Passenger vehicle tyre aerodynamics
Doktorsavhandling, 2024
Full-scale wind tunnel tests are compared to simulations with an open road domain and with a domain containing a detailed model of the wind tunnel. Including the wind tunnel improves the prediction of both absolute drag values and the drag delta between configurations. The importance of considering the parasitic lift acting on the wheel drive units (WDUs) of the wind tunnel is also evaluated. Although the parasitic lift reduces for smaller belts, it is shown that leakage flows from the gaps around the WDUs can interfere with the flow around the wheels if the belts are too narrow. Finally, the velocity dependency of the drag coefficient, C_D, is studied. With rotating wheels, C_D reduces for increased speeds, whereas it is constant with stationary wheels. It is shown that the drag reduction likely occurs locally at the wheels and that the separations at the outer tyre shoulders of the front wheels are one of the main factors.
In the second part of the thesis, the effects of various geometrical tyre features and their impact on the total drag and flow field around the vehicle are considered. Using full-scale wind tunnel tests with the DrivAer model and a production vehicle, the influence of the tyre tread patterns is studied for two rim configurations. Adding rain grooves consistently reduces the drag whereas the trend is less clear for lateral grooves due to a stronger rim and vehicle dependency. A tyre profile with a narrower sidewall generally reduces drag. With a protruding rim protector, a large drag increase is found when combined with an open rim. Generally, the largest variations between the tyres are observed around the unshielded parts of the wheels, next to the ground.
CFD
wheels
tyres
wind tunnel
aerodynamics
drag
Författare
Erik Josefsson
Chalmers, Mekanik och maritima vetenskaper, Fordonsteknik och autonoma system
Evaluation of wind tunnel interference on numerical prediction of wheel aerodynamics
Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,;Vol. 224(2022)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Investigation of Tyre Pattern Effect on the Aerodynamics of a Passenger Vehicle
Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME,;Vol. 144(2022)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Influence of Wheel Drive Unit Belt Width on the Aerodynamics of Passenger Vehicles
SAE Technical Papers,;(2023)
Paper i proceeding
Characterisation of the flow around passenger vehicle wheels with varying tyre profiles
International Journal of Heat and Fluid Flow,;Vol. 103(2023)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Investigation of tyre rim protectors on the aerodynamics of a passenger vehicle
Experiments in Fluids,;Vol. 65(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Wheel Drive Unit Lift Corrections in Automotive Wind Tunnels
SAE Technical Papers,;(2024)
Paper i proceeding
Influence of rotating wheels on Reynolds number sensitivity of passenger vehicle drag
Physics of Fluids,;Vol. 36(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
För att bestämma en bils luftmotstånd används vindtunnlar och datorsimuleringar. Ofta används vindtunnelexperiment för att utveckla och validera simuleringarna. Det är då viktigt att förstå hur respektive metod påverkar resultaten för att kunna jämföra dem med varandra.
Denna avhandling undersöker hur däcken påverkar luftflödet runt personbilar. Genom att jämföra vindtunnelprov och simuleringar visas att vindtunnelgeometrin kan påverka flödet kring hjulen och att simuleringarnas precision kan förbättras genom att inkludera vindtunneln i dem. Vidare undersöks hur bältena som roterar hjulen i vindtunneln påverkar de aerodynamiska krafterna samt hur roterande hjul bidrar till att luftmotståndskoefficienten varierar med fordonets fart. Slutligen undersöks hur olika däckmönster och profiler påverkar flödet.
De resultat som presenteras i denna avhandling kan hjälpa ingenjörer att utveckla metoderna som används för att utvärdera fordons aerodynamiska prestanda samt bidra till att utforma riktlinjer för design av däck med lägre luftmotstånd.
Ökad noggrannhet på däckmodellering för att stödja utvecklingen av energieffektiva fordon
Energimyndigheten (2019-013226), 2019-11-05 -- 2023-12-31.
Styrkeområden
Transport
Ämneskategorier
Farkostteknik
Strömningsmekanik och akustik
ISBN
978-91-8103-068-6
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5526
Utgivare
Chalmers