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1 研究对象及研究方法
1.1 研究对象
本文研究对象为一款传统燃油车平台改电动平台的轻型厢式电动卡车。分析模型包含完整的底盘部件、整车外饰部件、匹配搭接板厢式货箱。整车最大外形长宽高分别为5900mm、2140mm、3000mm，轴距为3360mm，货箱外形长宽高尺寸分别为4180mm、2140mm、2230mm。
图 1 某轻型电动卡车
1.2 研究方法
本文通过CFD仿真分析和风洞试验两种研究方法相结合，进行电动轻卡降风阻研究。CFD仿真分析和 风洞试验是汽车空气动力学分析、优化的两种重要手段。CFD仿真分析具有可预先研究、不受条件限制、 信息丰富、成本低、周期短、可以获得汽车周围详细的流场信息等特点。风洞试验被广泛应用于乘用车 和商用车的开发和优化过程中，但在风洞中测试商用车涉及大量的时间和精力以及因为风洞本身条件的限 制而不得不进行一些取舍，商用车风洞试验的局限性受到雷诺数效应、阻塞效应和边界层效应的影响。整车空气动力学开发应充分发挥仿真、风洞试验的各自优势，仿真与风洞试验相结合相互验证，来提高整 车空气动力学开发的效率与精度。
2 CFD 仿真分析
2.1 CFD 仿真计算模型及边界条件
本文CFD仿真分析模型经校对与风洞试验样车一致，仿真分析选用了三维、稳态、定常流，K-ω湍流 模型，进口边界条件为速度进口，进口速度为90kph，出口边界条件为压力出口。
2.2 仿真分析方案
在某轻型电动卡车基础上分别分析了 导流罩、车身两侧导流板、后视镜、保杠与格栅间隙封堵等气动附件对某电动轻卡气动性能的影响。
图 2 某轻型电动卡车降阻措施
2.3 仿真分析结果
2.3.1 导流罩对整车气动性能的影响
导流罩对厢式卡车风阻系数具有较大的贡献，根据研究有无导流罩风阻系数可能会相差高达30%。随着各主机厂对商用车风阻性能的重视以及CFD仿真和风洞试验技术的发展，导流罩的设计越来越追求最 大降风阻性能。根据文献研究，多位学者对货车原匹配导流罩进行优化设计可实现整车风阻性能优化， 风阻系数可降低8%-13%。本文通过优化导流罩外形，与原导流罩相比实现降低风阻系数14.16%。
图 3 基础车整车压力分布云图
图 4 基础车优化导流罩整车压力分布云图
a 基础车
b 匹配新导流罩
图 5 货箱前端面压力分布
由分析结果可以看出，优化后的导流罩对货箱前端面的压力分布影响较大，货箱前端压力明显减小。
2.3.2 车身两侧导流板对整车气动性能的影响
车身两侧导流板可有效使前方来流平缓流过车身与货箱前端面间隙，减缓前方来流对货箱前端面的冲击，从而降低整车风阻。本文通过新增车身两侧导流板，可实现风阻系数降低1.24%。
图 6 基础车整车压力分布云图
图 7 增加侧导流板后整车压力分布云图
2.3.3 后视镜对整车气动性能的影响
气流流经后视镜迎风面产生的压力、以及流经后视镜的气流对车身、货箱表面的冲击，是后视镜风阻 的主要来源。本文通过设计和优化后视镜，可实现风阻系数降低1.42%。
图 8 基础车后视镜压力云图
图 9 新后视镜压力云图
2.3.4 保杠与格栅间隙封堵对整车气动性能的影响
对保险杠与格栅间的间隙进行封堵，能够减少进入下车体的气流，减少下车体部件的表面压力，从而 降低整车风阻。通过保险杠与格栅间隙的封堵仿真分析，降低风阻2.59%。
图 10 基础车 Y=0 截面速度云图
图 11 格栅与保杠间隙封堵 Y=0 截面速度云图
3 实车风洞试验结果
本文在中国汽车工程研究院股份有限公司汽车风洞中进行了轻型电动厢式货车进行了风洞试验研究。
3.1 风洞试验方案
本文研究通过风洞试验测试了以下方案，见表1。
3.2 速度扫略结果
在试验开展前进行了速度扫略，扫略风速为 50km/h 、60km/h、70km/h 、80 km/h、90km/h 、100 km/h、110 km/h，在扫略风速范围内风阻系数变化小于0.5%，除风速50km/h外雷诺数均达到 1.0E+06 以上，本试 验选择以90km/h车速进行了各方案的风阻系数测试。
图 12 不同风速下雷诺数与相对风阻系数
3.3 风阻系数与横摆角变化
为研究侧风对整车风阻系数的影响，本研究测试了横摆角在-6°-+6°（step=3°）的整车风阻系数，可以 得出风阻系数随横摆角绝对值的增大而增大。当横摆角=6°时，相对于横摆角=0°基础车风阻系数增大了8%、 全方案风阻系数增大了14%。由图13对比曲线也可以看出，虽然全方案降低风阻效果明显，但全方案风阻 系数随横摆角增大变化更为敏感。
图 13 Cd (ϕ)/Cd(0)曲线图
3.4 不同方案的降风阻效果对比
根据风洞试验结果，电动轻卡风洞试验全方案整车风阻降低16.57%、仿真分析降风阻18.03%。其 中优化的导流罩较原导流罩风洞试验降低风阻12.15%、仿真分析降低14.16%，新后视镜较原后视镜风洞试 验降低风阻1.66%、仿真分析降低1.42%，车身两侧导流板风洞试验降低风阻0.92%、仿真分析降低风阻1.24%，保险杠与格栅间隙封堵风洞试验降低风阻2.56%、仿真分析降低风阻2.59%。仿真结果与风洞试验 结果对比，两者降风阻百分比具有较好的一致性，仿真分析与风洞试验降风阻百分比相差3%以内。
图 14 不同措施仿真与试验降风阻百分比对比
3.5 进一步降低整车风阻
经仿真结果与风洞试验结果对比，两者降风阻百分比具有较好的一致性，仿真分析与风洞试验降风阻 百分比相差在3%以内，表明仿真模型分析精度可以指导整车空气动力学开发，同时通过仿真模型与风洞试 验结果标定，进一步提升仿真模型精度，更好的指导某电动轻卡空气动力学开发。
为进一步降低某电动轻卡整车降风阻来提高续航里程，以及为接下来轻卡产品空气动力学开发进行降 阻方案储备，对某电动轻卡继续开展降风阻分析。
通过增加侧裙板、货箱尾翼、气坝、电子后视镜、车身前窄后宽降阻方案，经仿真分析风阻系数分别 降低 3.32%、3.53%、2.42%、3.79%、8.06%。
3.5.1 侧裙板对整车气动性能的影响
在侧风条件下侧裙板后可阻止进入车底的高速气流，从而降低整车风阻。经仿真计算得到，正迎风条 件下安装侧裙板后整车风阻系数降低 3.32%，在侧风横摆角等于 6°情况下，整车风阻降低 7.31%。
图 15 横摆角 6°基础车 Z=-0.3 截面速度云图
图 16 横摆角 6°安装侧裙板 Z=-0.3 截面速度云图
3.5.2 货箱尾翼对整车气动性能的影响
厢式货车尾部涡流消耗的气动阻力占整车气动阻力的比重较大，通过加装货箱尾部延长板及尾翼， 可以减少尾部能量耗散，有效减小整车气动阻力。有研究表明，对重型货车的挂车尾部增加尾翼可 以实现2.8%-10%的降风阻效果。经仿真分析，本文研究的某轻型电动卡车增加尾翼可以实现降低整车风阻3.53%。
图17 基础车TP=0等值面云图
图 18 增加尾翼 TP=0 等值面云图
某轻型电动轻卡增加尾翼后货箱尾部TP=0的等值面小于基础车TP=0的等值面，说明增加尾翼后减少了尾部的能量耗散。
3.5.3 气坝对整车气动性能的影响
增加气坝能够减少气流对整车底部的冲击，降低整车底部压力。经仿真计算，增加气坝后某电动轻卡 整车风阻系数降低2.42%，仿真结果显示某轻型电动轻卡增加气坝后前桥处压力明显降低。
图19 基础车底部压力分布
图 20 基础车增加气坝后底部压力分布
3.5.4 电子后视镜对整车气动性能的影响
汽车后视镜作为汽车表面比较突出的钝头体，其后面 尾流区域内具有结构复杂的流场，影响着汽车车 身外表的压力分布，增大了整车风阻。随着汽车电子后视镜的应用，在更加符合空气动力学设计要求的同 时降低对汽车气动特性的影响。本文通过电子后视镜取代传统后视镜降低整车风阻 3.79%。
图 21 基础车压力分布云图
图 22 基础车电子后视镜压力分布云图
3.5.5 车身前窄后宽对整车气动性能的影响
车身前、后尺寸差值造成车身前窄后宽，对整车气动性能影响进行仿真分析。车身前窄后宽差值越大， 整车风阻越低；车身前窄后宽单边差值30mm，整车风阻系数降低明显；前、后单边差值从30到60mm，整 车风阻系数变化相比不明显。
图 23 车身前窄后宽对整车气动性能的影响
4 结论
通过对某轻型电动卡车的CFD仿真及实车风洞试验研究可以得到以下结论：
（1）在分析研究的降阻方案中导流罩、车身前窄后宽、侧裙板、电子后视镜、尾翼降风阻效果明显， 根据仿真分析结果风阻系数分别降低14.16%、8.06%、3.32%、3.79%、3.53%。
（2）某轻卡电动车风洞试验全方案整车风阻降低16.57%、仿真分析降风阻18.03%。新设计的导流罩 风洞试验结果风阻系数降低12.15%，仿真分析导流罩降低风阻系数14.16%；新设计的后视镜风洞试验结果 风阻系数降低1.66%，仿真分析后视镜降低风阻系数1.42%；车身两侧导流板风洞试验结果风阻系数降低0.92%，仿真分析车身两侧导流板降低风阻系数1.24%；保杠与格栅间隙封堵风洞试验结果风阻系数降低2.56%，仿真分析保杠与格栅间隙封堵降低风阻系数2.59%。
（3）仿真结果与风洞试验结果对比，降风阻百分比具有较好的一致性，仿真分析与风洞试验降风阻 百分比相差在3%以内，表明仿真模型分析精度可以指导整车空气动力学开发。
（4）通过侧裙板、尾翼、气坝、电子后视镜、车身前窄后宽降阻方案的仿真分析，得到较好的降阻 效果，为接下来降阻工作及新产品开发储备了方案。
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