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某SUV的气动阻力寻优分析

郑飞

北京车和家信息技术有限公司

摘要:在某大型SUV造型开发初期，通过与对标车型底盘组合的方式，生成了整车模型。

利用powerflow软件，采用瞬态分析方法对整车进行了整车风阻分析。在原始造型分析的

基础上，根据分析结果，选取了9个参数，进行了寻优分析。得到了风阻对各参数的相关

性和敏感性。同时对侧气帘的作用进行了单独的分析。

关键词:SUV；风阻；寻优分析；

1.背景

空气动力学特性是影响汽车性能的最重要因素[1]。其中，沿汽车行进方向的气动力，即

“气动阻力”对汽车动力经济性有重要影响。一般用风阻系数Cd来衡量汽车气动阻力的

大小。对于电动汽车，“里程焦虑”多出现在城际旅行时。与传统燃油车不同，对于电动汽车，高速行驶时，电池并不能提供更高的效率，而克服空气阻力所需功率则以车速的3次方增

长，成为主要的能耗来源。对于CdA=0.8㎡的汽车，以90公里时速前进时，70%的能量用

于克服空气阻力[2]。

本文所述大型SUV，为增程式电动车，迎风面积约为2.9㎡。虽然可用增程器发电，但驱动系统仍为纯电，增程器发电效率不会随车速增加有明显变化，风阻系数对高速巡航工况下的电量保持有重要影响；与同级别SUV相比，油箱较小，降低风阻系数对高速行驶的续

航里程也有重要影响。经动力经济性仿真计算，在NEDC工况下，风阻系数降低0.01约可

降低电耗/油耗0.8%；在100公里时速等速工况下，风阻系数降低0.01约可降低电耗/油耗

1.8%。

2.仿真模型简述

造型初期，整车缺乏发舱和底盘数据。由于仅外CAS的流场和包括发舱和底盘数据的整车

流场有根本性的不同（尤其对于瞬态模拟），使用了对标车的底盘数据，与造型CAS面配

合，形成整车全细节几何模型。其中，对对标车的底盘数据做了适当的修改，使其能够与初期的外造型配合。整车全细节几何模型：

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图1.整车全细节模型

为了准确捕捉车身外表面的细节，使用了ANSA生成表面网格。发动机舱和下车体则使用

了PowerDELTA包面，节省整车建模的时间。

2.1边界条件

?进口：速度

?出口：压力

?地面：运动

?车轮：转动

?阻塞比：0.1%

2.2来流参数

?风速：120km/h

?温度：25°C

?雷诺数：3.91×106

2.3单一算例计算规模

?最小网格尺寸：2.5mm

?面网格总数：22.7×106

?体网格总数：1.34×109

?时间步长：1.34×10-5秒

?计算时长：1.34秒,1×105时间步

?计算核数：308核

?计算时间：9.67小时

?机时：3000CPU小时

3.结果和讨论

3.1原型车计算

为了了解该大型SUV的基本流场状态，首先对原型车进行了仿真分析。在单一造型方向确

定后，对外CAS和对标车底盘数据建模，进行了一次计算。图2是计算得到的原型车风阻

发展曲线，图3（a）是车辆正面的压强系数云图，图3（b）展示了瞬态流场的尾流形态。

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根据分析结果可以看出，整车风阻系数在0.38左右，与市场上的SUV相比，处于风阻较

高的区间。从风阻发展曲线和云图可以看出，整车头部和尾部对风阻贡献较大。图3（a）

中，前脸和前风窗下部的高压区都很大；图3（b）中，尾流较大，且上下不够平衡。

图2.单一外ＣＡＳ分析的风阻发展曲线

图3.单一外ＣＡＳ分析的云图

（a）正面压强系数；（b）总压CPT=0等值面

3.2外造型参数化

为了进行寻优分析，需要将外造型优化方向参数化。根据原型车分析结果，对外CAS的优化方向主要集中在了车辆正面和尾翼区域。重点是缩小车辆前脸的高压区面积和平衡尾流。与造型部门商议后，选择了9个参数。除此之外，由于前保两侧有突出的特征，导致

两条特征棱之间的区域形成了高压，提出了增加侧气帘的方案。该方案独立于9参数寻优

进行研究。

对所选的9个参数描述如下：

如图４（a）所示，车头部分，对发盖前端角度（hoodangle），前保上特征线

（bumperTopMargine）和前保侧面曲率（frontSideCornerCurvature）等三个方向设定了参数。

如图4（b）所示，对前保下护板曲率（frontUBPanelCurvature）设定了参数。

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如图4（c）所示，在车尾上部，对D柱船尾收缩量（DPillarBoatTail），尾翼高度（

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