徐鹏 管荣强 李明月

摘 要

本文主要介绍了参加第十三届Honda中国节能竞技大赛EV组竞技赛车的车身优化方案。赛车在车架和车壳方面进行了着重优化设计。车架方面采用了铝合金型材前二后一的设计，使用CATIA有限单元分析保证车架的强度。车架和车壳进行CAE仿真测试，保证无干涉现象。在车壳方面使用Solidworks对车壳进行流体分析，计算出空气阻力系数，制造最小风阻形状。车壳的材质采用翻模抽真空工艺制作碳钎维车壳，并对车壳进行打孔设计轻量化车身，最终制作成车。

关键词

Honda 节能竞技大赛;车身优化;轻量化设计;节能减排

中图分类号： U462         文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.021

1 车架优化方案

Honda中国节能竞技大赛EV组委会规定参赛车辆必须由三轮或三轮以上构成，同时保证车辆能够自主站立。在规则的前提下最终采用了前二后一式的基本结构如图1，原因是可以让赛车在提供足够的弯道抓地力的同时大幅度减小因为轮胎接触地面产生的阻力（摩擦力）。在驱动问题上选择采用后轮驱动方式。可以避免前轮安装差速器等装置，减少材料的需求可以降低整车质量，同时也可以减轻设计工作量。

为了进一步的减轻赛车的整体质量，在保证车架的强度和刚度的前提下选择了铝合金型材作为车架的原材料。同时在确定比赛场地的前提下（广东国际赛车厂）减去后轮减震、后轮悬挂、后轮车架等装置。最后形成参赛赛车的车架（如图2） 。赛车数据如表1。

车架的重点在于轻量化的设计，目的是为了降低车身质量、节能减排。但同时也要考虑车身的刚度要求。由于赛车的形式条件是在广东国际赛车场，是极为理想的行驶条件，所以就可以省去运动载荷分析。只使用CATIA对车身进行驾驶员驾驶时静止载荷有限单元分析（如图3）即可。

2 车壳优化方案

EV节能车在行驶的过程中将会产生较大的空气阻力，为了降低空气阻力带来的电力消耗，经讨论决定后采用流线型（水滴型）车身。在设计过程中采用了CATIA曲面模块对车壳进行了3D建模。

初步的3D建模后按照比赛要求对车壳的数据进行检验，EV节能车车壳的尺寸（如表1）符合大赛要求，同时根据尺寸矫正驾驶员视野范围为120°满足大赛最要求90°，并用Solidworks对车壳进行流体分析，计算风阻系数，计算得出风阻系数为Cd。

数据矫正合格后，下一步在CATIA中模拟车身和车壳的总装配。用CAE进行仿真测试确定车壳和车身是否存在重叠、摩擦等干涉现象、车壳是否干涉车轮大运动空间以及车壳是否符合运动需求。在第一次模拟中出现了干涉车轮运动空间的问题。在解决问题后，重新进行模拟，设计符合了需求。

在车壳的材料上选择了碳钎维，碳钎维是由碳元素组成的一种特种纤维。外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

制作车壳的过程共分为两部：制作模具和翻模。

制作模具，首先选取KT板材，将8层KT板材用喷胶链接。用热切锯将车壳的大致外形切割出来做成初始模具，多次打磨后，再用原子灰将表面不平整的地方进行填平，再次打磨。当打磨到光滑的比鸡蛋表面还光滑的时候，在进行下一道工序，打蜡、抛光，这样可以为之后的脱壳打下基础。将抹好蜡的泡沫模型放在平木板上。将乙烯基酯树脂，树脂百分之一的固化剂，以及树脂百分之二的催化剂进行混合调制。在将多层玻璃布铺到打磨好的泡沫模型表面，倒入混合树脂，渗透到玻璃布中，不断进行擀平，将气泡抚平。待凝固后，放到阳光下暴晒至表面坚硬。

翻模，首先在模具内表面涂蜡，以便于翻模完成后车壳的取出，之后放入第一层玻璃纤维布并使用喷胶贴紧模具内表面，之后放入强芯毡与玻璃纤维布贴紧，下一步放入碳纤维布与玻璃纤维贴紧，之后再次放入玻璃纤维布贴紧碳纤维布，完成后使用喷胶把多条长条形引流网粘在玻璃纤维布表面。磨具中倒入按比例配好的乙烯基酯树脂浸湿模具内所有材料并使用工具使树脂液均匀分布。完成后使用小型泵对模具内树脂抽真空处理。待抽真空完成，确定车壳干燥，坚硬后，将车壳取下;使用气动角磨机把多余的地方切除，后使用原子灰将坑洼的地方填平并打磨至光滑。

成型的外壳还需进行减重处理，在保证车壳的强度和刚度的情况行进行了打孔处理。最后一步进行了外观处理，最终成型。

3 总结

本文所述赛车经车身优化后参加了2019年第十三届Honda中国节能竞技大赛EV组竞技。赛车在比赛中有效行驶圈数5，有效行驶距离13122m，有效平均速度28.38Km/h。最终成绩为2019年第十三届Honda中国节能竞技大赛EV组正赛（学校组）第三名。经验证，本文所述车身优化方案具有可行性。

参考文獻

[1]刘章棋.伏龙虎.陈元富.本田节能竞技大赛燃油技能车优化设计[J].汽车实用技术，2019.07.30.

[2]党喜国.孔超.本田节能车智能信息采集系统[J].汽车零部件，2019.07.28.

[3]吴鲁宁，程显明.基于Pro/E Manikin的本田节能车人机工程学仿真分析[J].农业装备与车辆.

[4]郭引弟.节能竞赛型电动车结构设计与性能分析[J].科技资讯，2017.11.03.