【歡迎引用】 陳永良， 周建川. 某純電動(dòng)SUV的空氣動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)[J]. 汽車(chē)文摘，2024（XX）： X-XX.

【Cite this paper】 CHEN Z L， ZHOU J C. The Aerodynamic Development of an Electric SUV[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2024（XX）： X-XX.

【摘要】為了提升汽車(chē)?yán)m(xù)航能力，以降低整車(chē)風(fēng)阻車(chē)型、優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)性能為目標(biāo)，以整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)流程為切入點(diǎn)，運(yùn)用流體分析軟件STAR-CCM+對(duì)某純電SUV車(chē)型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)性能仿真，兼顧整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)原則、造型風(fēng)格定義、工程可行性，從外觀造型及底部護(hù)板兩個(gè)方向提出多種降阻優(yōu)化方案。（1）基于“前圓”原則，將前保險(xiǎn)杠區(qū)域的氣流分離優(yōu)化成更加貼體流動(dòng)的型面，降低了前部正壓和能量耗散；（2）基于“后方”原則，通過(guò)尾翼封堵、頂棚局部下壓、側(cè)翼Y向內(nèi)收、尾燈區(qū)域局部上抬及后保險(xiǎn)杠底端型面優(yōu)化方案，有效改善尾部氣流流動(dòng)狀態(tài)，增大了尾部負(fù)壓，進(jìn)一步降低了整車(chē)風(fēng)阻；（3）通過(guò)對(duì)氣動(dòng)輪輞、平整化的全覆蓋式底護(hù)板及其他局部細(xì)節(jié)優(yōu)化，有效提高了輪腔區(qū)域渦流形態(tài)及底部氣流的流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)SUV的降阻率超過(guò)30%，風(fēng)阻系數(shù)控制在0.28以內(nèi)，有效降低了整車(chē)風(fēng)阻系數(shù)，滿足了整車(chē)性能的開(kāi)發(fā)需求，提升了該SUV車(chē)型的續(xù)航能力。

關(guān)鍵詞：SUV；空氣動(dòng)力學(xué)；風(fēng)阻系數(shù)

中圖分類號(hào)：U461.1" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230288

The Aerodynamic Development of an Electric SUV

Chen Yongliang， Zhou Jianchuan

（Technical Center， Great Wall Motor Company Limited， Baoding 071000））

【Abstract】 In order to improve the endurance of the vehicle， with the goal of reducing the vehicle’s wind resistance and optimizing its aerodynamic performance， taking the vehicle’s aerodynamic development process as the starting point， the fluid analysis software STAR-CCM+ is used to simulate the aerodynamic performance of a certain pure electric SUV model. Taking into account the principles of overall aerodynamic design， the definition of styling style， and engineering feasibility， multiple drag reduction optimization schemes are proposed from the perspectives of exterior styling and bottom guard plate. （1） Based on the principle of “front circle”， the airflow in the front bumper area is separated and optimized into a more body fitting surface， reducing the positive pressure and energy dissipation at the front; （2） Based on the “behind rear” principle， effective improvement of the airflow state at the rear end is achieved through tail wing sealing， partial downward pressure on the roof， inward retraction of the side wings in Y direction， partial upward movement of the tail light area， and optimization of the bottom profile of the rear bumper， which increased the negative pressure at the rear and further reduced the overall wind resistance of the vehicle; （3） By optimizing the aerodynamic wheel rims， flattened full coverage bottom guard plates， and other local details， the vortex shape in the wheel cavity area and the flow of bottom airflow are effectively improved， ultimately resulting in a drag reduction rate of over 30% for the SUV. The drag coefficient is controlled within 0.28， effectively reducing the overall drag coefficient of the vehicle， meeting the development needs of vehicle performance， and improving the endurance of the SUV model.

Key words： SUV， Aerodynamics， Drag Coefficient

0 引言

隨著汽車(chē)行業(yè)的高速蓬勃發(fā)展，新能源汽車(chē)已成為全球各大車(chē)企重點(diǎn)研發(fā)方向，然而新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航能力一直是用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。解決純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力的方式主要有2種：（1）提高整車(chē)電池容量及其密度，但基于現(xiàn)有動(dòng)力電池儲(chǔ)能技術(shù)瓶頸限制，突破技術(shù)難關(guān)道阻且長(zhǎng)；（2）降低行駛阻力中的整車(chē)風(fēng)阻。整車(chē)風(fēng)阻主要受風(fēng)阻系數(shù)Cd和迎風(fēng)面積A的影響，迎面面積A受整車(chē)尺寸的影響一般不進(jìn)行特別控制。一般意義上來(lái)說(shuō)，降低整車(chē)風(fēng)阻就是降低風(fēng)阻系數(shù)。當(dāng)整車(chē)風(fēng)阻每降低10%，續(xù)航能力就會(huì)相應(yīng)地提升7%，甚至更多[1]。余鳳梅等[2]介紹了小改款車(chē)型的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有從全局系統(tǒng)性介紹全新整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)情況；陳明等[3]介紹了前保險(xiǎn)杠上大深度的降阻設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有從整體考慮是否適用該車(chē)型造型風(fēng)格；Xiao等[4]對(duì)簡(jiǎn)化的概念車(chē)型進(jìn)行分析，未全面考慮工程可行性。故本文以全新整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)流程作為切入點(diǎn)，對(duì)某純電動(dòng)SUV車(chē)型運(yùn)用流體分析軟件STAR-CCM+進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)性能仿真，兼顧造型風(fēng)格及底部護(hù)板工程提出可實(shí)施性開(kāi)發(fā)降阻優(yōu)化方案。通過(guò)與造型設(shè)計(jì)師及工程技術(shù)人員的協(xié)同、驗(yàn)證，進(jìn)行系統(tǒng)化開(kāi)發(fā)，使得大部分方案得以落實(shí)，旨在有效降低整車(chē)風(fēng)阻系數(shù)，提升整車(chē)?yán)m(xù)航能力。

1 空氣動(dòng)力學(xué)性能分析流程

汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)分析方法主要有2種：一種是風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試，風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果精度比較高，但有許多局限性（如成本高、周期性長(zhǎng)等）；另一種是運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics， CFD）方法進(jìn)行仿真分析，CFD方法彌補(bǔ)了風(fēng)洞試驗(yàn)的諸多缺點(diǎn)。因此，運(yùn)用CFD方法對(duì)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析與優(yōu)化改善是一種比較有效的途徑[5]。整車(chē)外流場(chǎng)分析與整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能協(xié)同交互流程見(jiàn)圖1。

2 計(jì)算模型建立

2.1 幾何仿真模型

首先，通過(guò)有限元分析前處理軟件ANSA對(duì)某純電動(dòng)SUV進(jìn)行外觀計(jì)算機(jī)輔助造型（Computer-Aided Styling， CAS）和車(chē)身地板、前/后懸架、機(jī)艙等零部件數(shù)據(jù)幾何處理、網(wǎng)格化和零部件名稱劃分；然后，將整車(chē)網(wǎng)格文件以（.nas）格式導(dǎo)入分析軟件STAR-CCM+中；最后，對(duì)整車(chē)周?chē)鷧^(qū)域設(shè)置一級(jí)網(wǎng)格加密，并生成Trimmer流體網(wǎng)格。同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)足夠大的虛擬風(fēng)洞計(jì)算域模擬車(chē)輛行駛情景。

2.2 物理模型

流體計(jì)算域設(shè)為穩(wěn)態(tài)定常（在流體力學(xué)或傳熱學(xué)中，速度、壓力、溫度等不隨時(shí)間變化的狀態(tài)）、三維不可壓縮，采用雷諾時(shí)均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型，離散格式為二階迎風(fēng)差分。

車(chē)頭前部：整車(chē)計(jì)算域的進(jìn)口設(shè)為速度進(jìn)口，同整車(chē)行駛速度，一般設(shè)為120 km/h；車(chē)位后部：出口設(shè)為壓力出口，設(shè)為0 MPa。仿真模型中需將地面設(shè)為滑移地面，模擬路面效應(yīng)，大小與入口速度保持一致；周?chē)?個(gè)面均設(shè)置為非滑移壁面；車(chē)身表面設(shè)為壁面，將車(chē)輪設(shè)為局部旋轉(zhuǎn)；散熱器及冷凝器均設(shè)為多孔介質(zhì)。仿真計(jì)算中已忽略空氣溫度及濕度的影響，整車(chē)計(jì)算域見(jiàn)圖2。

3 降阻方案研究

風(fēng)阻系數(shù)表征整車(chē)外形的氣動(dòng)特性，其整體設(shè)計(jì)原則為“前圓后方”，即車(chē)頭區(qū)域圓潤(rùn)減小風(fēng)阻，車(chē)尾四周趨于鋒銳設(shè)計(jì)。氣流被前保險(xiǎn)杠承接至前保險(xiǎn)杠兩側(cè)及機(jī)蓋區(qū)域，低矮的車(chē)頭及前保險(xiǎn)杠圓滑過(guò)渡能夠減小車(chē)輛的正向迎風(fēng)沖擊。在車(chē)輛的后部，鋒銳的造型設(shè)計(jì)有助于氣流的分離，核心渦流區(qū)遠(yuǎn)離后背門(mén)及后保險(xiǎn)杠區(qū)域，減小尾部渦流對(duì)該區(qū)域的負(fù)壓拖拽。

底盤(pán)配置全覆蓋平整底護(hù)板，引導(dǎo)氣流更加平順地通過(guò)，減少氣流直接沖擊底盤(pán)，降低車(chē)底的渦流耗散。前、后輪擾流板可阻擋氣流直接沖擊車(chē)輪，可降低輪腔周?chē)幍臏u流耗散。

3.1 車(chē)身造型對(duì)整車(chē)風(fēng)阻的影響

參照Adjoint Solver[6]外表面敏感度分析技術(shù)，梳理了純電動(dòng)SUV車(chē)型開(kāi)發(fā)中外造型位置對(duì)整車(chē)風(fēng)阻的影響及降阻量區(qū)間，見(jiàn)表1。同時(shí)，根據(jù)車(chē)身造型和底護(hù)板設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行相應(yīng)的降阻優(yōu)化，更好地提高空氣動(dòng)力學(xué)性能和開(kāi)發(fā)效率。

3.1.1 前保險(xiǎn)杠兩側(cè)型面優(yōu)化方案

造型設(shè)計(jì)師在創(chuàng)作車(chē)身造型初稿效果時(shí)將前保險(xiǎn)杠兩側(cè)型面設(shè)計(jì)為凹槽特征，用來(lái)增加SUV三維立體層次的視覺(jué)效果。但在空氣動(dòng)力性能設(shè)計(jì)方面，前方來(lái)流沖擊車(chē)頭產(chǎn)生正壓后，氣流一方面流向前保險(xiǎn)杠兩側(cè)凹槽使其表面產(chǎn)生局部正壓，另一方面來(lái)流會(huì)在凹槽側(cè)面發(fā)生氣流分離，增加能量耗散，增大整車(chē)風(fēng)阻。

兼顧“前圓后方”設(shè)計(jì)理念、整車(chē)造型需求并考慮行人安全等因素，首先將前保險(xiǎn)杠凹槽外側(cè)的棱線特征進(jìn)行倒圓角處理，作為仿真模型的基礎(chǔ)狀態(tài)為后續(xù)仿真分析作參考標(biāo)準(zhǔn)，其中Z為車(chē)高方向某高度的橫截面，見(jiàn)圖3。

對(duì)前保險(xiǎn)杠凹槽區(qū)域進(jìn)行流體仿真分析，見(jiàn)圖4。從圖4可知，原始狀態(tài)時(shí)前保險(xiǎn)杠兩側(cè)與霧燈拐角處X向存在50 mm的深度段差（X向?yàn)檐?chē)長(zhǎng)方向某長(zhǎng)度的橫截面，下同）。前方高速來(lái)流首先直接沖擊其內(nèi)側(cè)面形成局部正壓，隨后在拐角棱線外側(cè)發(fā)生較大的氣流分離，同時(shí)在前輪側(cè)面形成了較大的拖拽渦，導(dǎo)致大量的能量耗散不利于其后方車(chē)身的貼體性。從圖4基礎(chǔ)狀態(tài)可以看出，前保險(xiǎn)杠兩側(cè)凹槽棱線處進(jìn)行R6 mm倒角后，前保險(xiǎn)杠兩側(cè)凹槽外側(cè)處的氣流分離在一定范圍上有明顯減少，使其在Y向上的分離邊界更加靠近車(chē)身（Y向?yàn)檐?chē)寬方向某寬度的橫截面，下同），可使Cd降低2.4%。

3.1.1.1 前保險(xiǎn)杠兩側(cè)型面優(yōu)化方案1

從前保險(xiǎn)杠棱線倒角后的凹槽內(nèi)側(cè)面區(qū)域開(kāi)前后貫通孔式氣簾到前防濺墊上，氣簾結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。一般情況下，氣簾入口越大，風(fēng)阻越小[2]。

從圖5可知，氣簾b比a入口寬度大，進(jìn)入氣簾通道的氣流多，前保險(xiǎn)杠側(cè)面的分離就越小，風(fēng)阻也越小。同時(shí)氣簾前端氣流入口流速變緩、尾端出口速度變快，進(jìn)一步減少周?chē)鷼饬鞯奈蓙y度。經(jīng)仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣簾出口Y向?qū)挾仍?0～20 mm內(nèi)，氣簾出口越寬，氣簾通道內(nèi)氣流流速就越快，凹槽側(cè)面的分離區(qū)就越小，降阻效果越明顯（圖6）。但由于受前輪眉工程周?chē)吔缦拗?，氣簾出口Y向?qū)挾葹?0 mm后再加寬只能向Y向內(nèi)側(cè)加寬，導(dǎo)致氣流直接沖擊前輪，產(chǎn)生更高更大的正壓力區(qū)域，反而會(huì)增大風(fēng)阻，最終Cd降低3.2%。

3.1.1.2 前保險(xiǎn)杠兩側(cè)型面優(yōu)化方案2

前保險(xiǎn)杠凹槽型面Y向內(nèi)收，幾何截面如圖7所示。雖然在前保險(xiǎn)杠兩側(cè)凹槽處添加了前后通孔式氣簾通道，使棱線內(nèi)外側(cè)氣流得到了一定改善，但由于要強(qiáng)調(diào)前輪眉區(qū)域的造型立體層次效果，其與前保險(xiǎn)杠以小折線方式進(jìn)行搭接，該型面前保險(xiǎn)杠輪眉末端氣流分離區(qū)域仍然較大。

基礎(chǔ)狀態(tài)、優(yōu)化方案1和優(yōu)化方案2氣流速度矢量對(duì)比如圖8所示。從圖8c可以看出，在添加氣簾的基礎(chǔ)上使前保險(xiǎn)杠凹槽型面向中心面Y0內(nèi)收，氣流在前保險(xiǎn)杠凹槽倒角處分離后又重新附著在前輪眉的搭接區(qū)域，使得高速來(lái)流在該區(qū)域分離進(jìn)一步減弱，貼體性更好，最終Cd降低0.8%。

3.1.1.3 前保險(xiǎn)杠兩側(cè)型面優(yōu)化方案3

前保險(xiǎn)杠兩側(cè)下端型面Y向外擴(kuò)，以便遮擋更多的前輪，同時(shí)此方案兼顧風(fēng)阻性能以及造型越野風(fēng)格，Y向仍有40 mm未遮擋，如圖9所示。

圖10為基礎(chǔ)狀態(tài)與優(yōu)化方案3車(chē)身表面壓力系數(shù)對(duì)比圖。相對(duì)于基礎(chǔ)狀態(tài)，前保險(xiǎn)杠兩側(cè)下端型面Y向外擴(kuò)方案優(yōu)化后遮擋前輪部分更多，既減少了氣流對(duì)前輪的正壓力，又減少了氣流進(jìn)入輪腔引起的紊亂，最終Cd降低0.6%。

3.1.2 尾部區(qū)域優(yōu)化

因車(chē)尾受渦流旋轉(zhuǎn)的離心作用，渦流中心處的負(fù)壓較小，所以應(yīng)使渦流中心的位置盡可能遠(yuǎn)離車(chē)尾。通常來(lái)說(shuō)，尾部采用圓弧狀時(shí)，氣流受壁面康達(dá)效應(yīng)（Coanda Effect）和尾渦區(qū)內(nèi)負(fù)壓共同作用時(shí)，易使車(chē)尾氣流沿車(chē)身外表面貼體流動(dòng)，從而使尾渦中心更加靠近車(chē)尾。而對(duì)帶有明顯分離邊緣的車(chē)尾來(lái)說(shuō)，氣流會(huì)在邊緣處迅速提前分離，會(huì)推遲氣流向尾渦中心區(qū)內(nèi)卷，因而車(chē)尾的尾渦中心就會(huì)更加遠(yuǎn)離車(chē)身表面。另一方面，圓弧形狀的車(chē)尾型面在不同雷諾數(shù)狀態(tài)下氣流的分離位置也不斷變化，但是相比于尖銳邊緣的車(chē)尾，其分離位置相對(duì)固定不變，使尾渦的形態(tài)和風(fēng)阻系數(shù)更穩(wěn)定[6]。

3.1.2.1 尾部區(qū)域優(yōu)化方案1

鏤空尾翼型面優(yōu)化。由于初版尾翼采用鏤空式設(shè)計(jì)，從機(jī)蓋、前風(fēng)擋、頂棚流過(guò)的大部分氣流最終會(huì)沿著頂棚末端的切線直接從尾翼鏤空區(qū)間中流過(guò)，相比封閉式尾翼，多了一股強(qiáng)度大的下洗氣流，使其以更加貼近車(chē)身的形式流入車(chē)尾，增大了前后壓差阻力。

為了減小從鏤空處流過(guò)的氣流，使尾部氣流遠(yuǎn)離車(chē)尾，初步設(shè)計(jì)了4種的氣流方案，幾何截面如圖11所示。方案a在頂棚末端區(qū)域局部上抬，基本上保留了原造型風(fēng)格；方案b在鏤空處前方添加Y向擾流板，類似轎車(chē)尾部末端降阻常用的小鴨尾構(gòu)造；方案c將尾翼末端X向延長(zhǎng)；方案d完全封堵為非鏤空尾翼。前2種方案只要調(diào)整到合適的尺寸降阻量幾乎相當(dāng)，Cd降低1%；方案c和方案d組合后效果最為明顯。與造型及工程部門(mén)協(xié)同，確定尾翼進(jìn)行封堵且X向延長(zhǎng)30 mm，最終Cd降低1.5%。

圖12表明，鏤空尾翼進(jìn)行封堵后，原來(lái)從鏤空處流經(jīng)的氣流必須調(diào)整為從尾翼上表面流過(guò)，這樣后方形成的尾渦中心也相應(yīng)的遠(yuǎn)離車(chē)尾，使背部恢復(fù)壓力得以提升，最終Cd降低1%。

3.1.2.2 尾部區(qū)域優(yōu)化方案2

頂棚型面優(yōu)化，B柱以后的頂棚及尾翼部分需旋轉(zhuǎn)下壓，結(jié)合后排乘員頭部空間的邊界限制，Z向最大位置可下壓25 mm，見(jiàn)圖13。

圖14表明，將頂棚及尾翼部分旋轉(zhuǎn)下壓后，使上部氣流向斜下后方流動(dòng)，會(huì)吸引下部氣流向斜上方流動(dòng)，上、下氣流總體達(dá)到均衡態(tài)，使總壓力系數(shù)為0的等值面的上、下端X向距離差[X1gt;X2]變小，減小了能量耗散，最終Cd降低0.8%。

3.1.2.3 尾部區(qū)域優(yōu)化方案3

側(cè)翼沿車(chē)寬Y向內(nèi)收，且末端呈平面狀并與后風(fēng)擋存在一定垂直段差，幾何截面如圖15所示。

圖16表明，優(yōu)化后氣流從側(cè)翼末端棱線處分離并向后方流動(dòng)，改變?cè)妊刂鴥?nèi)收型面進(jìn)入車(chē)尾的氣流，降低了尾部氣流紊亂度，最終Cd降低1.2%。

3.1.2.4 尾部區(qū)域優(yōu)化方案4

尾燈區(qū)域局部上抬增大曲率，使其向“后方”方向調(diào)整型面，幾何截面如圖17所示。

圖18表明，尾燈區(qū)域“后方”優(yōu)化后，從圓弧狀尾燈表面貼體進(jìn)入車(chē)尾的氣流有所減少，增加了等值面規(guī)則性，最終Cd降低0.8%。

3.1.2.5 尾部區(qū)域優(yōu)化方案5

對(duì)后保險(xiǎn)杠底端型面進(jìn)行優(yōu)化，后保險(xiǎn)杠底端向斜上后方調(diào)整，過(guò)渡處采用明顯的棱線特征，且正好滿足離去角極限邊界，幾何截面如圖19所示。

從圖20可知，基礎(chǔ)狀態(tài)由于后保險(xiǎn)杠底部采用大圓弧曲率過(guò)渡，氣流會(huì)沿著外表面向后上方流動(dòng)，導(dǎo)致尾部靜壓恢復(fù)變差，進(jìn)而增大整車(chē)壓差阻力。優(yōu)化后會(huì)迫使氣流在棱線處果斷提前分離，進(jìn)而達(dá)到抑制氣流上洗的目的，也為上、下兩個(gè)準(zhǔn)二維渦互相平衡能量提供條件，以此增大恢復(fù)背壓力，最終Cd降低0.8%。

對(duì)尾翼、側(cè)翼、尾燈進(jìn)行優(yōu)化后，對(duì)后保險(xiǎn)杠底端型面進(jìn)行優(yōu)化，整個(gè)尾部四周形成了造型風(fēng)格內(nèi)可接受的“后方”鋒利設(shè)計(jì)，綜合提高了車(chē)身尾部區(qū)域壓力恢復(fù)，降低整車(chē)風(fēng)阻。

3.1.3 氣動(dòng)輪輞優(yōu)化

研究表明，車(chē)輪/輪腔區(qū)域引起的風(fēng)阻約占整車(chē)風(fēng)阻的25%左右。故車(chē)輪的氣動(dòng)輪輞優(yōu)化在整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要。輪輞總體設(shè)計(jì)要求包括：（1）輪輞封堵多、鏤空少，避免輪腔附近氣流橫向向內(nèi)或向外流動(dòng)，減少擾動(dòng)。（2）輪輞側(cè)面Y向平整度高，引導(dǎo)氣流貼體流動(dòng)，減少車(chē)輪側(cè)面及其附近的氣流分離。在確保制動(dòng)散熱需求的條件下，對(duì)主銷車(chē)型配置的18寸輪輞通過(guò)減小鏤空面積、增加側(cè)面平整等方式來(lái)梳理紊流、減小分離區(qū)，輪輞造型及幾何截面如圖21、圖22所示。

從圖23可知，相對(duì)于輪輞造型a，造型b的主要變化是降低了鏤空率，減少了輪輞內(nèi)外氣流的彼此擾動(dòng)，使側(cè)面氣流更加貼體流動(dòng)；相對(duì)于輪輞造型b，造型c的主要變化是減小Y向段差、增加輪輞側(cè)面平整度，進(jìn)一步使側(cè)面氣流貼近輪輞外側(cè)面。由表2輪輞的鏤空比與降阻率可知，對(duì)整車(chē)風(fēng)阻而言，輪輞Y向平整度比鏤空率更具敏感度，最終Cd降低2.4%。

3.2 底護(hù)板對(duì)整車(chē)的風(fēng)阻影響

車(chē)身底部氣流受地面和車(chē)身下地板的擠壓效應(yīng)、旋轉(zhuǎn)車(chē)輪的擾動(dòng)以及整車(chē)底部凹凸不平整度的交互作用，掌控氣流難度非常大?？傮w原則是盡量降低氣流的動(dòng)量損失，具體包括：（1）在縱向垂直截面上，氣流從前保險(xiǎn)杠下方受到壓縮后進(jìn)入底部，需控制氣流在車(chē)底表面附著，因?yàn)闅饬髅擉w嚴(yán)重后就很容易直接沖擊地面，造成巨大的動(dòng)量損失；（2）在車(chē)身底部的水平截面上，氣流受到旋轉(zhuǎn)車(chē)輪的影響，會(huì)在其后方產(chǎn)生大的氣流分離區(qū)，擠壓車(chē)身底部氣流向中間Y0面區(qū)域流動(dòng)，造成大的動(dòng)量損失。綜上所述，要在車(chē)身底部布置全覆蓋式底護(hù)板，使氣流更加平順地從前向后貼體流動(dòng)。對(duì)標(biāo)該SUV車(chē)型競(jìng)品車(chē)型，發(fā)現(xiàn)其一般包括前/后輪擾流板、前保險(xiǎn)杠下導(dǎo)流板、機(jī)艙下護(hù)板、電池包前/后護(hù)板、車(chē)身側(cè)護(hù)板、后懸架護(hù)板和后保險(xiǎn)杠下護(hù)板等，底護(hù)板布置形式如圖24所示。通過(guò)對(duì)前/后保險(xiǎn)杠的離地高度和布置形式、前/后輪擾流板的高度和形狀等因素進(jìn)行了大量的仿真驗(yàn)證，進(jìn)一步降低動(dòng)量損失。

從圖25可知，添加全覆蓋底護(hù)板后，氣流貼著底護(hù)板下表面流動(dòng)，減少了優(yōu)化前氣流對(duì)底盤(pán)零部件的直接沖擊和渦流，最終Cd降低15.6%。

3.3 其他位置優(yōu)化

對(duì)SUV車(chē)型其他外造型和底護(hù)板區(qū)域進(jìn)行了許多細(xì)節(jié)優(yōu)化，如：機(jī)蓋前端倒圓角、前保險(xiǎn)杠翻邊與前保險(xiǎn)杠下導(dǎo)流圓滑過(guò)渡、車(chē)身側(cè)面外擴(kuò)（減少內(nèi)凹）、A柱加寬及增加飽滿度、門(mén)檻下飾板末端外擴(kuò)、前/后輪眉型面內(nèi)收、尾翼末端型面尖角化、護(hù)板安裝孔槽形式、前保險(xiǎn)杠下護(hù)板兩側(cè)反凹設(shè)計(jì)、后保險(xiǎn)杠護(hù)板兩側(cè)導(dǎo)流筋等。以上方案均能有效改善車(chē)身相應(yīng)區(qū)域細(xì)節(jié)位置的氣流流動(dòng)，對(duì)降阻有一定的貢獻(xiàn)，如表3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)流體仿真分析軟件STAR-CCM+，完成對(duì)某純電動(dòng)SUV車(chē)型CFD建模模擬與降阻優(yōu)化分析。兼顧整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)原則與造型風(fēng)格定義、工程可行性等內(nèi)容，先后推動(dòng)并落實(shí)了近30項(xiàng)降阻方案。

（1）基于“前圓”原則，在前保險(xiǎn)杠兩側(cè)氣流分離明顯的情況下，通過(guò)局部倒圓角、添加前后通孔式氣簾、前保險(xiǎn)杠兩側(cè)凹槽Y向內(nèi)收等優(yōu)化方案，將前保險(xiǎn)杠區(qū)域的氣流分離優(yōu)化成更加貼體流動(dòng)的型面，降低了前部正壓和能量耗散。

（2）基于“后方”原則，在保證造型風(fēng)格的前提下，通過(guò)尾翼封堵、頂棚局部下壓、側(cè)翼Y向內(nèi)收、尾燈區(qū)域局部上抬及后保險(xiǎn)杠底端型面優(yōu)化等方案，有效改善尾部氣流流動(dòng)狀態(tài)，增大了尾部負(fù)壓，進(jìn)一步降低了整車(chē)風(fēng)阻。

（3）通過(guò)對(duì)氣動(dòng)輪輞、平整化的全覆蓋式底護(hù)板及其他局部細(xì)節(jié)優(yōu)化，有效提高了輪腔區(qū)域渦流形態(tài)及底部氣流的流動(dòng)，最終使SUV的降阻率超過(guò)30%，將其風(fēng)阻系數(shù)控制在0.275以內(nèi)，達(dá)成了項(xiàng)目預(yù)期指標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯 明慧）