基于空气动力学的车身设计方法
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现如今工业技术急速进步，为汽车工业发展创造了良好的契机，汽车变得越来越普及、越来越高速，由此车身空气动力学曲线问题得到诸多研究人员的热点关注。

众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。

如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。

据测试，一辆以100km/h速度行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性。

如图1为空气流动对汽车的各方面影响。

图1
自卡尔·本次在1886年发明生产出世界上第一辆汽车起，汽车已有了百年的发展历史。

从汽车造型角度而言，自最初的马车型汽车(无空气动力学阶段)，到现如今的复合型汽车(空气动力学高度化阶段)，车身空气动力学曲线发展收获了显著的成效[1]。

车身空气动力学一方面重要影响着汽车的各式各样关键性能，好比动力性能、安全性能、环保性能以及经济性能等，另一方面也重要影响着汽车的外观转变及审美发展潮流。

随着社会经济发展，人们生活水平日益改善，人们对于出行必备交通工具汽车的性能要求愈来愈高，汽车生产商对于车辆的气动特征也越来越关注，气动性能的好坏以转变成汽车行业竞争的关键因素。

汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的80%以上。

一、在研究汽车空气动力学的过程中的三种方法。

（1）、理论研究方法理论研究方法通过抓住所分析问题的主要影响因素，抽象出合理的简化理论模型，并根据总结出来的相关物理定律和有关介质性质的试验公式来建立描述介质运动规律的积分或微分方程。

然后利用各种数学工具及相应的初始、边界条件解出方程组，通过对解分析来揭示各种物理量的变化规律，包括将它与实验或观察资料对照，确定解的准确度和适用范围。

（2）、数值计算研究方法由于数学发展水平的局限，理论研究只能建立较为简单的近似模型，无法完全满足研究更复杂更符合实际的气流的要求。

于是近年来出现了依托快速电子计算机进行有效数值计算的方法CFD，其中包括有限元法、有限差分法等，它属于汽车计算机辅助空气动力学CAA的设计范畴，并已成为与理论分析和实验并列或具有同等重要性的研究方法。

其优点是能够用来预测或解决一些理论及实验无法处理的复杂流动问题，取代部分实验环节，省时省工。

但它要求事前对问题的物理特性有足够的理解，提炼出较精确的数学方程及相应的初始、边界条件等。

但这些都离不开试验和理论方法的支持，并且数值方法通常无法直接反映同类问题中有普遍指导意义的结论或规律。

（3）、试验研究方法试验研究方法在空气动力学研究中占有重要地位，如风洞试验法、道路试验法。

它使人们能在与所研究问题相同或相近条件下进行观测，提供建立运动规律及理论模型的依据，检验理论或计算结果的准确性、可靠性和适用范围，其作用是不可替代的。

但试验方法受限于试验手段、设备和经费等物质条件，甚至有些问题尚无法在实验室中进行研究。

理论、数值计算和试验三种方法相互促进，彼此影响，取长补短从而推动汽车空气动力学的不断发展。

二、轿车外形设计的两种方法
（1）、局部最优化方法。

基本思路是在满足功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后再进行空气设计程序。

此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。

通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。

像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。

这种方法在现实设计中运用广泛。

（2）、整体最优化方法。

整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。

所以，对于这种汽车的空气动力学设
计，初期的理想外形就显得格外重要。

该方法从最初就把汽车外形的空气动力学性能放在第一位，全车身的整体造型呈流线型，这就对设计师提出了很高的要求。

而在国内车企的设计中，通常都是大体完成车身设计后再开始考虑整体气动性能，因此，此种方法在实际应用中并不多见。

据试验表明，空气阻力系数每降低10%，燃油节省7%左右。

曾有人对两种相同质量，相同尺寸，但具有不同空气阻力系数（分别是0.44和0.25）的轿车进行比较，以88km/h 的时速行驶了100km，燃油消耗后者比前者节约了1.7L。

考察轿车车形的发展史，从21世纪初的福特T型箱式车身到30年代中型的甲虫型车身，从甲虫型车身到50年代的船型车身，从船型车身到80年代的楔型车身，直到今天的轿车车身模式，每一种车身外形的出现，都不是某一时期单纯的工业设计的产物，而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。

空气阻力系数在过去的轿车手册中从未出现过，今天则是介绍轿车的常用术语之一，成为人们十分关注的一种参数了。

汽车空气动力学的重要性在于：在确定汽车外形初步方案阶段，就需对汽车的空气动力学特性进行估计，在进行汽车造型设计和试制之前，应先解决空气动力学特性，并在全尺寸模型上进行验证，否则很难甚至不可能预言汽车的性能和一般道路特性。

汽车空气动力学的许多研究成果已经使得汽车。

各种性能大大改善，随着我国汽车工业和高速公路的迅猛发展，汽车使用车速大大提高，汽车空气动力学将在我国汽车工程技术领域发挥更大的作用。

参考文献：
1、车身设计中轿车造型与空气动力学的研究，奚松山，1004-7344 （2016 ）
32-0311-01
2、基于空气动力学的车身造型设计，孔斌，20080501
3、车身空气动力学曲线优化问题的研究及论述，贺晓斌、杨世文，中北大学，山西太
原030051
4、如何从设计细节改进整车的空气动力学，彭岳华，2016。