第四章现代汽车车身设计

气动最优化：气动最优化：具有符合空气动力学规律的良好的气动外形；具有符合空气动力学规律的良好的气动外形；轻量化：轻量化：不仅是节能减排的需要，而且是技术发展的要求；不仅是节能减排的需要，而且是技术发展的要求；人性化：人性化：以人机工程学为基础的汽车结构和功能设计；以人机工程学为基础的汽车结构和功能设计；安全化：安全化：主动安全性和被动安全性；主动安全性和被动安全性；虚拟化：虚拟化：运用运用VR技术，即利用计算机模拟色彩、质感、纹理、阴影、背景以技术，即利用计算机模拟色彩、质感、纹理、阴影、背景以及立体视角的原理，生成虚拟的及立体视角的原理，生成虚拟的1:1模型效果，可以省去造型设计阶段物理模型模型效果，可以省去造型设计阶段物理模型的制作，并能够进行旋转和修改，供观察、检验、校核及评审。的制作，并能够进行旋转和修改，供观察、检验、校核及评审。绿色化：绿色化：设计阶段考虑对环境的影响因素和预防污染的措施。设计阶段考虑对环境的影响因素和预防污染的措施。4.1 现代汽车车身设计概述现代汽车车身设计概述4.2 汽车车身材料汽车车身材料车身用材料可分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。车身用材料可分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。n金属材料：金属材料：包括钢板、铸铁等重金属材料和铝、镁、钛等轻金属及其合包括钢板、铸铁等重金属材料和铝、镁、钛等轻金属及其合金材料，此外还有泡沫金属等材料；金材料，此外还有泡沫金属等材料；n非金属材料：非金属材料：包括工程塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶和泡沫非金属包括工程塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶和泡沫非金属材料等。除玻璃外，非金属材料已占到车身自重的材料等。除玻璃外，非金属材料已占到车身自重的25%左右；左右；n复合材料：复合材料：包括玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属和纤维增强陶瓷等。包括玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属和纤维增强陶瓷等。车身外板零件如挡泥板、发动机罩、车顶盖、保险杠、行李箱盖等都是用车身外板零件如挡泥板、发动机罩、车顶盖、保险杠、行李箱盖等都是用复合材料；车室内零件如换挡操纵杆、侧门框装饰、风窗窗框等也都采用复合材料；车室内零件如换挡操纵杆、侧门框装饰、风窗窗框等也都采用复合材料制造。复合材料制造。车身材料的最新发展车身材料的最新发展研究表明若汽车质量降低研究表明若汽车质量降低10%，燃油经济性可提高，燃油经济性可提高6%8%高强度钢板：高强度钢板：用高强度钢板制造的外板构件，质量可下降10%15%；制造内部构件时，质量可降低20%左右B柱和门框使用高强度钢板；柱和门框使用高强度钢板；为保护车外行人，汽车前部为保护车外行人，汽车前部的发动机托架使用强度略低的发动机托架使用强度略低的材料的材料车身材料的最新发展车身材料的最新发展铝合金材料：铝合金材料：铝合金具有密度小、比强度高、耐锈蚀、热稳定铝合金具有密度小、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可再生利用等许多优点性好、易成形、可再生利用等许多优点全新奥迪全新奥迪A8使用了性能更好的大型铝铸使用了性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至个减至29个，这种结构不仅使车身质量个，这种结构不仅使车身质量减少减少50%，而且其扭转刚度也提高了，而且其扭转刚度也提高了60%左右。由于所有的铝合金都可以回左右。由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保人士的欢迎。收再生利用，深受环保人士的欢迎。车身材料的最新发展车身材料的最新发展镁合金和钛合金材料：镁合金和钛合金材料：镁的密度为镁的密度为1.74g/cm3，仅为铝材密度，仅为铝材密度的的66%，且镁的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁且镁的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，早期应用于航空工业，近年来在屏蔽能力强，尺寸稳定性好，早期应用于航空工业，近年来在汽车工业中也得到了广泛的应用；汽车工业中也得到了广泛的应用；钛的比重为钛的比重为4.6g/cm3，但，但强度和硬度均超过了钢材，且不易生锈。钛合金车身能够承受强度和硬度均超过了钢材，且不易生锈。钛合金车身能够承受更大的冲击力。更大的冲击力。车身材料的最新发展车身材料的最新发展泡沫合金板：泡沫合金板：由粉末合金制成，其特点是密度更小，仅为由粉末合金制成，其特点是密度更小，仅为0.40.7gcm3，且弹性很好；，且弹性很好；蜂窝夹芯复合板：蜂窝夹芯复合板：在两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝。在两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝。根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；工程塑料：工程塑料：可实现轻量化和节能，且材料能够回收和循环利用可实现轻量化和节能，且材料能够回收和循环利用复合材料：复合材料：是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属和是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属和金属等原材料复合而成。金属等原材料复合而成。车身结构：车身结构：车身是容纳乘客和货物的场所。按照受力情况的车身是容纳乘客和货物的场所。按照受力情况的不同，可以把车身分为非承载式、半承载式和承载式车身。不同，可以把车身分为非承载式、半承载式和承载式车身。车身结构直接决定汽车碰撞时车身的安全性。车身结构直接决定汽车碰撞时车身的安全性。车身安全性的主要内容：主动安全性和被动安全性两大类。车身安全性的主要内容：主动安全性和被动安全性两大类。主动安全性是指汽车避免发生意外事故的能力；主动安全性是指汽车避免发生意外事故的能力；被动安全性则是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效保被动安全性则是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效保护的能力。护的能力。4.3 现代汽车车身的安全性现代汽车车身的安全性汽车碰撞的类型汽车碰撞的类型(a)正面碰撞；正面碰撞；(b)侧面碰撞侧面碰撞;(c)倾斜碰撞倾斜碰撞;(d)偏移碰撞偏移碰撞;(e)杆式碰撞杆式碰撞;(f)钻撞钻撞1-汽车；汽车；2,2a,2b,2c,2d,2e-碰撞障碍物碰撞障碍物汽车碰撞的研究内容汽车碰撞的研究内容发生碰撞时，汽车的运动实际上由两个不同的过程组成，即动量交换过程发生碰撞时，汽车的运动实际上由两个不同的过程组成，即动量交换过程和停止过程。和停止过程。第一个过程是碰撞本身第一个过程是碰撞本身，汽车与汽车（或与其它物体）相互接，汽车与汽车（或与其它物体）相互接触而进行动量交换；触而进行动量交换；第二个过程是碰撞结束后第二个过程是碰撞结束后，汽车以新获得的速度为初始，汽车以新获得的速度为初始条件开始运动直至停止。条件开始运动直至停止。发生碰撞时车内乘员的运动过程发生碰撞时车内乘员的运动过程造成乘员伤害的是第二个过程中乘员与车内结构件发生碰撞的造成乘员伤害的是第二个过程中乘员与车内结构件发生碰撞的剧烈程度，而伤害程度则由汽车碰撞过程中的加速度直接决定。剧烈程度，而伤害程度则由汽车碰撞过程中的加速度直接决定。汽车碰撞的研究内容汽车碰撞的研究内容1）安全带研究：）安全带研究：安全带是一种系拌式被动安全装置，有两安全带是一种系拌式被动安全装置，有两点式、肩带式、三点式和四点式等类型。点式、肩带式、三点式和四点式等类型。安全带的类型安全带的类型汽车碰撞的研究内容汽车碰撞的研究内容2）安全气囊研究：）安全气囊研究：安全气囊主要有控制系统、气体发生器和气安全气囊主要有控制系统、气体发生器和气囊组成；囊组成；3）安全结构研究：）安全结构研究：通过对汽车结构的改进和研究，以达到吸收通过对汽车结构的改进和研究，以达到吸收碰撞能量、保证碰撞后乘员生存空间从而达到保护乘员生命安碰撞能量、保证碰撞后乘员生存空间从而达到保护乘员生命安全的目的；全的目的；4）吸能结构和吸能材料研究：）吸能结构和吸能材料研究：吸能结构吸能结构可保证碰撞时吸收较多可保证碰撞时吸收较多的冲击能量，而碰撞后可恢复原来形状；的冲击能量，而碰撞后可恢复原来形状；吸能材料吸能材料作为汽车的作为汽车的内饰材料以减少乘员二次碰撞过程中的伤害；内饰材料以减少乘员二次碰撞过程中的伤害；5）新型保护技术与装置的研究：）新型保护技术与装置的研究：基于现代科学技术研究成果的基于现代科学技术研究成果的综合应用。综合应用。车身主动安全性车身主动安全性车身主动安全性：车身主动安全性：也称预防安全性，是防止人为错误造成安全事故所进行的也称预防安全性，是防止人为错误造成安全事故所进行的研究，其主要研究内容包括汽车造型、操纵稳定性、制动性、人机环境以及研究，其主要研究内容包括汽车造型、操纵稳定性、制动性、人机环境以及汽车视觉识别等内容。汽车视觉识别等内容。u汽车造型：汽车造型：主要包括驾驶员视野、车身颜色、室内环境以及驾驶员和乘员的舒主要包括驾驶员视野、车身颜色、室内环境以及驾驶员和乘员的舒适性、疲劳程度等；适性、疲劳程度等；u操纵稳定性的主动安全性研究：操纵稳定性的主动安全性研究：主要包括两方面的研究内容，即汽车行驶稳定主要包括两方面的研究内容，即汽车行驶稳定性和转向稳定性；性和转向稳定性；u制动性能的主动安全性研究：制动性能的主动安全性研究：ABS、制动力辅助系统、制动力辅助系统BAS、电子制动力分配系、电子制动力分配系统统EBD、电子差速锁等；、电子差速锁等；u人机环境：人机环境：座椅自动调节系统、车辆内部的总布置、仪表板、门把手等座椅自动调节系统、车辆内部的总布置、仪表板、门把手等u汽车视觉识别：汽车视觉识别：高性能前照灯（一般有白炽、卤素、高性能前照灯（一般有白炽、卤素、氙气等类型）、高位制动尾灯、夜间视觉装置（有防炫氙气等类型）、高位制动尾灯、夜间视觉装置（有防炫目装置和提高夜间视觉电子显示的综合系统装置）、防目装置和提高夜间视觉电子显示的综合系统装置）、防止视觉降低装置（前风窗玻璃高效除霜装置、防雾装置、止视觉降低装置（前风窗玻璃高效除霜装置、防雾装置、超排水性能的前风窗玻璃）、清除视觉盲区装置（主要超排水性能的前风窗玻璃）、清除视觉盲区装置（主要有智能型后视镜和消除视觉盲区综合装置）等有智能型后视镜和消除视觉盲区综合装置）等车身主动安全性车身主动安全性车身被动安全性车身被动安全性车身被动安全性：车身被动安全性：事故发生时汽车保护乘员和行人的能力。可靠的被动安全事故发生时汽车保护乘员和行人的能力。可靠的被动安全系统是保护乘员生命安全的最重要系统，而安全的车身结构是所有被动安全系统是保护乘员生命安全的最重要系统，而安全的车身结构是所有被动安全装置的基础，也是驾驶员和车内乘客的最后一道防线。装置的基础，也是驾驶员和车内乘客的最后一道防线。u安全车身具备三个基本特征：安全车身具备三个基本特征：驾驶室必须始终保持完整性和小变形性、保证乘驾驶室必须始终保持完整性和小变形性、保证乘员与汽车内部构件之间的相对运动速度较小、车身结构具有合理的分段碰撞特性员与汽车内部构件之间的相对运动速度较小、车身结构具有合理的分段碰撞特性车身被动安全性车身被动安全性u车身结构优化：车身结构优化：正面碰撞时的保护措施：正面碰撞时的保护措施：在前后碰撞变形区域进行合理改进，利用在前后碰撞变形区域进行合理改进，利用汽车前部的压溃变形吸收能量，以缓解碰撞加速度，汽车前部（尤其是纵梁）常设计成汽车前部的压溃变形吸收能量，以缓解碰撞加速度，汽车前部（尤其是纵梁）常设计成S形纵梁或形纵梁或Y形纵梁；形纵梁；侧面碰撞时的保护措施是增加车门强度。侧面碰撞时的保护措施是增加车门强度。具体办法有增加钢板厚度具体办法有增加钢板厚度或增加防撞横梁；增加侧围构件的强度，包括增大或增加防撞横梁；增加侧围构件的强度，包括增大A柱、柱、B柱和柱和C柱的截面形状及钢板厚柱的截面形状及钢板厚度；增加门槛强度，增强措施包括增大承载面积；在车身顶部度；增加门槛强度，增强措施包括增大承载面积；在车身顶部B柱附近增加连接横梁，在柱附近增加连接横梁，在仪表板下面以及后风窗下面安装加强横梁；门锁及门铰链的合理设计有利于将车门所受仪表板下面以及后风窗下面安装加强横梁；门锁及门铰链的合理设计有利于将车门所受的撞击力有效地传递到立柱。的撞击力有效地传递到立柱。车身被动安全性车身被动安全性u安全车身设计必须满足三种情况：安全车身设计必须满足三种情况：发生碰撞后驾驶室的变形量极小或者不变形，但发生碰撞后驾驶室的变形量极小或者不变形，但车身前部变形明显，发动机舱盖可向上翘曲，翼子板可向两侧弯曲，发动机舱内的构件车身前部变形明显，发动机舱盖可向上翘曲，翼子板可向两侧弯曲，发动机舱内的构件也可向两侧或向上移动，唯独不能向驾驶室方向变形；也可向两侧或向上移动，唯独不能向驾驶室方向变形；碰撞后车门能够顺利打开；碰撞后车门能够顺利打开；吸能装置应能够降低对乘员的二次撞击力。进行安全车身设计时，结构上应尽可能采用吸能装置应能够降低对乘员的二次撞击力。进行安全车身设计时，结构上应尽可能采用切断、吸收或转移等措施将撞击力分散，使车身骨架的各部分均匀承载；现代汽车设计切断、吸收或转移等措施将撞击力分散，使车身骨架的各部分均匀承载；现代汽车设计中，多采用自我牺牲的方式，即汽车损坏而保护乘员。中，多采用自我牺牲的方式，即汽车损坏而保护乘员。外部保护装置外部保护装置u保险杆保险杆：其作用是当汽车受到前、后方向意外的轻度低速冲撞时，缓和冲击力，吸收冲：其作用是当汽车受到前、后方向意外的轻度低速冲撞时，缓和冲击力，吸收冲撞能量，降低汽车的损害，保证乘员的安全。撞能量，降低汽车的损害，保证乘员的安全。前保险杆：弹性型、阻尼型、弹性前保险杆：弹性型、阻尼型、弹性-阻尼型、波纹管型、柔性型、能量耗散型、主动作阻尼型、波纹管型、柔性型、能量耗散型、主动作用型；用型；后保险杠：车身后部的防撞装置，减轻倒车时对行人的碰撞伤害，与障碍物碰撞以及后保险杠：车身后部的防撞装置，减轻倒车时对行人的碰撞伤害，与障碍物碰撞以及其它车辆追尾碰撞时保护车身后部；其它车辆追尾碰撞时保护车身后部；侧围保险杠：车身侧面的防撞装置，以防止会车以及与侧面障碍物之间的擦伤。侧围保险杠：车身侧面的防撞装置，以防止会车以及与侧面障碍物之间的擦伤。u救护网救护网：设置在车身前部，以防止撞击行人后行人跌下路面而继续被车轮碾压；：设置在车身前部，以防止撞击行人后行人跌下路面而继续被车轮碾压；u减轻撞击行人的弹性装置减轻撞击行人的弹性装置：在发动机上部及前风窗玻璃周围设置弹性材料，以减轻行人：在发动机上部及前风窗玻璃周围设置弹性材料，以减轻行人撞击后再次碰撞的程度。撞击后再次碰撞的程度。内部防撞装置内部防撞装置u安全转向柱：安全转向柱：转向柱除了满足常规功能外，当汽车发生正面碰撞时，还能够有效地吸收转向柱除了满足常规功能外，当汽车发生正面碰撞时，还能够有效地吸收碰撞能量碰撞能量u座椅系统座椅系统：首先，座椅应保证事故中乘员处于自身的生存空间之内，并防止其他车内载：首先，座椅应保证事故中乘员处于自身的生存空间之内，并防止其他车内载体穿入这个空间；其次，应保证乘员在事故发生过程中保持一定的姿态，以便其它的约体穿入这个空间；其次，应保证乘员在事故发生过程中保持一定的姿态，以便其它的约束系统能够充分发挥其保护作用；束系统能够充分发挥其保护作用；u内饰系统内饰系统u安全玻璃：安全玻璃：常用的汽车安全玻璃主要有调质玻璃、局部调质玻璃和常用的汽车安全玻璃主要有调质玻璃、局部调质玻璃和夹层玻璃夹层玻璃等。等。乘员约束系统乘员约束系统 乘员约束系统主要有安全带、安全气囊和安全座椅等。乘员约束系统主要有安全带、安全气囊和安全座椅等。u安全带安全带：有多种不同的形式，其主要区别是预收紧功能；：有多种不同的形式，其主要区别是预收紧功能；u安全气囊安全气囊：在一次碰撞后、二次碰撞前迅速展开，当乘员因惯性而向前移动时在一次碰撞后、二次碰撞前迅速展开，当乘员因惯性而向前移动时“扑在气扑在气囊上囊上”而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度；而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度；u安全座椅：安全座椅：安全座椅是指发生碰撞时，座椅的头托（也叫头枕）能在瞬间向前移动一定安全座椅是指发生碰撞时，座椅的头托（也叫头枕）能在瞬间向前移动一定距离（如距离（如5cm左右），以防止驾驶员的头部猛烈后撞，并且座椅靠背上的金属板也同时左右），以防止驾驶员的头部猛烈后撞，并且座椅靠背上的金属板也同时动作，不让身体突然靠上去，保护头部不致受伤。动作，不让身体突然靠上去，保护头部不致受伤。车身被动安全性数值仿真车身被动安全性数值仿真 与经验设计和试验研究相比，数值仿真具有以下特点：与经验设计和试验研究相比，数值仿真具有以下特点：弥补由于设计、制造以及材质等导致的差异和缺陷而影响试验结果的不足；弥补由于设计、制造以及材质等导致的差异和缺陷而影响试验结果的不足；在汽车的设计阶段对其进行安全性评价，以便早期发现问题、解决问题；在汽车的设计阶段对其进行安全性评价，以便早期发现问题、解决问题；重复性好，可以根据计算结果对模型进行快速修改，提出改进方案；重复性好，可以根据计算结果对模型进行快速修改，提出改进方案；能够获得比较完整的数据信息，如全车身、某一剖面以及各个零部件的变形、能够获得比较完整的数据信息，如全车身、某一剖面以及各个零部件的变形、应力和应变分布情况等，同时还可以得到乘员动态响应以及被动安全防护装置的应力和应变分布情况等，同时还可以得到乘员动态响应以及被动安全防护装置的作用过程等信息；作用过程等信息；在更宽广的范围内进行模拟计算，以提供更多的选择方案；在更宽广的范围内进行模拟计算，以提供更多的选择方案；避免试验中主客观因素对试验结果的影响，如试验条件、试验经验等。避免试验中主客观因素对试验结果的影响，如试验条件、试验经验等。车身被动安全性数值仿真车身被动安全性数值仿真 技术路线和方法：技术路线和方法：理论基础：多刚体系统动力学、动态大变形非线性有限元法理论基础：多刚体系统动力学、动态大变形非线性有限元法有限元模型：有限元模型：车身被动安全性数值仿真：车身被动安全性数值仿真：Design of automobile body(2)lCrash and compatibility of vehicleslLightweight design of vehiclelStamp formation of body panel sLateral crashCrash compatibilityTube compressionBefore crashafter crashStamp simulation不同碰撞条件下模拟得到的最低不同碰撞条件下模拟得到的最低CIR（综合伤害指标)值值混三型假混三型假人人5th50th95th碰撞速度碰撞速度/km.h-1254856254856254856泄气孔径泄气孔径/mm50405050充气压力充气压力与参考气与参考气囊压力的囊压力的百分比百分比(%)1208080160120160安全带载安全带载荷极限荷极限333乘坐位置乘坐位置正常正常正常正常正常正常CIR0.220.40.410.140.620.640.130.630.68如果安全气囊的参数能够根据具体情况自动变化，则车辆乘员就能够得到较好如果安全气囊的参数能够根据具体情况自动变化，则车辆乘员就能够得到较好的保护。因此，车身零部件数值模拟可以为智能化的安全气囊设计奠定基础的保护。因此，车身零部件数值模拟可以为智能化的安全气囊设计奠定基础.车身的空气动力学设计车身的空气动力学设计作用在汽车上的气动力和气动力矩作用在汽车上的气动力和气动力矩2)(21faWWvvACFCw为空气阻力系数；为空气阻力系数；CD为气动阻力系数；为气动阻力系数；CL为气动升力系数；为气动升力系数；CZ为气动侧力系数。为气动侧力系数。可见，降低气动阻力的有效措施是降低可见，降低气动阻力的有效措施是降低气动阻力系数和汽车迎风面积气动阻力系数和汽车迎风面积A车身的空气动力学设计车身的空气动力学设计气动阻力气动阻力汽车的气动阻力由压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干涉阻力和内循环阻力等汽车的气动阻力由压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干涉阻力和内循环阻力等压差阻力：压差阻力：也叫形状阻力，是由于运动空气的粘性而导致汽车前后产生压力也叫形状阻力，是由于运动空气的粘性而导致汽车前后产生压力差而形成的阻力。压差阻力与汽车的前、后正投影面积有关，对现代汽车而差而形成的阻力。压差阻力与汽车的前、后正投影面积有关，对现代汽车而言，压差阻力约占总气动阻力的言，压差阻力约占总气动阻力的50%65%气动阻力气动阻力摩擦阻力：摩擦阻力：由于空气粘性使空气与汽车车身表面产生摩擦所形成的阻力，约占由于空气粘性使空气与汽车车身表面产生摩擦所形成的阻力，约占总气动阻力的总气动阻力的6%10%诱导阻力：诱导阻力：由于车身上部和底部的空气压力存在差值，引起横向气流以及车由于车身上部和底部的空气压力存在差值，引起横向气流以及车辆的升力，导致车身表面产生涡流分离现象而产生辆的升力，导致车身表面产生涡流分离现象而产生汽车的诱导阻力汽车的诱导阻力气动阻力气动阻力干涉阻力：干涉阻力：由于汽车外表面上的各种附件所引起的气流干涉而产生的阻力。汽由于汽车外表面上的各种附件所引起的气流干涉而产生的阻力。汽车的干涉阻力约占气动阻力的车的干涉阻力约占气动阻力的12%16%a)流水槽和风窗玻璃框气流干涉流水槽和风窗玻璃框气流干涉 （b）后视镜气流干涉）后视镜气流干涉气动阻力气动阻力内循环阻力：内循环阻力：流经散热器、发动机舱及乘员区通风和空调气流引起的阻力，是流经散热器、发动机舱及乘员区通风和空调气流引起的阻力，是由于动量损失而形成的。约占总气动阻力的由于动量损失而形成的。约占总气动阻力的12%20%。气流流经不同截面时的内循环阻力气流流经不同截面时的内循环阻力Design of automobile body(3)lAerodynamics of automobile body Pressure distributionStreamlines around a car with the effect of crosswindVelocity field around a car with a wingVelocity field around a car in overtaking processVelocity field around a wheelStreamlines around a car in starting process汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布汽车流谱：汽车流谱：气流沿车身流动的流线谱。流线上任意一点的切线方向就是该点的气流沿车身流动的流线谱。流线上任意一点的切线方向就是该点的气流微团的速度方向。汽车流谱由汽车外形、内部结构和速度决定。气流微团的速度方向。汽车流谱由汽车外形、内部结构和速度决定。汽车流谱分类：汽车流谱分类：外部空间流谱、表面流谱、周围涡系和内部流谱等四种。外部空间流谱、表面流谱、周围涡系和内部流谱等四种。(a)汽车外部空间流谱汽车外部空间流谱 (b)汽车外部空间整体流谱汽车外部空间整体流谱 空间流谱空间流谱汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布下图为阶梯背、斜背和平背三种典型汽车尾部造型的尾部涡系和流谱。下图为阶梯背、斜背和平背三种典型汽车尾部造型的尾部涡系和流谱。斜背的尾涡区和尾流区都较小。因此，单从尾部造型而言，斜背是较为理想的斜背的尾涡区和尾流区都较小。因此，单从尾部造型而言，斜背是较为理想的尾部形状。尾部形状。三种不同汽车尾部纵向对称面流谱三种不同汽车尾部纵向对称面流谱 汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布底部流谱：底部流谱：与多种因素有关。主要包括：地面和汽车底部之间的距离、车辆宽与多种因素有关。主要包括：地面和汽车底部之间的距离、车辆宽度和车辆的长高比、底部的平整程度、地板的纵向曲率和横向曲率等。度和车辆的长高比、底部的平整程度、地板的纵向曲率和横向曲率等。离地间隙对气动阻力的影响离地间隙对气动阻力的影响 汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布表面流谱：表面流谱：有助于分析和探讨气流分离机理、表面压强产生和细部气动造型，有助于分析和探讨气流分离机理、表面压强产生和细部气动造型，以改善雨水的流径、防止刮水器上浮、汽车表面尘土沉积等。通常可采用计算以改善雨水的流径、防止刮水器上浮、汽车表面尘土沉积等。通常可采用计算机仿真或油膜实验法进行研究机仿真或油膜实验法进行研究 汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布周围涡系：周围涡系：当气流顺发动机罩经过凹角流向前风窗时，气流在发动机罩上当气流顺发动机罩经过凹角流向前风窗时，气流在发动机罩上S点开始点开始分离，然后在前风窗上分离，然后在前风窗上R点再附着，从而在点再附着，从而在S点和点和R点之间形成分离区。分离区内有涡点之间形成分离区。分离区内有涡系并顺着两侧向后延伸；系并顺着两侧向后延伸；上部车身的弯度形成一个低压区域，使得上部气压低于下上部车身的弯度形成一个低压区域，使得上部气压低于下部的气压，从而使得汽车底部的气流向上翻卷；前部涡系向后部移动，与上述涡系相部的气压，从而使得汽车底部的气流向上翻卷；前部涡系向后部移动，与上述涡系相互吸引，最后形成一对大的尾涡。互吸引，最后形成一对大的尾涡。发动机罩和前风窗凹处的涡系发动机罩和前风窗凹处的涡系 汽车尾部涡系汽车尾部涡系汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布内部流谱：内部流谱：主要研究流经散热器、发动机室的气流状态和驾驶室主要研究流经散热器、发动机室的气流状态和驾驶室内自然通风、空调系统、暖风等气流特性，其目的是能够更好地内自然通风、空调系统、暖风等气流特性，其目的是能够更好地引入外部气流以最有效地完成冷却、通风后再排出车外，并使气引入外部气流以最有效地完成冷却、通风后再排出车外，并使气流的进出对整车气动性能影响最小流的进出对整车气动性能影响最小从内部流谱的角度来看，汽车的气动造型应该是前端逐渐变扁，从内部流谱的角度来看，汽车的气动造型应该是前端逐渐变扁，进风口面积减小，但为了不影响进气量，常采用把原来大而连续进风口面积减小，但为了不影响进气量，常采用把原来大而连续的进风口分割为小而独立的进风口。的进风口分割为小而独立的进风口。汽车流谱与表面压强分布汽车流谱与表面压强分布当来流与车头相遇，气流受到阻滞，当地速度当来流与车头相遇，气流受到阻滞，当地速度u降低，压力增大，在车头形成正压区。降低，压力增大，在车头形成正压区。流向汽车上表面的部分气流，经过车头上部时，由于表面曲率较大，气流来不及转折流向汽车上表面的部分气流，经过车头上部时，由于表面曲率较大，气流来不及转折而出现局部分离现象，此时的当地速度而出现局部分离现象，此时的当地速度u较大，形成负压峰值区（称为吸力峰）较大，形成负压峰值区（称为吸力峰）流向汽车下部的另一部分气流，在车流向汽车下部的另一部分气流，在车头下部同样由于下缘角曲率大而形成头下部同样由于下缘角曲率大而形成负压区；之后，气流进入地面与车底负压区；之后，气流进入地面与车底面之间的间隙，由于流道狭窄而使流面之间的间隙，由于流道狭窄而使流速较快，形成负压，但底部的总负压速较快，形成负压，但底部的总负压值小于上部的总负压值，其合力方向值小于上部的总负压值，其合力方向是向上的，故产生升力。是向上的，故产生升力。汽车空气动力学设计汽车空气动力学设计主要内容：气动造型设计。主要内容：气动造型设计。国际上汽车工程界把汽车气动造型研究归纳为两条技术路国际上汽车工程界把汽车气动造型研究归纳为两条技术路线，分别是线，分别是气动造型的气动造型的整体最优化整体最优化（Shape Optimization）和）和气动造型的气动造型的局部最优局部最优化化（Detail Optimization）。）。气动造型的发展主要经历了气动造型的发展主要经历了箱型、甲壳虫型、船型、鱼型和楔形箱型、甲壳虫型、船型、鱼型和楔形等五个阶段，等五个阶段，气动造型的气动造型的整体最优化整体最优化箱型：箱型：气动阻力系数平均值为气动阻力系数平均值为0.60.7；甲壳虫型：甲壳虫型：气动阻力系数约为气动阻力系数约为0.450.5，其高速气动性能明显优于箱型汽车，但，其高速气动性能明显优于箱型汽车，但“甲壳虫型甲壳虫型”汽车抗侧风干扰稳定性较差。之后经过更细致的风洞试验研究，发现汽车抗侧风干扰稳定性较差。之后经过更细致的风洞试验研究，发现“甲壳虫型甲壳虫型”的尾部气流涡的尾部气流涡区较大；区较大；船型：船型：船型汽车抗侧风稳定性强，前、后翼子板与侧围形成一个整体，改善了车身两侧气流状船型汽车抗侧风稳定性强，前、后翼子板与侧围形成一个整体，改善了车身两侧气流状态，气动阻力系数保持在态，气动阻力系数保持在0.40.45左右。但船型汽车尾部呈阶梯状，高速时会产生较强的空气左右。但船型汽车尾部呈阶梯状，高速时会产生较强的空气涡流；涡流；鱼型：鱼型：把船型车的后背不断倾斜，成为背部像鱼的脊背式汽车；但存在后方视野和乘座舒适性把船型车的后背不断倾斜，成为背部像鱼的脊背式汽车；但存在后方视野和乘座舒适性较差的缺点，且气动升力问题也比较突出；较差的缺点，且气动升力问题也比较突出；楔型车：楔型车：把气动阻力的一部分化解为向下的负升力，整车表面的压强分布变化均衡，表面的分把气动阻力的一部分化解为向下的负升力，整车表面的压强分布变化均衡，表面的分离涡较少，很好地解决了气动阻力与气动升力的矛盾，离涡较少，很好地解决了气动阻力与气动升力的矛盾，楔型轿车表面压强分布楔型轿车表面压强分布气动造型的气动造型的局部最优化局部最优化局部最优化以满足功能、工艺学、美学、人机工程学为前提，初步确定车身基本造型；局部最优化以满足功能、工艺学、美学、人机工程学为前提，初步确定车身基本造型；然后进行局部修形和增加空气动力学附加装置，从而达到减少气动阻力和提高行驶稳然后进行局部修形和增加空气动力学附加装置，从而达到减少气动阻力和提高行驶稳定性的目的。定性的目的。车身头部：车身头部：棱角圆滑化可防止气流在转角处分离，减小气动阻力系数。较长的车身棱角圆滑化可防止气流在转角处分离，减小气动阻力系数。较长的车身有助于降低气动阻力系数，但车身过长又会使阻力系数增大有助于降低气动阻力系数，但车身过长又会使阻力系数增大气动造型的气动造型的局部最优化局部最优化大客车车头对气动阻力有较大影响的一个重要因素是大客车车头对气动阻力有较大影响的一个重要因素是车头边角，特别是上边角。车头边角，特别是上边角。上边上边角倒圆可以大大降低气动阻力。角倒圆可以大大降低气动阻力。大客车车头整体流线化对降低阻力系数作用不大。实验表明，带有直棱边的长方体，大客车车头整体流线化对降低阻力系数作用不大。实验表明，带有直棱边的长方体，CD=0.86，把长方体头部边角充分倒圆后，可使，把长方体头部边角充分倒圆后，可使CD值减小到值减小到0.38，如果将车头设计，如果将车头设计成大弧面流线形，成大弧面流线形，CD值可以进一步减小到值可以进一步减小到0.35。因此，只需将车头边角充分倒圆即。因此，只需将车头边角充分倒圆即可得到与大弧面流线相近的效果，但工艺简单，可得到与大弧面流线相近的效果，但工艺简单，气动造型的气动造型的局部最优化局部最优化前风窗立柱和流水槽形状对阻力的影响：前风窗立柱和流水槽形状对阻力的影响：由于由于A柱在设计、制造和使用中的原因，通柱在设计、制造和使用中的原因，通常都有凹面或凸面，造成气流的分离，从而产生气动噪声，同时增加阻力系数。常都有凹面或凸面，造成气流的分离，从而产生气动噪声，同时增加阻力系数。车身后部形状对阻力的影响：车身后部形状对阻力的影响：车身后背倾角影响气动阻力系数。当后背倾角小于车身后背倾角影响气动阻力系数。当后背倾角小于30时，对应的流谱称为快背型流谱；大于时，对应的流谱称为快背型流谱；大于30时为方背型流谱；时为方背型流谱；30倾角为临界倾角为临界后背倾角。由于后背倾角。由于30倾角具有较好的美学特性，因此为了使倾角具有较好的美学特性，因此为了使30的后背倾角具有较的后背倾角具有较小的空气阻力系数，可将车体尾部适当作横向收缩（带尾锥度）；小的空气阻力系数，可将车体尾部适当作横向收缩（带尾锥度）；气动附加装置：气动附加装置：在汽车上安装各种气动附加装置，可以使其气动性能得到明在汽车上安装各种气动附加装置，可以使其气动性能得到明显改善显改善气动造型的气动造型的局部最优化局部最优化前部扰流器：前部扰流器：在前部的车头下部安装扰流器，可减小阻力系数和升力系数，但扰流器在前部的车头下部安装扰流器，可减小阻力系数和升力系数，但扰流器必须有适当的高度和角度；必须有适当的高度和角度；后部扰流器后部扰流器：在汽车的后行李箱盖上加装不同攻角的扰流器，可以推迟涡流的产生，在汽车的后行李箱盖上加装不同攻角的扰流器，可以推迟涡流的产生，减弱涡流强度并形成局部正压以降低阻力系数和升力系数减弱涡流强度并形成局部正压以降低阻力系数和升力系数气动造型的气动造型的局部最优化局部最优化对于不同后部形状的汽车，后扰流器的影响不同，是否需要加装后扰流器应视具体情对于不同后部形状的汽车，后扰流器的影响不同，是否需要加装后扰流器应视具体情况而定。一般来说，对于具有平顺气流的快背形车，可能是有利的，而对于某些阶梯况而定。一般来说，对于具有平顺气流的快背形车，可能是有利的，而对于某些阶梯背的轿车，由于气流早已分离，所以无需安装后扰流器。背的轿车，由于气流早已分离，所以无需安装后扰流器。理想的气动外形理想的气动外形正面：尽可能采用宽而低的扁平型以及无棱角正面：尽可能采用宽而低的扁平型以及无棱角的圆滑过渡；的圆滑过渡；侧面：应尽量降低车身总高度；减小离地间隙；侧面：应尽量降低车身总高度；减小离地间隙；前端扁平、后端尽可能使阻力降低；加尾翼（从前端扁平、后端尽可能使阻力降低；加尾翼（从减小阻力和保证方向稳定两个方面考虑）减小阻力和保证方向稳定两个方面考虑）从顶面看，车身前端接近半圆形，而整车的俯从顶面看，车身前端接近半圆形，而整车的俯视形状尽可能接近腰鼓形视形状尽可能接近腰鼓形 现代汽车气动造型的研究和开发是上述两条技术路线的综合，即以整体最优化为气现代汽车气动造型的研究和开发是上述两条技术路线的综合，即以整体最优化为气动造型基础，再辅以局部优化造型，力求使气动造型尽善尽美。动造型基础，再辅以局部优化造型，力求使气动造型尽善尽美。理想的气动外形理想的气动外形现代汽车的空气动力学设计应满足下列要求：现代汽车的空气动力学设计应满足下列要求：将车身设计成楔形或快背式，尽量把前端压低、前风窗与发动机罩、将车身设计成楔形或快背式，尽量把前端压低、前风窗与发动机罩、顶盖与侧面的过渡部分尽可能圆滑光顺；顶盖与侧面的过渡部分尽可能圆滑光顺；设置前后扰流器等空气动力学装置，改善气流状态；设置前后扰流器等空气动力学装置，改善气流状态；车身底面平滑化，或设置光滑地板，以降低空气阻力；车身底面平滑化，或设置光滑地板，以降低空气阻力；尽可能减少车身外表面的凸凹面和凸出物，如采用电子后视镜；尽可能减少车身外表面的凸凹面和凸出物，如采用电子后视镜；合理设计并控制发动机的冷却气流，强制空气处于有理流动状态，提合理设计并控制发动机的冷却气流，强制空气处于有理流动状态，提高冷却效果并减小内循环空气阻力。高冷却效果并减小内循环空气阻力。车身的轻量化设计车身的轻量化设计车身轻量化技术主要包括轻量化材料的合理使用、车身结构的合理设车身轻量化技术主要包括轻量化材料的合理使用、车身结构的合理设计和先进制造技术等三个方面；计和先进制造技术等三个方面；国际上通常都采用车身轻量化系数作为车身设计评价指标。车身轻量国际上通常都采用车身轻量化系数作为车身设计评价指标。车身轻量化系数的计算公式为：化系数的计算公式为：310ACMLT式中，式中，L为车身轻量化系数，越小越好；为车身轻量化系数，越小越好；M为白车身（无门盖、无前后风挡玻璃）质为白车身（无门盖、无前后风挡玻璃）质量；量；CT为车身扭转刚度；为车身扭转刚度；A为四轮间的正投影面积（即前、后轮平均轮距乘以轴为四轮间的正投影面积（即前、后轮平均轮距乘以轴距）。距）。车身的轻量化设计车身的轻量化设计 企业名称企业名称车型车型m/kgm/kgCT/kNm()-1L L福特福特N e w F r e e N e w F r e e Lander2Lander238038027.727.73.23.2New MondeoNew Mondeo309309-4.404.40日产日产N i s s a n N i s s a n QashqaiQashqai271271-3.733.73雷诺雷诺New Laguna New Laguna IIIIII-4.404.40沃尔沃沃尔沃New V70New V7034934916.716.74.674.67克莱斯勒克莱斯勒C-ClassC-Class-2.642.64菲亚特菲亚特New 500New 50024024014.8514.852.702.70部分车型的轻量化系数部分车型的轻量化系数轻质材料的合理使用轻质材料的合理使用 某轿车使用高强度钢板示意图某轿车使用高强度钢板示意图制造工艺优化制造工艺优化传统的车身制造多采用冲压工艺，其零件较多且焊接工艺复杂。而某些高传统的车身制造多采用冲压工艺，其零件较多且焊接工艺复杂。而某些高端车型已逐步采用型钢件和铸造件来替代冲压件，配合轻质金属合金材料端车型已逐步采用型钢件和铸造件来替代冲压件，配合轻质金属合金材料的应用，既保证了车身的轻量化，又能得到较好的安全性和耐久性。的应用，既保证了车身的轻量化，又能得到较好的安全性和耐久性。车身结构轻量化车身结构轻量化车身结构优化具体体现在以下三个方面：零件的结构优化、零件的断面优车身结构优化具体体现在以下三个方面：零件的结构优化、零件的断面优化和钢板厚度对性能提升的敏感度分析。化和钢板厚度对性能提升的敏感度分析。采用封闭结构增加强度并减轻质量采用封闭结构增加强度并减轻质量增加加强筋增加加强筋增加减重孔增加减重孔切除零件多余的翻边切除零件多余的翻边n9、静夜四无邻，荒居旧业贫。23.3.123.3.1Wednesday,March 01,2023n10、雨中黄叶树，灯下白头人。8:07:568:07:568:073/1/2023 8:07:56 AMn11、以我独沈久，愧君相见频。23.3.18:07:568:07Mar-231-Mar-23n12、故人江海别，几度隔山川。8:07:568:07:568:07Wednesday,March 01,2023n13、乍见翻疑梦，相悲各问年。23.3.123.3.18:07:568:07:56March 1,2023n14、他乡生白发，旧国见青山。2023年3月1日星期三上午8时7分56秒8:07:5623.3.1n15、比不了得就不比，得不到的就不要。2023年3月上午8时7分23.3.18:07March 1,2023n16、行动出成果，工作出财富。2023年3月1日星期三8时07分56秒8:07:561 March 2023n17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。上午8时7分56秒上午8时7分8:07:5623.3.1n9、没有失败，只有暂时停止成功！。23.3.123.3.1Wednesday,March 01,2023n10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。8:07:568:07:568:073/1/2023 8:07:56 AMn11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。23.3.18:07:568:07Mar-231-Mar-23n12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。8:07:568:07:568:07Wednesday,March 01,2023n13、不知香积寺，数里入云峰。23.3.123.3.18:07:568:07:56March 1,2023n14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年3月1日星期三上午8时7分56秒8:07:5623.3.1n15、楚塞三湘接，荆门九派通。2023年3月上午8时7分23.3.18:07March 1,2023n16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023年3月1日星期三8时07分56秒8:07:561 March 2023n17、空山新雨后，天气晚来秋。上午8时7分56秒上午8时7分8:07:5623.3.1n9、杨柳散和风，青山澹吾虑。23.3.123.3.1Wednesday,March 01,2023n10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。8:07:568:07:568:073/1/2023 8:07:56 AMn11、越是没有本领的就越加自命不凡。23.3.18:07:568:07Mar-231-Mar-23n12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。8:07:568:07:568:07Wednesday,March 01,2023n13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。23.3.123.3.18:07:568:07:56March 1,2023n14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年3月1日星期三上午8时7分56秒8:07:5623.3.1n15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2023年3月上午8时7分23.3.18:07March 1,2023n16、业余生活要有意义，不要越轨。2023年3月1日星期三8时07分56秒8:07:561 March 2023n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午8时7分56秒上午8时7分8:07:5623.3.1MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉