中汽中心工程院技術快報丨側風穩定性開發與測試
時間：2024-03-29
整車側風穩定性是指當高速行駛的汽車通過跨海大橋、進出山谷隧道，以及進行超車會車時受到側向氣流的干擾后能保持穩定安全行駛的能力，側風穩定性較差的車輛進入強橫風環境時容易發生較大橫擺、側滑、車道偏離動作，甚至出現側翻等失穩現象，嚴重影響行車安全。隨著整車抗縱向氣流能力（即風阻性能）的開發越來越趨近完善，如何從抵抗側向氣流干擾的角度出發提升車輛保持穩定行駛的能力，正成為國內汽車行業關注的重點。
近日，中汽中心工程院側風穩定性開發團隊針對整車側風穩定性開發測試進行了關鍵的技術攻關，已具備對外服務技術能力。可以面向整車開發流程中的不同階段，通過聯合仿真，風洞測試，道路測試三種方式分別對從車身造型、底盤零部件參數方面對側風穩定性關鍵性能指標進行測試分析和優化。幫助客戶更好實現側風穩定性控制，為后期整車性能開發目標達成提供更大的優化空間。
- 側風穩定性動力學仿真分析
圖1 動力學仿真分析
側風穩定性底盤動力學仿真分析是基于底盤動力學參數及側風風洞準穩態測試結果建立包含空氣動力學特征的仿真模型，參照《GB/T 41722-2022道路車輛側風敏感性風機輸入開環試驗方法》與企業個性化定制側風測試工況進行整車側風穩定性仿真分析和優化。同時，可以面向主動轉向技術的側風工況控制進行控制系統聯合仿真和參數標定。
表1 某車型氣動力仿真精度
圖2 某車側風穩定性動力學仿真與試驗對比分析
通過仿真與試驗的對比，氣動力模擬精度達99%，分析結果精度達90%，極高的仿真精度為整車側風穩定性開發提供可靠的分析優化手段。
- 側風穩定性空氣動力學仿真分析
根據實際的側風測試試驗場建立數字側風試驗場，可以通過空氣動力學側風穩定性仿真分析可在車型開發的早期階段僅通過車身外表面數據（CAS面/A面）以及測試車速、重心位置（軸荷比）、輪胎側偏剛度、載荷等信息，模擬實側風道路試驗中車輛的整個側偏過程以及風區內流場的變化過程，且可為車身外表面優化方案的提出提供數據支持。
圖3 數字側風試驗場
數字側風試驗場可以還原真實的瞬態測試過程，可以得到該過程中的流場變化的同時可獲得車輛在進出風區過程中的側風風壓中心（即側向氣動力中心）相較于車身位置的實時變化。
圖4 側風風壓中心位置變化
- 風洞氣動力學測試
圖5 風洞氣動力學測試
風洞氣動力學測試可測得穩態側風條件下的氣動力結果，試驗條件可控，可重復性較高，為氣動造型優化提供支持。測試通過風洞天平轉角及出風口氣流速度還原整車側風穩定性真實道路測試過程中的車身外流場環境，對車輛進行整車側風穩定性模擬道路測試，獲得該車基準狀態下的側向氣動力準穩態結果，分析不同氣動套件對車輛側向氣動力結果的影響，并對整車側風穩定性潛在優化方案進行驗證。同時，風洞的氣動力學測試結果，可以作為輸入參數為底盤側風穩定性開發的提供數據支持。
- 道路側風測試
圖6 道路側風測試
道路側風測試與真實道路側風行駛工況吻合度最高，可通過主觀評價和客觀測試方式獲得車輛實車動態響應，試驗結果可靠性較高，能有效支持側風性能優化提供方案匹配和驗證。客觀測試過程中通過慣導系統記錄車輛各運動參數隨時間的變化，主要包括（但不限于）橫擺角速度、橫向加速度、側向位移、側傾角、側偏角等性能指標參數。主觀評價則是以大眾消費者角度通過主觀駕駛的方式，對橫風環境下汽車的車道偏離程度、行駛穩定性、車輛修正難易程度等進行評價，直觀的將相關性能感受反饋給設計人員。團隊基于國標試驗結果已建立20+車型的側風穩定性數據庫，可以為客戶方案優化提供有力支撐。
同時，工程院團隊也開展了面向智能駕駛的車道保持和車道居中行駛功能、側風工況識別功能進行策略驗證和標定方法研究，可以為智能駕駛相關技術提供支持和幫助。
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