基于空氣動(dòng)力學(xué)的未來電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)特點(diǎn)研究

歐雨茜 魯運(yùn)生

武漢科技大學(xué)青山校區(qū)汽車與交通工程學(xué)院，湖北武漢，430081

基于空氣動(dòng)力學(xué)的未來電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)特點(diǎn)研究

歐雨茜 魯運(yùn)生

武漢科技大學(xué)青山校區(qū)汽車與交通工程學(xué)院，湖北武漢，430081

通常來講，在電子電氣技術(shù)方面，電動(dòng)汽車與比較傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車存在著一定的差別，造成智能化以及集成化變?yōu)槲磥黼妱?dòng)汽車的重要設(shè)計(jì)特點(diǎn)。因?yàn)殡妱?dòng)汽車在造型方面更加的自由，這就為空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)留下了更大的空間，有些由于相對比較傳統(tǒng)的汽車的實(shí)際造型方面所存在的局限性而不能夠運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)在電動(dòng)汽車當(dāng)中得到應(yīng)用。

空氣動(dòng)力學(xué)；電動(dòng)汽車；設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在最近幾年當(dāng)中，電動(dòng)汽車有著非常非常快速的發(fā)展，各個(gè)汽車公司都已經(jīng)推出了自己獨(dú)具特色的電動(dòng)汽車，有些公司比較注重新穎的造型，而有些則更加重視獨(dú)特的功能，這就在一定程度上反映出了汽車公司對以后電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢存在著不同的設(shè)想，然而，要想實(shí)現(xiàn)這些非常美好的愿望基本都面臨著一樣的問題，也就是現(xiàn)在電動(dòng)汽車電池技術(shù)非常難得到的突破，電動(dòng)汽車沒有充足的續(xù)駛歷程。所以，在現(xiàn)在的電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，電動(dòng)汽車應(yīng)該盡量進(jìn)行省電，最為有效的一個(gè)方法是對行駛當(dāng)中的阻力進(jìn)行減少，空氣阻力占著非常大的阻力，車輛的速度與其呈現(xiàn)出正比關(guān)系。所以，對空氣動(dòng)力學(xué)性能相對比較側(cè)重的電動(dòng)汽車是一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢。

1 對電動(dòng)汽車的實(shí)際設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析

通常來講，汽車所具有的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)以及造型設(shè)計(jì)兩者之間有著很密切的聯(lián)系，在電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)問題進(jìn)行研究前應(yīng)該先對其造型設(shè)計(jì)的未來特點(diǎn)進(jìn)行充分的了解以及研究。

相比于相對比較傳統(tǒng)的汽車，電動(dòng)汽車最大的特點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)。比較傳統(tǒng)的汽車?yán)没剂蟻磉M(jìn)行燃燒，依靠機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)把動(dòng)力直接送到車輪，但是，電動(dòng)汽車依靠的主要是電池來將電力向電動(dòng)機(jī)送至來對車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)來對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行取代，而線控技術(shù)代替了傳動(dòng)系統(tǒng)，油箱換成了電池。電氣電子化的相關(guān)系統(tǒng)保證電動(dòng)汽車在構(gòu)造方面不同于傳統(tǒng)汽車，能夠充分體現(xiàn)出未來的電動(dòng)汽車智能化以及集成化的設(shè)計(jì)方面的趨勢。在該趨勢之下，造型方面的變化一定會(huì)對電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的變化造成嚴(yán)重的影響。

1.1 分析集成化

在通用汽車當(dāng)中，有一款汽車是氫燃料電池的概念汽車，是未來的一個(gè)電動(dòng)汽車的發(fā)展方向，也就是利用集成化的底盤設(shè)計(jì)來有效提供更大的造型自由度以及更高的空間利用率。在未來的電動(dòng)汽車當(dāng)中，應(yīng)該將除了座椅、內(nèi)飾以及車身之外的構(gòu)件都在汽車底盤上來進(jìn)行安裝，并結(jié)合造型不同的車身生產(chǎn)出滿足顧客需要的電動(dòng)汽車。

通常來講，集成化會(huì)造成電動(dòng)汽車當(dāng)中的所有控制元件有著比機(jī)械結(jié)構(gòu)更小的體積。不同于傳統(tǒng)汽車，電動(dòng)汽車不是從轉(zhuǎn)向盤到車輪是由機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，主要運(yùn)用的是線控技術(shù)來相連轉(zhuǎn)向盤與車輪，這可以有效的節(jié)省空間。在相對比較傳統(tǒng)的意義上，發(fā)動(dòng)機(jī)艙在電動(dòng)汽車上將不會(huì)再出現(xiàn)，新型的車輪會(huì)在整個(gè)輪腔當(dāng)中集中電動(dòng)機(jī)、懸架以及減震器等，對之前的驅(qū)動(dòng)軸、差速器以及變速器等都進(jìn)行了節(jié)省，獲得了更大的空間。電動(dòng)汽車在布置方面的變化會(huì)影響造型，對電動(dòng)汽車的氣動(dòng)性能進(jìn)行了一定的改變，尤其是平整的底盤以及進(jìn)氣格柵的消失，能夠?qū)ζ嚨臍鈩?dòng)阻力進(jìn)行有效減小。

1.2 分析智能化

智能化對于汽車已經(jīng)不算是全新的詞匯，比如智能照明系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)以及泊車系統(tǒng)都屬于智能化的體現(xiàn)，同時(shí)還包括導(dǎo)航系統(tǒng)，盡管這在一定程度上增加了行車的安全保證，然而僅僅屬于是功能方面的補(bǔ)充，不能夠在根本上對汽車碰撞安全方面的問題進(jìn)行解決。所以，智能化能夠?qū)ξ磥砥嚨闹鲃?dòng)以及安全進(jìn)行有效的提升。因?yàn)楝F(xiàn)階段，相對比較傳統(tǒng)的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)還不能徹底實(shí)現(xiàn)零碰撞，所以在造型方面駕駛艙前后必須應(yīng)該保持一定的空間來當(dāng)作碰撞緩沖區(qū)。若實(shí)現(xiàn)零碰撞的目標(biāo)，會(huì)嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車造型，會(huì)消除很多的碰撞。

隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，未來的電動(dòng)汽車造型對傳統(tǒng)汽車的局限進(jìn)行了突破，為電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)提供了空間。

2 對電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析

2.1 分析空氣動(dòng)力學(xué)對于電動(dòng)汽車的意義

內(nèi)燃機(jī)汽車當(dāng)中空氣動(dòng)力學(xué)性能表示有著良好以及高速的操作性能，也就意味著相對比較出色的節(jié)油效果。所以，電動(dòng)汽車當(dāng)中的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)是非常重要的。

目前，對于相對比較傳統(tǒng)的汽車空氣動(dòng)力學(xué)問題有著比較成熟的認(rèn)識(shí)，在實(shí)驗(yàn)以及仿真的角度對傳統(tǒng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)問題很容易進(jìn)行解決，然而，因?yàn)橄鄬Ρ容^傳統(tǒng)的汽車結(jié)構(gòu)方面的限制，很難更好的應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)研究方面的經(jīng)驗(yàn)，這就造成相對比較傳統(tǒng)的汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)很難得到非常大的突破。相比于傳統(tǒng)汽車，電動(dòng)汽車在結(jié)構(gòu)方面有著很大的差距，在傳統(tǒng)汽車方面不能夠?qū)崿F(xiàn)研究經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛟陔妱?dòng)汽車當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而來有效提高電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力方面的性能。

2.2 分析空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)原則

在不遠(yuǎn)的將來，盡管電動(dòng)汽車有著很多的造型，然而在空氣動(dòng)力學(xué)角度來講，應(yīng)該嚴(yán)格遵循下面幾個(gè)原則。

第一個(gè)原則是簡潔的車身。也就是盡量減少車身的凸起物，對車身上不必要的進(jìn)氣口進(jìn)行減少，同時(shí)還應(yīng)該盡量保證車身的整體性，也就是防止車輪獨(dú)立車身。

第二個(gè)原則是流線型的車身。也就是盡可能的防止氣流流過車身時(shí)出現(xiàn)分離的現(xiàn)象。

2.3 分析電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)中應(yīng)該對下面幾個(gè)問題進(jìn)行特別注意。

第一個(gè)問題是車頭的高度。根據(jù)相關(guān)的研究能夠看出車頭的高度與氣動(dòng)阻力系數(shù)成正比，比較傳統(tǒng)的汽車，因?yàn)橛绊懓l(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部機(jī)構(gòu)的布置，所以車頭高度的降低會(huì)受到一定的限制，然而，因?yàn)殡妱?dòng)汽車不存在發(fā)動(dòng)機(jī)艙，因此車頭高度能夠降低的更低，進(jìn)而來得到更好的空氣動(dòng)力學(xué)的性能。

第二個(gè)問題是車身后部的造型。通常來講，氣流狀態(tài)以及汽車后部造型都非常復(fù)雜，非常難來確定后部的造型優(yōu)勢以及劣勢，在理論方面來講，小斜背有著非常小的氣動(dòng)阻力系數(shù)，所以，電動(dòng)汽車造型設(shè)計(jì)充分考慮了空氣動(dòng)力學(xué)，尾部設(shè)計(jì)在概念階段沒有必要太過于在意具體的造型形式，還應(yīng)該利用工程分析來優(yōu)化，具體問題應(yīng)該進(jìn)行具體的分析。

第三個(gè)問題是前后的擾流器。通常來講，擾流器具體分成前擾流器以及后擾流器，因?yàn)殡妱?dòng)汽車在造型方面有著更大的靈活性，應(yīng)該有效結(jié)合整車造型與擾流器，與傳統(tǒng)的汽車造型形式不同。加裝尾翼能夠?qū)ζ嚨臍鈩?dòng)性能進(jìn)行有效的改善，相比于常見的擾流器會(huì)有更明顯的效果，應(yīng)該關(guān)注尾翼與車身表面高度，尾翼高度會(huì)對造型效果造成影響。運(yùn)用尾翼高度以及尾翼弦長的比值來進(jìn)行描述，升力系數(shù)最小并且不再發(fā)生變化。

第四個(gè)問題是車輪以及輪腔特性。根據(jù)相關(guān)的研究能夠知道，在實(shí)際的行駛過程當(dāng)中，有輪腔覆蓋的車輪相比于完全暴露在空氣當(dāng)中的車輪有著更好的氣動(dòng)性能。那些存在輪腔包覆的車輪，車輪的實(shí)際大小以及車輪與輪腔之間的間距會(huì)存在很大的影響。現(xiàn)階段，前輪因?yàn)檗D(zhuǎn)向方面的需要，需要的空腔相比于后輪來講要更大，空腔對于外部的氣流來講更加的開放，所以，前輪受到的啟動(dòng)阻力以及氣動(dòng)升力相比于后輪更大。

第五個(gè)問題是車身底部離地的高度。相關(guān)的研究能夠非常明顯的表明，存在光滑底板的汽車有最佳的離地高度。電動(dòng)汽車因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)非常容易被做成光滑底板，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該對工程分析出的最佳離地高度來進(jìn)行結(jié)合來對造型形式進(jìn)行有效結(jié)合。

3 結(jié)語

綜上來講，對于未來電動(dòng)汽車來講，智能化以及集成化是必然的發(fā)展趨勢。在未來的電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)當(dāng)中，空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)有著逐漸關(guān)鍵的位置，未來那些多變的造型同時(shí)也會(huì)對空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)提出全新的挑戰(zhàn)。在本文中，對相對比較傳統(tǒng)的汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，并提出了汽車動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該特別注意的一些問題，為之后的電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)提供參考以及指導(dǎo)。

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歐雨茜/1994年生/女/湖北邢門人/本科/研究方向?yàn)槠嚪?wù)工程