超车过程的车辆气动特性仿真研究傅立敏吴允柱贺宝琴吉林大学，长春9130012摘要：采用计算流体力学(CFD)方法，对两辆车超车过程的外部流场进行了数值仿真，以研究超车过程中车辆的空气动力特性。采用有限递増步法來处理超车过程，实现了车辆超车过程的三维流场数值仿真，揭示了两车外部流场相互干扰的流动特性，在以前研究超车过程中横向间距对车辆气动特性影响的基础上，进一步研究了两车纵向相对位置对车辆气动特性的影响规律以及气动力对汽车行驶稳定性的影响，为汽车自动驾驶系统和智能交通系统(ITS)的研究提供了理论依据。关键词：汽车空气动力学；数值仿真；超车；气动特性中图分类号:U461.1文章编号:1004—132X(2007)05—0621—05SimulationResearchonAutomotiveAerodynamicCharacteristicsduringtheOvertakingProcessFuLiminWuYunzhuHeBaocjinJilinUniversity,Changchun,130012Abstract：Inordertoresearchtheautomotiveaerodynamiccharacteristicsduringtheovertakingprocess.ComputationalFluidDynamics(CFD)methodwasadoptedtosimulatetheexternalflowfieldduringtheovertakingprocess."Finiteincrementalsteps"methodwasadoptedtotreattheovertakingprocessttorealizethethree—dimensionalflowfieldnumericalsimulationofvehicleovertakingprocessandtoreveallheinterferecharacteristicsofexternalflowfieldoftwovehicles.Onthebasisoftheeffectoflateralspacingduringtheovertakingprocessontheautomotiveaerodynamiccharacteristicsresearchedbefore,theeffectoflongitudinalrelativepositionsonthevehicleaerodynamiccharacteristicsduringtheovertakingprocessandtheeffectofaerodynamicforcesonthedrivingstabilitywerediscussedfurther^whichcanprovidetheorybasisfortheresearchonautomaticdrivesystemandintelligenttrafficsystem(ITS),soastoensuresafetyovertaking.Keywords：automotiveaerodynamics；numericalsimulation；overtaking；aerodynamiccharacteristics0引言随着我国高等级公路的发展，汽车保有量的提高，汽车在路面上的行驶工况越来越复杂，经常会出现超车的情况。汽车高速超车时，车辆流场之间的柑互干扰会严重影响汽车的气动特性，并对汽车的操纵稳定性和安全性产生很大影响，甚至造成交通事故。高速行驶车俩的空气动力稳定性是安全超车的保证。因此研究高速超车过程中车辆的气动特性具有十分重要的现实意义:,'2\汽车空气动力学的研究方法主要有试验研究方法、理论研究方法和数值仿真法。数值仿真法由于具有周期短、费用低、应用范围广等优点，在汽车空气动力学研究方面获得了广泛应用。本文采用计算流体力学(CFD)方法对车辆超车过程的三维流场进行了数值仿真，在研究横向间距对车辆气动特性影响的基础上3,进一步研究了超车过程中两车纵向相对位置对车辆气动特性的影响规律以及气动力对汽车行驶稳定性的影响，从而为汽车自动驾驶系统和智能交通系统(ITS)的研究提供理论依据。1数值仿真1.1基本控制方程汽车外流场十分复杂，具有典型的三维分离流动特性，一般可以看作定常、不可压缩的三维流场⑷。控制一切流休流动的基本定律是质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。由它们可以分别导出连续性方程、动量方程(又称纳维尔一斯托克斯方程)和能量方程⑸。连续性方程为式中、u、3分别表示速度在・T、.y、z3个方向的分量；"为压力;从（为湍流有效粘性系数；T为温度皿为流体的传热系数;S为质量定压热容;ST为粘性耗散项。1.2模型的建立本次仿真采用有限递增步⑹来处理两车相对速度较小情况下的超车过程，两车的每个相对位置设为一步。因为Yarnarnot。等研究指出：当超车与被超车之间的车速差相对较小时（5.6m/s或更小），可以用静态气动特性来解释这种超车现象⑹。本文采用国际标准的空气动力学参考模型——后倾角为25°的Ahmed模型⑺•选取9个典型的纵向相对位置分别进行研究厂超车模型的平面坐标系如图1所示。图1超车模型的平面坐标系图1中坐标原点O位于被超车的左后拐角处•将汽车行驶方向定义为X轴，与它垂直的轴定义为Y轴。沿X轴方向，将超...