【机情无限 精彩毕设】机械2025届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第十七期——汽车整车流致耦合振动仿真分析

学生姓名：廖欣宇

班班级级：车辆2021-05班

指导教师：卢耀辉

毕设题目：汽车整车流致耦合振动仿真分析

一、概况

1.选题意义

近些年，由于汽车的大范围普及，尤其是国内电动车与日俱增的消费需求，汽车开发者越来越重视空气对汽车的影响。气动减阻可节约能源，气动降噪可提升舒适性，气动分析是当下汽车行业的研究重点。另外，随着小米su7汽车爆燃全网，消费者或发自内心，或随波逐流，总之比以往更加关注汽车的安全问题。众多行驶工况中，两车交会的一瞬间，车头压力波相遇，车身面对突然变化的气动力，发生较大的侧倾、横摆，在一定程度上会影响驾驶辅助系统对车身状态的调控，具有潜在的安全隐患，值得重点关注。因此，在毕业设计中重点关注会车工况，研究此工况下气动力引起的车身振动，并分析该振动对汽车行驶安全性的影响，对于道路交通安全法规的修订、辅助驾驶系统的完善具有积极意义。

2.任务分解

（1）了解国内外发展趋势，完成科技文献翻译（不少于8000字符）；  

（2）利用STAR-CCM+软件对汽车进行CFD计算，得到汽车周围流场数据；   

（3）利用Adams软件进行汽车动力学计算，分析振动对汽车的影响；

（4）完成毕业实习；

（5）完成毕业设计论文的撰写（不少于60页）。

二、已完成工作

1. 文献翻译

《制动过程非稳态空气动力学对车辆动力性影响的全耦合分析》

2. 汽车外流场仿真方法的学习

汽车外流场是指车身表面外侧的空气流动区域，其仿真计算一般通过有限体积法的CFD软件实现。由于商用软件STAR-CCM+是基于有限体积法开发，并在底层集成了数千人团队开发了几十年的繁杂代码，集几何前处理、网格划分、数值计算模型、求解器、后处理等功能于一身，能够大量简化流场仿真计算工作，所以选择这个软件来仿真求解汽车外流场。基于该软件，学习了一些外流场仿真的理论，比如汽车外流场常用k-ε和k-ω湍流模型、车身近壁面棱柱层参数是根据Y+数来选择，然后对Ahmed模型进行简单的二维流场仿真求解，把得到的瞬态压力场数据以.csv格式导出，并进一步后处理。 

3. 匀速行驶工况的流致振动仿真分析

整车模型选用CAERI Aero Model，运用单向软件耦合法。先用STAR-CCM+仿真汽车周围的瞬态流场，输出车身质心处的气动力，再把气动力以样条函数载荷形式加载到Adams/Car整车模型的车身质心，由整车动力学仿真得到车身各方向的振动加速度，并结合流场结构对其特点进行分析。

4. 会车工况CFD初步建模

在没有限速标志、标线且同方向只有1条机动车道的公路上，汽车最高行驶速度为70km/h。考虑占道、窄路、超速，根据实际会车时两车各自的速度，以及横向间距，可区分出单向、正常、窄路、超速、危险五种会车工况。综合比较几种工况出现频次、引起振动的大小，决定选用窄路会车工况进行仿真，两车速度70km/h、间距0.8m。参考以往的研究，流场计算域的外形尺寸设置成100×20×15m，会车范围设置成X/L=-14～10。

三、下一步工作计划

完成会车工况的流致振动仿真，先验证仿真结果的正确性，然后再分析振动对汽车行驶安全性的影响。如果进展顺利，就去探索一种比较新颖的流致振动仿真方法。

  问题一：汽车多体动力学模型是几个自由度？

  回答：由于时间有限，我是直接使用的Adams/Car自带的整车模型，然后把气动力加载到车身质心处。

  问题二：后面两种会车工况速度太大了，不是特别实际。

  回答：后面两种工况是考虑超速、窄路、占道这些极限工况而设想，为行车安全提供参考，由于它们出现的频次比较少，所以我打算分析70km/h速度的窄路会车工况。

  问题三：耦合仿真的置信度问题十分关键，整车车流场仿真的结果要和别人的实验数据做对比，最终才能说明结果正确。

  回答：好的老师，之后我一定加上置信度验证的过程，将仿真结果与文献中相似车型的试验结果做对比，为后续的振动分析奠定基础。

选好毕业设计题目后，我通过读一些论文，在汽车空气动力学这一领域摸索，在科学世界中漫步，途经郊区田野、城市风光，找一块地安顿下来。经过中期答辩，我发现学术工作就像是建房子，既可以选择在繁华都市中竖起一幢高高的写字楼，受到城市居民的抬头仰望，也可以选择在异域风光中搭建一处温馨的农家乐，过世外桃源般的生活。作为一名本科生，我选择了后者，投入全部的精力，去盖一栋精致的小洋楼，虽然技术含量差了些，但我觉得心满意足。在毕业设计推进的过程中，卢老师在每个星期二的下午，都引领着我做选择，在方法上指点迷津，及时纠正我的错误，让我在正确的道路上前进，王学长在忙碌的科研生活中抽出空来，花了很大的精力帮助我实现会车工况的流场仿真，能遇到他们我感到非常幸运！