节能车车身优化设计

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【摘 要】本文以Honda中国节能车竞技大赛为背景，在满足大赛方规则的前提下，对车身进行综合分析和优化，从车身选材，迎风面积，风阻系数入手。通过模拟风洞试验，确定其模型形状及尺寸。来配合其他部分已达到整车性能的全面提高。

【关键词】节能车；车身；优化

【Abstract】This text is on the background of China`ECO-CAR Racing， On the premise of the racing`rule， to analysis and optimize the body from the material， frontal area drag coefficient. By simulation the wind tunnel experiment to ensure the shape and size of the model and improve the vehicle performance by cooperate other parts.

【Key words】Fuel-efficient cars； Bodywork； Optimization

1 项目背景

节能竞技大赛，是使用Honda低油耗摩托车的4冲程发动机，选手们根据自己的想法动手设计、制作赛车，创造出表达环保主题的车身，限用1升汽油行驶更远的距离，并最大限度地降低废气排放，是挑战节能极限的一项竞技赛事。人们不仅可以感受到“创造”与“交流”的乐趣，同时还可以体会到“低油耗，少减排就是环保”。

我校于2010年开始参加节能车大赛以来，成绩保持良好，特别是2012年第六届大赛上以635.226km/L的成绩力压众多高校获得全国第三。车身的方式也由半包式逐渐发展到全包式，各项参数指标稳步提升。

2 提升车身性能的思路

顾名思义节能车大赛无非是节能环保，要做到节能就必须降低油耗，所以车身的质量和风阻系数就尤为重要。既要质量轻又要满足刚度和强度的需求又要有可塑性，这样的车身材料就是我们节能车车身的首选。在材料满足的条件下要做的就是设计出拥有完美曲线的车身形状。

3 优化车身要进行的工作

3.1 确定制作基本流程

1：打印1：1图纸

2：切割相应的木板

3：按序号连接木板构建空间框架

4：通过AB胶及石膏将与木板相互位置固定

5：用部分泡沫填充空间框架

6：在泡沫的表面添加石膏，用石膏来塑性

7：制作并打磨石膏车身曲面

8：在打磨好的车身曲面上涂腻子粉，原子灰和脱模蜡

9：在石膏模型表面铺玻璃钢

10：将制作处理好的玻璃钢内表面整理清洁

11：在玻璃钢车身的内表面涂抹原子灰，脱模蜡

12：用真空灌注的方法在玻璃钢的内表面铺碳纤维

13：对碳纤维表面进行打磨，开窗户

14：对有机玻璃进行软化处理，制作满足形状要求的窗户

15：碳纤维车身表面喷漆

16：制作车身内部相关内饰

3.2 确定车身形态

车身形态分为半包式和全包式，其中全包式制作较为复杂，但整体效果突出车身形式选用方面主要由风阻系数Cd和迎风面积A决定。资料显示，Cd*A每减小1%，油耗降低0.7%；车重每减小1%，油耗可降0.7%。

3.3 确定车身外形

研究表明，当一辆轿车以80km/h的时速前进时，有60%的耗油是用来克服风阻的。在时速200km/h以上时，空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。即使风阻系数只相差0.01，也会给油耗带来明显的变化。而一旦风阻系数降低10%，那么燃油的消耗量至少可以节省7%。

3.4 确定车身材料

根据经验积累和参数对比，我们选出最适合制作节能车车身的材料――碳纤维。碳纤维作为21世纪最高端的新型可塑性材料官费的应用在航空航天以及新能源领域，下面就对碳纤维材料进行全方面分析。

碳纤维的特性

碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点，归纳如下：

（1）轻质、高强度、高模量

碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2GPa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。

（2）热膨胀系数小

绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10 -6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。

（3）导热性好

通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。

（4）耐化学腐蚀性好

从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。

（5）耐磨性好

碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。

（6）耐高温性能好

碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。

（7）突出的阻尼与优良的透声纳

利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。

（8）高X射线透射率

发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。

（9）疲劳强度高

碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。

3.5 制作模型

我们的车身要保证外形尺寸的一致性，因此对模型的要求非常苛刻，在做模型之前一定要确定拔模角度。首先要用石膏制作出和所建模型一直的石膏凸模，再在凸模的基础上用玻璃纤维做出凹模。

模型的好坏直接影响到车身的成败，如果模型制作不仔细，那么整个车身的制作都会前功尽弃。

3.6 车身制作

当凹模做完之后，模型制作就基本完成了，接下来就是制作碳纤维车身了。

首先要在模型上均匀的涂抹一层脱模剂，然后把碳纤维布扑在模型上，接着涂刷或浇注调好比例的环氧树脂（树脂与固化剂的质量比例为100：30），然后将制作好的真空袋密封在凹模上，注意一定要密封，排好真空管连接真空泵，最后打开真空泵电源进行“抽脂”行动，待树脂半固化状态就可以关掉电源静等20小时后就可以脱模了，脱模后再进行修整，车身雏形就完成了。

3.7 开窗

节能车内部空间较小，视野对于车手非常重要，可以说车窗是为车手量身定制的，确定其大小的时候要车身坐在车里，满足车手的最大视野画出边界，然后进行优化。

3.8 喷漆

喷漆是画龙点睛的一步，吸不吸引眼球就看喷漆了，车身的脸面全由这一步体现。

4 展望

我希望在技术条件允许的情况下将车身做成单体壳式，车身和车架一体，这样就避免了配合误差的问题，还可以将上车身做成“剪刀门”的形式，让车手能自己轻松进出。

【参考文献】

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