基于 Kriging 模型的某 SUV 底盘气动性能分析与优化

汽车 2024-11-03 19:30 湖南

全文约2550字预计阅读时间：8分钟

汽车底部的零部件较多且结构复杂。当汽车运动时，流经汽车底部的气流比较紊乱，如果没有对这部分气流进行有效的组织导流，就会对汽车的行驶阻力产生不利的影响。

1.整车原始模型

此次仿真分析不考虑乘客舱的气流流动情况，去除了乘客舱特征,保留了车身外形、机舱和底盘的零部件特征，处理后的几何模型如图1所示。

对修改后的几何模型和计算域进行网格划分，在车身周围设置多个局部网格加密区，更好地捕捉车身周围的流场现象，设置边界层网格并生成体网格。建立完成的仿真模型如图 3 所示。

2 仿真分析方法与边界条件

汽车行驶时周边气体流速不高，压力变化小，所以在研究汽车外部气流流动时，可以忽略压缩性的影响。此次模拟假设汽车外部流场中不存在侧风作用，同时文献中对轿车外流场CFD分析中常用κ－ε湍流模型做了对比分析和实验验证，证明了Realisableκ－epsilon模型更适合轿车的气动性能分析。本文作者选用Realisable κ－epsilon湍流模型。边界条件设置如表1所示其控制方程如下:

3 原始模型外流场分析

通常情况下，车身底部凹凸不平，这会阻碍底部气流流动。由图4可见:在前、后轮腔和油箱周围区域，有许多混乱的气流，气流直接冲向汽车底部的凹凸物，这些规律的运动会伴随着能量的损失，从而增大整车风阻。由图5可见:在前、后轮腔和油箱周围区域，出现了湍流动能较大的情况。

湍流的出现会造成气流能量的损耗，是气流不稳定流动的表征，湍流动能越大，意味着气流相互之间的扰动越大，能量损失也越大，导致汽车行驶阻力的增加。

4 原始模型底盘气动性能优化

4. 1 初始优化方案

针对原始模型中底盘气流的特点，在底盘增加4块长方体形状的阻风板，安装位置如图6所示。

4. 2 结果对比

对增加阻风板后的模型进行仿真，与原始模型的流场对比如图 7、图8所示。

可以看出: 增加阻风板后底盘气流更加平顺，冲向轮腔和底盘凹凸物的气流明显减少，降低了气流在汽车底部的动能损失，湍流动能下降，从而降低整车的气动阻力。

4. 3 风洞试验验证

对增加阻风板的模型进行风洞试验，风洞是3 /4开口回流风洞，喷口面积为27m2，试验环境温度为26～27 ℃，相对湿度35%，大气压力103.1～103. 3kPa。压力测点布置在车体表面、前格栅、前保、机舱盖、前风挡、后视镜、车顶、侧门、侧玻璃、C柱、D柱、后保等中线位置，共40个。试验时车辆为半载状态，风速120km/ h的整车风阻系数为0. 3805，仿真试验结果为0.3837，误差为0.84%，仿真结果与试验结果数据吻合度较高，仿真方法和仿真结果有较高的可信度。

5 初始方案进一步优化

5. 1 试验设计分析

阻风板位置和宽度对风阻的影响不大，暂且不考虑这两个因素的影响。选取前、后阻风板的高度、曲率和倾斜角度共6个变量作为此次优化的变量，变量范围如表2所示，在网格变形软件Sculptor中建立对应的参数化模型，采用优化拉丁超立方方法在变量范围中选取40组样本点进行试验设计，获取各变量与风阻系数之间的关系，为建立近似模型提供依据。

5. 2 试验设计结果讨论

图9所示是前、后阻风板各变量的Pareto图，图中@ High、@ low代表该变量的不同水平，可见: 6个变量中，前阻风板长度、前阻风板倾角和后阻风板弧度半径对整车风阻系数的影响较大，且前阻风板长度、前阻风板倾角与整车风阻系数呈正相关的关系，后阻风板弧度半径与整车风阻系数呈负相关的关系。

10—图12是6 个变量之间交互作用较明显的交互效应，可知:后阻风板长度与弧度半径之间、前阻风板长度与倾斜角之间、前阻风板长度与弧度半径之间交互效应明显;但同时后阻风板长度、前阻风板长度的主效应也比较明显，这两个变量在其他变量的影响下，引起整车风阻系数的变化趋势是一致的，只是变化幅度有所差别，优化时根据各变量之间交互作用关系适当调整各变量的优化范围。

5. 3 建立近似模型与自动寻优

近似模型方法(Approximation Models)，通过构建逼近输入变量和响应变量关系的数学模型，替代仿真软件高昂的计算代价。这种方法加快了寻优速度，减小了计算量并缩短计算周期。由试验设计获得的各变量与风阻系数之间的关系，建立近似模型。

图13为Kriging模型散点，散点离等值线越近则代表拟合精度越好，此次Kriging模型的拟合精度系数R2为0. 944。此次优化选用Kriging模型。选用多岛遗传算法 ( MIGA) 在整个设计优化空间进行寻优。

遗传算法是借助自然界生物的遗传和进化过程而发展形成的一种整体的优化算法，这种方法模仿生物进化的遗传繁殖机制，对优化个体进行编码，然后对编码后的个体进行选择、交叉、变异等遗传操作，在优化过程中具有很好的鲁棒性。故使用该方法在整个优化空间内进行自动寻优。

5. 4 最终优化结果与原始模型流场对比

提取近似模型最优解各变量的变化值重新建模，并进行虚拟风洞计算，对近似模型的预测结果进行仿真验证，结果如表3所示。

近似模型的预测值与仿真值之间误差值为1. 2%，误差较小，即优化后模型风阻系数降低4. 15%，优化效果良好。优化后的前、后阻风板如图14 所示，优化前、后汽车底盘流场对比分别如图15、图16所示。

由图15可见:在前、后轮腔和油箱周围区域，直接冲向汽车底部凹凸物的气流减少，进入前、后轮腔的气流减少，从而减少了原来这些区域带来的能量损失。由如图 16可见:在前、后轮腔和油箱周围区域的湍流动能减小，意味着气流相互之间的扰动有所减弱。优化前、后阻风板后方主要部件的风阻如表4所示: 优化后车底主要部件的风阻有所降低，表明汽车底盘下的流场得到了有效的组织，从而降低了整车的气动阻力。

6 结论

( 1) 通过虚拟仿真、虚拟优化、风洞试验到再虚拟优化、虚拟风洞验证的方式，确认了优化方案的可行性，同时提高了虚拟仿真的可信度。

( 2) 在汽车底盘采用合适的阻风板对车型底部流场有较大的积极作用，能有效改善车底的紊乱气流，降低整车风阻。

( 3) 阻风板各结构参数变量之间存在交互作用，确定优化方案时可根据现实需要确定各参数的变化量。

( 4) 运用试验设计、网格自适应与Kriging近似模型相结合的方法，能够帮助工程快速地找到较优解。

NEXT

文章来源于网络，我们旨在传播汽车底盘知识，商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处，如有侵权请联系小编删除。

ATC汽车底盘

数万底盘工程师共同关注

汽车底盘技术资讯平台

点分享

点收藏

点在看

点点赞

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxNjAzNTU3Mg==&mid=2247568694&idx=1&sn=59e3a8e28512cab64ab46ab2dad96c9e

ATC汽车底盘

附属于ATC汽车技术平台，分享汽车底盘技术知识、主办底盘技术峰会论坛、承接企业底盘相关定制活动、开展底盘类技术公开课及企业内训。

最新文章

伯特利EMB方案介绍

全面解析问界M9途灵底盘

【免费领取】中国汽车线控制动供应链应用指南 2024版

80%展位已预订！展位有限、报名从速，2025上海汽车底盘系统技术展览会(ACTE)只等你来！

轻型车制动颗粒排放研究现状

奔驰空气悬挂（airmatic）系统原理

汽车底盘轻量化材料和工艺分析

汽车结构图解--转向系统

展后报告 | 全维度数据解析底盘展盛况，实现从“0”到“1”大跨步！

【干货知识】什么是汽车麋鹿测试？

【资讯】京西11.11战报：高端智能新能源车制动项目爆单！

汽车减振器分类与结构

【免费领取】中国汽车线控制动供应链应用指南 2024版

乘用车完全线控制动系统ETBS介绍与国内外法规动态

电动汽车车桥关键技术专利分析

方向盘系统布置目标及质量要求

线控制动的转折时刻：One-box冲击EHB王座，国产替代走向新格局

汽车全产业链盛会即将开启——Automechanika Shanghai 二十周年看新能源智能网联未来

【免费领取】中国汽车线控制动供应链应用指南 2024版

电子机械制动系统（EMB）控制算法详解 —— 以同驭汽车、菲格智能为例

中国汽车减震器行业市场深度调研及前瞻分析报告

全网最全：博世制动系统方案大盘点

汽车悬挂到底哪种好？看这一篇就知道！

产业专利分析—滑板底盘技术

浅析麦弗逊悬架系统的优点和缺点

副车架对车辆底盘性能有何影响

什么是后轮转向？

基于 Kriging 模型的某 SUV 底盘气动性能分析与优化

天宜上佳15周年｜那些我们共同见证过的「天宜风采」

比亚迪智能底盘，到底智能在哪里？

汽车制动踏板感匹配方法探讨

京西集团全新频率响应减震技术受市场青睐，获10亿大单

汽车悬架主要类型、构成零部件图解

汽车转向系统结构和各种不同形式助力系统

某主机厂内部的NVH教材

布雷博Brembo拟战略收购欧林斯Ohlins，重塑制动悬挂技术新格局

改变驾乘体验的“魔术师”——MagneRide磁流变减震器

智能底盘设计与协调控制研究

资讯 | 小米SU7 Ultra量产版发布，碳陶瓷制动盘细节曝光！

汽车悬架技术发展趋势概述

汽车制动噪音分析

基于 Kriging 模型的某 SUV 底盘气动性能分析与优化

主动/半主动悬架应用与研究

干货分享 | 底盘系统开发

汽车悬架性能测试技术的研究

自动紧急制动系统(AEB)的安全性研究综述

汽车底盘的可靠性检测都有哪些项目？

【圆满收官】上海汽车底盘展：科技盛宴，璀璨落幕，明年再见

首日盛况！上海汽车底盘系统技术展盛大开幕

等您赴约，倒计时1天！上海汽车底盘展明日盛大启幕

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉