基于空气动力学的电动汽车造型设计.pdf

总第 1 5 4期 2 0 1 6年第 2期 机 械管理 开发 M ECH ANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVEL0PMENT 机械 分析 与 设计 T o t a l o f 1 5 4 No ． 2 2 0 1 6 基于空气动力学的电动汽车造型设计 单 承标 中国第一汽车股份有限公 司青岛汽车研究所 ，山东 青岛2 6 6 0 0 0 摘要 本文对基于空气动力学的电动汽车造型i i -l- 4 -i- 了讨论，对电动汽车的发展和普及起到一定 的促进 作 用 。 关 键词 电动 汽 车 ；造型设 计 ；空气动 力 学 中图分 类 号 U 4 6 9 ． 7 2 文 献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 6 0 2 ． 0 0 4 6 ． 0 3 DoI 1 0 ．1 6 5 2 5 ／ j ． c n k i ． c n1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 01 6 1 电动汽车车身造型特点 电动汽车是未来汽车发展的主要方 向之一 ， 目 前 ， 电动汽车的发展才刚刚起步 ， 而电动汽车车身造 型的设计 师大部 分参与过 传统汽 车造型 的设 汁工 作 。因此 ， 汽车造型的特点及发展趋势 ， 将会对 电动 汽车造型发展的趋势产生极 大的影响 ， 但是 电动 汽 车由于本身结构特点的限制 ， 与传统汽车 的特点存 在一定的差异 ， 这些特点对 于 电动汽车 的造 型设计 非常重要 ， 下面进行 了详细的分析n ] 。 1 ． 1 结构 和空 问布局 不同 相对于传统汽车 ， 电动汽车在结构方 面的最 大 差异是驱动方式的差 异 ， 传统汽车依靠汽油 机和柴 油机燃烧花式燃料产生能量 ， 然后通过离合器 、 变速 器 以及传动装置传递能量 ， 实现汽车的行驶 ， 而电动 汽车则依靠 电池进行 能量 的储存和供给 ， 通过将 电 池储存的能量传递给 电机 ， 实 现对汽车的驱动 。因 此 ， 电动汽车上减少了体积庞大的机械师传统系统 ， 而由体积更小 的电动机 取代传统 汽车发 动机 占据 的空 间。因此 ， 相对于传统汽车来说 ， 电动汽车的前 悬距离大大缩短 ， 前 围到挡风玻璃 的车头部 分也有 一 定 的缩短 ， 车身 比例更加协调， 同时能够省略传统 汽车进气格栅结构 ， 只需对前悬结构进行包 覆为设 计 师留下了更大的创作空间。 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 2 0 作者 简 介 单 承标 1 9 8 1 一 男 ，山 东泰 安 人 ，本 科 ， 中级 工程 师 ，研 究方 向 新 能 源汽 车开发 。 1 ． 2 集成化 集成化 是 电动 汽 车 技术 发 展 的 主要 方 向之 一 ，通过线 控技 术 的应 用能 够使 电动 汽车 底 盘传 动 系统 的结 构极 大简 化 ， 提 高 电动汽 车 的空 间利 用效率 ， 底盘平 整度提高 ， 也为 电动 汽车 的造 型设 计 留下 了更大的 自由度 。线控 电子技术还能 实现 对 电动汽 车各种 电 子系统 的电子 控制 ， 通 过设 计‘ 出类似软件 接 口的扩 展插 口， 即可实 现车 身 与底 盘 的连接 ， 减少传统 机械控制 系统对空 间 的占用 ， 同时还使车 身 与底盘 的设 计 融合度 提 高 ， 实现 两 者 的模块化拼接 ， 提高车身造型设计的 自由度 。 1 ． 3 智能化 智能化 同样也是未来 电动汽 车发展 的主要方 向之一 ， 从 家喻 户晓 的 E B D、 E S P等 ， 再到逐 渐普 及 的智能泊车系统 、 只能制动 系统等 ， 在提 高汽车 安全性方面发挥 了重要作 用L 2 ] 。电动汽车智 能化 的持续 发 展 ， 将 不 断 降低 交 通 事 故 发 生 的概 率 。 现在 的汽 车造 型设 计 中， 包 含 了大量 被 动 的安全 性设 计 ， 包括 前后 防撞 钢梁 以及 车 身前后 端 预 留 的缓 冲区域 等。而随 着智 能行 车 系统 的 发展 ， 这 些被 动安 全设 计 可 以逐 渐 减少 ， 这 对车 身 的整体 造 型必然会 产 生较 大程 度 的影 响 ， 也 为 电动 汽 车 的造 型设计提供 了更大 的发挥空间 。 2 电动汽车的空气 动力学设计 对电动汽车来 说 ， 良好 的空 气 动力 学性 能 能 够提高电动 汽车 的操 控性 能 和谐有 效 果 ， 并且 能 够使 电动汽车获得更 好的续航能 力 ， 因此 ， 电动汽 2 0 1 6年第 2期 单承标 基于空气动力学的 电动汽车造型设 计 车的空气动力学设计非常重要 。 2 ． 1 电动汽车空气动力学设计原则 虽然 电动汽车 的造型在未来 必然 会呈现 出多 样化 的发展趋势 ， 但是从 空气 动力学 的角度来 看 ， 仍然需要遵循 以下 几方面 的原则 1 车身 的简洁性 ， 这一 原则 主要 是要 求减 少 车身表面的凸起物 、 减少不 必要 的进 气 口， 确保 车 身的整体性 ， 避免 凸起物 和进气 口增 加空气 阻力 ， 保证气流通过车身受到 的阻力尽量要小 。 2 流线 型车身 ， 该原 则是要 求气 流 在流 过车 身时 ， 尽 量 避 免 出现 分 离 现 象 ， 图 1给 出 的大 众 XL 1概念车就属于典型 的流线型外观 。 图 1 大 众 L1 CD 0 ． 1 8 6 2 ． 2 电动 汽车空气动力学设计 针对电动汽 车造 型 的空 气 动力 学 设 计 ， 需 要 注意以下几个方面的问题 1 车头高度设计 。电动汽车车头 的高度将 会 直接影 响到整车 的启动 阻力 系数 C 。 。通常 ， 车身 启动 阻力系数与车头 高度成 正 比。对于传 统汽 车 来说 ， 由于发 动机舱 内部结 构 的特殊 性 ， 车头 高度 必然会达 到一定 的值 ， 而 电动 汽车 由 于省 略 了发 动机舱 ， 因此 ， 车 头高 度能 够得 到 降低 ， 对 于 降低 车身的气动 阻力 系 数具 有作 用 ， 也 为车 头设 计 提 供 了更 大的空间 。 2 车身尾部造型设计 。汽车尾部造型与 空气 的流动关 系 非 常复杂 ， 通 常很难 对各 种 尾 部造 型 的优 劣进行 准 确 的评价 。从理 论 分 析来 看 ， 小 斜 背的造型 具有 更低 的气 动 阻 力 系数 。因此 ， 在 进 行 电动汽车 尾部 造 型设 计 时 ， 首 先 把握 好 大方 向 的基础设 计 ， 然后经 过复杂 的工程分 析之后 ， 再 对 最初 的设计 方案进行不断优化 。 3 车身底 部离地高度设计 。从 相关 的试 验数 据来看 ， 光滑的汽车底板结构 ， 为了实现更好的空气 4 7 动力学性能 ， 存在一个 最佳离地高度 。图 2给出了 汽车底板结构 离地 高度 与气动 阻力 系数 之间 的变 化 关 系。从 图 中 可 以 看 出， V W V a n 、 VW_ P o r s c h e 9 1 4和 C o mp e t i t o r F 2 2这 3种车型的气动阻力 系数 与汽车底 板离地 高度 成正 比； 而 C i t r o e n - I D1 9 车型由于车身底部属于光滑结构 ， 存在一个最佳离 地高度口 ] 。电动汽车的底板结构能够被设计为光滑 的行驶 ， 因此 ， 在设计过程 中需要结合工程分析的数 据确定最佳离地高度 ， 从而获得最佳 的空气 动力学 性能 ， 但是需要注意满足车辆的通过性要求 。 c L I ● c D 7 ／“ q 、 ＼ J ， 7 ， I 一 厂 商地高度／ mm 图 2 车身底部 离地高度与气动 阻力系数 CD之 间的关 系 4 前后扰 流器设计 。扰 流器包括 前后扰流器 两个部分。由于电动汽车 自身结构特点 ， 其造型 的 设计更为灵活多变 ， 扰流器的设计应该结合 电动汽 车的整车造型风格能够设计 ， 同时这种风格应该 以 追求 良好 的空气动力 学性能 为主要 目标。但 是在 实际设计时， 尾翼与车身表面的高度参数非常重要 ， 同时尾翼 的高度也可 能影 响整车造 型风格 。通 常 情况下 ， 利用尾翼与汽车表面 的高度 和尾翼 弦长之 比来描述 ， 当这一 比值大于 1时 ， 升力系数达到最小 值 ， 且不再继续变化 。现代汽车 的唯一更多 的是 与 侧后 围高度结合到一起 ， 其作用不会过度凸显出来 。 5 车轮 与 轮腔 的设计 。从 相关 实 验 可 以看 出 ， 有轮腔 覆盖 的车 轮通 常 比完 全暴 露在 空气 中 的车轮具有更好 的空气 动力性 能 。对于前后 车轮 均存在轮 腔包覆 时 ， 车 轮 的大小 及轮 腔 间距 的影 响非常 明显 。通常 情况 下 ， 如 果 车轮 高度 与 直径 之 比大于 0 ． 7 5 ， 则气动阻力系数与升力系数 最小 。 当然， 由于前轮存在专项 问题， 其空腔应大于后 轮 ， 空腔对外 部 气流更 为 开放 ， 因此 ， 前 轮所 受 的 气 动阻力与气 动升力 比后轮更大 。 O 0 O O 0 0 0 O u 。 ． 凝’ 璧 盛臀 48 机械管理开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o rn 3 结 语 空气 动力 学设计 在未来 电动汽 车造型设计 中 占据着 至关重 要 的地 位 ， 其设 计水 平将 会 直接 影 响到电动汽车 的操作性 能和节油 性能 。本文结 合 对 电动汽 车造 型特 点 的分 析 ， 提 出 了基 于 空气 动 力学 的电动汽 车造 型设 计 原则 ， 并 从 多个方 面 提 出了电动 汽 车 空气 动 力 设 计需 要 重 点 注 意 的 内 容 ， 通过本文的讨 论 ， 希望能够 对进一 步提高 电动 汽 车造 型设计 水平 ， 对 电动 汽 车的发展 和推 广起 到一定的促进作用 。 第 3 l卷 参考文献 [ 1 ] 张金磊， 雷雨成． 空气动力学的模拟分析在汽车造型过 程 中应用E J ] ． 农业装备与车辆工程 ， 2 0 0 9 5 1 0 1 3 ． [ 2 ] 张晨铭 ， 李彦龙 ， 王东 ， 等． 面向空气 动力学 优化 的 电动 汽车造型设计研究[ J ] ． 包装工程 ， 2 0 1 2 1 6 4 3 4 6 ； 6 6 ． [ 3 ] 丁岩 ， 陈永光 ， 李宁． 空气阻力与车身造型研究 [ J ] ． 公路 与 汽 运 ， 2 0 0 8 2 5 - 8 ． 编辑 王慧芳 S t yl e De s i g n o n El e c t r i c a l Ve h i c l e Ba s e d O U Ae r o d y na mi c s S ha n Ch e n g bi a o Qi n g d a o Ve h i c l e I n s t i t u t e o f Ch i n a Fa w Gr o u p Co ．， Lt d ．，Qi n g d a o S h a n d o n g 2 6 6 0 0 0 [ Ab s t r a c t ] T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e e l e c t r i c a u t o mo b i l e mo d e l i n g d e s i g n b a s e d o n t h e a e r o d y n a mi c s ，w h i c h p r o mo t e s t h e d e v e l o p me nt a n d po pu l a r i z a t i o n o f e l ec t r i c v e hi c l e s ． [ K e y wo r d s ] e l e c t r i c v e h i c l e ； s t y l e d e s i g n ； a e r o d y n a mi c s 上接 第 5页 [3 ] Ko n s t a n t i o n s A n d r i a n e s i s ．An t h o n y T z e s ． D e v e l o p me n t a n d c o n t r o l o f a mu l t i { u n c t i o n a l p r o s t h e t i c h a n d wi t h s h a p e me mo r y a l l o y a c t u a t o r s [ J ] ．I n t e l l i g e n t a n d Ro b o t S y s t e ms ， 2 0 1 5， 7 8 2 2 5 7 2 8 9 ． [ 4] C e s a r e R o s s i ，S e r g i o S a v i n o ， Vi n c e n z o N i o l a， S t e f a n o Tr on c on e ．A s t ud y o f r o bot i c ha n d wi t h t e ndo n dr i v e n f i n g e r s [ J ] ． R o b o t i c ， 2 0 1 5 ， 3 3 5 1 0 3 4 1 0 4 8 ． [ 5] 牛博 真 ， 田恺 ， 张 向宇． 脑卒 中后手功 能障碍 康复辅 助 器具的应用与研究[ J ] ． 中国康复 ， 2 0 1 4 ， 3 0 1 6 7 6 9 ． 编辑 王慧芳 An a l y s i s a n d Re s e a r c h o f Re ha b i l i t a t i o n I ns t i t u t i o ns o f M a n’ s I n de x Li Xi a o l o ng，M e i Yi n g，S h e n De ng a o S c h o o l o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g o f No r t h Un i v e r s i t y o f Ch i n a ，Ta i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 5 1 [ A b s t r a c t ] T o a n a l y z e t h e h u m a n h a n d a n a t o my f o r t h e o r y b a s i s ， w e d e s ig n a c o mp o u n d i n s t i t u t i o n s b a s e d o n n e w t y p e o f t W O d e g r e e o f f r ee d o m o f t h e p r i n c i p l e o f t h e i n d e x f i n g e r j o i n t s r e h a b i l it a t i o n f a c i l i t y ． Th e a g e n c y s h a l l ， i n a c c o r d a n c e wi t h t h e n o r ma l h u ma n b o d y i n d e x ，t h e b a s i c s i z e r a ng e o f i n d e x f i ng e r r e h a b i l i t a t i o n f a c i l i t y f o r t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l i ng a n d po s i t i o n a r e a n a l y z e d ． C a l c u l a t e d b y ma t l a b s o f t wa r e ， t h e f ing e r r e h a b il i t a t i o n i n s t i t u t i o n s u n d e r t h e s y n e r g y o f t WO d ri v e e a c h j o i n t p o i n t t h e l o c a t i o n o f t h e c u r v e ． An a l y z e d t h e k e y poi n t s o f t r a j e c t o r y，s h o WS t h a t t h e i n s t i t u t i o n c a n e f f e c t i v e a u x i l i a r y i n d e x f i ng e r d y s f u n c t i o n p a t i e n t s i n r e h a b i l i t a t i o n t r a i n i ng ． [ K e y wo r d s ] r e h a b i l i t a t i o n i n s t i t u t i o n s o f ma n ’ s i n d e x ；d i r e c t k i n e ma t i c s ； mo v e me n t l o c u s ； s y n e r g i c mo v e me n t 上接 第 3 8页 M ul t i t a r g e t Op t i mi z a t i o n M o de o f M e c h a ni c a l M a n uf a c t ur i n g Pr o c e s s wi t h Ef f e c t i v e Lo w c a r b o n Xi ng Fe n we n Ch a n g c h u n Ae r o Ay o r a u l i c Co n t r o l Co ．， Lt d ． ，Ch a n g c h u n J i l i n 1 3 0 0 5 2 [ A b s t r a c t ] I n o r d e r t O b e t t e r i mp l e me n t me c h a n i c a l p r o c e s s i n g r o u t e o f l o w c a r b o n p r o d u c t i o n p r o c e s s ma n a g e me n t ， t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f p r o c e s s i n g y u a n i s i n c o r p o r a t e d i n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e me c h a n i c a l p a r t s ，s e t u p e f f i c i e n t ma c h i n i n g t e c h n o l o g i e s o f l o w c a r b o n mo r e t a r g e t e d i n t h e mo d e l o p t i mi z a t i o n mo d e 1 ． By t h e e s t a b l i s h me n t o f t h e mo d e l o f p r o c e s s r O U t e o p t i mi z a t i o n b a s e d o n g e n e t i c a l g o r i t h m o p t i mi z a t i o n mo d e l ，t h e c a s e i s a n a l y z e d a n d d i s c u s s e d 。 [ K e y wo r d s ] e f f e c t i v e l o w - c a r b o n ； me c h a n i c a l ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s ； mu l t i t a r g e t o p t i mi z a t i o n mo d e