1 项目背景

汽车领域的节能和减排，对保障国民经济健康持续发展、保护我们赖以生存的环境具有重要的现实意义。从技术方面来讲主要措施有轻量化和电子化，可以将汽车的燃料或能量消耗量、废气排放量减到最低。

在这样的背景下，本田（ Honda）科研工业（中国）投资有限公司主办的以“挑战一升、环保一生”为口号的 Honda中国节能竞技大赛，在参与比赛的实践中，培养高素质的工程师。

上海工程技术大学是培养优秀工程师的摇篮，汽车工程学院全体师生以此为培养人才的目标，整合各类资源，启发学生对于科研创新的积极性，主动性。自2007年至今，我们组织学生参加了4届HONDA杯全国节能竞技大赛，由院长、副院长、青年教师等分别担任教练，带队参赛，分别取得过上海参赛队中排名第一、第二的成绩。2010年我校车辆工程专业被批准为教育部“卓越工程师”教育培养计划的试点专业，节能竞技大赛为学生提供了一个动手设计的平台，培养了科研创新精神和创新能力。

2      工作思路

本项目组立足于往届节能竞技大赛积累的技术和经验，以所具备的专业知识及理论，将符合“节能减排”要求的创意融进节能竞技大赛，通过调研、方案对比、优化，最终设计出合理、有效的“节能”参赛车的设计方案，为制作新型“节能车”提供依据。而此项目对于我们汽车工程专业的学生来讲，无疑是一个挑战自我的机会，通过设计节能车不仅可以把课堂所学的理论知识和实际操作挂钩，还可以更多地体会设计创作带来的乐趣，充分发挥个人创作才能和团队合作精神。

3      基本做法

通过答辩选拔的方式挑选学院中对此项目具有一定兴趣，又有较强动手能力、勇于思考的学生，进行组队，在学院教练的指导下，车队确立较为合理的设计思路，广泛调研历届大赛中成熟的节能经验及技术，将其进行对比分析。对整个项目进行时间分配、任务分配、控制计划。利用整个暑假设计和制造完成节能车，在学校进行试车，调整，参加学院组织的校内展示赛，并与每年九、十月份参加在F1上海国际赛车场举行的HONDA杯全国节能竞技大赛。

汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些指标分解为有关总成的参数和功能。

3.1  整车总布置

根据人机工程学的要求，对车手的体型和坐姿定下整车的初步控制尺寸进行各项数据的测量，并在CATIA中建模（如图1），确立车架的宽度长度、车身高度等。车架的宽度一般能满足车手乘坐要求，并能排线（刹车线、油门线、电线），安装车身即可，尽量取小。这样，在保证车架用料少的同时，也利于车身设计的流线型。车身高度尽量低矮，一般可以取发动机竖直放置时的最高点，这个高度车手躺下时的视野一般是可以保证的。底盘高度要保证有尽量大的离地间隙，同时又不能使得重心太高，以免高速过弯时翻车。轮距轴距不必考虑太多。轮距轴距的计算、前后载荷分配等是为了保证有足够的地面附着力。我们的节能车的驱动力还没有能大到可能超过地面附着力的程度。所以只要保证不干涉即可（驱动力的大小取决于发动机的改造，当发动机输出的转矩过大时才要考虑此因素）。

3.2 车架的设计

计车架要先了解钢材和焊接，怎么对各种钢材加工，并把车架搭出来。同时，也是能用到有限元分析软件比较多的地方，通过最优的结构用最少的材料达到最大的刚度（车架的设计中减轻重量是比较关键的）。车架的作用主要是连接其他组件，并保证安装的稳定性。所以设计车架要了解转向、车身和后轴，思考怎么将他们可靠地定位。同时，车架的很多尺寸都来源于其他部分的设计。我们设计的节能车采用第23号钢（含碳量0.23%）料焊接而成，分别采用了车架20×20×1，20×20×2焊接矩形钢管、20×20×2角钢。车架采用边梁形式，中间主要承载部份以金型材搭建，前桥以及后桥等受力较大部分由焊接矩形钢管以及20×20×2角钢搭建，前悬以及发动机支架等非大承载部位由20×20×2角钢搭建。其设计。

3.3 转向总成

转向总成包括了转向机构、车轮和车架的前桥部分，转向设计主要保证车手方便操作、方便调整车轮间的平行和决定离地间隙，大致设计无需变化。前桥高度决定底盘高度。转向横拉杆左右两端螺纹相反，这样方便调整车轮间的平行。转向横拉杆可以通过螺纹调节球头销的上下位置，使转向横拉杆在与转向三角板同一平面内。节能车车采用双梯形结构转向系统。主要由转向节、转向横杆、转向拉杆以及转向中心柱组成。

 

3.4 后轴总成

利用汽车滑行进行省油。如何在发动机怠速时减小驱动轮的惯性力的损耗。这是节能车设计中的一大重点，也是难点。减小损耗也就是减小空转时带动的转动惯量，以及减小摩擦。同时，也要保证驱动时的传动效率。还要确保方便装配。采用链传动，也可用带传动，但要保证张紧，保证传动效率。传动系统设计也是节能的一大重点，因为发动机直接输出至驱动轮，发动机与驱动轮属于硬连接，当发动机不输出动力时，驱动轮就会反过来带动曲轴活塞，造成滑行动力的损失，影响节能车的经济性。若采用发动机自带离合器进行控制滑行，虽然有了一定的经济性，但是驱动轮还是会带动链条，还是造成了一定的动力损失。故我们设计了单向离合器总成，无需控制，利用单向离合器的特性进行驱动状态和滑行状态的自动转换。 

3.5 车身设计

虽然在车速不到40 KM/H时风阻可以说很少，可是比赛时最高车速甚至可以达到60 KM/H，所以风阻还是会有一定影响。这要求车身要尽量符合空气动力学，设计得低矮、平顺，而且要保证车身的重量也较轻。

首先，汽车行驶中所受到的空气的影响主要为气动阻力和力矩。气动阻力是空气阻碍汽车行驶的力，主要由形状阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干扰阻力、内部阻力组成。

其次，要尽量减少分离现象，减少气流涡旋。避免气流从凸起部分向凹陷部分流动的情况。即过度平顺。车身上表面要呈曲面，两边不要向上凸起，这样有利于气流流向两侧。另外，车身中部呈腰形，向后逐渐收缩。

设计车尾时，设计车身侧面时，尽量减小汽车前部侧面的投影面积，使风压面积靠近后轴。风压中心C.P.在质心C.G.之后，有利于使汽车趋于稳定。头部呈向下尖角有利于降低风阻系数，但一般头部尖角小到30°以下效果就不明显了。中线平坦、负的迎角有利于降低气动升力。

车身底部高度对CD值也有影响，像节能车这样平滑底部的车子阻力系数随离地间隙的增加而减小，空气动力学外形越好效果越明显。同时底部带有一些曲率可以使得流速增加，减小底部气流动量损失也可以使阻力系数降低，但曲率过大会产生额外的涡旋和湍流。内部气流有时也要考虑进车身的设计，恰当地引入外部气流以最有效地进气和冷却。车身表面压强的大小及分布是选定进气口位置及估计进风量的依据。

由于发动机后置，进风口不宜设置于正压力最大的车头部分。因此，可以在车身较高处、两侧面增开进风口。进风口大小要适当，太大流速会过慢并会形成小涡旋；太小会造成进风量不足。 

4  主要成效 

2007-2010年我校参赛队情况一览表

时 间	参赛队数	参赛最好成绩	在上海参赛队中的排名	备 注
2007年	3	209km/l	1
2008年	5	258km/l	2
2009年	4	335km/l	2
2010年	3	324km/l	2

蔡�S杰、唐巍、秦晓磊荣获第六届陈嘉庚青少年发明奖。 

5 师生感言

在这项科研创新项目中，各个车队通过动手制作挑战节能的极限。在这过程中，队员们运用已学知识和学习新的知识进行自我创意，设计出世界上独一无二的赛车参与节能竞技大赛，不仅感受到“创造”与“交流”的乐趣，同时还体会到“低油耗就是环保”的真谛。

在参加HONDA杯全国节能竞技大赛的过程中，学生们通过实践进一步理解了理论课中所学的知识，在调研、设计、出图、加工、制作及调试实验等各个过程中，充分锻炼了学生的动手能力，沟通能力与逻辑思维能力。

参加节能赛是一个艰苦的过程，学生们会遇到各种各样前所未见的困难，有的可能是技术上的，有的可能是细节上的。但正是通过一次次的锻炼，真正帮助学生学会如何运用自己所学的知识去发现问题、思考问题、解决问题，从而在赛车成绩取得进步的同时，自身也有所提高。

参加节能赛更是一个快乐的过程，学生们能够与志同道合的校友一起打造属于自己的赛车，并与来自全国各地高校车队的赛车同场竞技。当看到自己亲手制作的赛车在赛场上飞扬时，之前所有的辛勤与汗水转而化成了喜悦、激动与自豪。

希望学生们通过参加这样的比赛，能够兴趣驱动学习，进一步通过学习来完善知识结构，更希望学生们通过实践磨练，做到遇到困难不畏艰难、勇往直前，锻炼出坚毅的品格。