5 結(jié)論

(1)對(duì)靜態(tài)耦合方法進(jìn)行了分析研究，就其對(duì)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性問題研究中的不足進(jìn)行了說明，同時(shí)結(jié)合域盒動(dòng)網(wǎng)格策略，提出了動(dòng)態(tài)耦合仿真方法，并分析了其優(yōu)勢。

(2)通過動(dòng)靜態(tài)耦合對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)耦合下汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性較靜態(tài)耦合差，其側(cè)向位移在文中工況下相比于靜態(tài)耦合增大了11.12%。

(3)利用動(dòng)態(tài)耦合對(duì)不同側(cè)風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行了仿真分析，對(duì)于文中工況，隨側(cè)風(fēng)風(fēng)速增大橫擺角變化幅度分別為11.1%、14.6%，側(cè)向位移變化幅度分別為15.9%、16.2%，因此風(fēng)速越高，汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性越差。

參考文獻(xiàn)：

[1] 谷正氣. 汽車空氣動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 人民交通出版社,2005:90-101.

GU Zhengqi. Automobile Aerodynamic[M]. Beijing: China Communications Press,2005:90-101.

[2] 王夫亮. 側(cè)風(fēng)作用下汽車氣動(dòng)特性研究[D]. 長春: 吉林大學(xué),2009.

WANG Fuliang. Research on Automobile Aerodynamic Characteristics in Crosswind[D]. Changchun: Jilin University,2009.

[3] KOBAYASHI N, YAMADA M.Stability of a One Box Type Vehicle in a Cross-wind—an Analysis of Transient Aerodynamic Forces and Moments[J]. SAE Technical Paper,1988，881878.

[4] 谷正氣, 豐成杰, 陳陣, 等. 汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的雙向耦合方法研究[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2016,36(9):923-928.

GU Zhengqi, FENG Chengjie, CHEN Zhen, et al. Research on the Two-way Coupling Method for Vehicle in Crosswind Condition[J]. Journal of Beijing Institute of Technology,2016,36(9):923-928.

[5] 楊濱徽. 隧道內(nèi)復(fù)雜工況下汽車高速氣動(dòng)特性研究[D]. 長沙: 湖南大學(xué),2010.

YANG Binhui. Research on Aerodynamic Characteristic of High Speed Vehicles in Complicated Traffic in Tunnel[D]. Changsha: Hunan University,2010.

[6] 黃泰明, 谷正氣, 豐成杰, 等. 不同波長瞬態(tài)側(cè)風(fēng)對(duì)汽車氣動(dòng)性能影響分析[J]. 中國機(jī)械工程,2016,27(22):3111-3117.

HUANG Taiming, GU Zhengqi, FENG Chengjie, et al.Analysis for Effects of Transient Crosswinds with Different Wave-lengths on Vehicle's Aerodynamics Performance [J]. China Mechanical Engineering,2016,27(22):3111-3117.

[7] 孫露. 計(jì)及側(cè)風(fēng)的某跑車高速氣動(dòng)穩(wěn)定性研究[D]. 長沙: 湖南大學(xué),2011.

SUN Lu. Research on Automotive Aerodynamic Characteristics and Stability in Crosswinds[D]. Changsha: Hunan University,2011.

[8] 余志生. 汽車?yán)碚揫M]. 5版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2010:144-146.

YU Zhisheng. Automobile Theory[M]. 5th ed. Beijing: China Machine Press,2010:144-146.

[9] 賀桂敏. 某集裝箱貨車高速側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性優(yōu)化研究[D]. 長沙: 湖南大學(xué),2013.

HE Guimin. Analysis and Optimization of High Speed Aerodynamic Characteristics of a Container Truck in Crosswinds [D]. Changsha: Hunan University,2013.

[10] 于勇. FLUENT入門與進(jìn)階教程[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社,2008.

YU Yong. Tutorial of FLUENT Introduction and Advanced[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press,2008.

[11] 張德豐. MATLAB與外部程序接口編程[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2009:95-103.

ZHANG Defeng. MATLAB with External Interface Programming[M]. Beijing: Mechanical Industry Press,2009:95-103.

[12] 海貴春, 谷正氣, 王和毅, 等. 側(cè)風(fēng)對(duì)汽車高速行駛性能影響的仿真研究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào),2006,33(2):40-43.

HAI Guichun, GU Zhengqi, WANG Heyi, et al. Research on the Effect of Crosswinds on the Stability of High Speed Vehicles[J]. Journal of Hunan University,2006,33(2):40-43.

[13] 陳陣, 谷正氣, 張勇, 等. 汽車雨刮器的瞬態(tài)氣動(dòng)特性[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(10):3597-3604.

CHEN Zhen, GU Zhengqi, ZHANG Yong, et al. Transient Aerodynamic Characteristics of Windscreen Wipers of Vehicles [J]. Journal of Central South University,2016,47(10):3597-3604.

[14] 譚鵬, 谷正氣, 陳陣, 等. 汽車刮水器氣動(dòng)升力的風(fēng)洞試驗(yàn)及數(shù)值研究[J]. 空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào),2016(3):345-352.

TAN Peng, GU Zhengqi, CHEN Zhen, et al. The Experimental and Numerical Research on Aerodynamic Lift of Automobile Wind Shield Wiper[J]. Journal of Aerodynamics,2016(3):345-352.