汽車高速行駛的操作穩(wěn)定性、安全性和舒適性在很大程度上取決于汽車的氣動特性。汽車在路面上行駛的工況越來越復(fù)雜，尤其是汽車在高速超車時，車身周圍流場不斷急劇變化，這不僅嚴(yán)重影響汽車的氣動特性，而且會使車輛發(fā)生偏移，影響車輛行駛時的穩(wěn)定性和安全性。

2000年，AZIM等應(yīng)用實際汽車1/60的模型基于煙霧可視化方法，對超車過程的湍流特性進行了試驗，結(jié)果表明，干擾車周圍的流動結(jié)構(gòu)根據(jù)雷諾數(shù)的改變而發(fā)生顯著變化，但是模型比例與真實汽車相差較大，而且可視化方法提供的定量信息很少。2005年，NOGER 等放大了模型尺寸，采用動態(tài)試驗對兩個1/5尺寸的模型進行了超車過程的瞬態(tài)模擬，研究表明，縱向間距、橫向間距和相對速度都會對車輛的氣動力和力矩產(chǎn)生影響，但是模型較為簡單，精確程度低。如圖1 a、b分別為實驗布置臺和實驗車輛的定位標(biāo)記：


圖1 （a）

圖1（b）

隨后在2008年，CORIN等對超車過程進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)了相對速度會對超車過程中車輛周圍的壓力場產(chǎn)生影響，從而使車輛的受力狀態(tài)發(fā)生改變。2013 年，BRUZELIUS等基于RANS方法進行了數(shù)值模擬，分析了超車過程引起的阻力、側(cè)向力和橫擺力矩系數(shù)的變化規(guī)律。2014年，HOWELL等通過試驗的方法研究了小型汽車超越大型卡車時的空氣動力學(xué)特性 ，得到了試驗數(shù)據(jù)，并討論了試驗過程的局限性。ALHOMOUD等應(yīng)用SolidWorks軟件設(shè)計了小型汽車和大型卡車模型并進行了模擬仿真，探索超車過程中4個不同位置上阻力系數(shù)對兩車的影響，但是該模擬并不是連續(xù)的超車過程，與真實的超車過程有差異。上述研究主要針對直道超車，對實際生活中的直道超車現(xiàn)象具有一定的指導(dǎo)意義。但是，實際生活中更多情況是變道超車，很少有人將變道超車過程中兩車的流場變化以及流場中渦的變化與車身受力相結(jié)合進行分析。

在前人的研究基礎(chǔ)上，本文將進一步展開對超車過程更為復(fù)雜的工況進行研究。主要研究內(nèi)容有變道超車過程中壓力、速度、側(cè)向力隨著車輛的相對位置的變化而變化，變道超車過程中，汽車的行駛穩(wěn)定性與側(cè)向力的大小有密切的聯(lián)系。


圖2 （a）


圖2 （b）

如圖3 a、b為汽車超車過程的壓力云圖，由圖可觀察出超車過程中車身周圍氣壓的變化過程，并進一步能得出汽車此時的受力情況。


 圖3 （a）


圖3 （b）

在變道超車過程中，運動的小車周圍形成不均衡流動甚至于偏置的流場，如圖3 a、b所示，兩個流場區(qū)域相互干涉，不斷變化，從而引起小車氣動力發(fā)生變化。


圖4 （a）


圖4 （b）

圖4是超車過程流線圖，在超車過程中存在自由渦，這個渦產(chǎn)生、變大、運動、消失的過程，引起兩車之間流場相互干涉。

變道超車過程相較于直道車道超車過程流場變化更為復(fù)雜，變道超車過程中車身兩側(cè)的束縛渦尺寸大小持續(xù)變化、旋轉(zhuǎn)方向相反；流場中自由渦經(jīng)歷產(chǎn)生、變大、發(fā)展、消失的過程，消耗流場中的能量，加劇兩車周圍的流線發(fā)生偏置，從而影響兩車的受力狀態(tài)。本文將采用動網(wǎng)格技術(shù)和SIMPLE算法對相同車型不同速度、相同車型不同間距、不同車型的變道超車過程進行了數(shù)值模擬，得到了相應(yīng)的壓力云圖、速度矢量圖、流線圖以及側(cè)向力等結(jié)果，并對側(cè)向力數(shù)據(jù)進行分析處理，得出變道超車過程不同位置處兩車周圍流場變化、車身周圍束縛渦與流場中自由渦的變化過程，從而解釋車身受力狀態(tài)發(fā)生改變的原因，為汽車行駛提供理論建議。

參考文獻
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