基于空氣動力學的未來電動汽車設計特點研究

歐雨茜 魯運生

武漢科技大學青山校區(qū)汽車與交通工程學院，湖北武漢，430081

基于空氣動力學的未來電動汽車設計特點研究

歐雨茜 魯運生

武漢科技大學青山校區(qū)汽車與交通工程學院，湖北武漢，430081

通常來講，在電子電氣技術方面，電動汽車與比較傳統(tǒng)的內燃機汽車存在著一定的差別，造成智能化以及集成化變?yōu)槲磥黼妱悠嚨闹匾O計特點。因為電動汽車在造型方面更加的自由，這就為空氣動力學設計留下了更大的空間，有些由于相對比較傳統(tǒng)的汽車的實際造型方面所存在的局限性而不能夠運用空氣動力學研究經驗在電動汽車當中得到應用。

空氣動力學；電動汽車；設計特點

在最近幾年當中，電動汽車有著非常非?？焖俚陌l(fā)展，各個汽車公司都已經推出了自己獨具特色的電動汽車，有些公司比較注重新穎的造型，而有些則更加重視獨特的功能，這就在一定程度上反映出了汽車公司對以后電動汽車發(fā)展趨勢存在著不同的設想，然而，要想實現(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)在電動汽車電池技術非常難得到的突破，電動汽車沒有充足的續(xù)駛歷程。所以，在現(xiàn)在的電池技術的基礎上，電動汽車應該盡量進行省電，最為有效的一個方法是對行駛當中的阻力進行減少，空氣阻力占著非常大的阻力，車輛的速度與其呈現(xiàn)出正比關系。所以，對空氣動力學性能相對比較側重的電動汽車是一個非常重要的發(fā)展趨勢。

1 對電動汽車的實際設計特點進行分析

通常來講，汽車所具有的空氣動力學設計以及造型設計兩者之間有著很密切的聯(lián)系，在電動汽車空氣動力學的相關問題進行研究前應該先對其造型設計的未來特點進行充分的了解以及研究。

相比于相對比較傳統(tǒng)的汽車，電動汽車最大的特點就是驅動。比較傳統(tǒng)的汽車利用化石燃料來進行燃燒，依靠機械的傳動系統(tǒng)以及發(fā)動機把動力直接送到車輪，但是，電動汽車依靠的主要是電池來將電力向電動機送至來對車輛進行驅動。內燃機來對電動機進行取代，而線控技術代替了傳動系統(tǒng)，油箱換成了電池。電氣電子化的相關系統(tǒng)保證電動汽車在構造方面不同于傳統(tǒng)汽車，能夠充分體現(xiàn)出未來的電動汽車智能化以及集成化的設計方面的趨勢。在該趨勢之下，造型方面的變化一定會對電動汽車空氣動力學性能的變化造成嚴重的影響。

1.1 分析集成化

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

通常來講，集成化會造成電動汽車當中的所有控制元件有著比機械結構更小的體積。不同于傳統(tǒng)汽車，電動汽車不是從轉向盤到車輪是由機械結構進行連接，主要運用的是線控技術來相連轉向盤與車輪，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)動機艙在電動汽車上將不會再出現(xiàn)，新型的車輪會在整個輪腔當中集中電動機、懸架以及減震器等，對之前的驅動軸、差速器以及變速器等都進行了節(jié)省，獲得了更大的空間。電動汽車在布置方面的變化會影響造型，對電動汽車的氣動性能進行了一定的改變，尤其是平整的底盤以及進氣格柵的消失，能夠對汽車的氣動阻力進行有效減小。

1.2 分析智能化

智能化對于汽車已經不算是全新的詞匯，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)，同時還包括導航系統(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充，不能夠在根本上對汽車碰撞安全方面的問題進行解決。所以，智能化能夠對未來汽車的主動以及安全進行有效的提升。因為現(xiàn)階段，相對比較傳統(tǒng)的汽車主動安全系統(tǒng)還不能徹底實現(xiàn)零碰撞，所以在造型方面駕駛艙前后必須應該保持一定的空間來當作碰撞緩沖區(qū)。若實現(xiàn)零碰撞的目標，會嚴重影響電動汽車造型，會消除很多的碰撞。

隨著技術的逐漸進步，未來的電動汽車造型對傳統(tǒng)汽車的局限進行了突破，為電動汽車空氣動力學的設計提供了空間。

2 對電動汽車的空氣動力學設計進行分析

2.1 分析空氣動力學對于電動汽車的意義

內燃機汽車當中空氣動力學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，電動汽車當中的空氣動力學設計是非常重要的。

目前，對于相對比較傳統(tǒng)的汽車空氣動力學問題有著比較成熟的認識，在實驗以及仿真的角度對傳統(tǒng)汽車的空氣動力學問題很容易進行解決，然而，因為相對比較傳統(tǒng)的汽車結構方面的限制，很難更好的應用空氣動力學研究方面的經驗，這就造成相對比較傳統(tǒng)的汽車的空氣動力學設計很難得到非常大的突破。相比于傳統(tǒng)汽車，電動汽車在結構方面有著很大的差距，在傳統(tǒng)汽車方面不能夠實現(xiàn)研究經驗能夠在電動汽車當中進行應用，進而來有效提高電動汽車的空氣動力方面的性能。

2.2 分析空氣動力學的設計原則

在不遠的將來，盡管電動汽車有著很多的造型，然而在空氣動力學角度來講，應該嚴格遵循下面幾個原則。

第一個原則是簡潔的車身。也就是盡量減少車身的凸起物，對車身上不必要的進氣口進行減少，同時還應該盡量保證車身的整體性，也就是防止車輪獨立車身。

第二個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出現(xiàn)分離的現(xiàn)象。

2.3 分析電動汽車空氣動力學的設計特點

在設計電動汽車空氣動力學當中應該對下面幾個問題進行特別注意。

第一個問題是車頭的高度。根據相關的研究能夠看出車頭的高度與氣動阻力系數(shù)成正比，比較傳統(tǒng)的汽車，因為影響發(fā)動機艙內部機構的布置，所以車頭高度的降低會受到一定的限制，然而，因為電動汽車不存在發(fā)動機艙，因此車頭高度能夠降低的更低，進而來得到更好的空氣動力學的性能。

第二個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阻力系數(shù)，所以，電動汽車造型設計充分考慮了空氣動力學，尾部設計在概念階段沒有必要太過于在意具體的造型形式，還應該利用工程分析來優(yōu)化，具體問題應該進行具體的分析。

第三個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，因為電動汽車在造型方面有著更大的靈活性，應該有效結合整車造型與擾流器，與傳統(tǒng)的汽車造型形式不同。加裝尾翼能夠對汽車的氣動性能進行有效的改善，相比于常見的擾流器會有更明顯的效果，應該關注尾翼與車身表面高度，尾翼高度會對造型效果造成影響。運用尾翼高度以及尾翼弦長的比值來進行描述，升力系數(shù)最小并且不再發(fā)生變化。

第四個問題是車輪以及輪腔特性。根據相關的研究能夠知道，在實際的行駛過程當中，有輪腔覆蓋的車輪相比于完全暴露在空氣當中的車輪有著更好的氣動性能。那些存在輪腔包覆的車輪，車輪的實際大小以及車輪與輪腔之間的間距會存在很大的影響?，F(xiàn)階段，前輪因為轉向方面的需要，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，前輪受到的啟動阻力以及氣動升力相比于后輪更大。

第五個問題是車身底部離地的高度。相關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。電動汽車因為結構方面的特點非常容易被做成光滑底板，所以在實際的設計當中，應該對工程分析出的最佳離地高度來進行結合來對造型形式進行有效結合。

3 結語

綜上來講，對于未來電動汽車來講，智能化以及集成化是必然的發(fā)展趨勢。在未來的電動汽車的設計當中，空氣動力學的設計有著逐漸關鍵的位置，未來那些多變的造型同時也會對空氣動力學的設計提出全新的挑戰(zhàn)。在本文中，對相對比較傳統(tǒng)的汽車空氣動力學的研究結果進行結合，并提出了汽車動力學設計當中應該特別注意的一些問題，為之后的電動汽車的設計提供參考以及指導。

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歐雨茜/1994年生/女/湖北邢門人/本科/研究方向為汽車服務工程