汽车工业的迅猛发展,在给人们带来生活便利的同时,也导致了交通拥堵、能源短缺、环境污染等一系列问题;科学技术的进步,使车联网成为了国际智能交通领域的新热点,引领了智能交通发展的方向,这也促使人—车—路—环境系统向信息化、智能化、环保化方向发展。相关研究表明,采用队列行驶模式不仅可以大大提高道路通行能力,减少交通事故的发生,还能减少燃油消耗和尾气排放,在提高道路交通安全水平的同时带来了节能环保效益。因此,本文采用数值模拟方法对车联网环境下乘用车节能队列进行了深入研究。本文以车联网环境为研究背景,采用队列行驶模式对乘用车进行节能研究,研究采用Driv Aer汽车模型进行空气动力特性分析,该模型不同于高度简化的Ahmed模型和SAE模型,使得试验结果更接近实际情况。选用XFlow软件进行数值模拟仿真试验,从空间离散方式、湍流模型选择和数值算法选择三个层面对该CFD仿真软件的主要特点进行了阐述,从介观动理学模型、格子玻尔兹曼方法和大涡模拟法对其基本理论基础进行了介绍。本文假设在车联网环境下进行理想的试验研究,即车间有良好的通讯且忽略车辆操作延误等因素干扰,首先研究汽车外形对队列行驶的影响,因为道路上行驶的汽车种类繁多,车身形状各不相同,所以选取三种比较有代表性的车身外形:直背式、阶背式、快背式Driv Aer汽车模型进行试验研究,所选择的三种Driv Aer模型除尾部形状结构不同外,前端几何形状完全相同。试验分别针对单车、两车队列进行仿真,通过对单车和两车队列速度场、压力场的比较分析,揭示了汽车队列行驶的减阻机理。研究结果表明,三种汽车模型队列行驶时的尾流场并不相同,但队列行驶的减阻机理是一致的:队列行驶时前车尾部的涡流与后车流场之间相互影响,后车流场的存在使前车的尾涡区域稍有减小,前车流场的“屏蔽”作用使后车头部正压区明显减小,使后车的尾涡强度降低,所以队列行驶两车的气动阻力都减小。在此研究的基础上选用阶背式Driv Aer汽车模型研究车间距对队列行驶的影响,设定仿真速度恒为22m/s,在0L~3L(L:车身长度)之间选取11种车间距,针对两车、三车队列进行数值仿真试验,并对0.5L、1L、3L三种车间距下的两车、三车队列汽车外流场速度场和压力场分别进行了分析,得到了两车、三车队列气动阻力与车间距的关系曲线和节油率与车间距的关系曲线。本文选用阶背式Driv Aer汽车模型进一步研究车速对队列行驶的影响,设定车间距为1L,采用两车队列在60km/h~120km/h之间选取了7种车速进行数值仿真试验,并对16m/s、22m/s和34m/s三种车速下的单车和两车队列的压力场进行了分析,得到了节油率随车速变化的关系曲线。本文研究为车联网环境下汽车队列行驶提供了理论依据,为以后的相关研究工作提供了方法基础。