基于空气动力学的未来电动汽车设计特点研究

欧雨茜 鲁运生

武汉科技大学青山校区汽车与交通工程学院，湖北武汉，430081

基于空气动力学的未来电动汽车设计特点研究

欧雨茜 鲁运生

武汉科技大学青山校区汽车与交通工程学院，湖北武汉，430081

通常来讲，在电子电气技术方面，电动汽车与比较传统的内燃机汽车存在着一定的差别，造成智能化以及集成化变为未来电动汽车的重要设计特点。因为电动汽车在造型方面更加的自由，这就为空气动力学设计留下了更大的空间，有些由于相对比较传统的汽车的实际造型方面所存在的局限性而不能够运用空气动力学研究经验在电动汽车当中得到应用。

空气动力学；电动汽车；设计特点

在最近几年当中，电动汽车有着非常非常快速的发展，各个汽车公司都已经推出了自己独具特色的电动汽车，有些公司比较注重新颖的造型，而有些则更加重视独特的功能，这就在一定程度上反映出了汽车公司对以后电动汽车发展趋势存在着不同的设想，然而，要想实现这些非常美好的愿望基本都面临着一样的问题，也就是现在电动汽车电池技术非常难得到的突破，电动汽车没有充足的续驶历程。所以，在现在的电池技术的基础上，电动汽车应该尽量进行省电，最为有效的一个方法是对行驶当中的阻力进行减少，空气阻力占着非常大的阻力，车辆的速度与其呈现出正比关系。所以，对空气动力学性能相对比较侧重的电动汽车是一个非常重要的发展趋势。

1 对电动汽车的实际设计特点进行分析

通常来讲，汽车所具有的空气动力学设计以及造型设计两者之间有着很密切的联系，在电动汽车空气动力学的相关问题进行研究前应该先对其造型设计的未来特点进行充分的了解以及研究。

相比于相对比较传统的汽车，电动汽车最大的特点就是驱动。比较传统的汽车利用化石燃料来进行燃烧，依靠机械的传动系统以及发动机把动力直接送到车轮，但是，电动汽车依靠的主要是电池来将电力向电动机送至来对车辆进行驱动。内燃机来对电动机进行取代，而线控技术代替了传动系统，油箱换成了电池。电气电子化的相关系统保证电动汽车在构造方面不同于传统汽车，能够充分体现出未来的电动汽车智能化以及集成化的设计方面的趋势。在该趋势之下，造型方面的变化一定会对电动汽车空气动力学性能的变化造成严重的影响。

1.1 分析集成化

在通用汽车当中，有一款汽车是氢燃料电池的概念汽车，是未来的一个电动汽车的发展方向，也就是利用集成化的底盘设计来有效提供更大的造型自由度以及更高的空间利用率。在未来的电动汽车当中，应该将除了座椅、内饰以及车身之外的构件都在汽车底盘上来进行安装，并结合造型不同的车身生产出满足顾客需要的电动汽车。

通常来讲，集成化会造成电动汽车当中的所有控制元件有着比机械结构更小的体积。不同于传统汽车，电动汽车不是从转向盘到车轮是由机械结构进行连接，主要运用的是线控技术来相连转向盘与车轮，这可以有效的节省空间。在相对比较传统的意义上，发动机舱在电动汽车上将不会再出现，新型的车轮会在整个轮腔当中集中电动机、悬架以及减震器等，对之前的驱动轴、差速器以及变速器等都进行了节省，获得了更大的空间。电动汽车在布置方面的变化会影响造型，对电动汽车的气动性能进行了一定的改变，尤其是平整的底盘以及进气格栅的消失，能够对汽车的气动阻力进行有效减小。

1.2 分析智能化

智能化对于汽车已经不算是全新的词汇，比如智能照明系统、夜视系统以及泊车系统都属于智能化的体现，同时还包括导航系统，尽管这在一定程度上增加了行车的安全保证，然而仅仅属于是功能方面的补充，不能够在根本上对汽车碰撞安全方面的问题进行解决。所以，智能化能够对未来汽车的主动以及安全进行有效的提升。因为现阶段，相对比较传统的汽车主动安全系统还不能彻底实现零碰撞，所以在造型方面驾驶舱前后必须应该保持一定的空间来当作碰撞缓冲区。若实现零碰撞的目标，会严重影响电动汽车造型，会消除很多的碰撞。

随着技术的逐渐进步，未来的电动汽车造型对传统汽车的局限进行了突破，为电动汽车空气动力学的设计提供了空间。

2 对电动汽车的空气动力学设计进行分析

2.1 分析空气动力学对于电动汽车的意义

内燃机汽车当中空气动力学性能表示有着良好以及高速的操作性能，也就意味着相对比较出色的节油效果。所以，电动汽车当中的空气动力学设计是非常重要的。

目前，对于相对比较传统的汽车空气动力学问题有着比较成熟的认识，在实验以及仿真的角度对传统汽车的空气动力学问题很容易进行解决，然而，因为相对比较传统的汽车结构方面的限制，很难更好的应用空气动力学研究方面的经验，这就造成相对比较传统的汽车的空气动力学设计很难得到非常大的突破。相比于传统汽车，电动汽车在结构方面有着很大的差距，在传统汽车方面不能够实现研究经验能够在电动汽车当中进行应用，进而来有效提高电动汽车的空气动力方面的性能。

2.2 分析空气动力学的设计原则

在不远的将来，尽管电动汽车有着很多的造型，然而在空气动力学角度来讲，应该严格遵循下面几个原则。

第一个原则是简洁的车身。也就是尽量减少车身的凸起物，对车身上不必要的进气口进行减少，同时还应该尽量保证车身的整体性，也就是防止车轮独立车身。

第二个原则是流线型的车身。也就是尽可能的防止气流流过车身时出现分离的现象。

2.3 分析电动汽车空气动力学的设计特点

在设计电动汽车空气动力学当中应该对下面几个问题进行特别注意。

第一个问题是车头的高度。根据相关的研究能够看出车头的高度与气动阻力系数成正比，比较传统的汽车，因为影响发动机舱内部机构的布置，所以车头高度的降低会受到一定的限制，然而，因为电动汽车不存在发动机舱，因此车头高度能够降低的更低，进而来得到更好的空气动力学的性能。

第二个问题是车身后部的造型。通常来讲，气流状态以及汽车后部造型都非常复杂，非常难来确定后部的造型优势以及劣势，在理论方面来讲，小斜背有着非常小的气动阻力系数，所以，电动汽车造型设计充分考虑了空气动力学，尾部设计在概念阶段没有必要太过于在意具体的造型形式，还应该利用工程分析来优化，具体问题应该进行具体的分析。

第三个问题是前后的扰流器。通常来讲，扰流器具体分成前扰流器以及后扰流器，因为电动汽车在造型方面有着更大的灵活性，应该有效结合整车造型与扰流器，与传统的汽车造型形式不同。加装尾翼能够对汽车的气动性能进行有效的改善，相比于常见的扰流器会有更明显的效果，应该关注尾翼与车身表面高度，尾翼高度会对造型效果造成影响。运用尾翼高度以及尾翼弦长的比值来进行描述，升力系数最小并且不再发生变化。

第四个问题是车轮以及轮腔特性。根据相关的研究能够知道，在实际的行驶过程当中，有轮腔覆盖的车轮相比于完全暴露在空气当中的车轮有着更好的气动性能。那些存在轮腔包覆的车轮，车轮的实际大小以及车轮与轮腔之间的间距会存在很大的影响。现阶段，前轮因为转向方面的需要，需要的空腔相比于后轮来讲要更大，空腔对于外部的气流来讲更加的开放，所以，前轮受到的启动阻力以及气动升力相比于后轮更大。

第五个问题是车身底部离地的高度。相关的研究能够非常明显的表明，存在光滑底板的汽车有最佳的离地高度。电动汽车因为结构方面的特点非常容易被做成光滑底板，所以在实际的设计当中，应该对工程分析出的最佳离地高度来进行结合来对造型形式进行有效结合。

3 结语

综上来讲，对于未来电动汽车来讲，智能化以及集成化是必然的发展趋势。在未来的电动汽车的设计当中，空气动力学的设计有着逐渐关键的位置，未来那些多变的造型同时也会对空气动力学的设计提出全新的挑战。在本文中，对相对比较传统的汽车空气动力学的研究结果进行结合，并提出了汽车动力学设计当中应该特别注意的一些问题，为之后的电动汽车的设计提供参考以及指导。

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欧雨茜/1994年生/女/湖北邢门人/本科/研究方向为汽车服务工程