徐鵬 管榮強 李明月

摘 要

本文主要介紹了參加第十三屆Honda中國節(jié)能競技大賽EV組競技賽車的車身優(yōu)化方案。賽車在車架和車殼方面進行了著重優(yōu)化設(shè)計。車架方面采用了鋁合金型材前二后一的設(shè)計，使用CATIA有限單元分析保證車架的強度。車架和車殼進行CAE仿真測試，保證無干涉現(xiàn)象。在車殼方面使用Solidworks對車殼進行流體分析，計算出空氣阻力系數(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，并對車殼進行打孔設(shè)計輕量化車身，最終制作成車。

關(guān)鍵詞

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

中圖分類號： U462 ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.021

1 車架優(yōu)化方案

Honda中國節(jié)能競技大賽EV組委會規(guī)定參賽車輛必須由三輪或三輪以上構(gòu)成，同時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大幅度減小因為輪胎接觸地面產(chǎn)生的阻力（摩擦力）。在驅(qū)動問題上選擇采用后輪驅(qū)動方式?？梢员苊馇拜啺惭b差速器等裝置，減少材料的需求可以降低整車質(zhì)量，同時也可以減輕設(shè)計工作量。

為了進一步的減輕賽車的整體質(zhì)量，在保證車架的強度和剛度的前提下選擇了鋁合金型材作為車架的原材料。同時在確定比賽場地的前提下（廣東國際賽車廠）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。

車架的重點在于輕量化的設(shè)計，目的是為了降低車身質(zhì)量、節(jié)能減排。但同時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際賽車場，是極為理想的行駛條件，所以就可以省去運動載荷分析。只使用CATIA對車身進行駕駛員駕駛時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)計過程中采用了CATIA曲面模塊對車殼進行了3D建模。

初步的3D建模后按照比賽要求對車殼的數(shù)據(jù)進行檢驗，EV節(jié)能車車殼的尺寸（如表1）符合大賽要求，同時根據(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對車殼進行流體分析，計算風(fēng)阻系數(shù)，計算得出風(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進行仿真測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動空間以及車殼是否符合運動需求。在第一次模擬中出現(xiàn)了干涉車輪運動空間的問題。在解決問題后，重新進行模擬，設(shè)計符合了需求。

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度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高，其比強度及比模量在現(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候，在進行下一道工序，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，不斷進行搟平，將氣泡撫平。待凝固后，放到陽光下暴曬至表面堅硬。

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模具內(nèi)樹脂抽真空處理。待抽真空完成，確定車殼干燥，堅硬后，將車殼取下;使用氣動角磨機把多余的地方切除，后使用原子灰將坑洼的地方填平并打磨至光滑。

成型的外殼還需進行減重處理，在保證車殼的強度和剛度的情況行進行了打孔處理。最后一步進行了外觀處理，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中國節(jié)能競技大賽EV組競技。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?yōu)?019年第十三屆Honda中國節(jié)能競技大賽EV組正賽（學(xué)校組）第三名。經(jīng)驗證，本文所述車身優(yōu)化方案具有可行性。

參考文獻

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