Honda中国节能竞技大赛赛车车身总成设计

韩杰尧，孙伟伟

（1.长安大学汽车学院，陕西 西安 710064；2.交通运输部管理干部学院，河北 三河 101601）

前言

Honda（本田）节能竞技大赛只提供 125cc的汽油发动机，车架和车身等部件完全由车队独自创作，赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛消耗燃油最少[1]。由于能源紧缺和激烈的市场竞争，又迫使汽车实现轻量化并节约资源。

大赛目的是提高社会节能意识，结合发动机总成改造、车架和机械机构设计、车身空气动力学等相关知识，参赛车队通过各项技术挖掘一升汽油的无限潜能。同时也为参与者提供亲手设计和制作赛车的机会，提高实践能力。

1 车身总布置设计

1.1 汽车车身形式汽车的总布置形式

采用前两轮后一轮的布置形式。其优点是在较小的行驶阻力条件下，能够保证行驶稳定性，从而提高节能车的安全性。

1.2 汽车车身形式

承载式车身没有车架，车身由覆盖件和结构件两部分组成。车身作为发动机和底盘各总成的安装基体并承受全部载荷。减轻汽车质量以保证燃油经济性，决定采用承载式车身结构形式。为保证汽车车身的刚度从结构设计上考虑增大车身的刚度。

1.3 汽车室内布置形式

GB10000-1988标准定义了我国成年人人体尺寸数据。在设计中，由于赛车的特殊性，将采用身高在170-175cm的人体基本尺寸进行设计。采用固定座椅并使用绳布结合方式制作座椅。将人体以近似平躺的姿势布置在车内。

眼椭圆创建时利用UG中车辆设计自动化模块中的眼椭圆。利用UG中的分析模块对其进行角度校核，测量结果为正前方的视野左右宽度为120度左右，因为车窗在顶部是通透的，所以也满足后一项要求[2]。

眼椭圆的定位和尺寸（按照固定座椅A类车眼椭圆计算公式进行计算）计算得到的结果为β=32.66，Xr=248，24mm，Yrl=-32.5mm，Yrr=32.5mm，Zr=538.81mm。

头廓包络的创建在UG中是和眼椭圆一起创建的。此处进行的是头廓包络面的定位和相关尺寸的计算。

①：头廓包络面中心位置

计算结果XC=430.78mm，YC=0，Zc=580.81mm，δ=32.66°。

1.4 车身前端布置

1.4.1 转向盘布置

方向盘轴线与地面成25.4度，位于节能车对称中心平面。

1.5 车身后部布置

节能车采用前二后一的支撑形式，考虑往复活塞式发动机在运转时反复做上下运动的活塞和燃烧过程产生得附加力和扭矩，决定在发动机支撑的地方添加一定的阻尼材料来衰减由发动机运转时产生的振动。可将燃油箱布置在节能车车架后部，采用钢丝将其固定在中间骨架上。

2 节能车车身骨架设计

2.1 车身骨架的结构形式、材料及车身骨架的制作

针对前二后一的车身总布置形式，考虑发动机支撑和座椅支撑，车身骨架的结构形式为整体式空间网状骨架形式。决定采用Q235钢管材，管壁厚度1mm[3]，车身骨架的连接方式为焊接，采用焊接方法为脉冲氩弧焊[4]。为了保证焊接精度，可制作一副木制整体式夹具，此夹具成本低且可保证一定的焊接精度。

3 节能车车身外表面设计

3.1 车身外形的设计及三维实体建模

德国工程师P．Jaray发现前圆后尖的物体阻力最小，为了最大限度减小空阻以满足经济性，决定采用水滴型的汽车造型[5]。

在用 UG中曲面造型模块进行三维建模并进行光顺处理，基本的建模思路是先进行曲线构建→进行曲线光顺处理→运用通过曲线网格命令构建曲面→修减曲面→对修减后曲面进行桥接→缝合片体。

3.2 节能车车窗设计

节能车车窗的设计如图1所示。

图1 节能车车窗设计

3.3 车身外表面质量分析

在构建后车身外表面的三维实体模型后进行了车身外表面质量分析，主要运用UG中反射和曲面率两个命令对构建的车身外表面质量进行分析，即曲面质量评价方法中的斑马线法和曲率颜色图法，斑马线分布均匀且无任何断开说明曲面具有较好的质量，基本上达到 G2连续（即曲率连续）；图2曲率颜色图中无颜色图变，表明构建的车身外表面模型很好的满足了曲率连续的要求，这样构建的车身外表面车身空气阻力系数最小[6]。

图2 曲率图

3.4 驾驶员视野的校核

由上可知驾驶人设计的视野范围为120度左右，而车窗左右立柱造成的视野盲区不足30度，满足赛事规定的左右宽度90度的要求。

3.5 转向干涉检查分析

在进行完车身总布置和车身外表面的构建后需要进行转向干涉检查验证以此来检验设计的车身外表面是否合理，是否满足转向时车轮所需要的运动空间。在UG装配模块中即可实现该检验。

起初出现高亮显示碰撞情况，在对转向轮布置进行微调和车身外表面进行修改过后再次进行分析。分析结果表明并未出现干涉，故修改后的车身外表面和车身布置满足转向轮所需在空间上的要求。

3.6 节能车车身的制作

节能车车身采用的材料为轻量化的碳纤维材料。

3.7 节能车车窗的制作和连接方式

节能车车窗选用的材料为有机玻璃，和车身的连接方式采用铰链接，且采用暗铰链，此处车窗打开方式与汽车发动机引擎盖一样，皆是向上打开，且发动机引擎盖与车身外表面覆盖件的分界处也是不规则的曲线。

与普通轿车不同，节能车由于车窗是开在车顶，所以无需考虑开车门时车门下缘的刮地问题，也就无需设置车门铰链轴线的内倾或者外倾。

4 结论

设计要考虑到它的可加工性，标准件的使用是设计中的首选，这样可以最大限度的减小成本同时设计出的汽车维修性也十分好。软件的使用贯穿始终，从最开始的总布置到最后的出图，每一步都离不开UG三维软件，它可以生动的表达出你的设计同时检验你的设计是否合理。未来汽车更加注重汽车造型美学与空气动力学的结合，汽车车身结构更加安全、轻量化，汽车企业势必将在这些方面加大研究投入。