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汽车设计及制造技术汇总汽车设计 前言 .汽车作为一种商品，首先向人们展示的就是它的外型，外型是否讨人喜欢直接关系到这款车子甚至汽车商的命运。在全球各大汽车企业中，汽车造型工作都是由公司的最高层直接领导。当然除了汽车公司自己的设计队伍，还有一些独立的、专业的汽车设计公司，如著名意大利设计大师乔治亚罗的设计公司 www.italdesign.it、意大利博通设计室 www.bertone.it 等等。 .好，先让我们看一下什么是汽车造型设计？ .汽车造型设计是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身形状。汽车造型设计是汽车外部和车厢内部造型设计的总和。它不是对汽车的简单装饰，而是运用艺术的手法科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。 .汽车造型的目的是以其的美去吸引和打动观者，使其产生拥有这种车的欲望。汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的一项综合构思，但却是决定产品命运的关键。汽车的造型已成为汽车产品竞争最有力的手段之一。 .汽车造型设计需要你掌握哪些知识？ .汽车造型主要涉及科学和艺术两大方面。设计师需要懂得车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。同时，设计师更需要有高雅的艺术品味和丰富的艺术知识，如造型的视觉规律原理、绘画、雕塑、图案学、色彩学等等。另外，汽车作为一种商品，设计师还要考虑成本和顾客的心理需求。设计师在精通这些知识的基础上，不断推陈出新（这是最重要的），创作更富魅力的汽车形体。 轿车车身 .早期的轿车车身沿用了马车车身结构，整个车身以木材料为主。 1912年由爱德华巴特首次制成了全金属的车身，1925年文森卓. 兰西亚发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型复盖件组成， 这种金属结构的车身一直沿用至今，得到不断的完善和发展。 .汽车车身从整体上分为非承载式车身和承载式车身两种。 .非承载式车身的汽车有一刚性车架，又称底盘大梁架。 发动机、传动系的一部分，车身等总成部件用悬架装置固定在车架上， 车架通过前后悬架装置与车轮联接。这种非承载式车身比较笨重，质量大 ，高度高，一般用在货车、客车和越野吉普车上，也有少部分的高级轿车使用 ，因为它具有较好的平稳性和安全性。 .承载式车身的汽车没有刚性车架，只是加强了车头， 侧围，车尾，底板等部位，发动机、前后悬架、传动系的一部分 等总成部件装配在车身上设计要求的位置，车身负载通过悬架装置传给车轮。 这种承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷力的作用 。经过几十年的发展和完善，承载式车身不论在安全性还是在稳定性方面都有很大的提高 ，具有质量小，高度低，没有悬置装置，装配容易等优点， 因此大部分的轿车采用了这种车身结构，例如我国生产的一汽奥迪、 上海桑塔纳等国产轿车均是承载式车身。 .提到轿车车身，不能不提及轿车车身的组合装配法。 目前轿车车身都是采用金属构件和复盖件的分块组合，将各种预先制好的结构件和复盖件 ，用焊接和铆接的方式进行组合装配。各个车身的构件，例如风窗立柱，门立柱、门上横、 前后冀子板、前后围板等零部件，除外型要严格符合设计要求外，其配合尺寸也要求一丝不苟 。这些零部件中的很大部分都是冲压出来的，需要依靠高质量的模具来保证。 所以说，一辆优良的轿车不但要有好的设计技术，更要有好的工艺制造手段。 轿车造型与空气动力学 .空气阻力 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，一辆以每小时100公里速度行驶的汽车，发动机输出功率的百分之八十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，因此轿车的设计师是非常重视空气动力学。在介绍轿车性能的文章上经常出现的“空气阻力系数”就是空气动力学的专用名词之一，也是衡量现代轿车性能的参数之一。 .空气阻力系数 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百分之八十以上。它的系数值是由风洞测试得出来的，与汽车上的合成气流速度形成的动压力有密切关系。当车身投影尺寸相同，车身外形的不同或车身表面处理的不同而造成空气动压值不同，其空气阻力系数也会不同。由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系，现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低空气阻力系数。从50年代到70年代初，轿车的空气阻力系数维持在0.4至0.6之间。70年代能源危机后，各国为了进一步节约能源，降低油耗，都致力于降低空气阻力系数，现在的轿车空气阻力系数一般在0.28至0.4之间。 .轿车外形设计为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。前围与侧围、前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在25度33度之间，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。在80年代初问世的德国奥迪100C型轿车就是最突出的例子，它采用了上述种种措施，其空气阻力系数只有0.3，成为当时商业代轿车外形设计的最佳典范。 .据试验表明，空气阻力系数每降低百分之十，燃油节省百分之七左右。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，以每小时88公里的时速行驶了100公里，燃油消耗后者比前者节约了1.7公升。 考察轿车车形的发展史，从本世纪初的福特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 导流板与扰流板 .现代轿车的经常时速已达100公里左右，最高时速更达200公里以上，因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，又要采取措施，在车身的前后端安装导流板和扰流板，以保证轿车的行驶安全。 .在空气动力学上，有法国物理学家贝尔努依证明的一条理论：空气流速的速度与压力成反比。也就是说，空气流速越快，压力越小；空气流速越慢，压力越大。例如飞机的机翼是上面呈正抛物形，气流较快；下面平滑，气流较慢，形成了机翼下压力大于上压力，产生了升力。如果轿车外型与机翼横截面形状相似，在高速行驶中由于车身上下两面的气流压力不同，下面大上面小，这种压力差必然会产生一种上升力，车速越快压力差越大，上升力也就越大。这种上升力也是空气阻力的一种，汽车工程界称为诱导阻力，约占整车空气阻力的7%，虽然比例较小，但危害很大。其它空气阻力只是消耗轿车的动力，这个阻力不但消耗动力，还会产生承托力危害轿车的行驶安全。因为当轿车时速达到一定的数值时，升力就会克服车重而将车子向上托起，减少了车轮与地面的附着力，使车子发飘，造成行驶稳定性变差。 .为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力，汽车设计师除了在轿车外型方面做了改进，将车身整体向前下方倾斜而在前轮上产生向下的压力，将车尾改为短平，减少从车顶向后部作用的负气压而防止后轮飘浮外，还在轿车前端的保险杠下方装上向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板联成一体，中间开有合适的进风口加大气流度，减低车底气压，这种连接板称为导流板。在轿车行李箱盖上后端做成象鸭尾似的突出物，将从车顶冲下来的气流阻滞一下形成向下的作用力，这种突出物称为扰流板。 .还有一种扰流板是人们受到飞机机翼的启发而产生的，就是在轿车的尾端上安装一个与水平方向呈一定角度的平行板，这个平行板的横截面与机翼的横截面相同，只是反过来安装，平滑面在上，抛物面在下，这样车子在行驶中会产生与升力同样性质的作用力，只是方向相反，利用这个向下的力来抵消车身上的升力，从而保障了行车的安全。这种扰流板一般安装在时速比较高的轿跑车上（参阅图示轿车）。目前不少轿车都装有导流板和扰流板，藉以提高轿车的性能。 汽车挡风玻璃 尽管汽车业与玻璃业是属于两个不同领域的行业，前者属于机械制造业，后者属于轻工业，但从汽车的发展历程来看，两者的关系越来越密切。玻璃技术已经完全渗入了汽车行业之中，成为汽车技术领域中不可缺少的一员。现在，人们总是从汽车安全和外观的角度去研究和开发汽车玻璃，不断推出新的品种。 汽车玻璃以前挡风玻璃为主。早在80多年前，玻璃已装在美国福特厂出产的T型车上，当时是用平板玻璃装在车厢的前端，使驾车者免除风吹雨打之苦。从这以后的几十年间，玻璃业逐步涉足汽车工业，创造了多种安全玻璃夹层玻璃、钢化玻璃和区域钢化玻璃等品种，极大地改善了汽车玻璃的性能。 其中夹层玻璃是指用一种透明可粘合性塑料膜贴在二层或三层玻璃之间，将塑料的强韧性和玻璃的坚硬性结合在一起，增加了玻璃的抗破碎能力。钢化玻璃是指将普通玻璃淬火使内部组织形成一定的内应力，从而使玻璃的强度得到加强，在受到冲击破碎时，玻璃会分裂成带钝边的小碎块，对乘员不易造成伤害。而区域钢化玻璃是钢化玻璃的一种新品种，它经过特殊处理，能够在受到冲击破裂时，其玻璃的裂纹仍可以保持一定的清晰度，保证驾驶者的视野区域不受影响。目前汽车前挡风玻璃以夹层钢化玻璃和夹层区域钢化玻璃为主，能承受较强的冲击力。 现代轿车外型的发展与玻璃工艺的发展息息相关。早在40多年前，轿车前挡风玻璃已经采用单件式弯曲挡风玻璃，并逐渐抛弃了平面型的挡风玻璃。今天的轿车挡风玻璃一般都做成整体一幅式的大曲面型，上下左右都有一定的弧度。这种曲面玻璃不论从加工过程还是从装嵌的配合来看，都是一种技术要求十分高的产品，因为它涉及到车型、强度、隔热、装配等诸多问题。 轿车挡风玻璃采用曲面玻璃，首先从空气动力学的角度出发。因为现代轿车的正常时速大都超过100公里，迎面气流流过曲面玻璃能减少涡流和紊流，从而减少空气阻力。加上窗框边缘与车身表面平滑过渡，玻璃与车身浑然成一体，从视觉上既感到整体的协调和美观，又可以降低整车的风阻系数。另外，曲面玻璃具有较高的强度，可以采用较薄的玻璃，对轿车轻量化有一定的意义。 现代轿车的曲面挡风玻璃要做到弯曲拐角处的平整度要高，不能出现光学上的畸变，从驾驶座上的任何角度观看外面的物体均不变形不眩目。以前轿车玻璃通常用整齐的条带沿玻璃边缘修饰或保护，现在轿车上的玻璃都采用陶瓷釉，即所谓“黑边框”。有许多轿车挡风玻璃还镀膜，采用反射涂层工艺或改善玻璃的成分，只让太阳可见光进入车厢内，挡住紫外线和红外线，在很大程度上减轻了乘员受到的炎热之苦。这种称为“绿色玻璃”的现代轿车玻璃，已经广泛使用。 汽车挡风玻璃（2） 汽车挡风玻璃的安全性能是非常重要的。且不说如果安全性能低它对乘员身体的危险程度，就是对汽车本身，如果档风玻璃出现裂纹或者有明显庇点，就好象人脸破相一样，严重损害整车的外观形象。因此，汽车挡风玻璃的安全性要求要十分高。 一般的汽车玻璃采用硅玻璃，其中主要成份氧化硅含量超过70%，其余由氧化钠、氧化钙、镁等组成，通过浮法工艺制成。在制作过程中，材料加热到1500温度时熔化，溶液通过1300左右的精练区时浇注到悬浮槽（液态锡）上，冷却到600左右，在此阶段形成质量特别好的平行的两面平面体（上面是溶液平面，下面是液态锡上平面），再通过冷却区域后形成玻璃并被切割成规定的尺寸。然后玻璃进一步加工成钢化玻璃（TSG）或夹层玻璃（LSG）。 加工完毕的成产品汽车玻璃，从外观上看应没有明显的气泡和划痕。为了保证汽车玻璃质量，行业将汽车玻璃按照工艺加工分成A类与B类夹层玻璃、区域钢化玻璃和钢化玻璃四类，其中A类夹层玻璃安全性能最高。国家标准规定，前档风玻璃必须要使用A类夹层玻璃、B类夹层玻璃或区域钢化玻璃，它们在认证标志中的代号分别是LA、LB、Z，认证标志采用丝网印刷、喷砂等工艺永久标识在玻璃的下边角位置，钢化玻璃的代号是T，只能用于除前档风玻璃以外的位置，而有LA、LB、Z标志玻璃可以应用在汽车所有玻璃位置上。 随着汽车玻璃技术的发展，新挡风玻璃技术也陆续出现。例如能减少阳光对轿车车厢内的影响，提高舒适性的水平。目前广泛使用的“绿色玻璃”就是采用反射涂层工艺或改善玻璃的成分，只让阳光中的可见光进入车厢内，挡住紫外线和红外线。目前有一种反红外线辐射银膜玻璃，在多片夹层玻璃中加入镀银薄膜，其红外线反射率为48%。当阳光通过这种看似普通的玻璃时，光和热会减少23%。这种玻璃实际上还起到隔热节能作用，可相对减少空调能量损失。另外，在北方寒冷地区的汽车挡风玻璃容易雾化结冰，一种可加温的汽车玻璃可解决这一问题。这种玻璃将极细小的几乎看不见的电热丝作成波状放在夹层玻璃中的塑料粘膜上，通过电阻器与电路联接。车窗加热丝具有一定的加热范围，热功率可达到3-5瓦/平方厘米，起到防霜、防雾化、防结冰的作用。导流板与扰流板 - 现代轿车的经常时速已达100公里左右，最高时速更达200公里以上，因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，又要采取措施，在车身的前后端安装导流板和扰流板，以保证轿车的行驶安全。 在空气动力学上，有法国物理学家贝尔努依证明的一条理论：空气流速的速度与压力成反比。也就是说，空气流速越快，压力越小；空气流速越慢，压力越大。例如飞机的机翼是上面呈正抛物形，气流较快；下面平滑，气流较慢，形成了机翼下压力大于上压力，产生了升力。如果轿车外型与机翼横截面形状相似，在高速行驶中由于车身上下两面的气流压力不同，下面大上面小，这种压力差必然会产生一种上升力，车速越快压力差越大，上升力也就越大。这种上升力也是空气阻力的一种，汽车工程界称为诱导阻力，约占整车空气阻力的7%，虽然比例较小，但危害很大。其它空气阻力只是消耗轿车的动力，这个阻力不但消耗动力，还会产生承托力危害轿车的行驶安全。因为当轿车时速达到一定的数值时，升力就会克服车重而将车子向上托起，减少了车轮与地面的附着力，使车子发飘，造成行驶稳定性变差。 为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力，汽车设计师除了在轿车外型方面做了改进，将车身整体向前下方倾斜而在前轮上产生向下的压力，将车尾改为短平，减少从车顶向后部作用的负气压而防止后轮飘浮外，还在轿车前端的保险杠下方装上向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板联成一体，中间开有合适的进风口加大气流度，减低车底气压，这种连接板称为导流板。在轿车行李箱盖上后端做成象鸭尾似的突出物，将从车顶冲下来的气流阻滞一下形成向下的作用力，这种突出物称为扰流板。 还有一种扰流板是人们受到飞机机翼的启发而产生的，就是在轿车的尾端上安装一个与水平方向呈一定角度的平行板，这个平行板的横截面与机翼的横截面相同，只是反过来安装，平滑面在上，抛物面在下，这样车子在行驶中会产生与升力同样性质的作用力，只是方向相反，利用这个向下的力来抵消车身上的升力，从而保障了行车的安全。这种扰流板一般安装在时速比较高的轿跑车上（参阅图示轿车）。目前不少轿车都装有导流板和扰流板，藉以提高轿车的性能。现代汽车的造型设计 过去，新型轿车从构思到试产一般要经历四至五年，现在运用了计算机，仅需要二年或更少的时间。其中，轿车的车身造型设计是整个设计工作最重要的内容，越是现代化的大批量流水生产的产品，对其设计的内容要求更严密，要经过一步步可靠的技术验证，否则设计中的错误或缺陷将会在批量生产中造成严重的后果。那么，轿车的外貌是怎样诞生出来呢？下面首先将传统的设计过程展示出来。 一、收集资料信息形成造型设计概念 任何新型轿车的构思，都是建立在旧款车或者其它车辆的基础上借鉴、继承和改进而形成的，这里面包括消费者对汽车的意见和期望。每年在世界各地举办的汽车展览会、市场的信息反馈，都是设计开发部门资料信息来源的“源泉”。例如我国第一辆概念车“麒麟”，就从五个城市的汽车用户做过调查，汇集了各地不同人群对汽车的需求信息，才着手进行图纸设计。目前时兴的品牌轿车“四位一体”的专营销售中，其中一项是“信息反馈”，作用之一就是做厂家开发新产品的依据。 二、造型构思效果图 现在一些人请装修公司搞房屋装修，装修公司也会出一份效果图给客户评审。同样，汽车造型的设计也要有效果图，将设计师对新车形状的构思反映在图画上，这里面的内容有整车的形状，色彩，材料质感及反光效果等，作为开发人员表述造型的构思和初步选型的参考。 效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成，采用水彩、彩铅或者素描等方式绘制。效果图分为车身造型效果图和车身内饰效果图两种，车身造型效果图要表现出车型前面、侧面和后面三者的关系，同时也要表现出车门拉手，倒后镜、刮水臂、车牌位置等结构细节。车身内饰的效果图主要表现出仪表板、中控台、门护板、座椅及相互之间的空间位置。由于车厢内部难以用一面图表达清楚，所以有些效果图是针对某些位置而单独绘制的。 效果图是“纸上谈兵”的操作，可以有多种方案供选择，换句话讲要有许多幅效果图供选择，边修改边完善。 三、模型制作 从“纸上谈兵”到实物实体的第一步，就是将设计构思实物化，将纸面的东西用形体表现出来，让设计人员进行更细致和具体的探讨。第一步就是选择确定几幅效果图，依图做缩小比例的汽车油泥模型或石膏模型，比例为3:8（美、英等英制国）或者1:10、1:5等。小比例模型的好处就是可以反复修改，成本低廉，如果一开始就做全尺寸模型，并在大模型上反复修改，就会消耗大量的时间和人力。由于现代轿车生产的规模化，任何设计上的错误都会导致巨大的损失和浪费，因此设计师在缩小比例车模上进行研制是必不可少的一环工作。 四、胶带图 当缩小比例车模的形状确定后，就将模型的轮廓曲线放大至1:1，用胶带图的形式表现出来。所谓胶带图是指用不同宽度和不同颜色的胶带在标有坐标网络的白色图板上，粘贴上模型轮廓的曲线和线条，将汽车整个轮廓、布置尺寸、发动机位置、车架布置及人体样板都可以显示出来。胶带可以随时粘贴或撕下，因此胶带图也可以随时修改，十分方便。设计人员根据胶带图进行修改和调整后，轿车的轮廓曲线已经基本确立。 北京“挑战者”多用途车全尺寸模型制造现场 五、全尺寸油泥模型 全尺寸是指1:1比例，全尺寸油泥模型就是指与真车尺寸一样，模型的轮廓曲线和尺寸都是按照严格的要求制作出来，设计人员可以对车身表面的细节部分进行比较和修改，设计的检验已进入“模拟作战”阶段。全尺寸油泥模型分为外部模型和内部模型，是车身造型设计中最关键的阶段，要求以极其认真的细致的态度去工作，任何一项细部的造型都不能马虎，因为这个全尺寸油泥模型是今后正式产品的依据。 全尺寸油泥模型是高仿真产物，例如车轮一般会用上真家伙真轮胎和真车圈，因为车轮对整个车型有十分重要的影响。车身附件，大灯小灯、刷水臂都会安置在各自的位置上，有些模型表面还喷涂油漆，与真车相似。因此，车厂对新产品的检测，也就从全尺寸油泥模型正式开始。检测中最重点的一项，就是车身外部模型进行风洞试验，试验的主要内容是模拟车速在100200公里小时的状态下，测试阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、侧翻力矩和偏航力矩等数据，设计人员对车身模型的空气动力状态进行研究和分析，以取得对整个车身空气动力性能进行最优化的设计。 六、主图板 全尺寸油泥模型完成之后，车身模型表面轮廓经过测量之后转化为数据，然后将数据绘制成平面图形。主图板表示出整车的轮廓线及关键部位与部件之间的配合作用，使设计人员可以对主图板上的车身表面线条做光滑平顺的修改。至此，汽车的造型设计工作基本结束了。此后就会进入样车的制造与检验。 七、样车 样车是一辆具有试制性质，能够驾驶运行的汽车。 样车试制仍是一个不断修改的过程，但这种修改是为今后正式投产做铺路的。在样车试制阶段，很多在造型设计过程中的不足之处会更真实地反映出来。例如在绘图或在模型上能够制造的东西，可能在实际生产中会有工艺上的困难；也可能会耗费过大，成本下不来；也可能在装配上会产生干涉，安装困难，等等。造型设计人员仍然要跟踪工作，对样车的造型设计进行全面的检查，并根据设计要求进行修改。只有经过多次的反复修改，一辆经得起实际考验的造型方案才能实现，并做为今后生产的依据。 不难看出，汽车造型设计的过程是一个不断探讨不断修改不断完善的过程，最后拿到生产线的图纸很可能与最初的构思有很多不一样的地方，甚至大相径庭，这是一种很正常的现象。 以上介绍的内容是传统的汽车造型设计，这种传统的造型设计过程的最大缺陷是车身曲线需要依靠人力经过绘画模型图板等多次反复测量反复修改才能确定，耗费大量的劳动和时间，而且设计精度也难以保证，因此，用计算机代替部分人的劳动，是必然的趋势。 从七十年代起，计算机辅助设计已经进入了汽车外形设计这一领域，今天更是普遍应用，并已成为目前国内外车厂进行汽车造型设计的常规手段。现在常见的过程始于模型制作阶段，通过三坐标测量机测量，得到模型上离散的点集，将点集数据输入计算机，运用CAD将其连成光顺的曲线，建立数字化模型，进行初步设计和可行性分析，即相当于胶带图效果；然后通过专门的CAD设计软件，用曲线建立起整个车身的表面数学模型，设计人员在电脑前可以进行任意的修改，再通过数控铣床制造1:1全尺寸模型，供设计人员进行修改和定型；然后再通过测量机对全尺寸模型进行测量，将数据输入计算机建立汽车外形数学模型，并用图形显示终端显示出来，模型的三维曲面视图可以旋转,在不同的角度观察不同地方，十分直观。在这里，CAD的运用不但使人从繁重的劳动解脱出来，缩短了设计周期，而且能够保证设计精度，降低了设计开发的成本。轿车车身上的三大立柱 由各种各样的骨架件和板件通过焊接拼装而成的轿车车身，也就是行业俗称的“白车身”，它的各个部分都有相关的名称，不论在汽车制造厂、修理厂或者配件商店，人们一听到某个名称就知道它是属于车上的哪一部分，安装在什么位置上。（见图） 三厢式轿车车身结构图主要零部件: 1、发动机盖 2、前档泥板 3、前围上盖板 4、前围板 5、车顶盖 6、前柱 7、上边梁 8、顶盖侧板 9、后围上盖板 10、行李箱盖 11、后柱 12、后围板 13、后翼子板 14、中柱 15、车门 16、下边梁 17、底板 18、前翼子板 19、前纵梁 20、前横梁 21、前裙板 22、散热器框架 23、发动机盖前支撑板 车身的骨架件和板件多用钢板冲压而成，车身专用钢板具有深拉延时不易产生裂纹的特点。根据车身不同的位置，一些要防止生锈的部位使用锌钢板，例如翼子板、车顶盖等；一些承受应力较大的部位使用高强度钢板，例如散热器支承横梁、上边梁等。轿车车身结构中常用钢板的厚度为0.63毫米，大多数零件用材厚度是0.81.0毫米。 在轿车车身构造中，有些重要零件的位置涉及到车辆的整体布置、安全及驾乘舒适性问题，例如立柱。 一般轿车车身有三个立柱，从前往后依次为前柱（A柱）、中柱（B柱）、后柱（C柱）。对于轿车而言，立柱除了支撑作用，也起到门框的作用。 设计师考虑前柱几何形状方案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线的角度问题。一般情况下，驾驶者通过前柱处的视线，双目重叠角总计为56度，从驾驶者的舒适性看，重叠角越小越好，但这涉及到前柱的刚度，既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶者的视线遮挡影响，是一个矛盾的问题。设计者必须尽量使两者平衡以取得最佳效果。在2001年北美国际车展上瑞典沃尔沃推出最新概念车SCC，就将前柱改为通透形式，镶嵌透明玻璃让驾驶者可以透过柱体观察外界，令视野盲点减少到最低程度（见本网“车海拾贝”沃尔沃SCC）。 中柱不但支撑车顶盖，还要承受前、后车门的支承力，在中柱上还要装置一些附加零部件，例如前排座位的安全带，有时还要穿电线线束。因此中柱大都有外凸半径，以保证有较好的力传递性能。现代轿车的中柱截面形状是比较复杂的，它由多件冲压钢板焊接而成。随着汽车制造技术的发展，不用焊接而直接采用液压成型的封闭式截面中柱巳经问世，它的刚度大大提高而重量大幅减小，有利于现代轿车的轻量化。不过，有些设计师却从乘客上下车的便利性考虑，索性取消中柱。最典型的是法国雪铁龙C3轿车，车身左右两侧的中柱都被取消，前后门对开，乘员完全无障碍上下车。当然，取消中柱就要相应增强前、后柱，其车身结构必须要用新的形式，材料选用也有所不同。 后柱与前柱、中柱不同的一点就是不存在视线遮挡及上下车障碍等问题，因此构造尺寸大些也无妨，关键是后柱与车身的密封性要可靠。 刚度是汽车车身设计的指标，刚度是指在施加不致于毁坏车身的普通外力时车身不容易变形的能力，也就是指恢复原形的弹性变形能力。汽车在行驶过程中受到各种外力影响会产生变形，变形程度小就是刚度好，一般情况刚度好强度也好。刚度差的汽车，行驶在不平路面上就容易发出嘎吱嘎吱的响声。立柱的刚度很大程度上决定了车身的整体刚度，因此在整个车身结构中，立柱是关键件，它要有很高的刚度。 车身外型设计的两对矛盾 现代汽车追求舒适、动力和安全性能好，这些要求在车身外型的设计中构成了矛盾。 首先，乘驾舒适需要足够的车内空间，而要得到宽敞的空间就要增加汽车外型的尺寸。汽车的外型尺寸，尤其是横截面尺寸的增加，势必增加汽车的迎风面积，直接影响汽车的风阻系数。这样，舒适性与动力性就构成了一对矛盾。这对矛盾在汽车的速度比较低的时候影响不大，早期的汽车基本上是箱式的，汽车的外型完全根据内部的需要来设计。 随着汽车技术的发展，汽车的速度越来越高，风阻的矛盾就越来越突出。研究表明，随着速度的增加，路面阻力增加很小而风阻增加却很大。一般的箱式车，车速在每小时30公里以下时，消耗在路面阻力上的功率大于克服风阻所消耗的功率。而在这个速度以上，消耗在风阻上的功率就急剧增加。到了每小时70公里左右的速度，克服风阻所需要的功率就会超过路面阻力。如果速度超过每小时100公里，绝大部分的功率就消耗在克服风阻上了。 风阻的主要因素有两大方面，一是迎风面积，二是涡流。减少迎风面积的主要措施是减低车厢的高度。减少车厢的宽度虽然也能减少横截面的面积，但一般情况下效果不如减少高度显著。为了保留足够的内部空间，保证有舒适的乘坐空间，汽车的截面是不可以随意减少的。为了进一步减低风阻，就要从减少汽车行驶中产生的涡流入手。 我们在大街上常常看到一些大货车驶过后，马路上的尘土、纸屑打着转满天飞，这就是汽车行驶搅动空气形成的涡流。汽车的前挡风玻璃、车顶、车侧、车后都可以产生涡流。研究涡流最有效的手段是风洞试验，汽车模型静止于隧道型空间中，车身周围是高速流动的空气，这样来模拟汽车高速行驶的条件。通过安装在车身各部分的传感装置测量空气的运动。从而了解涡流的运动情况。研究表明，具有流线型车身的汽车抗涡流的性能最好。 流线型车身的纵截面与飞机机翼的的形状相似，高速运动时会产生升力，对行驶稳定性产生负面作用。这就产生了第二对矛盾，即动力性与安全性的矛盾。为了增加稳定性，现代汽车车身造型在流线型的基础上不断改进，车身重心前移、前低后高、增加尾部纵截面的相对面积、增加搅流板等等。 舒适性与动力性、动力性与稳定性，如何解决这两对矛盾构成车身设计历史的主流话题。汽车的车身从箱型、甲壳虫型发展到船型、楔型和现在的滴水型，以及在这些形状基础上的许多变种，其内在的驱动力就是这两对矛盾的平衡过程。汽车车身的设计工作流程，也从单纯的由内向外发展到由外向内、内外结合的方式。汽车风阻的五个组成部分 车身造型设计是一门很大的学问，其中重要的内容就是风阻问题。 平常说的风阻大都是指汽车的外部与气流作用产生的阻力。实际上，流经汽车内部的气流也对汽车的行驶构成阻力。研究表明，作用在汽车上的阻力是由5个部分组成的。 一、外型阻力，指汽车前部的正压力和车身后部的负压力之差形成的阻力，约占整个空气阻力的58%； 二、干扰阻力，指汽车表面突出的零件，如保险杠、后视镜、前牌照、排水槽、底盘传动机构等引起气流互相干扰产生的阻力，约占整个空气阻力的14%； 三、内部阻力，指汽车内部通风气流、冷却发动机的气流等造成的阻力，约占整个空气阻力的12%； 四、由高速行驶产生的升力所造成的阻力，约占整个空气阻力的7%； 五、空气相对车身流动的摩擦力，约占整个空气阻力的9%； 针对第一、二种阻力，轿车车身应该尽量设计成流线型，横向截面面积不要太大，车身各部分用适当的圆弧过渡，尽量减少突出车身的附件，前脸、发动机舱盖、前挡风玻璃适当向后倾斜，后窗、后顶盖的长度、倾角的设计要适当。此外，还可以在适当的位置安装导流板或扰流板。通过研究汽车外部的气流规律，不仅可以设计出更加合理的车身结构，还可以巧妙地引导气流，适当利用局部气流的冲刷作用减少车身上的尘土沉积。 针对第四种阻力，要设法降低行驶中的升力，包括使弦线前低后高，底版尾部适当上翘，安装导流板和扰流板等措施。 一部分外部气流被引进汽车内部，可能会在一定程度上减少了外部气流对汽车的阻力，但气流在流经内部气道时也产生的摩擦、旋涡损失。研究汽车内部的气流规律，可以尽量减少内部气阻，有效地进行冷却和通风。利用气流分布规律，还可以巧妙地把发动机的进气口安排在高压区，提高进气效率，减少高压区附近的涡流，同时把排气口安排在低压区，使排气更加顺畅。 细心的读者可能已经注意到了，上面的论述用了很多非限定性的词汇，如"适当"就用了五次。有的读者可能希望用一些确切的数字来表述，如后倾的角度、圆角的半径等等。这里牵涉到车身设计的整体概念。风阻是建立在汽车整体结构上的概念，某型号车的最佳几何参数，在其他型号上是不适用的。一个小小的改动往往对整体产生很大的影响，正所谓牵一发而动全身。技术书籍上的数据都是在严格规定的试验条件下，对特定范围的汽车进行测试的结果。离开了这些前提条件，数据就是荒谬的。 本网特约（2001年12月15日）汽车外形的演变 走近汽车，首先会被它的外貌吸引。神采各异的面孔是怎样演变过来的？ 最初生产的汽车是篷体的，像马车，只不过车的动力由马匹改为内燃机。后来篷体改为厢体，厢体是矩形的，人们称它为箱型。早在20世纪初大规模生产的福特T型汽车就是一种箱型汽车，它奠定了以后汽车的基本造型。 随着汽车速度的增加，风阻问题提到了设计日程上来，尤其是讲究速度的小型汽车。降低风阻有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。 降低车厢高度可以有效地减少迎风面积，例如人们所称的"船型"车身形状，分有发动机舱、乘员舱和行李舱，象驾驶舱建在甲板上的船，增加长度，降低高度，有效减少迎风面积。我们知道，作为乘载工具，迎风面积的减少是有限的，一种称为"楔型"的高速汽车在减少迎风面积方面可谓是登峰造极，但是楔形的运载空间很小，多作为赛车。 而流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。例如甲壳虫形状的汽车，就具有比较明显的流线形状，典型代表是德国大众汽车厂生产的"甲壳虫" 车。人们寄希望于流线型，但是，流线型同样不是汽车的理想外型。人们常用的是流线型的各种变形，如斜背式、鱼形、滴水形或者是它们的某种组合。 所以说，流线型不是特定的车型。流线型是指空气流过不产生旋涡的理想形状，流线型应用的最高境界是飞机的机翼。上述的甲虫型、鱼型、楔型、滴水型都具有不同程度的流线型特征，但是作为以运载为主要目的的陆路运输工具，绝对的流线型是不现实的。流线型也有它的弊病，就是高速行驶时会产生升力，影响驾驶稳定性。为了克服这个弊病，设计师还要在车身上安装导流板和扰流板。 任意形？如果不考虑风阻，是不是就可以随心所欲地象小孩搭积木地创造出各种不同形状的汽车呢？汽车的主要功能部件都是些大家伙，发动机、变速器、转向器哪一样都是占地方的。如果有轻巧高效的能源，如果能够用一条线一个按钮代替机械传动部件，如果所有的部件都做成模块并且通过通用的接口进行连接，如果所有这些技术都已经实用化，你和我的梦想就能实现。 今天，这种梦想中的车型已经在2002年北美汽车展中显露了它的邹型。通用汽车公司的自主魔力（Autonomy）的底盘类似滑板，底盘的中心位置有一个标准接入端口，所有的车内系统都能够简单快捷地与底盘相连，底盘与车身可根据客户自己的愿望随意组合拼装。今天它是一辆"概念车" ，明天，很可能就会是一辆商用车。车身主要构件 在轿车车身上的三大立柱一文中有一幅车身结构件图，上面列出了轿车车身各部分部件的位置和名称。该文介绍了前柱、中柱和后柱，本文继续介绍其它主要部件。 发动机盖 发动机盖（又称发动机罩）是最醒目的车身构件，是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。 发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转，也有小部分是向前翻转。向后翻转的发动机盖打开至预定角度，不应与前档风玻璃接触，应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启，发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置，锁止装置开关设置在车厢仪表板下面，当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。 车顶盖 车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言，顶盖不是很重要的部件，这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲，重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡，以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然，为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度，一般在顶盖下增加一定数量的加强梁，顶盖内层敷设绝热衬垫材料，以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。 行李箱盖 行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。 翼子板 翼子板是遮盖车轮的车身外板，因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板，前翼子板安装在前轮处，因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。后翼子板无车轮转动碰擦的问题，但出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线向外凸出。现在有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体，一气呵成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因