shonDy的整车涉水仿真

在汽车工业中，涉水是指汽车以较低的速度穿过相对较深的水域，例如穿越河流或被洪水淹没的道路。 汽车安全涉水的深度至关重要，以轮胎接触点和发动机进气系统之间的距离来衡量。 这项测量对于防止进水和保护发动机至关重要。

案例描述

用一个案例，来模拟上述涉水场景。 在模拟过程中，汽车将穿越深度为30厘米的水道。 水道的尺寸如下图所示。 模拟选择了两种不同的速度：2 米/秒，相当于约 7 公里/小时，以及 3.33 米/秒，相当于 12 公里/小时。

几何形状

通道的几何形状是使用 shonMesh 根据上述草图生成的，而汽车的几何结构是所谓的DrivAer模型，该模型由慕尼黑工业大学流体力学与空气动力学研究所 开发。 该模型旨在弥合过度简单的模型（如 Ahmed 车身）与复杂的量产车之间的差距。 在本模拟中，DrivAer模型有以下配置：

• 斜背式车顶 (notchback)
• 详细的底盘结构
• 包括后视镜
• 车轮

下图中可以看到 STL 文件以及水道的网格。

案例设置

在第一次模拟中，汽车在 1 秒后开始运动，在 2.5 秒内从 0 加速到 2 m/s，在接下来的 15 秒内保持该速度，并在 18 秒后停止。 因此，总计算时间为 18 秒，表示通过整个水道所需的持续时间。 在第二次仿真中，车速较高，为3.33 m/s，车通过水道仅需12.5秒，总仿真时间较短。 精确的速度曲线可以在下图中观察到。

两次仿真的液体区域设置相同：水道中总计15.943 m³的液体，相当于30 cm的高度。 在本次模拟中，使用了 1.26 cm 的流体粒子半径，总共产生了 100 万个粒子。

采用了多种采样方法，包括：

• 汽车中心线上的采样点
• 在车轮周围的采样窗口
• Sampling lines within the channel

These samplings are depicted in the figures below.

仿真结果

以下视频概述了模拟情况。 上一行显示慢车，下一行显示快车。 两个俯视图 (右侧的视频) 很好地展示了前波扩散的差异：浅水中表面波的速度可使用以下公式进行近似计算

$v_{wave} =\sqrt{g h}$

其中g是重力加速度，而h是水的深度。

在慢车的视频中，很明显，在水较浅的坡道上，波的传播速度小于汽车速度；波前始终保持在汽车前方。 在水道的底部，波浪的速度略快于汽车，因此它超过了汽车。 在第二个模拟中，汽车的速度始终快于波的传播速度，因此波前始终保持在汽车的前部。

下面的图像显示了汽车的覆盖率。 这里使用了 shonDy 的内置时间平均滤波器，允许用户不仅直观地看到当前值（在本例中为覆盖率），而且还可以看到特定时间内的平均值。 在所呈现的数据中，覆盖率是 0.25 秒内的平均数，以便更清楚地了解水在何处弄湿了汽车。

跟之前一样，上行表示慢车，下行表示快车。 比较两种速度，可以清楚地看出覆盖率的分布模式存在差异。 随着速度的提高，汽车必须应对更高的波浪，这导致几乎整个汽车前部被水覆盖。 这可能会导致发动机舱进水，从而堵塞进气口并导致发动机故障。 另一方面，对于速度较慢的汽车，水只覆盖前部的下半部分，这意味着发动机熄火的风险要低得多。 侧视图还揭示了一个差异：对于速度较快的汽车，靠近汽车前门的水位也较高。

如下图所示，采样点位于汽车前部的中心线上，记录了压力随时间的变化。 为了提高可比性，这些图表不显示随时间变化的压力，而是显示汽车质心位置 (在 x 方向上) 的压力。 为了便于定位，沿 x 轴描绘了水道轮廓。

总体而言，可以观察到最低点的压力最高，而较高点的压力则降低。 速度越高，汽车承受的压力就越大。 The pressure graph for the slower car shows that point 7 is not in contact with the water for most of the time after the car is fully in the waterway.

另一方面，速度较高的图表表明，第一次撞击导致压力最高，从那里开始，压力几乎连续下降。 相比之下，在较低速度下，压力峰值要低得多。 然而，由于汽车的速度，水流不会流向汽车后方；相反，水流前沿保持在汽车前方，导致车沿水道行驶时，压力相对稳定。

下面的图表说明了如何利用体积样品。 在右图中，我们观察左侧轮胎的体积样本的位置。 在图中，描绘了样品中汽车位置上的流体体积。 一般来说，与后轮胎相比，前轮胎需要应对的水量要大得多。 这与上图一致，我们可以看到覆盖率。 从这张图片中可以明显看出，水积聚在汽车前部，而在积水之后，汽车的其余部分经历了类似的低水位。

在比较高速和低速模拟时，我们观察到与上述类似的情况：在更高的速度下，前后轮胎都必须应对更多的水。

计算统计概要