本文關(guān)鍵詞：基于氣動(dòng)與系統(tǒng)動(dòng)力雙向耦合的汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性研究

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【摘要】：2015年底,我國(guó)的高速公路總里程達(dá)12.3萬(wàn)公里,世界第一,同時(shí)中國(guó)地域遼闊,地形地貌差別極大,很多地區(qū)的自然風(fēng)環(huán)境相當(dāng)惡劣。隨著高速公路的拓展,實(shí)際生活中遭遇危險(xiǎn)側(cè)風(fēng)的頻次也越來(lái)越多。側(cè)風(fēng)會(huì)影響汽車行駛穩(wěn)定性,由此而引發(fā)的安全事故屢見(jiàn)不鮮。因此,針對(duì)高速行駛汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性研究具有切實(shí)的意義。傳統(tǒng)針對(duì)側(cè)風(fēng)環(huán)境下高速行駛車輛氣動(dòng)特性以及穩(wěn)定性的研究,大多是離線研究:流體域中的汽車模型只作為幾何模型進(jìn)行計(jì)算,將得到的氣動(dòng)力加載到其他的動(dòng)力學(xué)軟件中計(jì)算汽車的穩(wěn)定性(單向耦合)。實(shí)際汽車在側(cè)風(fēng)環(huán)境高速行駛時(shí),氣動(dòng)特性與汽車的運(yùn)動(dòng)是息息相關(guān)的、相互作用的:汽車既有幾何特性,又有動(dòng)力學(xué)特性,氣動(dòng)特性的改變會(huì)造成汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,反之亦然。雙向耦合方法,能夠耦合汽車空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),對(duì)于汽車側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性及穩(wěn)定性的研究有著重要意義。行車安全通常是人、車輛、道路、環(huán)境、交通管理等多要素統(tǒng)一作用的結(jié)果。美國(guó)針對(duì)多件交通事故調(diào)查發(fā)現(xiàn):當(dāng)汽車行駛在復(fù)雜、危險(xiǎn)環(huán)境時(shí),88%的交通事故是由不安全動(dòng)作所致,12%是由不安全環(huán)境所致,如陣風(fēng)、雨雪天氣等。駕駛員在行車安全中扮演著重要的角色,當(dāng)遭遇突如其來(lái)的側(cè)風(fēng)時(shí),駕駛員能否快速正確的反應(yīng)直接影響著汽車行駛安全性。但是由于生理因素,駕駛員的響應(yīng)會(huì)受到一定的限制。在側(cè)風(fēng)作用時(shí),如何幫助駕駛員很好的控制汽車,以實(shí)現(xiàn)良好的汽車行駛穩(wěn)定性控制研究有著實(shí)際意義。針對(duì)上述問(wèn)題,本文做了如下研究?jī)?nèi)容:(1)對(duì)側(cè)風(fēng)作用下的某轎車1:4縮比模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)風(fēng)洞試驗(yàn)、不同湍流模型及側(cè)風(fēng)模擬方法的數(shù)值計(jì)算,以驗(yàn)證計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。對(duì)側(cè)風(fēng)作用下的該轎車實(shí)車模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)特性數(shù)值計(jì)算,研究風(fēng)速、偏角等因素對(duì)穩(wěn)態(tài)汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的影響。(2)用北京地區(qū)歷年自然風(fēng)的極致分布,確定四種陣風(fēng)模型的峰值,基于二自由度模型,對(duì)此四種陣風(fēng)模型下的高速汽車瞬態(tài)氣動(dòng)特性及穩(wěn)定性作傳統(tǒng)的單向耦合分析,確定最危險(xiǎn)的陣風(fēng)模型。(3)討論了汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo),建立了汽車的二自由度、五自由度模型、駕駛員模型、魔術(shù)輪胎模型。對(duì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)雙向耦合方法做了簡(jiǎn)介,基于Fluent與Matlab分別建立基于二自由度及五自由度的雙向耦合模型。在穩(wěn)態(tài)側(cè)風(fēng)作用下,基于二自由度無(wú)駕駛員作用耦合模型,對(duì)比分析單向耦合及雙向耦合。在危險(xiǎn)陣風(fēng)作用下,基于二自由度及五自由度有駕駛員作用耦合模型,進(jìn)行雙向耦合計(jì)算。(4)對(duì)影響汽車側(cè)風(fēng)安全行駛的部分因素進(jìn)行分析。對(duì)造成側(cè)風(fēng)行駛汽車不安全的原因進(jìn)行剖析,提出AFS前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略,對(duì)汽車側(cè)風(fēng)行駛安全性進(jìn)行控制。
【關(guān)鍵詞】：汽車空氣動(dòng)力學(xué) 汽車動(dòng)力學(xué) 雙向耦合 單向耦合 駕駛員模型 AFS前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向 汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性控制
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U461.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 車側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性及穩(wěn)定性的研究12-14
• 1.2.2 雙向耦合研究以及駕駛員模型14-15
• 1.2.3 汽車側(cè)風(fēng)行駛穩(wěn)定性控制15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 側(cè)風(fēng)下高速汽車氣動(dòng)特性基礎(chǔ)研究17-34
• 2.1 試驗(yàn)及仿真基礎(chǔ)研究17-23
• 2.1.1 汽車縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)方案18
• 2.1.2 湍流模型簡(jiǎn)介18-20
• 2.1.3 湍流模型適應(yīng)性研究20-22
• 2.1.4 側(cè)風(fēng)模擬方法研究22-23
• 2.2 高速汽車穩(wěn)態(tài)側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性23-27
• 2.2.1 計(jì)算工況安排24
• 2.2.2 汽車穩(wěn)態(tài)側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性計(jì)算結(jié)果24-27
• 2.3 陣風(fēng)模型作用下高速汽車瞬態(tài)側(cè)風(fēng)氣動(dòng)特性27-33
• 2.3.1 汽車安全行駛側(cè)風(fēng)估算28-30
• 2.3.2 某地區(qū)自然風(fēng)極值擬合30-31
• 2.3.3 自然陣風(fēng)模型及仿真工況31
• 2.3.4 瞬態(tài)工況計(jì)算31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 側(cè)風(fēng)作用下車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究34-50
• 3.1 車輛行駛穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)34-37
• 3.1.1 側(cè)偏位移34-35
• 3.1.2 側(cè)滑極限35
• 3.1.3 側(cè)傾極限35-36
• 3.1.4 俯仰極限36-37
• 3.2 側(cè)風(fēng)作用高速汽車動(dòng)力學(xué)模型37-46
• 3.2.1 坐標(biāo)系37
• 3.2.2 坐標(biāo)系變換37-38
• 3.2.3 輪胎模型38-39
• 3.2.4 二自由度模型39-41
• 3.2.5 側(cè)風(fēng)作用下車輛5自由度動(dòng)力學(xué)模型41-44
• 3.2.6 狀態(tài)空間44-46
• 3.3 側(cè)風(fēng)作用下駕駛員模型46-48
• 3.3.1 駕駛員對(duì)側(cè)風(fēng)干擾的響應(yīng)46-47
• 3.3.2 駕駛員對(duì)車輛路徑的反饋預(yù)測(cè)控制47-48
• 3.3.3 側(cè)風(fēng)干擾下汽車直線行駛駕駛員模型48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第4章 汽車空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合計(jì)算50-65
• 4.1 耦合方法50-55
• 4.1.1 空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)單向耦合51
• 4.1.2 空氣動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)雙向耦合51-55
• 4.2 耦合計(jì)算55-64
• 4.2.1 計(jì)算工況55
• 4.2.2 計(jì)算結(jié)果及分析55-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 第5章 高速汽車側(cè)風(fēng)行車安全控制65-76
• 5.1 汽車參數(shù)對(duì)高速汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的影響65-69
• 5.1.1 風(fēng)壓中心的影響65-66
• 5.1.2 汽車質(zhì)心的位置影響66-67
• 5.1.3 輪胎側(cè)偏特性的影響67-68
• 5.1.4 懸架剛度與阻尼的影響68-69
• 5.2 汽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性控制69-74
• 5.2.1 AFS控制策略70-71
• 5.2.2 陣風(fēng)工況控制結(jié)果71-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 致謝82-83
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文)83

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本文編號(hào)：872064