竞技节能车车身的设计思路

竞技节能车车身的设计思路

作者：贾屿（安徽农业大学工学院）

丁矿辉（安徽农业大学信息与计算机学院）

朱家龙（安徽农业大学工学院）

基金项目：安徽农业大学大学生科技创新基金资助项目

研究核心：1.研究竞技节能车外形与空气动力学特性的关系

2.研究材料对车身轻量化工程的影响

选题背景：

本田节能竞技大赛是让参赛团队设计制作的汽车在规定时间、规定路线下，行驶一定距离，由此换算出一升油能够行驶的公里数，耗油量少则胜出的一项赛事。其中参加比赛的车辆均搭载由本田技研工业投资有限公司开发的Honda弯梁车的125cc化油器低油耗四冲程发动机。Honda节能竞技大赛于1981年在日本创办，至今已有29年的历史。比赛除要求参赛车辆使用统一的Honda低油耗汽油发动机，以外的车架和车身等完全由各车队独自创作，每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛谁消耗的燃油最少。由于这项赛事有着极高的乐趣性和广泛的参与性，每年都有来自世界各地的初中、高中和大学等的学校代表队、企业代表队，创作出具有新颖构思和创意的赛车参加比赛。在迄今为止的28届比赛中创下的最高记录为3435.325Km/L，相当于北京到重庆的直线往返距离。同时，这项比赛也在逐渐壮大扩展，中国作为继日本泰国之后的第三个举办地，于2006年在上海举行了试行大赛，2007年11月11日，第1届Honda中国节能竞技大赛在上海国际赛车场圆满举行。

安徽农业大学于2010年首次参与这项赛事。作为此项比赛中的后起之秀，在2011年“第5届Honda中国节能竞技大赛”中，安徽农业大学广志车队的赛车用1升汽油跑了328.117公里，在众多名校车队中脱颖而出，位列高校组第16名。

Honda节能竞技大赛的目的是通过比赛提高社会的节能和环保意识，参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能，从中体会到节能的重要性。同时，比赛也为参赛者提供体验亲手制作赛车的乐趣的机会，提高实践能力。

节能竞技大赛的宗旨在于“让肩负着人类未来的年轻人通过思考和实践来体会如何更有效地利用资源，如何把我们生存的这个星球更完好地传递给下一代”。节能、环保是此项比赛一直致力解决的重要课题之一。在产品领域，Honda通过燃料电池、混合动力、生物乙醇弹性燃料、清洁柴油等先进的节能、环保型产品时刻走在行业的前列。在生产领域，Honda 在全球推行“绿色工厂”体系，制定独自的企业目标，努力降低产品生产环节的能源消耗和污染物以及温室气体二氧化碳的排放。汽车、化工等对化石燃料的依赖并由此排放的污染物已经给全球的能源和环境带来了危机，节能与环保的主题一直是人们不懈致力研究的领域，也是我们每个人需要关注的问题。节能竞技大赛作为节能环保领域的社会活动之一今后将继续在中国举办。

本文作者的贾屿、丁矿辉、朱家龙均为安徽农业大学大学生科技创新基金项目《节能车的车身设计》项目组成员，其中贾屿为安徽农业大学广志车队成员。该项目的研究从2012年4月开始，历时四个月的时间，通过构思绘图、有限元分析等方式设计车身，旨在为学校参加2012年第六届中国节能竞技大赛设计比赛用车，本文在这里阐明我们对车身关于空气动力学和材料轻量化工程的设计思路。

选题的意义及目的：

在石油资源日益枯竭、全球石油储藏量急剧下降的背景下，我国汽车保有量却以平均每年12.08%的速度增加，我国对燃油的消费需求以惊人的快速度增长，有很大一部分依赖进口。一方面，我国汽车节油技术的应用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽车百公里耗油约比发达国家高20%；另一方面，机动车排放污染已经成为我国污染物的主要来源之一。因此，汽车节油和环保问题日益突出，面对有限的石油资源和国家能源战略遇到的威胁与挑战，汽车节能与环保技术已成为汽车技术领域的研发热点。

随着近几年国家节能减排工作的不断深化，汽车节能减排已经成为社会各界的共识，也正在成为社会全体成员的共同目标。自2004年起，中国超越了日本成为仅次于美国的世界第二大石油消耗国。2006年，中国对进口石油的依赖增至年需求总量的47%，2006年中国的原油净进口量为13844万吨。而在1990年—2003年的13年里，中国汽车保有量年均增长率达到12%，汽车燃油消耗在中国石油消耗中所占的比例日益增大。2008年，中国每一辆汽车的年均耗油是2.1吨，中国进口的原油有30%被汽车消耗，而这一比例在今后将升至50%。从尾气排放方面，汽车排出的废气已成为城市空气的首要污染源。据国家环保总局测算，2009

年中国汽车排放污染在城市大气污染中所占比例高达79%。因此，汽车既是耗油大户，又是排放废气的大户，抓好了汽车的节能减排，就是抓住了重点。汽车节能减排的重要性不言而喻，考虑到当前我国的汽车节能技术发展的实际情况，除了要积极推进以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的发展外，另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状，并适合大量在用汽车的高性能节能产品。

节能竞技赛车与普通汽车的结构布局相似，由发动机、底盘和车身三大部分组成。发动机的改造无疑是各赛车队攻关的重点，也是节能减排技术发展的主导性方向；底盘的设计关键在于减小摩擦损失和提高机械传动的效率；车身设计的重点在于美观的外形、轻重量和较低的空气阻力系数。本田节能竞技大赛适时迎合了时代提高社会节能和环保意识的要求，激发各参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能，使其从中体会到节能重要性的同时，提高参赛者的思考和实践能力，更为将来汽车节能方面的实际应用带来了无限新的可能。本文选题目的就是在本田节能竞技大赛的背景下，对节能竞技车车身的设计进行思考。

（一）车身外形与空气动力学特性的关系

学科背景：《汽车空气动力学》

Automobile design & aerodynamics

汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用规律以及气动力对汽车各种性能影响的一门学科。汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性。设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提条件。

学科架构： 1.建筑空气动力学

2.火车（列车）空气动力学

3.船舶空气动力学

设计分析：