车身姿态变化下的客车侧风稳定性研究

摘要

客车是必不可少的公共交通工具，行驶路段周边环境比较复杂。客车行经这些路段时往往会受到侧风干扰，不同的侧风(稳态和非稳态侧风)对客车的影响大有不同。尤其是自然阵风(突发性、风速较大)，使得客车周围流场发生复杂的瞬态变化，进而偏离原行驶车道，严重威胁到行车的安全性。且由于客车侧向面积大及重心位置高，客车的侧向风敏感性大，乘客量又多，因此研究客车的侧风稳定性是十分必要的。　　同时，客车在实际行驶过程中车身姿态变化和周边流场是实时作用的，瞬态响应特性严重影响到行驶稳定性，且由于路面不平、驾驶员干扰等原因，其车身姿态变化很复杂。以往的研究仅仅涉及到横摆、俯仰或者侧倾单方面姿态变化对流场造成的影响，并未考虑到动力学模型的反馈作用，因此对瞬态响应的计算存在误差。除此之外，且实际行驶中客车不仅仅是直线匀速行驶，例如直线加速行驶、变道超车等，加速度和变道对车身姿态造成一定的影响，进而影响了周围流场变化，对行车稳定性产生影响，因此也需要考虑此场景产生的影响。　　针对上述问题，本文做了如下的研究：　　1.利用逆向技术建立空气动力学模型，并对客车1∶7缩比模型进行稳态风洞试验，为研究湍流模型的准确性，进行了网格生成大小研究，确定最佳网格生成策略，然后建立数字风洞模型，通过不同横摆角下风洞试验和数字风洞的气动系数对比，验证了湍流模型的准确性；根据整车动力学参数，建立客车多体动力学模型，并验证其可靠性。　　2.研究ADAMS/CAR与Starccm+数据交换策略，实现数据气动数据和运动数据的双向实时交换，并研究客车姿态变化实现形式；研究稳态侧风下不同的侧风实现形式，对比动边界方法和固定边界方法对直线行驶工况下客车瞬态响应计算的差异，确定侧风加载形式；并分析标准侧风下不同姿态对客车匀速直线行驶下瞬态气动力产生的影响。　　3.根据实测风数据，确定自然风型，利用AMC双向耦合方法，研究客车在直线行驶中，速度、加速度和姿态变化周期对其侧风稳定性产生的影响，并对比单向耦合方法，确定双向耦合的必要性；然后，对常见的变道行驶进行研究，建立客车变道行驶遇到侧风的分析模型，通过分析不同侧风强度和长度对变道过程中的客车侧风稳定性应用单双向耦合方法的差异，确定双向耦合方法应用的必要性，并对比不同姿态对此工况下产生的稳定性问题。　　综上所述，本文研究了常用的侧风实现形式对侧风稳定性分析的影响，建立了常见的高速行驶气动稳定性分析模型，并首次应用双向耦合模型分析了客车加速度、车身姿态变化和变道行驶的侧风稳定性问题，可以作为建立侧风中汽车高速行驶稳定性评价体系的方法。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.2.1汽车侧风稳定性研究概况

1.2.2 仿真方法研究现状

1.2.3 车身姿态变化研究现状

1.3 本文主要研究内容

第 2 章 客车气动与动力学模型研究

2.1 空气动力学建模研究

2.1.1 基于逆向工程的客车气动模型建立

2.1.2 客车空气动力学控制方程

2.2 风洞试验及数值模拟方案

2.2.1 网格无关性验证

2.2.2 数值方案设计

2.2.3 气动系数计算与实验结果

2.3 多体动力学建模

2.3.1 客车多体动力学建模

2.3.2 动力学模型鲁棒性验证

2.4 本章小结

第 3 章 标准侧风下客车侧风稳定性研究

3.1 双向耦合方法及姿态变化研究

3.1.1 基于 Star ccm+ 和 ADAMS/CAR 的 AMC 控制策略

3.1.2 姿态变化策略实现研究

3.2 不同边界条件侧风实现形式对比研究

3.2.1 动边界方法

3.2.2 固定边界方法

3.2.3 稳态侧风下不同侧风加载方式对比研究

3.3 标准侧风下姿态变化对客车侧风稳定性影响

3.3.1 瞬态数值模拟方案的建立

3.3.2 直线行驶工况下的侧风稳定性对比研究

3.4 本章小结

第 4 章 自然侧风下客车直线行驶稳定性研究

4.1 侧风风型研究

4.1.1 自然风型采样数据对比

4.1.2 自然风型采样数据对比

4.2 不同车速直线行驶下稳定性对比研究

4.3 加速和姿态周期变化的客车侧风稳定性研究

4.3.1 加速对侧风稳定性影响

4.3.2 危险姿态周期对客车侧风稳定性的影响

4.4 本章小结

第 5 章 客车变道自然侧风行车稳定性研究

5.1 标准变道下客车侧风稳定性研究

5.2 不同侧风对客车变道行驶的稳定性影响

5.3 姿态变化下客车变道行驶的侧风稳定性

5.3.1 加速变道工况数值方案研究

5.3.2 姿态变化工况设置

5.3.3瞬态响应分析

5.4 本章小结

结 论

1．全文总结

2．本文主要创新点

3．展望

参考文献

致 谢

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