Aerodynamics of commercial vehicles under cross-wind conditions: a CFD study at tunnel exits

Safety is a fundamental concern in the transportation of ground vehicles, particularly under challenging environmental conditions. Strong crosswinds can be particularly haz- ardous, posing significant risks for drivers, especially those with less experience. This issue is critical for trucks as for passenger vehicles, as their stability can be compro- mised by aerodynamic forces, leading to potential safety problems, such as loss of vehicle control, sliding, and, in extreme cases, especially for trucks, overturning. The aim of this work is to examine the primary aerodynamic loads acting on three different types of cars: Estate, Fastback and Notchback. The study focuses on the maneuver of exiting a tunnel under strong lateral winds. Through dynamic CFD simulations, the transient evolution of these forces is analyzed under specific operating conditions, with the ultimate goal of developing a general method to predict the aerodynamic load profile for different types of vehicle. These insights are obtained through a full aerodynamic characterization of the vehicle using steady-state CFD simulations, along with precise tuning of the key parameters for dynamic simulations. Several experiments are conducted to assess the vehicle’s behavior when subjected to the aerodynamic loads derived from CFD simulations. The outcomes are then analyzed in or- der to identify the most critical safety aspects associated with the maneuver being studied.

La sicurezza è una questione fondamentale nel trasporto dei veicoli, specialmente in con- dizioni ambientali difficili. I forti venti laterali possono essere particolarmente pericolosi, creando rischi significativi per i conducenti, soprattutto per quelli con meno esperienza. Questo problema è critico sia per i camion che per le auto, poiché la loro stabilità può es- sere compromessa dalle forze aerodinamiche, portando a potenziali problemi di sicurezza, quali per esempio la perdita di controllo del veicolo, lo sbandamento e, in casi estremi e in particolare per i camion, il ribaltamento. L’obiettivo di questo lavoro è esaminare i principali carichi aerodinamici che agiscono su tre diversi tipi di veicoli: Estate, Fastback e Notchback. Lo studio si concentra sulla manovra di uscita da un tunnel in presenza di forti venti laterali. Attraverso simulazioni CFD dinamiche, viene analizzata l’evoluzione temporanea di queste forze in condizioni operative specifiche, con l’obiettivo finale di sviluppare un metodo generale per prevedere il profilo di carico aerodinamico per diversi tipi di veicoli. Queste informazioni sono ottenute tramite una caratterizzazione aerodinamica completa del veicolo utilizzando simulazioni CFD in regime stazionario, insieme a una precisa regolazione dei parametri chiave per le simulazioni dinamiche. Vengono condotti diversi esperimenti per valutare il comportamento del veicolo quando è soggetto ai carichi aerodinamici derivanti dalle simulazioni CFD. I risultati vengono poi analizzati per identificare gli aspetti di sicurezza più critici associati alla manovra studiata.