Als Folge der Fahrzeugumstrmung bei Seitenwind werden Fahrsicherheit und Fahrkomfort beeinflusst. Fr die Seitenwindempfindlichkeit ist neben dem Seitenkraft-beiwert der Giermomentbeiwert als Strgre der Fahrzeugdynamik besonders bedeutend. Die vorliegende Arbeit widmet sich deshalb der numerischen und experimentellen Untersuchung der Fahrzeugumstrmung bei Seitenwind, um ein mglichst niedriges Giermoment zu erzielen. Da dieses mageblich durch die Fahrzeugauenform bestimmt wird, deren Festlegung in der Frhphase der Pkw-Entwicklung erfolgt, fanden die Untersuchungen an charakteristischen Modellen dieser Entwicklungsphase statt. Zunchst wurden Fehlereinflsse der verwendeten experimentellen und numerischen Methoden fr die Anstrmung bei Seitenwind bestimmt. Im Windkanal nimmt als Folge der Drehung des Fahrzeugmodells die Dsenversperrung zu. Hierdurch werden die gemessenen Kraftbeiwerte verflscht. Durch die Simulation der Fahrzeugumstrmung in der Windkanalgeometrie konnten nderungen des statischen Drucks im Strmungsfeld sowie die Beeinflussung der Kraft- und Momentenbeiwerte durch den Windkanal gezeigt werden. Auerdem wurden Sensitivitten des numerischen Simulationsprogramms STAR-CD hinsichtlich der gewhlten Netzauflsung und der Turbulenzmodellierung analysiert. Unter Verwendung numerischer Strmungssimulationen (CFD) wurden Einflsse der Auenformgestaltung auf den Giermomentbeiwert untersucht. Das Ziel war, die geometrischen nderungen an den sehr aufwendig vernetzten Simulationsmodellen mglichst effizient durchzufhren. Deshalb wurde zunchst ein Prozess entwickelt, der die Erstellung geometrisch modifizierter Modelle durch den Einsatz von Morphing-Technik beschleunigt. Hierzu wurde ein kommerzielles Werkzeug zur Verformung der Fahrzeugoberflche eingesetzt und danach das Volumennetz passend zu den Vorgaben auf der Oberflche verzerrt. Mit diesem Vorgehen wird der Zeitbedarf zum Aufbau von Netzen fr geometrische Varianten bei sehr guter Prognosegenauigkeit drastisch reduziert. Der Giermomentbeiwert konnte durch nderungen der Heckform mageblich beeinflusst werden. Die Auswirkungen von Formnderungen im Frontbereich fielen hingegen geringer aus. Die Untersuchungen zeigen, dass Modifikationen der Fahrzeugoberflche bei Seitenwind oft Kompensationseffekte zwischen Luv- und Leeseite verursachen, durch welche die Wirksamkeit der Manahmen reduziert wird.
Klappentext
Als Folge der Fahrzeugumströmung bei Seitenwind werden Fahrsicherheit und Fahrkomfort beeinflusst. Für die Seitenwindempfindlichkeit ist neben dem Seitenkraft-beiwert der Giermomentbeiwert als Störgröße der Fahrzeugdynamik besonders bedeutend. Die vorliegende Arbeit widmet sich deshalb der numerischen und experimentellen Untersuchung der Fahrzeugumströmung bei Seitenwind, um ein möglichst niedriges Giermoment zu erzielen. Da dieses maßgeblich durch die Fahrzeugaußenform bestimmt wird, deren Festlegung in der Frühphase der Pkw-Entwicklung erfolgt, fanden die Untersuchungen an charakteristischen Modellen dieser Entwicklungsphase statt. Zunächst wurden Fehlereinflüsse der verwendeten experimentellen und numerischen Methoden für die Anströmung bei Seitenwind bestimmt. Im Windkanal nimmt als Folge der Drehung des Fahrzeugmodells die Düsenversperrung zu. Hierdurch werden die gemessenen Kraftbeiwerte verfälscht. Durch die Simulation der Fahrzeugumströmung in der Windkanalgeometrie konnten Änderungen des statischen Drucks im Strömungsfeld sowie die Beeinflussung der Kraft- und Momentenbeiwerte durch den Windkanal gezeigt werden. Außerdem wurden Sensitivitäten des numerischen Simulationsprogramms STAR-CD® hinsichtlich der gewählten Netzauflösung und der Turbulenzmodellierung analysiert. Unter Verwendung numerischer Strömungssimulationen (CFD) wurden Einflüsse der Außenformgestaltung auf den Giermomentbeiwert untersucht. Das Ziel war, die geometrischen Änderungen an den sehr aufwendig vernetzten Simulationsmodellen möglichst effizient durchzuführen. Deshalb wurde zunächst ein Prozess entwickelt, der die Erstellung geometrisch modifizierter Modelle durch den Einsatz von Morphing-Technik beschleunigt. Hierzu wurde ein kommerzielles Werkzeug zur Verformung der Fahrzeugoberfläche eingesetzt und danach das Volumennetz passend zu den Vorgaben auf der Oberfläche verzerrt. Mit diesem Vorgehen wird der Zeitbedarf zum Aufbau von Netzen für geometrische Varianten bei sehr guter Prognosegenauigkeit drastisch reduziert. Der Giermomentbeiwert konnte durch Änderungen der Heckform maßgeblich beeinflusst werden. Die Auswirkungen von Formänderungen im Frontbereich fielen hingegen geringer aus. Die Untersuchungen zeigen, dass Modifikationen der Fahrzeugoberfläche bei Seitenwind oft Kompensationseffekte zwischen Luv- und Leeseite verursachen, durch welche die Wirksamkeit der Maßnahmen reduziert wird.