【正文】 制約著汽車制造和新車型開發(fā)的關鍵。 設計車身時，首先想到的是如何處理各神曲率不同的復雜空間曲面，涉及曲面的建模、編輯、裁剪及平滑連接過渡等問題。過去傳統的設計過程一般分為初步設計與準確技術設好兩個過程，需經歷1:5小油泥模型、等尺寸油泥模型及樣車制造等階段。其中還必須經過多次的模型和實車的風洞阻力試驗，工作極其繁瑣艱辛，周期長達５年甚至更長，同時存在開發(fā)成本高、產品通用化系列化程度低和積累誤差大等缺點。隨著計算機的技術進步和廣泛使用，在車身設計中現已大量使用功能強的計算機技術，如曲面造型能力很強的美國計算機UG軟件系統，就為車身進行CAD/CAE/CAM設計提供了極良好的基礎。 FEM有限元的車身設計 FEM（FINITE ELEMENT MODE）有限元法是一種隨計算機技術進步而發(fā)展起來的計算方法，對分析復雜的幾何形狀受力情況和約束情況進行較大簡化后再粗略估算，與實際情況有較大差別。FEM在車身設計上的應用，是先將車身剖分成由有限個單元組成的數以千百計的離散組合體，再運用力學原理分析每個單元的受力特性，然后組集成各個單元的特性，從而得到車身的應力場和具能有效的分析計算及模擬車身的實際受力和結構形狀的變化，以及被約束的情況等。由于有元法計算精確，計算結果更接近實際，早在50年代就開始應用于飛機的設計，取得了很成功的經驗，后來很快推廣到汽車車身及零部件的設計中。目前FEM技術無論在理論研究上或實踐指導方面都發(fā)展到成熟的階段，它在處理大型等距離微機化及增強前后處理能力方面，以及在優(yōu)化結構設計智能型有限元自動估算誤差功能等都有了較大的進展。 在FEM設計過程中，轎車車身可按簡化結構建模，如車身可按簡化結構建模，如車身上可A、B柱類件均是由若干個零部件圍成的承載結構，可簡化為梁薄殼結構單元；車頂蓋和地板等板狀支承結構，可簡化為板殼結構單元；它們靠一種稱之為彈性件來連結。由于各結構元屬細分法取得，則一個車身可簡化為成千個單位件和節(jié)點所構成，以此建立有限元車身力學模型。FEM的造型設計兩種，一般可分為概設計、過程設計及準確設計三個階段，與之相對應要建立三個FEM模型。概念設計階段也稱簡單FEM，其任務是根據車身總體設計思想和預期使用條件，經過粗略有限元模擬以取得對下步設計的指導作用和取得相關數據，它對計算機的條件和計算時間都要求較低，可快帶獲取計算結果。過程FEM階段的任務是根據上步設計數據、完成對零部件的設計、修改和取舍。準確FEM的意義在于經過實車試驗后數據經反復修改以確定出吻合的準確FEM，并可根據市場反饋意見，進行快速局部修改，并建立對車身動力學如碰撞響應的有限元模型。 這里必須強調的是，在車身設計的全過程中，概念設計的作用十分重要，通過概念設計就基本上確定車身的結構形式和參數，直接影響后續(xù)設計的正確和周期，減少重復設計，而且概念設計成本約占總設計成本的70%，對整車成本構成的比重較大。 導流式車身造型設計 從汽車行駛速度造成的空氣阻力來看，汽車的百年發(fā)展史，其實質就是汽車如何克服氣動阻力的發(fā)展過程，車身的造型進步則生動的演繹著這個變化經歷?？梢院敛豢鋸埖卣f，在與氣動阻力作斗爭過程中推動了汽車車身的進步和開發(fā)。從最初的箱式車身發(fā)展到四十年代的甲殼式車身，就是得到當代空氣動力學在飛機機翼設計應用中的啟示而開發(fā)出來的，其氣動阻力系數比箱式車身大幅度的下降了1520百分點，達到0、450、5的水平，把車速一下子解放到6070km/h。但隨著車速進一步提高，發(fā)現凸起的甲殼蟲車身尾部，在汽車行駛時將會形成較大的旋渦流區(qū)，使汽車不適宜作高速行駛，不過在當時這已經是一個很大的飛躍了。隨后幾十年的技術進步，轎車車身跨越了船形車身的時代而演變到后來較低矮的魚脊型車身（圖二）。由于汽車的質心下降，車身的外曲面十分流暢，這使得車身的穩(wěn)定性大大增強，抗側風能力亦得提高，尾部旋渦區(qū)域明顯減小，直到當今的大多數轎車車身仍基本上是沿用這種造型。 隨著轎車更高性能的要求和行駛速度更進一步提高，四處流逸的空氣流在車體底部，鉆進不同的形狀的機件內，猶如一個個小小的漏斗和風篷，嚴重的阻礙汽車快速前移，并且氣流還會使車體底部產生如飛機翼般的向上舉升力，在汽車高速行駛時會較大的降低輪胎對地面的抓地能力，嚴重影響車輛的轉向操縱的控制性能，并使牽引力顯著下降，出現象行駛發(fā)飄等敝病。通過空氣動力學對各種造型的深入研究，以及更大功率更大直的風洞出現和大量汽車模型的實驗，一種更理想的楔型車身造型出現在汽車市場，也就是行話稱為子彈頭式的汽車。這種形狀的車身就象高速行進的利斧把迎面來的氣流劈成上下兩部分。因為車身有一個微微向下彎曲的尖形頭部，外形又十分光滑流暢，使車身下部氣流會產生一個負升力，而車身上部沿車體輪廊的層狀氣流被理順得分明勻稱，而車尾的渦流則大為減少，造成車身表面氣體壓強分布較均衡，有助于解決氣動阻力與氣動升力的矛盾?？朔塑囕喿サ啬芰p降的弊端，有效的提高了高速氣流下的轉向陽花操縱穩(wěn)定性，增大了抗側風能力及直線行駛的穩(wěn)定性。為了克服普通魚脊式轎車在高速行駛時車前端的提升上舉力，應用氣體導流式原理有助于問題的解決，解決的方案并不復雜：一是保持車體底部的平衡，二是在轎車的前保險桿下方固定一條較寬的裙幅式風板，盡量減少流往車底的氣流。在車體的上下氣流差的作用下，增大了車頭的下沉力，能有效克服轎車行駛轉向系的發(fā)飄、操縱性能變壞的現象。同理，在車后部為克服因為尾窗的層流及渦流對尾底平流的壓力差而形成的車尾舉力，人們在尾部添裝了狹窄并微上翹曲的擾亂，以平衡壓力差，解決了高速行駛時車尾的懸浮現象。實驗證明，這種擾流板對降低油耗還有一定的益處。氣流造形的開發(fā)研究著重點是最優(yōu)化設計，大體上可分為兩方面的技術工作：一是氣動造形的局部最優(yōu)化設計，另一方面是氣動造形的整體最優(yōu)化設計。前者任務是確定車身的基本造形，必須達到車身的制造工藝學、人體工程學、美學及其他相關學科的各方面要求，并在此基礎上進行車身的局部修改，增加空氣動力附加裝置，實現減少氣動阻力和提高行駛穩(wěn)定性的目的。而整體最優(yōu)化工作的任務則是根據高氣動穩(wěn)定性和低氣動阻力的流線型要求，最終完成實用化車型的整體布置。由于兼顧局部和整體的最優(yōu)化設計，使車身美感和科學性達到和諧統一，從而追求車身造型的完美性和最優(yōu)化。 定制車身是發(fā)展趨勢 絢麗多姿、異采紛呈、個性鮮明的車身，是二十一世紀車身發(fā)展的趨勢，這既符號人類對美學、對個性的追求。既然人類服裝由統一的大批量生產朝按個人身材、愛好的量體裁衣過渡；住房由千篇一律的結構和外形向按住戶的要求、選擇形式各異的造型進行建筑，那么滾滾的汽車更可以朝我心中想要的式樣制造，這才真正標志著百年的汽車技術趨于成熟，體現了汽車產品的最終目的。展望未來，定制汽車車身是時代的特征和潮流，顧客不但可以自己選擇車身的圖案和造形，并以此進行定制生產，體現鮮明的個性和多樣性。甚至將來的發(fā)展，會使汽車的性能都要服從于車身的造型，把傳統的造型服從于性能的原則翻了個身。目前市場上悄然興起的車身改制業(yè)務，不就生動地體現人類對個性、對美學的執(zhí)著追求嗎？ 1999年問世的凱迪拉克EVOQ依沃克概念轎車，令人耳目一新為之振奮，這種別具一格的車身造型突破了轎車傳統的曲面和圓滑風格，外表幾何圖形線條異常突出，交叉的平面干脆利落，輪廓線尖削凸起，體現出若隱若現的鉆石般品質和雕刻型視覺，映射出現代型戰(zhàn)機的形影，滿足了現代青年人對品質、速度、藝術和高科技的追求。現代著名的汽車制造商已開始把車身定制業(yè)務當作增加市場份額和與對手的基本來考慮，在經營方向和制造工藝技術上作出可積極的準備。當前車身定制業(yè)務開展有較車車身的部分定制、全部定制及定制服務三種形式。所謂定制服務是指根據車主的特殊要求，如照明設計服務、改變車身外表圖案和顏色，更換車內座椅和車內的布置裝飾，以及為音樂愛好者設計藝術動聽的音樂等等，以滿足不同車主各式各樣的個性鮮明的多種要求。概念車向人們展現最新汽車科技成果，代表著未來汽車的發(fā)展方向，具有引導設計潮流的作用。從最新的概念車中發(fā)現新的設計趨勢，能夠使我們緊隨國際上優(yōu)秀汽車廠家的先進設計理念，同時也對車友基于車輛的外觀、內飾審美，延伸出的前瞻思考，提供了靈感來源15 / 15