徐鵬 管榮強(qiáng) 李明月

摘 要

本文主要介紹了參加第十三屆Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽EV組競(jìng)技賽車的車身優(yōu)化方案。賽車在車架和車殼方面進(jìn)行了著重優(yōu)化設(shè)計(jì)。車架方面采用了鋁合金型材前二后一的設(shè)計(jì)，使用CATIA有限單元分析保證車架的強(qiáng)度。車架和車殼進(jìn)行CAE仿真測(cè)試，保證無干涉現(xiàn)象。在車殼方面使用Solidworks對(duì)車殼進(jìn)行流體分析，計(jì)算出空氣阻力系數(shù)，制造最小風(fēng)阻形狀。車殼的材質(zhì)采用翻模抽真空工藝制作碳釬維車殼，并對(duì)車殼進(jìn)行打孔設(shè)計(jì)輕量化車身，最終制作成車。

關(guān)鍵詞

Honda 節(jié)能競(jìng)技大賽;車身優(yōu)化;輕量化設(shè)計(jì);節(jié)能減排

中圖分類號(hào)： U462 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.021

1 車架優(yōu)化方案

Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽EV組委會(huì)規(guī)定參賽車輛必須由三輪或三輪以上構(gòu)成，同時(shí)保證車輛能夠自主站立。在規(guī)則的前提下最終采用了前二后一式的基本結(jié)構(gòu)如圖1，原因是可以讓賽車在提供足夠的彎道抓地力的同時(shí)大幅度減小因?yàn)檩喬ソ佑|地面產(chǎn)生的阻力（摩擦力）。在驅(qū)動(dòng)問題上選擇采用后輪驅(qū)動(dòng)方式。可以避免前輪安裝差速器等裝置，減少材料的需求可以降低整車質(zhì)量，同時(shí)也可以減輕設(shè)計(jì)工作量。

為了進(jìn)一步的減輕賽車的整體質(zhì)量，在保證車架的強(qiáng)度和剛度的前提下選擇了鋁合金型材作為車架的原材料。同時(shí)在確定比賽場(chǎng)地的前提下（廣東國(guó)際賽車廠）減去后輪減震、后輪懸掛、后輪車架等裝置。最后形成參賽賽車的車架（如圖2） 。賽車數(shù)據(jù)如表1。

車架的重點(diǎn)在于輕量化的設(shè)計(jì)，目的是為了降低車身質(zhì)量、節(jié)能減排。但同時(shí)也要考慮車身的剛度要求。由于賽車的形式條件是在廣東國(guó)際賽車場(chǎng)，是極為理想的行駛條件，所以就可以省去運(yùn)動(dòng)載荷分析。只使用CATIA對(duì)車身進(jìn)行駕駛員駕駛時(shí)靜止載荷有限單元分析（如圖3）即可。

2 車殼優(yōu)化方案

EV節(jié)能車在行駛的過程中將會(huì)產(chǎn)生較大的空氣阻力，為了降低空氣阻力帶來的電力消耗，經(jīng)討論決定后采用流線型（水滴型）車身。在設(shè)計(jì)過程中采用了CATIA曲面模塊對(duì)車殼進(jìn)行了3D建模。

初步的3D建模后按照比賽要求對(duì)車殼的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，EV節(jié)能車車殼的尺寸（如表1）符合大賽要求，同時(shí)根據(jù)尺寸矯正駕駛員視野范圍為120°滿足大賽最要求90°，并用Solidworks對(duì)車殼進(jìn)行流體分析，計(jì)算風(fēng)阻系數(shù)，計(jì)算得出風(fēng)阻系數(shù)為Cd。

數(shù)據(jù)矯正合格后，下一步在CATIA中模擬車身和車殼的總裝配。用CAE進(jìn)行仿真測(cè)試確定車殼和車身是否存在重疊、摩擦等干涉現(xiàn)象、車殼是否干涉車輪大運(yùn)動(dòng)空間以及車殼是否符合運(yùn)動(dòng)需求。在第一次模擬中出現(xiàn)了干涉車輪運(yùn)動(dòng)空間的問題。在解決問題后，重新進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)符合了需求。

在車殼的材料上選擇了碳釬維，碳釬維是由碳元素組成的一種特種纖維。外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強(qiáng)度和模量。碳纖維的密度小，因此比強(qiáng)度和比模量高，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。

制作車殼的過程共分為兩部：制作模具和翻模。

制作模具，首先選取KT板材，將8層KT板材用噴膠鏈接。用熱切鋸將車殼的大致外形切割出來做成初始模具，多次打磨后，再用原子灰將表面不平整的地方進(jìn)行填平，再次打磨。當(dāng)打磨到光滑的比雞蛋表面還光滑的時(shí)候，在進(jìn)行下一道工序，打蠟、拋光，這樣可以為之后的脫殼打下基礎(chǔ)。將抹好蠟的泡沫模型放在平木板上。將乙烯基酯樹脂，樹脂百分之一的固化劑，以及樹脂百分之二的催化劑進(jìn)行混合調(diào)制。在將多層玻璃布鋪到打磨好的泡沫模型表面，倒入混合樹脂，滲透到玻璃布中，不斷進(jìn)行搟平，將氣泡撫平。待凝固后，放到陽光下暴曬至表面堅(jiān)硬。

翻模，首先在模具內(nèi)表面涂蠟，以便于翻模完成后車殼的取出，之后放入第一層玻璃纖維布并使用噴膠貼緊模具內(nèi)表面，之后放入強(qiáng)芯氈與玻璃纖維布貼緊，下一步放入碳纖維布與玻璃纖維貼緊，之后再次放入玻璃纖維布貼緊碳纖維布，完成后使用噴膠把多條長(zhǎng)條形引流網(wǎng)粘在玻璃纖維布表面。磨具中倒入按比例配好的乙烯基酯樹脂浸濕模具內(nèi)所有材料并使用工具使樹脂液均勻分布。完成后使用小型泵對(duì)模具內(nèi)樹脂抽真空處理。待抽真空完成，確定車殼干燥，堅(jiān)硬后，將車殼取下;使用氣動(dòng)角磨機(jī)把多余的地方切除，后使用原子灰將坑洼的地方填平并打磨至光滑。

成型的外殼還需進(jìn)行減重處理，在保證車殼的強(qiáng)度和剛度的情況行進(jìn)行了打孔處理。最后一步進(jìn)行了外觀處理，最終成型。

3 總結(jié)

本文所述賽車經(jīng)車身優(yōu)化后參加了2019年第十三屆Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽EV組競(jìng)技。賽車在比賽中有效行駛?cè)?shù)5，有效行駛距離13122m，有效平均速度28.38Km/h。最終成績(jī)?yōu)?019年第十三屆Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽EV組正賽（學(xué)校組）第三名。經(jīng)驗(yàn)證，本文所述車身優(yōu)化方案具有可行性。

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