汽车气动升力与速度的平方成正比,车速70 km/h后,车身所受气动升力急速增大,引起的车辆动力系统稳定性影响增益明显,如部分车型高速“发飘”,驾驶员失去路面感,甚至严重时车辆失控,进而导致交通事故。因此探究气动升力对车辆高速行驶气动稳定性的影响日益成为汽车空气动力学研究的热点问题。然而当前诸多研究基本是在汽车空气动力学范畴内采用附加装置进行的气动升力优化控制,并不能真实反映气动升力对车辆行驶时动力学系统的响应。针对以上问题,本文以某款实际在用车型为研究对象,构建了整车系统动力学计算模型,在风洞实验验证基础上,开展高速行驶状态的多工况计算,以侧向位移、侧向加速度、横摆角速度三个车身动态参数为稳定性响应评价参数,开展了考虑前后两轴气动升力条件下的车辆系统动力学研究,构建了气动升力与车身动态参数影响模型,进而建立了行驶气动稳定性临界模型。最后基于以上研究,为提高行驶气动稳定性,针对实际车型,应用多岛遗传算法,对气动升力有重要影响的尾翼,进行了结构优化设计。研究建立的模型、方法和理论对提高汽车车身设计水平具有重要的指导意义及工程应用价值。具体研究内容如下:1.为分析某款实际车型气动升力特性,建立了空气动力学仿真试验模型,开展了 HD-2风洞模型试验研究,验证了数值仿真方案和结果的可靠性。2.采用悬架硬点三维坐标及汽车整车参数,建立了对应的系统动力学模型,应用受力点力系作用反馈法,验证模型的灵敏性和鲁棒性。3.为实现对气动升力影响下的车辆动力学系统稳定性影响的研究,利用建立的系统动力学模型,分别开展了稳态回转、变道、紧急避障三种工况仿真,通过对车身侧向位移、侧向加速度及横摆角速度三个指标进行量化分析,对有无气动升力、不同车速下的气动升力、分轴升力分解三种情况下的车辆行驶气动稳定性进行了研究。发现加载气动升力后,车辆在稳态回转工况下的最大侧向加速度降低了 6%,最大横摆角速度降低了 4%,同时车辆转弯半径变大,操控性变差,稳定性变差。4.针对侧滑、侧翻、俯仰三种常见的失稳形式,研究了气动升力对车辆在失稳临界状态时的受力响应规律,构建了相应的临界状态力学模型,进而应用临界失稳力学模型开展了车辆高速行驶气动稳定性的分析。5.为防止因气动升力过大引起的高速失稳,以提高高速稳定性为目标,应用临界模型构建了优化策略,以减小车辆所受气动升力为优化目标,通过尾部尾翼的附加装置,对车辆气动稳定性进行优化控制。优化中,采用参数化建模与试验设计,开展了尾翼外形参数交互影响分析,最后获得最佳尾翼攻角角度为25°,尾翼长度为80 mm时,车辆侧向加速度最大值提高了 0.083 g,横摆角速度最大值提高了1.25°/s,实现了高速稳定性的显著改善。