(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210997363.1 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 雷利利　李泽　王静　林威　 (74)专利代理 机构 南京华恒专利代理事务所 (普通合伙) 32335 专利代理师 宋方园 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗 节省率计算方法 (57)摘要 本发明公开一种基于拓扑结构及动态特性 的车辆队列油耗节省率计算方法， 包括建立车辆 动力学模型、 队列外流场模型、 车辆队列行驶的 油耗节省率数学分析模型， 本发 明提出的方法针 对不同纵向车间距、 车辆横向偏移距离及车速等 参数进行模拟实验， 通过分析纵向车间距、 车辆 横向偏移距离以及车速对车辆气动阻力系数的 影响规律， 确定车辆队列空气阻力系数与以上参 数的函数关系， 进而确定气动阻力系数与油耗节 省率之间的函数关系， 以计算车辆队列油耗节省 率。 权利要求书4页 说明书9页 附图5页 CN 115408954 A 2022.11.29 CN 115408954 A 1.一种基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 包括 以下步骤： 步骤(1)、 进行 单车CFD仿真实验； 步骤(1.1)、 建立单辆Mira阶背式三维模型以及相应的外流场模型， 对单辆Mira阶背式 模型进行 预处理， 进行网格划分以及网格质量优化处 理， 得到单 车的车辆网格模型； 步骤(1.2)、 将步骤(1.1)所得车辆网格模型导入CFD求解器， 并进行相关设置进而得到 单辆Mira模 型CFD仿真实验的气动阻力系数， 此处相关设置包括边界条件设置、 湍流模 型选 取、 雷诺数设置、 初始条件设置； 步骤(1.3)、 将步骤(1.2)所得单辆Mira模型CFD仿真实验的气动阻力系数与已有Mira 模型风洞实验数据进行对比， 如果对比数据显示不一致， 则返回步骤(1.1)， 重新进行外流 场模型建立， 然后进入步骤(1.2)调整相关设置， 重新求取单车的气动阻力系数， 直至两个 阻力系数接 近； 步骤(2)、 建立车辆队列外流场模型及流体动力学模型； 步骤(2.1)、 选取至少三辆Mira模型进行队列分布排列得到不同拓扑结构形态的车辆 编队模型， 然后构建多车Mira队列模型以及相应的外流场模型， 对车辆编队模型进行网格 划分以及网格质量优化处 理， 得到多车的车辆网格模型； 步骤(2.2)、 将步骤(2.1)的车辆网格模型导入CFD求解器软件， 首先进行相关设置， 包 括边界条件设置、 湍流模型选取、 雷诺数设置、 初始条件设置； 然后， 在车队中设置不同的横向偏移距离， 并依次改变车辆纵向车间距以及车速， 得到 车队中各个车辆的阻力系数以及车队的平均阻力系数； 最后， 对所得数据进行处理分析， 得到不同横向偏移距离、 纵向车间距和车速对车队气 动阻力系数的影响规律， 并确定车辆队列气动阻力系数与纵向车间距、 车速、 横向偏移距离 之间的拟合 函数关系； 步骤(3)、 根据步骤(2)所得车辆队列气动阻力系数与纵向车间距、 车速、 横向偏移距离 之间的拟合函数关系， 利用车辆队列行驶的油耗节省率数学分析模型， 确定车辆队列气动 阻力系数与油耗节省率之间的函数关系。 2.根据权利要求1所述的基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中将步骤(1.1)所得车辆网格模 型导入CFD求解器进 行CFD仿真试 验时， 采用k ‑ω模型作为湍流模型， 通过CFD仿真试验完整单 车验证。 3.根据权利要求1所述的基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 所述步骤(2)中构建多车辆Mira队列模型以及相应的外流场模型的具体内容 为： 首先， 选取至少三辆 Mira模型进行队列分布排列； 然后， 根据队列分布建立车辆队列外流场模型： 根据CFD仿真的实验要求对外流场尺寸 进行合理的选择， 满足模拟CFD仿真实验时的阻塞比小于 5％； 接着， 根据所 得车辆队列外流场模型采用以下三种方程 来建立车辆流体动力学模型： ①、 质量守恒定律： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115408954 A 2ρ 表示空气密度； t 表示时间； u、 v、 w分别表示速度矢量u在x、 y、 z方向上的分量； ②、 动量守恒定律： 式(2)、 (3)、 (4)中： p表示空气流体微元体上的压力； u表示速度； τxx、 τyx、 τzx分别表示粘 应力 τ在x方向上的分量； τxy、 τyy、 τzy分别表示粘应力 τ在y方向上的分量； τxz、 τyz、 τzz分别表 示粘应力 τ在z方向上的分量； Fx、 Fy、 Fz分别表示 微元体上的体积力； ③、 能量守恒定律： T表示温度。 4.根据权利要求1或3所述基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 所述 步骤(2)中对车辆编队模型进行网格化的具体方法为： 首先， 将车辆编队模型中的长方体外流场网格尺寸设置为1 ‑100mm， 车辆的网格尺寸设 置为5‑20mm， 网格增长率为1.2； 并对车辆周围进行网格加密， 所设置的密度盒尺寸为5 ‑ 100mm； 在车身表 面取多层附面层， 以更好的捕获车身表 面气流流动状态； 然后， 对计算域进 行边界条件设定： 设置入口为速度入口、 出口为压力出口、 壁面为可滑移壁面以及地面为不 可滑移壁面。 5.根据权利要求1或3所述基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 所述步骤(2)中将车辆网格模型导入CFD求解器进行CFD仿真试验的具体内容 为： 采用k‑ε模型作为仿真的湍流模型， 具体表达方程如下： ①、 k方程： ②、 ε方程： 式(6)和(7)中Gk表示由于平均速度梯度引起湍流动能的产生项， Gb表示由于升力产生 湍流动能的产 生项， Ym表示可压缩湍流中过度扩散产 生的波动， C1ε、 C2ε、 C3ε为经验常量， σk、 σε分别是k方程与 ε方程的湍流普朗特 数， Sk、 Se为用户定义的源项。 6.根据权利要求1或3所述基于拓扑结构及动态特性的车辆队列油耗节省率计算方法， 其特征在于： 所述步骤(2)中CFD仿真试验过程中， 选取队列的中间车辆的横向偏移距离分 别为0W、 1/6W、 1/3W、 1/2W和1W， 来模拟横向偏移距离对队列中单车及整个车辆编队队列整 体空气阻力的影响， W 为单车宽度； 具体方法为： 步骤(2.1)、 当横向偏移距离为0W时， 分别取前后车间距为0.1L、 0.5L、 1L、 1.5L、 2L、权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115408954 A 3