Honda中國節能競技大賽賽車車身總成設計

韓杰堯，孫偉偉

（1.長安大學汽車學院，陜西 西安 710064；2.交通運輸部管理干部學院，河北 三河 101601）

前言

Honda（本田）節能競技大賽只提供 125cc的汽油發動機，車架和車身等部件完全由車隊獨自創作，賽車在指定的賽道內跑完賽程，比賽消耗燃油最少[1]。由于能源緊缺和激烈的市場競爭，又迫使汽車實現輕量化并節約資源。

大賽目的是提高社會節能意識，結合發動機總成改造、車架和機械機構設計、車身空氣動力學等相關知識，參賽車隊通過各項技術挖掘一升汽油的無限潛能。同時也為參與者提供親手設計和制作賽車的機會，提高實踐能力。

1 車身總布置設計

1.1 汽車車身形式汽車的總布置形式

采用前兩輪后一輪的布置形式。其優點是在較小的行駛阻力條件下，能夠保證行駛穩定性，從而提高節能車的安全性。

1.2 汽車車身形式

承載式車身沒有車架，車身由覆蓋件和結構件兩部分組成。車身作為發動機和底盤各總成的安裝基體并承受全部載荷。減輕汽車質量以保證燃油經濟性，決定采用承載式車身結構形式。為保證汽車車身的剛度從結構設計上考慮增大車身的剛度。

1.3 汽車室內布置形式

GB10000-1988標準定義了我國成年人人體尺寸數據。在設計中，由于賽車的特殊性，將采用身高在170-175cm的人體基本尺寸進行設計。采用固定座椅并使用繩布結合方式制作座椅。將人體以近似平躺的姿勢布置在車內。

眼橢圓創建時利用UG中車輛設計自動化模塊中的眼橢圓。利用UG中的分析模塊對其進行角度校核，測量結果為正前方的視野左右寬度為120度左右，因為車窗在頂部是通透的，所以也滿足后一項要求[2]。

眼橢圓的定位和尺寸（按照固定座椅A類車眼橢圓計算公式進行計算）計算得到的結果為β=32.66，Xr=248，24mm，Yrl=-32.5mm，Yrr=32.5mm，Zr=538.81mm。

頭廓包絡的創建在UG中是和眼橢圓一起創建的。此處進行的是頭廓包絡面的定位和相關尺寸的計算。

①：頭廓包絡面中心位置

計算結果XC=430.78mm，YC=0，Zc=580.81mm，δ=32.66°。

1.4 車身前端布置

1.4.1 轉向盤布置

方向盤軸線與地面成25.4度，位于節能車對稱中心平面。

1.5 車身后部布置

節能車采用前二后一的支撐形式，考慮往復活塞式發動機在運轉時反復做上下運動的活塞和燃燒過程產生得附加力和扭矩，決定在發動機支撐的地方添加一定的阻尼材料來衰減由發動機運轉時產生的振動。可將燃油箱布置在節能車車架后部，采用鋼絲將其固定在中間骨架上。

2 節能車車身骨架設計

2.1 車身骨架的結構形式、材料及車身骨架的制作

針對前二后一的車身總布置形式，考慮發動機支撐和座椅支撐，車身骨架的結構形式為整體式空間網狀骨架形式。決定采用Q235鋼管材，管壁厚度1mm[3]，車身骨架的連接方式為焊接，采用焊接方法為脈沖氬弧焊[4]。為了保證焊接精度，可制作一副木制整體式夾具，此夾具成本低且可保證一定的焊接精度。

3 節能車車身外表面設計

3.1 車身外形的設計及三維實體建模

德國工程師P．Jaray發現前圓后尖的物體阻力最小，為了最大限度減小空阻以滿足經濟性，決定采用水滴型的汽車造型[5]。

在用 UG中曲面造型模塊進行三維建模并進行光順處理，基本的建模思路是先進行曲線構建→進行曲線光順處理→運用通過曲線網格命令構建曲面→修減曲面→對修減后曲面進行橋接→縫合片體。

3.2 節能車車窗設計

節能車車窗的設計如圖1所示。

圖1 節能車車窗設計

3.3 車身外表面質量分析

在構建后車身外表面的三維實體模型后進行了車身外表面質量分析，主要運用UG中反射和曲面率兩個命令對構建的車身外表面質量進行分析，即曲面質量評價方法中的斑馬線法和曲率顏色圖法，斑馬線分布均勻且無任何斷開說明曲面具有較好的質量，基本上達到 G2連續（即曲率連續）；圖2曲率顏色圖中無顏色圖變，表明構建的車身外表面模型很好的滿足了曲率連續的要求，這樣構建的車身外表面車身空氣阻力系數最小[6]。

圖2 曲率圖

3.4 駕駛員視野的校核

由上可知駕駛人設計的視野范圍為120度左右，而車窗左右立柱造成的視野盲區不足30度，滿足賽事規定的左右寬度90度的要求。

3.5 轉向干涉檢查分析

在進行完車身總布置和車身外表面的構建后需要進行轉向干涉檢查驗證以此來檢驗設計的車身外表面是否合理，是否滿足轉向時車輪所需要的運動空間。在UG裝配模塊中即可實現該檢驗。

起初出現高亮顯示碰撞情況，在對轉向輪布置進行微調和車身外表面進行修改過后再次進行分析。分析結果表明并未出現干涉，故修改后的車身外表面和車身布置滿足轉向輪所需在空間上的要求。

3.6 節能車車身的制作

節能車車身采用的材料為輕量化的碳纖維材料。

3.7 節能車車窗的制作和連接方式

節能車車窗選用的材料為有機玻璃，和車身的連接方式采用鉸鏈接，且采用暗鉸鏈，此處車窗打開方式與汽車發動機引擎蓋一樣，皆是向上打開，且發動機引擎蓋與車身外表面覆蓋件的分界處也是不規則的曲線。

與普通轎車不同，節能車由于車窗是開在車頂，所以無需考慮開車門時車門下緣的刮地問題，也就無需設置車門鉸鏈軸線的內傾或者外傾。

4 結論

設計要考慮到它的可加工性，標準件的使用是設計中的首選，這樣可以最大限度的減小成本同時設計出的汽車維修性也十分好。軟件的使用貫穿始終，從最開始的總布置到最后的出圖，每一步都離不開UG三維軟件，它可以生動的表達出你的設計同時檢驗你的設計是否合理。未來汽車更加注重汽車造型美學與空氣動力學的結合，汽車車身結構更加安全、輕量化，汽車企業勢必將在這些方面加大研究投入。