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汽车车身设计基础知识

车门、车窗及其附件和密封

车门是车身上重要部件之一。按其开启方式可分为顺开式、逆开式、水平移动式、上掀式和折叠式等几种。顺开式车门即使在汽车行驶时仍可借气流的压力关上，比较安全，而且便于驾驶员在倒车时向后观察，故被广泛采用。逆开式车门在汽车行驶时若关闭不严就可能被迎面气流冲开，因而用得较少，一般只是为了改善上下车方便性及适于迎宾礼仪需要的情况下才采用。水平移动式车门的优点是车身侧壁与障碍物距离较小的情况下仍能全部开启。上掀式车门广泛用作轿车及轻型客车的后门，也应用于低矮的汽车。折叠式车门则广泛应用于大、中型客车上。在有些大型客车上，还备有加速乘客撤离事故现场以及便于救援人员进入的安全门。轿车、货车驾驶室的车门以及客车驾驶员出入的车门通常由门外钣、门内钣、窗框(有的车上还装有三角窗)等组成。门内钣是各种附件的安装基体。在其上装有：门铰链、升降玻璃及其导轨、玻璃升降器、门锁、车门开度限位器等附件。有的轿车门内还布置有暖气通风管道和立体声收放音机的扬声器等等。车门借铰链安装在车身壳体上。在汽车行驶时，车身壳体将产生反复扭转变形。为避免在此情况下车门与门框摩擦产生噪声，车门与门框之间留有较大的间隙，靠橡胶密封条将间隙密封。汽车的前、后窗通常采用有利于视野而又美观的曲面玻璃，借橡胶密封条嵌在窗框上或用专门的粘合剂粘贴在窗框上。为便于自然通风，汽

车的侧窗玻璃通常可上、下或前、后移动。在玻璃与导轨之间装有呢绒或植绒橡胶等材料的密封槽。某些汽车的侧窗还采用有利于汽车布置的圆柱面玻璃。侧窗玻璃采用茶色或降热层可使室内保温并具有安闲宁静的舒适感。具有完善的冷气、暖气、通风及空调设备的高级客车常常将侧窗玻璃设计成不可移动的，以提高车身的密封性。

汽车车身造型的演变

从19世纪末到20世纪初期，汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和

革新上。到了20世纪前半期，汽车的基本构造已经全部发明出来后，汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进，并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工.程学以及工业造型设计(工业美学)等概念，力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层，甚至各种文化背景的人的不同需求，使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象，最终达到最完善的境界。

汽车造型师们把汽车装扮成人类的肌体。例如：汽车的眼睛--前照灯；嘴——进风口；肺--空气滤清器；血管——油路；神经一电路；心脏一发动机；胃--油箱；脚——轮胎；肌肉--机械部分。力图将一个冷冰冰的机械注入以生命，使之具有非凡的艺术魅力，给人以美感。汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼

一、马车型汽车

我国古代早有“轿车”一词，是指用骡马拉的轿子(图1-9)。当西方汽车大量进入中国时，正是封闭式方形汽车在西方流行之时。那时汽车的形状与我国古代的“轿车”相似，并与“轿车”一样让人感到荣耀。于是，人们就将当时的汽车称为轿车。最早出现的汽车，其车身造型基本上沿用了马车的形式，因此称为“无马的马车”英文名Sedan就是指欧洲贵族乘用的一种豪华马车，不仅装饰讲究，而且是封闭式的，可防风、雨和灰尘，并提高了安全度。18世纪这种车传到美国后，也只有纽约、费城等少数大城市中的富人才有资格享用。1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。福特将他的“封闭式汽车”(Closedcar)称为Sedan。著名的福特T型车是马

车型汽车的佼佼者。

二、箱型汽车

美国福特汽车公司在1915年生产出一种不同于马车型的汽车，其外形特点很像一只大箱子，并装有门和窗，人们称这类车为“箱型汽车”。因这类车的造型酷似于欧洲贵妇人们用于结伴出游和其他一些场合的人抬“轿子”式轻便座椅，所以它在商品目录中被命名为“轿车”。

三、甲壳虫型汽车

1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德·保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。从20世纪30年代流线型汽车开始普及到40年代末的20年间，是甲壳虫型汽车的“黄金时代”。

四、船型汽车

1945年，福特汽车公司重点进行新车型的开发，经过几年的努力，终于在1949年推出了具有历史意义的新型V8型福特汽车。因为这种汽

车的车身造型颇像一只小船，所以人们称它为“船型汽车”。福特V8型汽车的成功之处不仅仅在于它在外形设计上有所突破，而且它还首先将人体工程学的理论引入到汽车的整体设计上，取得了令人较为满意的结果。所谓人体工程学，就是用科学的方法解析的形体和能力，设计与之相吻合的机械与器具。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车，并且还较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。现在，福特公司的那种具有行李箱的四门四窗的轿车，已被全世界确认为轿车的标准形式。

五、鱼型汽车

为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。另一方面，鱼型汽车是由船型汽车演变而来的，所以基本上保留了船型汽车的长处，诸如车室宽大，视野开阔，车身侧面的形状阻力较小，造型更具有动感，乘坐舒适等，这些都远远地超过了甲壳虫型汽车的性能。另外，鱼型汽车还特别地增大了行李舱的容积，所以更适合于家庭外出旅行等使用。正因为如此，鱼型汽车才得以迅速地发展。但也同时存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了一至二倍，强度有所下降，产生—了结构上·的缺陷；二是当汽车高速行驶时汽车的升力较大。

鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。

六、楔形汽车

“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型——楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。

第一次按楔形设计的汽车是1963年的司蒂倍克·阿本提，这辆汽车在汽车外形设计专家中得到了极高的评价。1968年，通用公司的奥兹莫比尔·托罗纳多改进和发展了楔形汽车，1968年又为凯迪拉克高级轿车埃尔多所采用。楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。

汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适

性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。总有一天，汽车驾驶室会形成带有优美曲线的“玻璃罩”。

与之交相辉映的是具有几何形态的车体，透着浑圆和流线风格。那时，汽车色彩的喷涂将在鲜艳中体现出柔和感和透明感，因而会格外赏心悦目。

轿车身上的三大立柱

由各种各样的骨架件和板件通过焊接拼装而成的轿车车身，也就是行业俗称的“白车身”，它的各个部分都有相关的名称，不论在汽车制造厂、修理厂或者配件商店，人们一听到某个名称就知道它是属于车上的哪一部分，安装在什么位置上.

三厢式轿车车身结构图主要零部件:

1、发动机盖

2、前档泥板

3、前围上盖板

4、前围板

5、车顶盖

6、前柱

7、上边梁

8、顶盖侧板

9、后围上盖板10、行李箱盖11、后柱12、后围板13、后翼子板14、中柱15、车门16、下边梁17、底板18、前翼子板19、前纵梁20、前横梁21、前裙板22、散热器框架23、发动机盖前支撑板

车身的骨架件和板件多用钢板冲压而成，车身专用钢板具有深拉延时不易产生裂纹的特点。根据车身不同的位置，一些要防止生锈的部位使用锌钢板，例如翼子板、车顶盖等；一些承受应力较大的部位使用高强度钢板，例如散热器支承横梁、上边梁等。轿车车身结构中常用钢板的厚度为0.6～3毫米，大多数零件用材厚度是0.8～1.0毫米。

在轿车车身构造中，有些重要零件的位置涉及到车辆的整体布置、安全及驾乘舒适性问题，例如立柱。

一般轿车车身有三个立柱，从前往后依次为前柱(A柱)、中柱(B 柱)、后柱(C柱)。对于轿车而言，立柱除了支撑作用，也起到门框的作用。

设计师考虑前柱几何形状方案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线的角度问题。一般情况下，驾驶者通过前柱处的视线，双目重叠角总计为5～6度，从驾驶者的舒适性看，重叠角越小越好，但这涉及到前柱的刚度，既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶者的视线遮挡影响，是一个矛盾的问题。设计者必须尽量使两者平衡以取得最佳效果。在2001年北美国际车展上瑞典沃尔沃推出最新概念车SCC，就将前柱改为通透形式，镶嵌透明玻璃让驾驶者可以透过柱体观察外界，令视野盲点减少到最低程度.

中柱不但支撑车顶盖，还要承受前、后车门的支承力，在中柱上还要装置一些附加零部件，例如前排座位的安全带，有时还要穿电线线束。因此中柱大都有外凸半径，以保证有较好的力传递性能。现代轿车的中柱截面形状是比较复杂的，它由多件冲压钢板焊接而成。随着汽车制造技术的发展，不用焊接而直接采用液压成型的封闭式截面中柱巳经问世，它的刚度大大提高而重量大幅减小，有利于现代轿车的轻量化。不过，有些设计师却从乘客上下车的便利性考虑，索性取消中柱。最典型的是法国雪铁龙C3轿车，车身左右两侧的中柱都被

取消，前后门对开，乘员完全无障碍上下车。当然，取消中柱就要相应增强前、后柱，其车身结构必须要用新的形式，材料选用也有所不同。

后柱与前柱、中柱不同的一点就是不存在视线遮挡及上下车障碍等问题，因此构造尺寸大些也无妨，关键是后柱与车身的密封性要可靠。

刚度是汽车车身设计的指标，刚度是指在施加不致于毁坏车身的普通外力时车身不容易变形的能力，也就是指恢复原形的弹性变形能力。汽车在行驶过程中受到各种外力影响会产生变形，变形程度小就是刚度好，一般情况刚度好强度也好。刚度差的汽车，行驶在不平路面上就容易发出嘎吱嘎吱的响声。立柱的刚度很大程度上决定了车身的整体刚度，因此在整个车身结构中，立柱是关键件，它要有很高的刚度。

风阻系数

空气阻力汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力.风阻系数是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数,用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力.风阻系数的大小取决于汽车的外形.风阻系数愈大,则空气阻力愈大.现代汽车的风阻系数一般在0.3-0.5之间.

汽车车身概述

车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式(或称全承载式)三种。

非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下，安装在车架上的车身对车架的加固作用不大，汽车车身仅随本身的重力，它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力，这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。

半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下，汽车车身除了承受上述各项载荷外，还在一定程度上有助于加固车架，分担车架的部分载荷。

承载式车身的特点是汽车没有车架，车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础。在此种情况下，上述各种载荷全部由汽车车身承受。

为了减小汽车的整车质量和节约材料，大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分，不可能采用承载结构。

没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性，减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车

身的冲击，则可采用非承载式结构。

轿车车身和货车驾驶室

轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架，而是由外部覆盖零件和内部钣件焊合而成的空间结构。

承载式车身的地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件，其前部有两根断面尺寸较粗大的纵梁11，它们往往与两侧的前挡泥钣8和前面的散热器固定框9等焊接成刚性较好的空间构架，以便直接安装发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷。

与此相反，非承载式轿车(长头式货车的情况亦相同)的车身前部就较薄弱，其车前钣制件通常不是焊接在车身壳体上，而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上。

汽车设计制造全过程组图

对于大多数人来说，对车的欣赏基本都是整车，除了性能之外，汽车的外观和内饰是人们谈论最多的话题，因为这是对一辆车最直观的印象，所谓汽车设计，简单的理解是根据一款车型的多方面要求来设计汽车的外观及内饰，使其在充分发挥性能的基础上艺术化。

但是，其实汽车设计是一件复杂的事情，并不象其他设计师在香槟和音乐的陪伴下寻找灵感那么纯粹。汽车不是单纯的艺术品，当然它要有漂亮的外表和吸引人的个性特征，同时它还得能安全可靠的行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关的知识：车身结构、制造工

艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识，当然更少不了诸如绘画、雕塑、色彩感等基本艺术功底。由此不难理解为什么能称得上汽车设计师的人少之又少。

从脑子里的一个灵感，到最后得以实现，最简单的估算也是十几个步骤，最后无非是要得到市场的认可，性能优良的内“芯”，再加上一袭新衣包装，才是新车待嫁时。看看如何为一款新车设计“嫁衣”吧。

A从脑到手：草图

开始吧，坐下来好好想想如何表达。虽然计算机已经非常普及，不过对于设计师来说，最直接的方式还是拿支铅笔把脑子里的想法表现出来，这非常方便。在从脑到手的初级阶段，没必要画的很精致，简洁的线条足以记录脑海中一个个一闪而过的构思。又或者在随手勾画中得到新的灵感。

B 初步定稿：草图+说明

当思路比较明确以后可以绘画一张草图，这时候汽车的主体线条和大方向上的细节设计

应该都有所表现，在适当的地方加进简单说明，为下一环节做准备。

C 理念表达：效果图

当我们看到一些汽车手稿，基本上是处在汽车效果图的阶段，这主要是为了把设计师的思路和理念用更细腻的手法表现出来，加入细节描绘和色彩，通过精致的绘画表达这款车的直观感受和立体效果。这是汽车设计的重要环节之一，就好象时装设计效果图一样，将是决定模型制作的关键。有些效果图是手绘的，马克笔、色粉或者喷枪都会采用，也有设计师利用电脑绘画。效果图和最后的整车的细节未必完全相同，但是表现出来的气质却是一脉相承。

D内部设计：内厢效果图

与汽车外观效果图同时出来的应该是内饰效果图，详细的描绘车内的各种细节和布局，加上必要的说明，这是未来制作模型的基础。

E 观感评估：1/5油泥模型

虽然历经数十年，制作油泥模型依然是汽车设计生产中的必要环节，这是一种类似橡皮泥的黏土，但是更加坚硬，成型后的细节需要用刀刮削才能完成。一般先要制作比例小的油泥模型作为提案，通常由设计师亲自操刀，大约两三个月才能最后完工。

F 改进阶段：1：1油泥模型

经过对提案模型的评估，决策层会选择一个或几个设计方案制作1：1的油泥模型，因为对尺寸，细节等方面要求非常严谨，这种全尺寸模型会有专业的模型师来制作。经过不断的讨论和修改之后，就进入定案阶段。

G 测量阶段：三维坐标测量

使用三维坐标测量仪。将模型放在测量台上，测出它表面上足够多点的空间三维坐标，用这些数据就可以在电脑中建立三维模型。

H 最后阶段：电脑设计

把测量出的数据输入电脑，就可以开始进行三维模型的制作，未来这些数据将用于控制数控机床。

J 完成

终于以辆成型的整车摆在眼前了，当然期间还有底盘和发动机等机械方面的设计，就此略过吧。毕竟从设计到交到消费者手中，车辆还要经历重重考验，有风洞实验，模拟碰撞实验，各种残酷路况的艰苦路试，实车碰撞实验等。

汽车设计全过程概述（二）

汽车设计理论与设计技术的发展

汽车设计理论是指导汽车设计实践的；而汽车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的<发展与进步，又使汽车设计理论得到不断的发展与提高。汽车设计技术是汽车产船设计的方法和手段，是汽车设计实践的软件与硬件。由于汽车是一种包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属；材料及各种机械加工工艺的典型的机械产品，因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。它涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识，例如：工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械

原理、机械零件、工程材料、机械强度、电工学、工业电子学、电控与微机控制技术、液压技术，液力传动汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。在近百年中，汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学实，验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期，在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)等新方法，使设计逐步实现半自动化和自动化。经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发，往往要经过设计-试制-试验-改进设计—试制—试验等二次或多次循环。反复修改图纸，完善设计后才能定型，设计周期长，质量差，消耗大。随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各.方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。电子计算机的、出现和在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展1设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配，零部件的强度核算与寿命预测，产品有关方面的模拟计算或仿真分析，在计算机上进行。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计(CAD)。随着计算机在汽

车设计中的推广应用，一些近代的数学物理方法和基础理论方面的新成就，在汽车设计中也日益得到广泛应用。现代汽车设计，除传统的方法和计算机辅助设计方法外，还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计<方法与分析手段，甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等商新技术。在产品开发的整个过程中，产品韵先天质量、决定于设计，产品在包括原材料、锻造、使用、维<修等各方面的花费，即广义成本的70%是由设计阶段决定的。因此设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行，使产品设计一次成功，避免在产品开发后期因改变设计而造成的巨大浪费。

汽车设计的内容与特点

汽车的设计开发工作，是由根据市场调查及使用要求而制定的设计任务书开始的。

1.汽车设计的内容

汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。

2.汽车设计的特点和要求零件标准化、部件通用化和产品系列化

（1）由于汽车出产量大，品种及型号多，设计中实行零件标准化、部件通用化和产品系列化，可化生产，提高工效，保证产品质量，降低生产成本，减少配件品种，方便维修。

(2)考虑使用条件的复杂多变

为了使所设计的汽车产品；具有竞争力，设计中就要充分考虑。其对复杂多变的使用条件出适应性。特别应注意热带、寒带等不同的气候条件和高原、山区、丘陵、沼泽、沿海等不同的地理条件，以及燃料供应，维修能力等不同的使用条件对汽车结构、性能、材料、附件等的特殊要求。

(3)重视汽车使用中的安全、可靠、经济与环保

汽车良好的使用性能是设计者要追求的目标，不同的汽车出使用性能也是不同的(例如：动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性、舒适性、通过性以及可靠性、耐久性、维修性和对环境保护的影响性能等)；而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此；要在给定的使用条件下协调各使用性能的要求，优选各使用性能指标，使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。特别要重视使用中的安全、可靠、经济与环保。

(4)车身设计既重视工程要求，更注重外观造型