【文章內容簡介】 經過了多年的考驗，這種車身外形本質上并沒有發(fā)生什么變化，足以證明這種平直的外形是十分優(yōu)秀的。中國的紅旗牌轎車就是典型的船形造型。 （ 4）魚形車身階段 船形車身尾部仍會產生空氣渦流，雖然不像箱式車身那樣嚴重，但是也一定程度的影響車的動力性。于是，改變船形車尾的階梯狀為斜背式，這樣有效降低了渦流強度。這種車身即為魚形車身。 魚型車身有著很多優(yōu)點，車身低，沒有階梯，前后翼子板與車身幾乎成一體，且斜背式的傾斜比較平緩，層部較長，圍繞車身的氣流也 比較平順，不會產生渦流。魚型車身比甲蟲型車身低、長、美觀，具有鯉魚的造型，它橫截面積小、所以迎風阻力小，形狀阻力也小。甲殼蟲車身與魚形車身的比較如下圖。 圖 28 甲蟲車身與魚形車身的比較 （ 5） 楔形車身階段 隨著車身的發(fā)展，人們長期追求汽車流線型的美，發(fā)展到魚形獲得了空氣阻力最小的形式，這已被人們所公認，但同時產生了了更棘手的難題，這就是升力的問題。 魚型車身的側面形狀與甲蟲型車身的側面形狀相似，也非常接近飛機的機翼的斷面形狀，根據(jù)風桐試驗的結果，和汽車靜止時相比， 時速為 100km 時，汽車的附著 力減少 1／ 8；150km 時，減少 1／ 4； 200km 時，減少 l／ 8。如此，方向盤發(fā)飄，驅動力大幅度下降，經過長期與渦流斗爭而獲得的流線型高速汽車，反而陷入了不能充分發(fā)揮動力和行駛不穩(wěn)的困境。 解決這個問題首先想到的是在車身上裝一個翼，它似一個倒機翼，而且前傾。這樣在行駛中會得到和升力同樣性質的力，只是方向向下，利用這個力來戰(zhàn)勝車身上的升力，從燕山大學本科生畢業(yè)設計 8 而保證高速安全。但由于自重大，安裝困難，空氣阻力大而沒有被采用。后來，人們想到，將車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身。 這一時期的 車型的特點是把散熱器罩做成橫寬形，上下很窄，發(fā)動機罩向前傾斜，加高發(fā)動機艙的高度。典型的是喬治 雅羅年設計的 “黑桃皇后 ”牌轎車，車窗闊大，外形清爽、利落、脫俗，令人贊賞。直到今天，楔形車身仍是汽車外形的潮流，現(xiàn)代車身將船型、魚型揉合成楔形，線條更趨于圓滑。 至此，汽車外形完成了它的由箱型到甲蟲型到船型，再到魚型、最后到楔型的演變。這五個時期，開拓了汽車造型的五個新時代，是汽車的性能與各個時期的技術水平相適應而產生的必然結果。 車身的特點 車身的基本設計思想和基本構造到本世紀中期都已確定或發(fā)明出來 ，其后的任務則是努力提高轎車的性能，協(xié)調汽車與人類社會的關系。 （ 1） 汽車車身是綜合設計的產物 安全、舒適、經濟、美觀、無污染、可靠性和高效率等要求對汽車來說是缺一不可的。這就決定了外形設計并非孤立的造型，而是一種要體現(xiàn)各種要求的綜合設計。技術作為外形設計的基礎，技術越純熟，造型越自由。正如大型自由曲面夾層玻璃的成型上藝，為車身統(tǒng)一的整體造型創(chuàng)造了條件。在今天，汽車技術迅猛發(fā)展，新材料、新工藝和新能源的不斷開發(fā)及利用，使得在汽車外形設計上有了自由創(chuàng)造的可能。如電瓶車、太陽能汽車，去掉了發(fā)動機這一大部件，車身 布置一下省去了一大矛盾，前圍的設計可以隨心所欲，設計師的創(chuàng)造力得以充分發(fā)揮。并且，設計程序不斷革新和完善，新設計層出不窮。 （ 2）追求各向異性造型 所謂各向異性造型，就是在汽車的外形上下方向上增加凹凸的變化 (凹槽、折面或類似柱面的自由曲面 )；縱向長度上則有平滑的流向，造型流暢、光滑、豐滿、纖細，給人以低矮、親切及柔和的視覺美，這也正是設計師在高科技杜會中對高情感、個性化為追求，對技術的人性化、非情感化和標準化大生產帶來的 “千篇一律 ”性進行補償?shù)淖非蟆? （ 3）風格多樣化 從早期的大平正方型到流線型，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，追逐新潮和風格多樣的要求。 從楔型到風格多樣化，外表更加光滑，風窗布置繼續(xù)增大，風阻系數(shù)將更低、而且外表的透明感、柔和感更加宜人悅目，汽車的外形和色彩與周圍的建筑和風景更加融洽。預計在世紀中期或后期，還將出現(xiàn)幾何形風格的外形。它可根據(jù)個人用途、愛好、習慣等進行自由拆裝，長短寬窄隨意變換。 轎車車身造型是一種創(chuàng)造性的工作，但它與空氣動力學、人體工程學和材料工程學等技術的發(fā)展又有著密切的關系。從歷屆世界汽車博覽會上不斷推出的外觀新穎 的轎車、新第 2 章 車身設計基礎 9 概念車、未來汽車等，都可以看出工程學的研究發(fā)展在車型中應用的痕跡。如隨著汽車玻璃材料的發(fā)展，一種能夠控制熱量射入車內的 “陽光控制 ”技術，使得具有大面積玻璃以及傾角很大的擋風玻璃，符合空氣動力要求的轎車外形得以實現(xiàn)。從未來的概念轎車來看，無不具有一個幾乎全用玻璃制成的像溫室一樣的座艙。 車身的類型 汽車車身結構從形式上說， 主要分為非承載式和承載式兩種。 非承載式車身和承載式車身按照有無剛性車架劃分，什么叫車架，是首先要弄清楚的問題。車架就是支承車身的基礎構件，一般稱為底盤大梁架。發(fā)動機 、變速器、轉向器及車身部分都固定其上，它除了承受靜載荷外還要承受汽車行駛時產生的動載荷，因此車架必須要有足夠的強度和剛度，以保證汽車在正常使用時受到各種應力下不會破壞和變形。 （ 1） 非承載式車身的汽車有剛性車架。車身本體懸置于車架上，用彈元件聯(lián)接。車架的振動通過彈性元件傳到車身上，大部分振動被減弱或消除，發(fā)生碰撞時車架能吸收大部分沖擊力，在壞路行駛時對車身起到保護作用，因此車廂變形小，平穩(wěn)性和安全性好，而且?guī)麅仍胍舻?。但這種非承載式車身比較笨重，質量大，汽車質心高，高速行駛穩(wěn)定性較差。 （ 2） 承載式車身的汽 車沒有剛性車架，只是加強了車頭，側圍，車尾，底板等部位，車身和底架共同組成了車身本體的剛性空間結構。這種承載式車身除了其固有的乘載功能外，還要直接承受各種負荷。這種形式的車身具有較大的抗彎曲和抗扭轉的剛度，質量小，高度低，汽車質心低，裝配簡單，高速行駛穩(wěn)定性較好。但由于道路負載會通過懸架裝置直接傳給車身本體，因此噪音和振動較大 （ 3）還有一種介于非承載式車身和承載式車身之間的車身結構，被稱為半承載式車身。它的車身本體與底架用焊接或螺栓剛性連接，加強了部分車身底架而起到一部分車架的作用。 非承載式車身和承載式 車身都有優(yōu)缺點，使用在不同用途的汽車上。一般而言，非承載式車身用在貨車、客車和越野車上，承載式車身一般用在轎車上，現(xiàn)在一些客車也采用這種形式。 車架有邊梁式、中梁式等形式，其中邊梁式是采用最廣泛的一種車架。 邊梁式車架由兩根長縱梁及若干根短橫梁鉚接或焊接成形，縱梁主要承負彎曲載荷，一般采用具有較大抗彎強度的槽形鋼梁。也有采用鋼管，但多用于輕型車架上。一般縱梁中部受力最大，因此設計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，這樣一來可使應力分布均勻，同時也減輕了重量。 橫梁有槽形、管形或口形，以保 證車架的扭轉剛度和抗彎強度。橫梁還用以安裝發(fā)動機、變速器、車身和燃油箱等。為適應不同的車型，橫梁布置有多種型式，如為了提高車架的扭轉剛度采用 X 型布置的橫梁。邊梁式結構簡單，工藝要求低，制造容易，使用廣泛。燕山大學本科生畢業(yè)設計 10 但由于粗壯的大梁縱貫全車，影響整車布置和空間利用率，大梁的橫截面高度使車廂離地距離加大，乘客上下車不方便，另外重量也大，整車行駛經濟性變差。這些缺點對小客車、轎車是缺點，對于越野車可能就是優(yōu)點，因為越野車要求有很強的通過性，行駛崎嶇路面時要有一定大的離地間隙，而非常顛簸的道路會令車體大幅扭動，只有帶剛性車架 的承載式車身結構才能抵御這種沖擊力。因此越野車上普遍采用非承載式車身。 車身總布置設計 車身總布置設計是在整車總布置的基礎上進行的。整車總布置提供了汽車的總長、總寬、總高、軸距、輪距等控制尺寸，軸荷分配范圍以及動力總成、前后橋、傳動軸與車輪等的輪廓尺寸及位置。據(jù)此再參考同類車型有關數(shù)據(jù)作為借鑒，即可初步確定前懸和后懸的長度，后風窗位置和角度、發(fā)動機罩高度、地板平面高度、前圍板位置、座椅布置、內部空間控制尺寸、方向盤位置角度與操縱機構和踏板的相互位置等。 車身總布置設計的原則 如前所述、車 身布置的第一階段與車身概念設汁同時進行，該階段的主要任務是考慮整車型式和車身與整車總布置的關系，而后根據(jù)各總成型式和整車總布置的要求確定車身的形式；對于轎車，主要是確定乘員人數(shù)、座椅數(shù)、車身造型風格、車身級別等。在車身總布置的整個過程中，需遵循的原則是 : (1)由于轎車是供人乘坐的，主要要滿足人的乘坐要求，即滿足乘坐舒適性、居住性、操縱輕便性、溫度調節(jié)性、視野性、上下車方便性及安全性等方面的要求。 (2)從整車的經濟性和行駛穩(wěn)定性出發(fā)，要有良好空氣動力性。 (3)具有對底盤各總成、發(fā)動機及電氣設備的良好的接 近方便性，維修保養(yǎng)方便性。 (4)從降低制造成木、提高整車的動力性、經濟性考慮，要盡量減輕車身質量，并具有良好的沖壓、焊接、裝配及涂裝工藝性。 (5)按照汽車的級別、用途及法規(guī)選擇各種車身附件，確定必裝件與選裝件。 (6)在滿足性能要求的的提下，盡量減小車身的外形尺寸。在外形尺寸一定的情況下，盡量擴大車內空間，尤其是要盡量增大寬度方向的尺寸。 (7)充分考慮車身與整車各總成的協(xié)調，確保良好的密封防振等性能。 (8)必須滿足國際、國內有關的各種法規(guī)和標準要求。 (9)充分考慮車型的系列化、通用化。 車身總布置設計的內容 轎車車身總布置設計是對車輛發(fā)動機、傳動系等總成、機構，電器設備；內飾總成和部件 (儀表板、座椅、操縱機構等 )的所在位置，以及車身室內空間大小和車身主要參數(shù)，在滿足車身造型的要求下，進行設計和確定的過程。其目的是要使車輛在共自重的等級下具有最大的室內空間，也就是要在有限的車身外形尺寸內布置所有的總成、機構，并獲得第 2 章 車身設計基礎 11 最大的室內居住性活動空間。具體內容如下： (1)確定車身內、外尺寸。 (2)確定乘坐與操縱空間。 (3)校核各項性能及法規(guī)要求的尺寸數(shù)據(jù)。例如風窗的刮掃面積，座椅的調節(jié)量 ，儀表板防眩目效果等； (4)對有車架的非承載式車身，確定懸置型式及位置。 (5)依據(jù)車輪跳動圖確定翼子板及擋泥板等零部件的極限位置與結構。 總之，在進行各項具體布置時，都離不開車身總布置原則，更離不開與造型設計師整車從布置設計人員的協(xié)調，同時還應考慮符合人機工程學的要求。全部尺寸參數(shù)是相互制約整體協(xié)調的統(tǒng)一體。需要周密地考慮，反復地協(xié)商，也需要豐富的經驗。車身總布置的好壞，很大程度決定著車身設計的成敗。圖 29 所示為確定左身總布置方案時應考慮的各方面團素，即各總成尺寸，布置位置和人體布置要求。 圖 29 車身總布置設計所考慮的因素 車身總布置設計的性能要求 乘坐舒適性 舒適性包括的內容極其廣泛，評價它需用工程學、物理學、心理學及生理學等多方面學科知識，但最終評價還是靠人的感覺。影響舒適性的因素可分為外部和內部兩種。外部因素如振動、噪聲、氣味、視覺、周圍環(huán)境及路面狀況等；內部因素指人的身體條件、精神狀況及經歷等。 一般格乘坐舒適性歸納為三個方面，即居住性、振動的舒適性和空氣調節(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、形狀和質感等物理原因，以及色彩、光線和裝飾效果等心理因素。 (2)振動的舒適性 對汽車而言，決定其舒適性的主要因素是振動。多年來對人的振動感覺和人對振動的反應進行了多方面的研究，現(xiàn)在我們知道，在 4—10Hz 的頻率區(qū)域內，人對振動的反應最敏感。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，人體各部位對頻率的敏感區(qū)域各不相同。如手臂的振動敏感區(qū)域為 8—16Hz，在這個頻率范圍內對駕駛員的操作有影響。手臂對高頻振動可感受到 1—2kHz 的振動，對 2Hz 以下的振動極不敏感。 人的整體對縱向振動最敏感的頻率區(qū)域是人體內 臟 的振動頻率區(qū)域。當縱 向 振 動頻 率燕山大學本科生畢業(yè)設計 12 低于 4Hz 或高于 8Hz 時，人體對振動的感覺均不敏感。但是，縱向低頻振動易引起人發(fā)生暈車現(xiàn)象，其敏感區(qū)域在 — 內。人對橫向振動最敏感的頻率區(qū)域為 07.—3Hz。 (3)空氣調節(jié) 空氣調節(jié)的目的是保持室內空氣新鮮，溫度、濕度適宜，使乘員感到舒適、愉快?？諝庹{節(jié)的方式有自然通風、強制通風、暖氣、冷氣、濕度調節(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操縱方便性方面的注意事項： (1)各種操縱桿件應易于分辨，開關、按鈕及拉 鈕易于接觸，并有明顯統(tǒng)一的標記，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。在總布置設計中， —定要校核來自前部、側部和后部的光線照射到儀表板后的反射光線是否全在眼橢圓之外。 (3)遮陽板與后視鏡等附件應固定牢靠，調整方便。 (4)各類儀表、信號器及報警器等應集中布置，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操縱方便和行駛安全的重要條件之一。對于乘員，也應提供良好的視野觀察車外景色。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，車窗尺才、形狀和布置 位置，立柱的結構和翼子板形狀等。升高座椅和減小靠背的傾角，布置座椅盡量靠近汽車前端，加大車窗尺寸，降低窗臺高度，減小風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