空氣動力學下的電動汽車造型設計范文

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摘要：

本文對基于空氣動力學的電動汽車造型設計進行了討論，對電動汽車的發展和普及起到一定的促進作用。

關鍵詞：

電動汽車；造型設計；空氣動力學

1電動汽車車身造型特點

電動汽車是未來汽車發展的主要方向之一，目前，電動汽車的發展才剛剛起步，而電動汽車車身造型的設計師大部分參與過傳統汽車造型的設計工作。因此，汽車造型的特點及發展趨勢，將會對電動汽車造型發展的趨勢產生極大的影響，但是電動汽車由于本身結構特點的限制，與傳統汽車的特點存在一定的差異，這些特點對于電動汽車的造型設計非常重要，下面進行了詳細的分析［1］。

1．1結構和空間布局不同

相對于傳統汽車，電動汽車在結構方面的最大差異是驅動方式的差異，傳統汽車依靠汽油機和柴油機燃燒花式燃料產生能量，然后通過離合器、變速器以及傳動裝置傳遞能量，實現汽車的行駛，而電動汽車則依靠電池進行能量的儲存和供給，通過將電池儲存的能量傳遞給電機，實現對汽車的驅動。因此，電動汽車上減少了體積龐大的機械師傳統系統，而由體積更小的電動機取代傳統汽車發動機占據的空間。因此，相對于傳統汽車來說，電動汽車的前懸距離大大縮短，前圍到擋風玻璃的車頭部分也有一定的縮短，車身比例更加協調，同時能夠省略傳統汽車進氣格柵結構，只需對前懸結構進行包覆為設計師留下了更大的創作空間。

1．2集成化

集成化是電動汽車技術發展的主要方向之一，通過線控技術的應用能夠使電動汽車底盤傳動系統的結構極大簡化，提高電動汽車的空間利用效率，底盤平整度提高，也為電動汽車的造型設計留下了更大的自由度。線控電子技術還能實現對電動汽車各種電子系統的電子控制，通過設計出類似軟件接口的擴展插口，即可實現車身與底盤的連接，減少傳統機械控制系統對空間的占用，同時還使車身與底盤的設計融合度提高，實現兩者的模塊化拼接，提高車身造型設計的自由度。

1．3智能化

智能化同樣也是未來電動汽車發展的主要方向之一，從家喻戶曉的EBD、ESP等，再到逐漸普及的智能泊車系統、只能制動系統等，在提高汽車安全性方面發揮了重要作用［2］。電動汽車智能化的持續發展，將不斷降低交通事故發生的概率。現在的汽車造型設計中，包含了大量被動的安全性設計，包括前后防撞鋼梁以及車身前后端預留的緩沖區域等。而隨著智能行車系統的發展，這些被動安全設計可以逐漸減少，這對車身的整體造型必然會產生較大程度的影響，也為電動汽車的造型設計提供了更大的發揮空間。

2電動汽車的空氣動力學設計

對電動汽車來說，良好的空氣動力學性能能夠提高電動汽車的操控性能和諧有效果，并且能夠使電動汽車獲得更好的續航能力，因此，電動汽車的空氣動力學設計非常重要。

2．1電動汽車空氣動力學設計原則

雖然電動汽車的造型在未來必然會呈現出多樣化的發展趨勢，但是從空氣動力學的角度來看，仍然需要遵循以下幾方面的原則：1）車身的簡潔性，這一原則主要是要求減少車身表面的凸起物、減少不必要的進氣口，確保車身的整體性，避免凸起物和進氣口增加空氣阻力，保證氣流通過車身受到的阻力盡量要小。2）流線型車身，該原則是要求氣流在流過車身時，盡量避免出現分離現象，圖1給出的大眾XL1概念車就屬于典型的流線型外觀。

2．2電動汽車空氣動力學設計

針對電動汽車造型的空氣動力學設計，需要注意以下幾個方面的問題：

1）車頭高度設計。電動汽車車頭的高度將會直接影響到整車的啟動阻力系數CD。通常，車身啟動阻力系數與車頭高度成正比。對于傳統汽車來說，由于發動機艙內部結構的特殊性，車頭高度必然會達到一定的值，而電動汽車由于省略了發動機艙，因此，車頭高度能夠得到降低，對于降低車身的氣動阻力系數具有作用，也為車頭設計提供了更大的空間。

2）車身尾部造型設計。汽車尾部造型與空氣的流動關系非常復雜，通常很難對各種尾部造型的優劣進行準確的評價。從理論分析來看，小斜背的造型具有更低的氣動阻力系數。因此，在進行電動汽車尾部造型設計時，首先把握好大方向的基礎設計，然后經過復雜的工程分析之后，再對最初的設計方案進行不斷優化。

3）車身底部離地高度設計。從相關的試驗數據來看，光滑的汽車底板結構，為了實現更好的空氣動力學性能，存在一個最佳離地高度。圖2給出了汽車底板結構離地高度與氣動阻力系數之間的變化關系。從圖中可以看出，VW－Van、VW－Por－sche914和CompetitorF2－2這3種車型的氣動阻力系數與汽車底板離地高度成正比；而Citroen－ID19車型由于車身底部屬于光滑結構，存在一個最佳離地高度［3］。電動汽車的底板結構能夠被設計為光滑的行駛，因此，在設計過程中需要結合工程分析的數據確定最佳離地高度，從而獲得最佳的空氣動力學性能，但是需要注意滿足車輛的通過性要求。

4）前后擾流器設計。擾流器包括前后擾流器兩個部分。由于電動汽車自身結構特點，其造型的設計更為靈活多變，擾流器的設計應該結合電動汽車的整車造型風格能夠設計，同時這種風格應該以追求良好的空氣動力學性能為主要目標。但是在實際設計時，尾翼與車身表面的高度參數非常重要，同時尾翼的高度也可能影響整車造型風格。通常情況下，利用尾翼與汽車表面的高度和尾翼弦長之比來描述，當這一比值大于1時，升力系數達到最小值，且不再繼續變化。現代汽車的唯一更多的是與側后圍高度結合到一起，其作用不會過度凸顯出來。

5）車輪與輪腔的設計。從相關實驗可以看出，有輪腔覆蓋的車輪通常比完全暴露在空氣中的車輪具有更好的空氣動力性能。對于前后車輪均存在輪腔包覆時，車輪的大小及輪腔間距的影響非常明顯。通常情況下，如果車輪高度與直徑之比大于0．75，則氣動阻力系數與升力系數最小。當然，由于前輪存在專項問題，其空腔應大于后輪，空腔對外部氣流更為開放，因此，前輪所受的氣動阻力與氣動升力比后輪更大。

3結語

空氣動力學設計在未來電動汽車造型設計中占據著至關重要的地位，其設計水平將會直接影響到電動汽車的操作性能和節油性能。本文結合對電動汽車造型特點的分析，提出了基于空氣動力學的電動汽車造型設計原則，并從多個方面提出了電動汽車空氣動力設計需要重點注意的內容，通過本文的討論，希望能夠對進一步提高電動汽車造型設計水平，對電動汽車的發展和推廣起到一定的促進作用。

參考文獻

［1］張金磊，雷雨成．空氣動力學的模擬分析在汽車造型過程中應用［J］．農業裝備與車輛工程，2009（5）：10－13．

［2］張晨銘，李彥龍，王東，等．面向空氣動力學優化的電動汽車造型設計研究［J］．包裝工程，2012（16）：43－46；66．

［3］丁巖，陳永光，李寧．空氣阻力與車身造型研究［J］．公路與汽運，2008（2）：5－8

作者：單承標 單位：中國第一汽車股份有限公司青島汽車研究所