某SUV的气动阻力寻优分析.docx

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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(

rea

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