【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 外形本質(zhì)上并沒(méi)有發(fā)生什么變化，足以證明這種平直的外形是十分優(yōu)秀的。中國(guó)的紅旗牌轎車(chē)就是典型的船形造型。 （ 4）魚(yú)形車(chē)身階段 船形車(chē)身尾部仍會(huì)產(chǎn)生空氣渦流，雖然不像箱式車(chē)身那樣嚴(yán)重，但是也一定程度的影響車(chē)的動(dòng)力性。于是，改變船形車(chē)尾的階梯狀為斜背式，這樣有效降低了渦流強(qiáng)度。這種車(chē)身即為魚(yú)形車(chē)身。 魚(yú)型車(chē)身有著很多優(yōu)點(diǎn)，車(chē)身低，沒(méi)有階梯，前后翼子板與車(chē)身幾乎成一體，且斜背式的傾斜比較平緩，層部較長(zhǎng)，圍繞車(chē)身的氣流也 比較平順，不會(huì)產(chǎn)生渦流。魚(yú)型車(chē)身比甲蟲(chóng)型車(chē)身低、長(zhǎng)、美觀(guān)，具有鯉魚(yú)的造型，它橫截面積小、所以迎風(fēng)阻力小，形狀阻力也小。甲殼蟲(chóng)車(chē)身與魚(yú)形車(chē)身的比較如下圖。 圖 28 甲蟲(chóng)車(chē)身與魚(yú)形車(chē)身的比較 （ 5） 楔形車(chē)身階段 隨著車(chē)身的發(fā)展，人們長(zhǎng)期追求汽車(chē)流線(xiàn)型的美，發(fā)展到魚(yú)形獲得了空氣阻力最小的形式，這已被人們所公認(rèn)，但同時(shí)產(chǎn)生了了更棘手的難題，這就是升力的問(wèn)題。 魚(yú)型車(chē)身的側(cè)面形狀與甲蟲(chóng)型車(chē)身的側(cè)面形狀相似，也非常接近飛機(jī)的機(jī)翼的斷面形狀，根據(jù)風(fēng)桐試驗(yàn)的結(jié)果，和汽車(chē)靜止時(shí)相比， 時(shí)速為 100km 時(shí)，汽車(chē)的附著 力減少 1／ 8；150km 時(shí)，減少 1／ 4； 200km 時(shí)，減少 l／ 8。如此，方向盤(pán)發(fā)飄，驅(qū)動(dòng)力大幅度下降，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期與渦流斗爭(zhēng)而獲得的流線(xiàn)型高速汽車(chē)，反而陷入了不能充分發(fā)揮動(dòng)力和行駛不穩(wěn)的困境。 解決這個(gè)問(wèn)題首先想到的是在車(chē)身上裝一個(gè)翼，它似一個(gè)倒機(jī)翼，而且前傾。這樣在行駛中會(huì)得到和升力同樣性質(zhì)的力，只是方向向下，利用這個(gè)力來(lái)戰(zhàn)勝車(chē)身上的升力，從燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 而保證高速安全。但由于自重大，安裝困難，空氣阻力大而沒(méi)有被采用。后來(lái)，人們想到，將車(chē)身整體向前下方傾斜以有效地克服升力。于是出現(xiàn)了能很好地抑制升力的楔型車(chē)身。 這一時(shí)期的 車(chē)型的特點(diǎn)是把散熱器罩做成橫寬形，上下很窄，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前傾斜，加高發(fā)動(dòng)機(jī)艙的高度。典型的是喬治 雅羅年設(shè)計(jì)的 “黑桃皇后 ”牌轎車(chē)，車(chē)窗闊大，外形清爽、利落、脫俗，令人贊賞。直到今天，楔形車(chē)身仍是汽車(chē)外形的潮流，現(xiàn)代車(chē)身將船型、魚(yú)型揉合成楔形，線(xiàn)條更趨于圓滑。 至此，汽車(chē)外形完成了它的由箱型到甲蟲(chóng)型到船型，再到魚(yú)型、最后到楔型的演變。這五個(gè)時(shí)期，開(kāi)拓了汽車(chē)造型的五個(gè)新時(shí)代，是汽車(chē)的性能與各個(gè)時(shí)期的技術(shù)水平相適應(yīng)而產(chǎn)生的必然結(jié)果。 車(chē)身的特點(diǎn) 車(chē)身的基本設(shè)計(jì)思想和基本構(gòu)造到本世紀(jì)中期都已確定或發(fā)明出來(lái) ，其后的任務(wù)則是努力提高轎車(chē)的性能，協(xié)調(diào)汽車(chē)與人類(lèi)社會(huì)的關(guān)系。 （ 1） 汽車(chē)車(chē)身是綜合設(shè)計(jì)的產(chǎn)物 安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)、無(wú)污染、可靠性和高效率等要求對(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)是缺一不可的。這就決定了外形設(shè)計(jì)并非孤立的造型，而是一種要體現(xiàn)各種要求的綜合設(shè)計(jì)。技術(shù)作為外形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，技術(shù)越純熟，造型越自由。正如大型自由曲面夾層玻璃的成型上藝，為車(chē)身統(tǒng)一的整體造型創(chuàng)造了條件。在今天，汽車(chē)技術(shù)迅猛發(fā)展，新材料、新工藝和新能源的不斷開(kāi)發(fā)及利用，使得在汽車(chē)外形設(shè)計(jì)上有了自由創(chuàng)造的可能。如電瓶車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)，去掉了發(fā)動(dòng)機(jī)這一大部件，車(chē)身 布置一下省去了一大矛盾，前圍的設(shè)計(jì)可以隨心所欲，設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力得以充分發(fā)揮。并且，設(shè)計(jì)程序不斷革新和完善，新設(shè)計(jì)層出不窮。 （ 2）追求各向異性造型 所謂各向異性造型，就是在汽車(chē)的外形上下方向上增加凹凸的變化 (凹槽、折面或類(lèi)似柱面的自由曲面 )；縱向長(zhǎng)度上則有平滑的流向，造型流暢、光滑、豐滿(mǎn)、纖細(xì)，給人以低矮、親切及柔和的視覺(jué)美，這也正是設(shè)計(jì)師在高科技杜會(huì)中對(duì)高情感、個(gè)性化為追求，對(duì)技術(shù)的人性化、非情感化和標(biāo)準(zhǔn)化大生產(chǎn)帶來(lái)的 “千篇一律 ”性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖非蟆? （ 3）風(fēng)格多樣化 從早期的大平正方型到流線(xiàn)型，再到現(xiàn)在加 緊湊輕量的楔型，乃至自由曲面型和各種富有人情味的仿生型 ——再現(xiàn)了人們追求情感化，追逐新潮和風(fēng)格多樣的要求。 從楔型到風(fēng)格多樣化，外表更加光滑，風(fēng)窗布置繼續(xù)增大，風(fēng)阻系數(shù)將更低、而且外表的透明感、柔和感更加宜人悅目，汽車(chē)的外形和色彩與周?chē)慕ㄖ惋L(fēng)景更加融洽。預(yù)計(jì)在世紀(jì)中期或后期，還將出現(xiàn)幾何形風(fēng)格的外形。它可根據(jù)個(gè)人用途、愛(ài)好、習(xí)慣等進(jìn)行自由拆裝，長(zhǎng)短寬窄隨意變換。 轎車(chē)車(chē)身造型是一種創(chuàng)造性的工作，但它與空氣動(dòng)力學(xué)、人體工程學(xué)和材料工程學(xué)等技術(shù)的發(fā)展又有著密切的關(guān)系。從歷屆世界汽車(chē)博覽會(huì)上不斷推出的外觀(guān)新穎 的轎車(chē)、新第 2章 車(chē)身設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 9 概念車(chē)、未來(lái)汽車(chē)等，都可以看出工程學(xué)的研究發(fā)展在車(chē)型中應(yīng)用的痕跡。如隨著汽車(chē)玻璃材料的發(fā)展，一種能夠控制熱量射入車(chē)內(nèi)的 “陽(yáng)光控制 ”技術(shù)，使得具有大面積玻璃以及傾角很大的擋風(fēng)玻璃，符合空氣動(dòng)力要求的轎車(chē)外形得以實(shí)現(xiàn)。從未來(lái)的概念轎車(chē)來(lái)看，無(wú)不具有一個(gè)幾乎全用玻璃制成的像溫室一樣的座艙。 車(chē)身的類(lèi)型 汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)從形式上說(shuō)， 主要分為非承載式和承載式兩種。 非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身按照有無(wú)剛性車(chē)架劃分，什么叫車(chē)架，是首先要弄清楚的問(wèn)題。車(chē)架就是支承車(chē)身的基礎(chǔ)構(gòu)件，一般稱(chēng)為底盤(pán)大梁架。發(fā)動(dòng)機(jī) 、變速器、轉(zhuǎn)向器及車(chē)身部分都固定其上，它除了承受靜載荷外還要承受汽車(chē)行駛時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，因此車(chē)架必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證汽車(chē)在正常使用時(shí)受到各種應(yīng)力下不會(huì)破壞和變形。 （ 1） 非承載式車(chē)身的汽車(chē)有剛性車(chē)架。車(chē)身本體懸置于車(chē)架上，用彈元件聯(lián)接。車(chē)架的振動(dòng)通過(guò)彈性元件傳到車(chē)身上，大部分振動(dòng)被減弱或消除，發(fā)生碰撞時(shí)車(chē)架能吸收大部分沖擊力，在壞路行駛時(shí)對(duì)車(chē)身起到保護(hù)作用，因此車(chē)廂變形小，平穩(wěn)性和安全性好，而且?guī)麅?nèi)噪音低。但這種非承載式車(chē)身比較笨重，質(zhì)量大，汽車(chē)質(zhì)心高，高速行駛穩(wěn)定性較差。 （ 2） 承載式車(chē)身的汽 車(chē)沒(méi)有剛性車(chē)架，只是加強(qiáng)了車(chē)頭，側(cè)圍，車(chē)尾，底板等部位，車(chē)身和底架共同組成了車(chē)身本體的剛性空間結(jié)構(gòu)。這種承載式車(chē)身除了其固有的乘載功能外，還要直接承受各種負(fù)荷。這種形式的車(chē)身具有較大的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)的剛度，質(zhì)量小，高度低，汽車(chē)質(zhì)心低，裝配簡(jiǎn)單，高速行駛穩(wěn)定性較好。但由于道路負(fù)載會(huì)通過(guò)懸架裝置直接傳給車(chē)身本體，因此噪音和振動(dòng)較大 （ 3）還有一種介于非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身之間的車(chē)身結(jié)構(gòu)，被稱(chēng)為半承載式車(chē)身。它的車(chē)身本體與底架用焊接或螺栓剛性連接，加強(qiáng)了部分車(chē)身底架而起到一部分車(chē)架的作用。 非承載式車(chē)身和承載式 車(chē)身都有優(yōu)缺點(diǎn)，使用在不同用途的汽車(chē)上。一般而言，非承載式車(chē)身用在貨車(chē)、客車(chē)和越野車(chē)上，承載式車(chē)身一般用在轎車(chē)上，現(xiàn)在一些客車(chē)也采用這種形式。 車(chē)架有邊梁式、中梁式等形式，其中邊梁式是采用最廣泛的一種車(chē)架。 邊梁式車(chē)架由兩根長(zhǎng)縱梁及若干根短橫梁鉚接或焊接成形，縱梁主要承負(fù)彎曲載荷，一般采用具有較大抗彎強(qiáng)度的槽形鋼梁。也有采用鋼管，但多用于輕型車(chē)架上。一般縱梁中部受力最大，因此設(shè)計(jì)者一般將縱粱中部的截面高度加大，兩端的截面高度逐漸減少，這樣一來(lái)可使應(yīng)力分布均勻，同時(shí)也減輕了重量。 橫梁有槽形、管形或口形，以保 證車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度和抗彎強(qiáng)度。橫梁還用以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車(chē)身和燃油箱等。為適應(yīng)不同的車(chē)型，橫梁布置有多種型式，如為了提高車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度采用 X 型布置的橫梁。邊梁式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝要求低，制造容易，使用廣泛。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 但由于粗壯的大梁縱貫全車(chē)，影響整車(chē)布置和空間利用率，大梁的橫截面高度使車(chē)廂離地距離加大，乘客上下車(chē)不方便，另外重量也大，整車(chē)行駛經(jīng)濟(jì)性變差。這些缺點(diǎn)對(duì)小客車(chē)、轎車(chē)是缺點(diǎn)，對(duì)于越野車(chē)可能就是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵揭败?chē)要求有很強(qiáng)的通過(guò)性，行駛崎嶇路面時(shí)要有一定大的離地間隙，而非常顛簸的道路會(huì)令車(chē)體大幅扭動(dòng)，只有帶剛性車(chē)架 的承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)才能抵御這種沖擊力。因此越野車(chē)上普遍采用非承載式車(chē)身。 車(chē)身總布置設(shè)計(jì) 車(chē)身總布置設(shè)計(jì)是在整車(chē)總布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。整車(chē)總布置提供了汽車(chē)的總長(zhǎng)、總寬、總高、軸距、輪距等控制尺寸，軸荷分配范圍以及動(dòng)力總成、前后橋、傳動(dòng)軸與車(chē)輪等的輪廓尺寸及位置。據(jù)此再參考同類(lèi)車(chē)型有關(guān)數(shù)據(jù)作為借鑒，即可初步確定前懸和后懸的長(zhǎng)度，后風(fēng)窗位置和角度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩高度、地板平面高度、前圍板位置、座椅布置、內(nèi)部空間控制尺寸、方向盤(pán)位置角度與操縱機(jī)構(gòu)和踏板的相互位置等。 車(chē)身總布置設(shè)計(jì)的原則 如前所述、車(chē) 身布置的第一階段與車(chē)身概念設(shè)汁同時(shí)進(jìn)行，該階段的主要任務(wù)是考慮整車(chē)型式和車(chē)身與整車(chē)總布置的關(guān)系，而后根據(jù)各總成型式和整車(chē)總布置的要求確定車(chē)身的形式；對(duì)于轎車(chē)，主要是確定乘員人數(shù)、座椅數(shù)、車(chē)身造型風(fēng)格、車(chē)身級(jí)別等。在車(chē)身總布置的整個(gè)過(guò)程中，需遵循的原則是 : (1)由于轎車(chē)是供人乘坐的，主要要滿(mǎn)足人的乘坐要求，即滿(mǎn)足乘坐舒適性、居住性、操縱輕便性、溫度調(diào)節(jié)性、視野性、上下車(chē)方便性及安全性等方面的要求。 (2)從整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性出發(fā)，要有良好空氣動(dòng)力性。 (3)具有對(duì)底盤(pán)各總成、發(fā)動(dòng)機(jī)及電氣設(shè)備的良好的接 近方便性，維修保養(yǎng)方便性。 (4)從降低制造成木、提高整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性考慮，要盡量減輕車(chē)身質(zhì)量，并具有良好的沖壓、焊接、裝配及涂裝工藝性。 (5)按照汽車(chē)的級(jí)別、用途及法規(guī)選擇各種車(chē)身附件，確定必裝件與選裝件。 (6)在滿(mǎn)足性能要求的的提下，盡量減小車(chē)身的外形尺寸。在外形尺寸一定的情況下，盡量擴(kuò)大車(chē)內(nèi)空間，尤其是要盡量增大寬度方向的尺寸。 (7)充分考慮車(chē)身與整車(chē)各總成的協(xié)調(diào)，確保良好的密封防振等性能。 (8)必須滿(mǎn)足國(guó)際、國(guó)內(nèi)有關(guān)的各種法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求。 (9)充分考慮車(chē)型的系列化、通用化。 車(chē)身總布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容 轎車(chē)車(chē)身總布置設(shè)計(jì)是對(duì)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系等總成、機(jī)構(gòu)，電器設(shè)備；內(nèi)飾總成和部件 (儀表板、座椅、操縱機(jī)構(gòu)等 )的所在位置，以及車(chē)身室內(nèi)空間大小和車(chē)身主要參數(shù)，在滿(mǎn)足車(chē)身造型的要求下，進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定的過(guò)程。其目的是要使車(chē)輛在共自重的等級(jí)下具有最大的室內(nèi)空間，也就是要在有限的車(chē)身外形尺寸內(nèi)布置所有的總成、機(jī)構(gòu)，并獲得第 2章 車(chē)身設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 11 最大的室內(nèi)居住性活動(dòng)空間。具體內(nèi)容如下： (1)確定車(chē)身內(nèi)、外尺寸。 (2)確定乘坐與操縱空間。 (3)校核各項(xiàng)性能及法規(guī)要求的尺寸數(shù)據(jù)。例如風(fēng)窗的刮掃面積，座椅的調(diào)節(jié)量 ，儀表板防眩目效果等； (4)對(duì)有車(chē)架的非承載式車(chē)身，確定懸置型式及位置。 (5)依據(jù)車(chē)輪跳動(dòng)圖確定翼子板及擋泥板等零部件的極限位置與結(jié)構(gòu)。 總之，在進(jìn)行各項(xiàng)具體布置時(shí)，都離不開(kāi)車(chē)身總布置原則，更離不開(kāi)與造型設(shè)計(jì)師整車(chē)從布置設(shè)計(jì)人員的協(xié)調(diào)，同時(shí)還應(yīng)考慮符合人機(jī)工程學(xué)的要求。全部尺寸參數(shù)是相互制約整體協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體。需要周密地考慮，反復(fù)地協(xié)商，也需要豐富的經(jīng)驗(yàn)。車(chē)身總布置的好壞，很大程度決定著車(chē)身設(shè)計(jì)的成敗。圖 29 所示為確定左身總布置方案時(shí)應(yīng)考慮的各方面團(tuán)素，即各總成尺寸，布置位置和人體布置要求。 圖 29 車(chē)身總布置設(shè)計(jì)所考慮的因素 車(chē)身總布置設(shè)計(jì)的性能要求 乘坐舒適性 舒適性包括的內(nèi)容極其廣泛，評(píng)價(jià)它需用工程學(xué)、物理學(xué)、心理學(xué)及生理學(xué)等多方面學(xué)科知識(shí)，但最終評(píng)價(jià)還是靠人的感覺(jué)。影響舒適性的因素可分為外部和內(nèi)部?jī)煞N。外部因素如振動(dòng)、噪聲、氣味、視覺(jué)、周?chē)h(huán)境及路面狀況等；內(nèi)部因素指人的身體條件、精神狀況及經(jīng)歷等。 一般格乘坐舒適性歸納為三個(gè)方面，即居住性、振動(dòng)的舒適性和空氣調(diào)節(jié)。 (1)居住性 居住性是指人居住的乘室是否合人意，是舒適性的靜態(tài)特性。影響居住性的因素有尺 寸、形狀和質(zhì)感等物理原因，以及色彩、光線(xiàn)和裝飾效果等心理因素。 (2)振動(dòng)的舒適性 對(duì)汽車(chē)而言，決定其舒適性的主要因素是振動(dòng)。多年來(lái)對(duì)人的振動(dòng)感覺(jué)和人對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)進(jìn)行了多方面的研究，現(xiàn)在我們知道，在 4—10Hz 的頻率區(qū)域內(nèi)，人對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)最敏感。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，人體各部位對(duì)頻率的敏感區(qū)域各不相同。如手臂的振動(dòng)敏感區(qū)域?yàn)?8—16Hz，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)對(duì)駕駛員的操作有影響。手臂對(duì)高頻振動(dòng)可感受到 1—2kHz 的振動(dòng)，對(duì) 2Hz 以下的振動(dòng)極不敏感。 人的整體對(duì)縱向振動(dòng)最敏感的頻率區(qū)域是人體內(nèi) 臟 的振動(dòng)頻率區(qū)域。當(dāng)縱 向 振 動(dòng)頻 率燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 低于 4Hz 或高于 8Hz 時(shí)，人體對(duì)振動(dòng)的感覺(jué)均不敏感。但是，縱向低頻振動(dòng)易引起人發(fā)生暈車(chē)現(xiàn)象，其敏感區(qū)域在 — 內(nèi)。人對(duì)橫向振動(dòng)最敏感的頻率區(qū)域?yàn)?07.—3Hz。 (3)空氣調(diào)節(jié) 空氣調(diào)節(jié)的目的是保持室內(nèi)空氣新鮮，溫度、濕度適宜，使乘員感到舒適、愉快?？諝庹{(diào)節(jié)的方式有自然通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)、暖氣、冷氣、濕度調(diào)節(jié)等多種方式，通常是組合使用或視氣候狀況選用。 操縱穩(wěn)定性 這里主要介紹操作空間和操作力以外的有關(guān)操縱方便性方面的注意事項(xiàng)： (1)各種操縱桿件應(yīng)易于分辨，開(kāi)關(guān)、按鈕及拉 鈕易于接觸，并有明顯統(tǒng)一的標(biāo)記，以防止誤操作。 (2)儀表顯示清晰、明顯，布置合理，不反光，不刺眼。在總布置設(shè)計(jì)中， —定要校核來(lái)自前部、側(cè)部和后部的光線(xiàn)照射到儀表板后的反射光線(xiàn)是否全在眼橢圓之外。 (3)遮陽(yáng)板與后視鏡等附件應(yīng)固定牢靠，調(diào)整方便。 (4)各類(lèi)儀表、信號(hào)器及報(bào)警器等應(yīng)集中布置，并有明顯區(qū)別。 視野性 駕駛員有良好的視野性是保證汽車(chē)操縱方便和行駛安全的重要條件之一。對(duì)于乘員，也應(yīng)提供良好的視野觀(guān)察車(chē)外景色。視野性取決于座椅的布置位置、高度以及座墊與靠背的傾角，車(chē)窗尺才、形狀和布置 位置，立柱的結(jié)構(gòu)和翼子板形狀等。升高座椅和減小靠背的傾角，布置座椅盡量靠近汽車(chē)前端，加大車(chē)窗尺寸，降低窗臺(tái)高度，減小風(fēng)窗玻璃的傾角并盡量使之靠近駕駛員的眼睛，減薄立柱厚度并使其下端后移等措施，都可以在不同程