汽车车身设计基础全稿课件.ppt

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1、,设 计 基 础,汽 车 车 身,同济大学 汽车学院 王宏雁 陈君毅 编 著,课程内容 “汽车车身结构设计基础”是一门涉及多学科交叉课程内容的教材。全书是从车身概论开始，讲解车身设计的定义，所涉及的学科领域，在汽车制造过程中的重要性，设计历史和发展趋势等；然后由外形到内部再至结构的设计要点、设计原则和方法等。不仅深入浅出，还要通俗易懂，引人入胜，激发学生对车身设计的学习兴趣。涉及到车身概论、车身设计方法轿车车身的空气动力学设计、轿车的车身总布置设计、车身结构的安全性设计以及车身结构的轻量化设计等车身设计基础知识。在内容上避免了将车身设计知识讲述得深而全，而是串联起多学科的知识点，让学生了解车身

2、设计的基本知识和基本方法及所涉及的其他学科领域及其相容性；掌握最基本的车身设计的方法、技术；了解车身设计这个学科的发展和研究内容，以及在汽车制造中的作用。,第一章 车身概论,学习要点：1.1 轿车车身的特点 轿车车身的设计与需要集各个行业之大成1.2 轿车车身的发展概况 车身发展的5个里程碑式阶段及其演变过程1.3 现代轿车车身技术发展趋势 外形设计的发展特征和50年后的汽车,车身造型,布置型式,新材料,电子控制技术,空气动力学,人体工程学,安防抗全公腐性害蚀,新工艺的应用,的运用,的研究及应用,的研究及应用,法规,1.1 轿车车身的特点,1.1.1 决定轿车车身设计的主要因素,1.1 轿车车

3、身的特点,第1章 车身概论,1.1 轿车车身的特点,1.1.2 轿车车身设计的要求及原则,第1章 车身概论,1.1 轿车车身的特点,第1章 车身概论,1.2 轿车车身的发展状况,厢型,甲虫型,鱼型,船型,楔型,体现空气动力学原理的流线型车身,集流线型和船型优点于一身,快速、稳定、舒适,马车外形的发展,以人为本，考虑驾乘舒适性,1.1 轿车车身的特点,蒸汽汽车,马车,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,1907劳斯莱斯.银灵,1915福特T型车,动力性差阻力大,1.2.1 原始的厢形车身 车身高大，有足够的活动空间 空气阻力巨大，动力性差，行驶速度低,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿

4、车车身的发展状况,第1章 车身概论,降低空气阻力，提高动力性的措施分析,良好的车身外形设计的主要内容是要减小空气阻力。,仅仅加大发动机不可取，可考虑减小CD和A,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,降低CD的尝试,1934年美国密执安大学的雷依教授 空气动力学风洞实验,减小迎风面积的措施,车宽的减小受到稳定性、舒适性的限制,降低车高,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,1.2.2 体现空气动力学原理的甲壳虫形车身 甲壳虫型车身能减小车后部产生的涡流，比厢形车符合空气动力学性能，动力性增强，但其后排乘员空间较小，产生不舒适感。,

5、缺点： 升力大，行驶不稳定 乘坐空间狭小，视野及舒适性差,优点： CD值小 工艺性好，利于批量生产,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,因升力产生的行驶不稳定性,升力产生原理,1.1 轿车车身的特点,甲壳虫的另一个致命的缺点是对抗横向风能力差，不稳定。这是由于甲壳虫车身的特殊结构，产生了空气升力。,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,1.2.3 引入人体工程学的船型车身,以人为本，考虑驾乘舒适性；但是阻力大，动力性差,船型车身是车身外形的进步还是倒退？,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,1.2.4 趋于完美的鱼型车

6、身 具有良好的空气动力学性能 存在舒适性和视野问题,1995保时捷911,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,1.2.5 理想的楔型车身 有良好的空气动力学性能 解决了横向风稳定性问题 有很好的动力性和舒适性,1963司蒂倍克阿本提小客车,楔形赛车,鸭尾造型的原理及应用,“鸭尾”造型在宝马五系上的运用,1.1 轿车车身的特点,1.2 轿车车身的发展状况,第1章 车身概论,现代车身技术发展趋势：,节能、环保、安全 采用新方法、新材料、新工艺,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,现代汽车，尤其是轿车，外形设计的发展

7、特征与传统设计相比区别在何处？,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,成功的车身设计是综合考虑所有因素的结晶,第1章 车身概论,风格各异的造型,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,人性化的特征,艺术化的外表,第1章 车身概论,1.3.1 现代汽车车身外形设计的发展特征,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,新能源,新材料、新结构、新工艺,第1章 车身概论,新生产方式 新消费方式,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,新设计理念,第1章 车身概论,1.3.

8、2 现代轿车车身技术发展趋势,个性化,综合设计,各向异性造型,风格多样化,空气动力学性能最优化,体现各种要求,避免“千篇一律”,追求情感化,提高行驶稳定性,新颖奇特,人性化,以人为本，人机协调,虚拟化,全球化,虚幻环境的动态模型体验实车,汽车将成为世界性商品,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,第1章 车身概论,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,50年后的轿车,通用公司 OnStar ANT,本田124,大众公司的SlipStream,奥迪公司 Virtuea Quattro,第1章 车身概论

9、,马自达MotoNari,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,Peugeot20Cup concept,Nissan Pivo,Nissan Pivo,第1章 车身概论,日产OneOne,1.2 轿车车身的发展状况,1.1 轿车车身的特点,1.3 现代轿车车身技术发展趋势,BMW GINA,梅塞德斯-奔驰银箭,丰田Biomobile Mecha,丰田的i-Swing,第1章 车身概论,第二章 车身设计的程序与方法,学习要点：2.1 车身设计方法概述 有别于机械总成设计的，车身设计的各种方法概述2.2 传统的车身设计方法 传统车身设计遵循着顺序，

10、一环紧扣一环2.3 现代的车身设计方法 并行、协同面向全生命周期的设计模式,光顺曲线,空间曲面,装配精度,互换性,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,2.1 车身设计方法概述,建立三维坐标系 X向：以前轴中心为零点，向前为负，向后为正 Y向：以车身对称面为零点，向左为正，向右为负 Z向：轿车以地板下平面为零点，向上为正，向下为负 画网格线尺寸的计量和标注的基准线，多采用200mm网格 尺寸标注：以距离最近的坐标线为基准；可增添辅助基准线（每25mm的倍数）；尺寸尾数为0.25，0.50，0.75，0.00。,车身设计资料以三维坐标系为设计基准,2.1 车身设计方法概述,第2

11、章 车身设计的程序与方法,2.1 车身设计方法概述,传统设计方法,顺序设计、环环紧扣、严谨保守,现代设计方法,并行设计、多元参与、高效可靠,计算机辅助设计,现代设计、弥补平面制图的不精确性、节省制模时间,“仿形法”设计,介于传统车身设计和现代计算机辅助车身设计之间,各种车身设计方法的特点,第2章 车身设计的程序与方法,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,传统设计方法,发动机,底盘,车身,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,现代设计方法,并行的、协同的、面向全生命周期的设计模式,艺术构思图CAS,三维数学模型CAD,车身结构设计CAD,零件设计CAD,虚拟

12、装配ASS,试制,试验、定型,车身制造工艺设计CAPP,工装、模具设计CAD,工装、模具加工CAM,装配、试冲、调整,投入生产,铸件毛胚准备,CAE优化设计,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,计算机辅助设计,“仿形法”设计车身,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,2.1 车身设计方法概述,2.2 传统的车身设计方法,概念设计,技术设计,传统设计方法,2.2 传统的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,概念设计,产品设计的前期工作，对将投产车型的概念描述,论证产品的开发目的、必要性与可行性、市

13、场预测、产品水平分析、目标成本、产品的竞销能力、企业的生产条件、投资能力、投产的总体目标等,初步确定汽车性能指标、外形与内部布置,2.1 车身设计方法概述,2.2 传统的车身设计方法,2.2.1 概念设计,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,产品的目标成本,概念设计的内容,产品的先进性分析,产品的使用调查,产品的三化,产品的造型概念,市场调查,产品设计任务书的制定,第2章 车身设计的程序与方法,市场调查 预测需求（数量与价格），确定生产纲领（产量），竞争对手动向，投放时间。,社会经济增长率,国民所得,购买力,世界政治和经济环境,公路建设,人口构成

14、,消费动向,消费者生活方式及志向,交通环境及法规,车辆保有量及普及率,市场车型构成,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,产品的使用调查确定产品安全性、动力性、经济性等性能目标，确定主要技术参数。,同类产品状况与问题,用户的需要和喜好,赶超性能目标,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,产品的先进性分析对所要达到的目标进行分析，确定先进技术应用的可行性。,第2章 车身设计的程序与方法,产品的造型概念 所开发车型的形体描述,概念草图,初步布置图,美术效

15、果图,小比例模型,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,第2章 车身设计的程序与方法,桑塔纳2000 桑塔纳3000 桑塔纳维斯塔 车身附件不同,时尚型 舒适性 豪华型 整车配置不同,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,产品的通用化、标准化、系列化确定车型系列，以节省投资，缩短开发周期，满足各种需求,第2章 车身设计的程序与方法,产品设计任务书的制定 产品描述,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,产品的目标成本 确定车型系列，以节省投资，缩短开发周期，满足各种需求,设计任务书要规定整车与总成开发的主要技术指标，包括如前所述的汽车的尺寸、质量、

16、性能以及电器仪表和车身附件的选装要求，目标成本等。,第2章 车身设计的程序与方法,采用同步工程方法，在产品开发初期的概念设计阶段就吸收工艺、制造工程师以及财务、生产计划和市场销售人员，提前参加概念设计阶段的工作。,产品开发的组织管理 用最少的人力和物力，花费最短的时间，作出最畅销的产品。,绘制1:5的车身布置草图确定车型基本尺寸,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.2.2 技术设计,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制1:5的外形设计构思图确定外形,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设

17、计方法概述,绘制1:5的车身布置图确定主要控制尺寸、校核运动关系,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制车身外形的透视效果图和1:5的立面效果图确定立体造型、色彩、效果,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,制作1:5油泥模型表达形体概念，进行风洞试验,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制1:5彩色内饰效果图确定内部造型，色彩，效果,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制1:1车身布置胶带图检查布置

18、的合理性和运动干涉,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,制作1:1看样模型检查放大后的效果，风洞试验,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制车身主图板表面曲线，装配关系，结构型式，运动轨迹,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,绘制车身零件图零件尺寸，技术要求，车身上的位置,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,样车制造检验车身设计图纸、制造工艺性等,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法

19、,2.1 车身设计方法概述,制作主模型像“米原器”，作为制造模具、夹具、检具的依据,第2章 车身设计的程序与方法,市场管理和产品管理/产品定义,ME,EOP,PPS (Product Planning Start) 产品规划启动 PE (Projektentscheidung)项目决策 LF( Laufenfreigabe)启动认可 ME (Marketeinfuehrung)市场投放 KO（Kickoff）项目启动EOP( End Of Production)终止生产 SI（Strategic Intent）战略规划SC（Strategic Confirmation）战略确认PH（Propo

20、rtions Hardpoints）硬点确认PA（Program Approval）项目批准ST（Surface Transfer） 线图设计PR（Product Readiness）生产准备CP（Confirmation Prototype）样车确认CC（Change Cut-Off）更改冻结LR（Launch Readiness）投产准备LS（Launch Sign-Off）投产签发J1（Job1）零批量投产FS（Final Status）最终状态,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,2

21、.3.1 现代车身设计过程,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,1）外形构思用草图记录和推敲创意 根据产品的前期定位、市场需求和技术描 述，从造型角度进行创意构思和造型定位,2）缩比效果图含车身尺寸信息的二维造型设计图 包括车身外形效果图和车身内饰效果图,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,2.3.2 现代车身CAD设计方法,3）模型

22、制作利用计算机辅助造型设计（CAS）制作精确的三维实体模型,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,4）CAD建模 测量全尺寸模型得到尺寸参数点集，输入计算机，建立整个车身表面数学模型,5）概念车制作 将内、外饰在同一个车体中表现出来，如实地体现车型制造出来之后的状态,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,效果图至1：1模型的造型型面的可行性分析,深入的修正与细化，并作为三维结构设计阶段的技术输入,提供给车身结构分析的输入条件：(1) 产品策划定义报

23、告；(2) 相关的整车和电气控制条件；(3) 效果图、胶带图、CAS模型、内外表面(带断面)数据；(4) 造型阶段的间隙圆角图、内外饰件花纹方案；(5) 各总成控制条件、要实现的主体功能；(6) 所遵循的相关标准法规；(7) 以往项目的积累知识和质量要求。,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,1) 车身结构分析的前提,第2章 车身设计的程序与方法,2.3.3 结构分析,包括：(1) 各总成产品描述；(2) 零件表；(3) 车身总布置图；(4) 三维结构设计方案。,2） 车身结构分析的内容,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3

24、 现代的车身设计方法,配合方式,连接方式,空间布置关系,运动关系,零件详细结构设计,主体结构,第2章 车身设计的程序与方法,(1) 主要典型结构断面分析；(2) 主要结构节点刚度分析；(3) 白车身整体结构分析，在有无前后风窗玻璃两种状态下主要进行扭转刚度、弯曲刚度分析和振动模态分析；(4) 加热、通风和制冷性能分析，主要进行空调性能分析和空调风道分析；(5) CAD外流场分析，即主要研究气动特性、流场特性和表面压力分布，以获得最佳的空气动力学特性。,3） 方案CAE分析,2.2 传统的车身设计方法,2.1 车身设计方法概述,2.3 现代的车身设计方法,第2章 车身设计的程序与方法,第三章 车

25、身设计的技术与要求,学习要点：3.1 现代车身设计技术 了解计算机辅助造型技术等几种现代车身设计技术3.2 结构设计要求 白车身的结构需要满足的设计要求和设计要点,相比传统的仿形法设计，计算机辅助造型技术有很多优点：,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1 现代车身设计技术,3.1 现代车身设计技术,3.1.1 计算机辅助造型技术 利用CAS/CAD/CAM系统在计算机中建立一个数字模型取代传统设计方法中的立体实物模型。通过图形输入输出设备对生成的数字模型进行各种功能操作，观察效果，满意之后通过数控程序加工出立体模型，完成几何造型设计。随后再对形成的车身外表面数字模型进

26、行结构设计、结构分析和生产准备。,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.2 虚拟现实技术 虚拟产品开发技术是在新产品开发流程中有效利用虚拟产品模型，对产品设计做出判断，并在测试阶段加以验证，从而帮助企业寻求更具创新性的产品设计、得到“所期待的”产品。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.3 空气动力性模拟 运用流体力学知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.4 人机工程技术 人机工程学在对人的特性进行详

27、细研究的基础上设定了一系列的设计准则，用来指导汽车产品的设计，主要是人和汽车之间的界面设计，主要体现在驾驶员和乘员在驾乘状态下的舒适性、视野性、手伸及性和操纵方便性等方面。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.5 虚拟样机技术 虚拟样机技术基于协同作业机制和理念的并行工程开发技术，在产品的设计阶段就充分考虑产品的装配环节和相关的各种因素的影响，在满足产品性能和功能的条件下，通过改变零部件装配结构来降低装配时的复杂性。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.6 CAE分析和验证技术 主要涉及到白车身和零部件的静态、动态、安全和疲劳分析，空间和

28、管路的流场分析，钣金件的冲压成型可行性分析，塑料件的注塑过程模拟分析等。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,3.1.7 模块化设计技术 “模块化设计”是在进行产品功能分析的基础上，将产品的总功能分解为若干层次较低的、可互换的、独立的基础单元模块，根据用户的具体设计要求，通过对功能模块的选择与综合，快速设计出具有不同系列、不同性能、不同用途的各种新产品，满足市场对产品设计、制造的快速性要求。,3.1 现代车身设计技术,第3章 车身设计的技术与要求,现代车身结构设计要求,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,此处的“车身”指的是白车身,3.2 结构设计要求,第3章

29、车身设计的技术与要求,车身结构分类：,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,承载式车身,非承载式车身,半承载式车身,模块式,一体式,第3章 车身设计的技术与要求,3.2.1 白车身结构,车身覆盖件的作用： 封闭车身，体现车身外观造型，增大结构强度和刚度梁、支柱的作用： 保证车身所要求的结构强度和刚度的基础件结构加强件的作用： 加强板件的刚性，提高各构件的连接强度,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,车身结构的特点： 由覆盖件、梁、支柱及结构加强件等焊装成的集合体，提供车身所需的承载力。,第3章 车身设计的技术与要求,车身前部是敞开的发动机舱，承受比较大的集中力，主要由前纵

30、梁支撑，并尽可能吸收纵向碰撞能量。,车身中部是乘坐舱，结构强度要求很高，主要起到承受侧面撞击力，保护乘员生存空间的作用。,车身尾部是行李箱舱，主要承受燃油箱、备胎和行李的重力。后纵梁承担和吸收纵向撞击载荷。,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,第3章 车身设计的技术与要求,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,3.2.2 车身结构设计要点,第3章 车身设计的技术与要求,结构强度与刚度要求,车身结构刚度和动力学性能设计过程,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,第3章 车身设计的技术与要求,没有物理学上或理论力学上的“平面性”承载结构,由骨架构件连接成的承载及传力

31、结构,承载结构任何地方受力，应通过承载结构“网络”，迅速传递至整个车身,尽量避免存在不会受力的非承载构件,车身承载结构必须有足够的刚性 .,所有机组必须尽量悬置于车身承载结构的几何节点处,不允许车身薄板有较大的振幅,振动与噪声要求,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,建立刚弹耦合模型准确分析振动,建立集中质量模型进行汽车平顺性的分析,第3章 车身设计的技术与要求,噪声的产生,（1）轿车驱动系统噪声（2）轮胎与路面接触噪声（3）环绕车身的气流噪声,噪声的传递,（1）空气传声（2）固体传声,降噪的措施,（1）连接处隔绝（2）有目的的增加车身刚度（3）适当部位设置隔音件（4）多级密封,耐

32、久性要求,疲劳耐久性研究方法,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,第3章 车身设计的技术与要求,疲劳的产生,汽车在行驶过程中，由于路面不平整及路面使用过程中造成的缺陷等因素的影响，车身结构会受到交变载荷的作用,疲劳破坏,在交变载荷重复作用下，应力值没有超过材料的强度极限，材料或结构所发生的破坏现象,影响疲劳强度的因素,材料本身的性质、零件几何形状、表面质量、工作条件、表面处理及参与内应力等,安全性要求 结构安全设计理念吸能与坚固； 耐撞性； 乘员约束与保护系统；,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,方向盘管柱碰撞时溃缩吸能,结构安全坚固的车身,乘员保护安全气囊,乘员约束

33、安全带,第3章 车身设计的技术与要求,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,轻量化要求,第3章 车身设计的技术与要求,轻量化的前提,保证安全性,结构合理化,（1）减薄板厚（2）形状合理（3）刚度最佳,轻量化的途径,(1)缩小车身尺寸(2)采用前置前驱布置型式(3)车身结构合理化(4)使用高强度钢板或其他轻质材料,轻质替代材料,（1）高强钢（2）铝、镁合金（3）复合材料,车身防腐蚀设计 静态密封涂胶、密封条； 动态密封密封条；,罩盖密封,升降玻璃密封,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,第3章 车身设计的技术与要求,3.1 现代车身设计技术,3.2 结构设计要求,通风要求

34、充分利用车辆的空气动力特性来研究设计通风口的位置和通风量。,防腐蚀要求 改进车身结构； 采用各种保护膜静态,穿孔腐蚀缝隙腐蚀端部腐蚀凿击腐蚀疤痕腐蚀,采用防腐材料 防潮，涂胶 打磨圆口，加套 涂基底材料 保护漆膜,车身侧面的通风口,3.2 结构设计要求,第3章 车身设计的技术与要求,第四章 轿车车身的空气动力学特性,学习要点：4.1 轿车的空气阻力 空气阻力的组成及其影响因素4.2 轿车的横向稳定性 风压中心与重心的位置关系影响横向稳定性4.3 轿车的升力 轿车的流线与升力之间的关系4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱 空气的粘滞现象对轿车空气动力学性能的影响4.5 车身造型应用空气动力学研究

35、针对空气动力学问题的车身造型优化设计4.6 轿车的空气动力性试验 利用风动试验和道路试验提高轿车空气动力学性能,l ：汽车的轴距t ：汽车的轮距q ：动压q =1/2v2(为空气密度)A：汽车的前视投影面积，该面积应包括汽车底部零件及轮胎的前视投影面积。 对轿车可用英国人推荐的公式估算（误差一般不超过6）：式中 B和H轿车的总宽和总高；由此可推出：,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1 轿车的空气阻力,4.1 轿车的空气阻力,4.1.1 空气阻力的组成,4.1 轿车的空气阻力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,由轿车表面凸出的零件引起气流相互干扰而产生的阻力,车身前部的正压力和车身后部的负

36、压力所产生的压力差而引起的阻力,由轿车室内通风的气流和冷却发动机的气流所造成的阻力。,由升力引起的,由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力,4.1.2 空气阻力与最大车速的关系,4.1 轿车的空气阻力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,汽车的升力,汽车的牵引力,最大车速,4.1.3 空气阻力与轿车加速性能的关系,阻力功率,发动机功率,对时间t求导,4.1 轿车的空气阻力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,轿车的加速度与阻力系数有近似反比关系。减小空气阻力和轿车的重力，都可以使轿车的加速能力提高。,4.1.4 空气阻力与燃油消耗量的关系,降低空气阻力即可降低油耗；当高速行驶时，降低空气阻力节油

37、的效果更大,燃油消耗量也可换算成与空气阻力和滚动阻力的关系,又,4.1 轿车的空气阻力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,当汽车以等速行驶时的百公里油耗为：,式中 燃油的密度。汽油为0.710.73kgL，柴油为0.810.83kgL。 B发动机相应工况的有效油耗率，单位为g/kwh W行驶100Km所消耗的功率kwh,气动力中心与重心的位置关系对轿车横向稳定性的影响,风压中心在重心前，轿车绕轴顺时针方向转动，进一步增强侧向风的作用，使轿车失稳,风压中心在重心后，轿车绕轴逆时针方向转动，减弱侧向风的作用，使轿车趋于稳定,4.1,4.2 轿车的横向稳定性,4.2 轿车的横向稳定性,第4章 轿车车

38、身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3 轿车的升力,升力产生的原理,4.3 轿车的升力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,作用在轿车上的空气，有3540在车身上部流过，1015从底部流过，两边各流过25。如果能设法提高底部气流的速度而形成一种文氏喉管的气流，则可由此产生负升力。,负迎角能提高汽车底部气流速度，减小升力 轿车前段底部加扰流板可使升力下降,影响升力的因素,4.1,4.3 轿车的升力,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.2,4.1,4.2,4.3 轿车的升力,影响升力的因素,轿车底板的尾部向上翘起一个角度可疏导底部的气流，从而降低升力系数 轿车地板向两边略翘起，使底部气流有一部

39、分流向两个侧面，也能使升力下降,车尾地板的后翘效应,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,4.4.1 附面层与分离点,涡旋的形成和分离现象,4.1,4.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,附面层： 围绕着运动物体的一个相对薄的空气层内，气流速度有着急剧的变化，存在着速度梯度。该气流层称为附面层。,轿车表面的附面层,分离现象： 在分离点K起形成一个分离面K-K，在分离面后部，产生一个个涡漩，涡漩被外层气流带走，同时又从分离面上卷进新的涡漩以补充被带走的部分，这种现象称为分离现象。,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.4.2 轿车前部的流谱,4.1,4

40、.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,通过试验得到发动机罩分离线和风窗玻璃上的再附着线，可利用右图的经验公式研究其影响因素。,发动机罩和风窗上分离点S及再附着点R的位置,汽车前部的流谱情况,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,4.4.3 轿车尾部的流谱,应该设法使基面面积尽可能小，以使尾流负压值减小，从而减小车身运动阻力。,“短尾”原理,尾流导致后窗易沉积尘土,尾流冲刷后窗沉积的尘土,优良的造型设计，首先应避免尾流涡漩造成对路面过大的紊流,以减少尘土飞扬；其次应考虑到引导气流对后窗玻璃等部位有一定的冲刷作用，以防止尘土的沉积

41、。,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,4.4.4 轿车底部的流谱,离地间隙对气流阻力的影响,光滑底部对气流阻力的影响,离地间隙对气动升力的影响,轿车底部的气流特性：,地板形状对阻力升力的关系：,装有光滑地板的汽车,地板的纵向曲率和横向曲率,地板造型对尾流的影响,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.4.5 轿车周围的涡系 为减小和消除涡流及气流分离引起的摩擦阻力和动能损耗，有些轿车尾部加装窗后扰流板。,4.1,4.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,后扰流板尺寸对 和 值的影响,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4

42、.2,4.3,4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱,4.4.6 轿车的内部气流与表面压强分布,轿车车内空气的流向,货车驾驶室换气情况,第4章 轿车车身的空气动力学特性,不同车身的表面压强分布,进气口开设在侧面,光顺车身表面的曲线形状，消除或延迟空气附面层剥离和涡流的产生 调整迎面和背面的倾斜角度 减少凸起物，形成平滑表面 设计空气动力附件，整理与引导气流,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,4.5 车身造型应用空气动力学研究,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身造型的空气动力学设计的目标,4.5.1 轿车外形的空气动力性最佳设计,车身前端形状的最佳化,前保险杠形

43、状与气流阻滞区,车头部分形状的最佳化,倾角为负，有利于气流通过； 倾角为正，易造成气流阻滞而使阻力和升力增加。,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,前窗倾角的最佳化,前风窗倾斜（以前风窗下沿为基点）与水平线的夹角为2530时，风阻系数最低。,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身侧面形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,前支柱型式对侧部涡流的影响,轮口外部拱起，控制轮口内气流对侧面平顺气流的干扰,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身侧面形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,

44、车身后部俯仰向内收敛使阻力发生变化的情况,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身侧面形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,车身最宽点与空气动力学中心距离的关系,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身后部形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,后倾角的定义,后窗倾斜增加对尾流的影响,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身后部形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,比值不同时，不同后倾角对阻力变化的影响,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身后部形状的最佳化,4.1,4.

45、2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,利用后扰流板，控制车后部涡流的形成与发展，“整理”不稳定的涡流，推迟涡流产生或形成一定方向的小涡流，以填充后窗后部的低压区，削减前风窗和后窗后部分的压力差。,具有后扰流板形状的后行李箱盖造型,顶盖后缘导流板控制局部气流,第4章 轿车车身的空气动力学特性,车身底部形状的最佳化,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,车身底部平整，避免湍流和升力,后翘起形状对阻力与升力的影响,第4章 轿车车身的空气动力学特性,后视镜的位置与形状,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,对前、侧方气流疏导

46、的外后视镜造型,进气口和排气口,前风窗下沿进风口,散热器框架进风口,第4章 轿车车身的空气动力学特性,减小空气动力的噪音,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,4.5.2 车身的空气动力学设计方法与程序,问题： 什么样的车身外形具有低的空气阻力系数？ 达到低的空气阻力系数的车身设计途径是什么？,第4章 轿车车身的空气动力学特性,式样车型,基本形状,基础模型,基本形体,对于全新车型的开发,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,第4章 轿

47、车车身的空气动力学特性,风洞试验,影响因素总结,改进措施制定,原有外形的空气动力学分析,对于原有车型的改进,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,第4章 轿车车身的空气动力学特性,新外形确定,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 车身造型应用空气动力学研究,将风阻系数做到极致车型,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6 轿车的空气动力性试验,4.6 轿车的空气动力性试验,风洞试验,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6 轿车的空气动力性试验,模型风洞,实车风洞,第4章 轿车车身的

48、空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6 轿车的空气动力性试验,风洞试验法的演变,第4章 轿车车身的空气动力学特性,空气动力及声学风洞的功用,降低汽车风阻，优化汽车造型；,测试接地负荷,流场显示，测定风压,测试侧风稳定性,空气动力噪声试验,空调系统试验,发动机冷却试验,车窗玻璃除霜去雾试验,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6 轿车的空气动力性试验,第4章 轿车车身的空气动力学特性,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6 轿车的空气动力性试验,道路试验： 轿车在无风的条件下开到高速，使之空档滑行经过水平跑道的特定路段。轿车滑行的总阻力可由测得的轿车减速度

49、求出，空气阻力就等于总阻力减去车轮的滚动阻力。,第4章 轿车车身的空气动力学特性,第五章 轿车的车身总布置设计,学习要点：5.1 车身总布置的原则和内容 总布置原则、内容和参数的确定5.2 人机工程学在车身总布置中的应用 车内的布置设计需更符合人体尺寸和生理特征，以获得更好的舒适性,5.1.1 车身总布置的原则,乘座舒适,良好的空气动力学特性,良好的经济性和行驶稳定性,方便维修和保养,轻质易制造,确定必装件和选装件,有限的外形无限的空间,满足国际国内各个相关法规,系列化、通用化,第5章 轿车的车身总布置设计,5.1 车身总布置的原则和内容,5.1 车身总布置的原则和内容,第5章 轿车的车身总布

50、置设计,5.1 车身总布置的原则和内容,确定车身造型,5.1.2 车身总布置的内容,在车身总布置设计时，需考虑各总成尺寸、布置位置和人体生理需求。,5.1 车身总布置的原则和内容,轿车主要尺寸参数,5.1.3 轿车主要参数的初步确定,第5章 轿车的车身总布置设计,5.1 车身总布置的原则和内容,质量参数,车身比重量与总长对于批量生产的轿车，车身比重量与总长的关系为：车身比重量（2528）,车辆重量与总长，一般存在如下关系式：当总长L4.2m时,车辆总重约为55当总长L4.2m时,车辆总重约为27.5,性能参数,第5章 轿车的车身总布置设计,5.1 车身总布置的原则和内容,车身外形的特征尺寸和特