大客车侧窗水管理的仿真分析

2018-04-09 16:52:19· 来源：AutoAero

由于商用车和客车体型大、视野盲区多的特点，其侧窗清洁度和侧窗后视镜能见度对驾驶员舒适性有重要影响，并且在下雨等恶劣天气条件下，要求具有最佳视野性。然而，在极端条件下，外部水管路装置会被堵塞，水流过A柱到达侧窗形成积水，会显著影响驾驶员在变道时观察侧窗和后视镜的视野。因此，在其空气动力学研究中对水管理的研究也显得越来越重要。

其实对于侧窗水管理的研究，国内也有所涉及，其主要研究重点是基于CFD方法对侧舱门和门把手的清洁度进行仿真研究，例如东风商用车公司对某款卡车驾驶室侧舱A柱下方导流板的优化来引导到达侧舱的气流，以提高其车门及门把手处的清洁度。

（从图中可以看出只有少量颗粒落在侧舱门和门把手，通过引导侧舱的气流达到显著提高车门及门把手清洁度的目的）

设计车辆外部的水管理特征，需要有良好的审美外形、气动阻力和风噪。本文详细介绍了沃尔沃公司运用CFD方法首先对某款大客车进行CFD仿真分析优化设计，并通过道路试验验证与仿真的相关性和解决侧窗的积水问题。

(图中侧窗的污垢积累对驾驶员视野性影响较大)

CFD仿真分析阶段：

此阶段采用Powerflow仿真软件进行仿真分析。为了再现真实道路的测试环境，我们将具有移动地面和旋转车轮的整车模型在受100km/h和5度横摆角风速条件下进行瞬态空气动力学模拟，其计算域的设置如下图所示（该计算域应尽量包括侧窗已经侧窗后视镜尾流区域）。

仿真设计方案：

这里的仿真设计方案采取两种不同的雨水槽和滴水轨道设计以验证最优方案。

方案一：基本设计
方案二：改进设计 Variant V1

(方案一：基本设计作为改进设计的参考，其雨水槽和滴水轨道都是没有凸起的（可以理解为没有进行优化的车辆）)

(方案二：作为改进设计，采用了折边的雨水槽和具有凸起边缘的滴水轨道)

仿真分析：

这里，侧窗积水在很大程度是由车前挡风玻璃上下两个雨刮器和从A柱流过的气流决定的。

(前挡风玻璃雨刮器分布)

如下图所示，在平均速度流线图中，侧窗左上角的积水主要由车前挡风玻璃上部雨刮器将水流带到侧窗低压区和A柱流过的气流与下部雨刮器一起将雨水向上带到低压区形成的。

同时，我们也可以看到方案二的设计中，侧窗积水区面积明显减小。

(左图：方案一右图：方案二)

在下图的水壁厚仿真结果中我们可以清楚的看出，方案一中，红线上方区域有积水区和紫色线区域下方有明显后视镜射流造成的积水区；而在改进设计的方案二中，这两个区域的积水面积明显减少。

(方案一：基本设计)

(方案二：改进设计Variant V1)

道路实验验证相关性：

沃尔沃公司采用了两辆客车进行道路实验，其中一辆为领头车，跟随其后的为测试车辆。领头车主要作用是作为测试车的参考并为测试车辆提供逆向射流区域。

道路实验结果如下图所示，方案一的车辆侧窗与仿真结果类似，积水区域较大，显著影响了驾驶员的视野性和舒适性；方案二的车辆侧窗积水区要小很多，从而显得更加清洁，显著提高了驾驶员的侧窗视野性和舒适性，达到了预期的设计效果，并与仿真结果的相关性较高。

(方案一：基本设计)

侧窗水管理仿真

(方案二：改进设计VariantV1)

总结：

侧窗水管理的关键机制就是两种水流汇聚在司机侧窗玻璃的顶部，这可以为该区域的防污设计提供参考；
CFD模拟验证了几何修改大大减少了侧窗玻璃的污染，这在后面的道路试验中得到证实。
客车水管理及其侧窗清洁度的研究在国外已经引起了重视，但在国内还属于较新领域，希望相关车企尤其是客车公司可以以此为参考，将其作为气动分析的一个方面重视起来。

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