[發明專利]一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法

在審

• 申請號: 202210722114.1
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115062415A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 周海超;焦東琦;王國林;張鈴欣;秦潤芝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 杜丹

本發明公開了一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法，包括：步驟一、建立初始的車輪輪輻模型；步驟二、構建初始的車輪計算模型；步驟三、設計實驗方案；步驟四、根據步驟三中的試驗數據構建車輪輪輻開口輪廓形狀與其氣動阻力系數間的函數關系，并對其精度進行驗證；步驟五、采用優化算法獲得氣動阻力系數值最小時的車輪輪輻開口輪廓形狀。有益效果：本發明以輪輻開口輪廓形狀為切入點提出了降低車輪風阻的全新方法，有效避免在車輪輪輻開口輪廓形狀設計中存在的盲目性問題，進而縮短設計周期，提升效率，同時提高了汽車燃油經濟性，改善了車輪附近的壓力脈動，對指導車輪輪輻開口輪廓形狀設計進而降低汽車風阻提高燃油經濟性具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種降低輪輻開口輪廓形狀的優化方法，特別涉及一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法，屬于車輛工程技術領域。

背景技術

近年來全球能源危機加劇，而汽車保有量仍在持續增加，汽車對能源消耗與日俱增，政府和消費者對汽車油耗日益重視，對汽車燃油經濟性的要求比以往更加嚴格。據報道，汽車氣動阻力降低10％，可以減少2％-3％的燃油消耗。由于氣動阻力與車速的二次方成正比，改善汽車的氣動特性能顯著降低油耗，這在高速行駛時尤其重要。當汽車速度達到60km/h時，克服氣動阻力所需功率占汽車克服行駛阻力所需功率的一半。

在汽車行駛過程中，車輪區域對汽車氣動阻力的貢獻高達25-30％。車輪區域的流場受到汽車側面和車底的前方來流以及發動機艙內流場的共同影響，與車身、車底結構和地面之間產生比較強烈的相互干擾，并且車輪旋轉還會對這一區域的流場產生能量輸入，使車輪區域的流場結構更為復雜。已有的研究也表明汽車車輪輪輞的開口形狀不同會對車輪氣動阻力以及汽車氣動阻力產生直接的影響。然而，目前對車輪區域的流動現象和流動規律的認知較為局限，從而使得車輪區域的氣動阻力降低對整車氣動阻力的改善具有很強的潛在優化空間。因此，掌握車輪區域流場特性，提出車輪區域針對性的減阻方法，從而達到降低汽車氣動阻力的目的，這對降低燃油消耗具有重要意義。

車輪輻板上開孔的布置方式對氣動特性有很大的影響：在總開口面積相同的情況下，將開口數適量增大有利于氣動特性的改善；隨著總開口面積的增加，車輪本身的阻力系數均在一定程度上呈現不規則變化。因此，以車輪輪輻作為優化對象，在不改變車輪開口面積的前提下，以降低單個車輪的氣動阻力為優化目標，選取單個輪輻孔的小圓弧半徑R₁、大圓弧半徑R₂、小圓弧切線L₁和L₂以及對應的圓周角α為設計變量。綜合采用最優超拉丁立方設計、RBF近似模型以及自適應模擬退火算法(ASA)對輪輻孔進行優化，獲得了最優的輪輻形狀。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的不足，本發明提供了降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法，所述方法以降低單個車輪的氣動阻力為優化目標，能夠有效避免在車輪輪輻開口輪廓設計過程中存在的盲目性問題，可有效降低車輪輪輻開口輪廓設計周期，進而提升改進效率，與此同時也能夠改善車輪區域的氣動特性，達到降低車輛阻力的目的。

技術方案：一種降低車輪風阻的輪輻開口輪廓形狀的方法，包括以下步驟：

步驟一、建立初始車輪模型，根據所選車輪輪輻數量與車輪輪輻開口輪廓形狀的初始值繪制車輪的三維模型；所述輪輻開口輪廓形狀參數包括小圓弧半徑R₁、大圓弧半徑R₂、小圓弧切線L₁和L₂以及大圓弧對應的圓周角α；

步驟二、構建初始車輪風阻計算模型，根據上述車輪的三維模型構建車輪的風阻計算模型，并進行仿真分析，獲得初始車輪的氣動阻力系數值；

步驟三、設計試驗方案，以車輪輪輻開口面積不變為前提，選擇車輪開口輪廓形狀為變量，設定變量的取值范圍，以車輪所受的氣動阻力系數作為目標響應值；通過統計學抽樣試驗設計方法對車輪輪輻開口輪廓形狀進行方案設計，對不同輪輻開口輪廓形狀下的模型進行車輪風阻仿真分析，獲取各輪輻開口輪廓形狀下的氣動阻力系數值；