現(xiàn)代汽車車身設(shè)計課件

氣動最優(yōu)化：具有符合空氣動力學規(guī)律的良好的氣動外形；輕量化：不僅是節(jié)能減排的需要，而且是技術(shù)發(fā)展的要求；人性化：以人機工程學為基礎(chǔ)的汽車結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；安全化：主動安全性和被動安全性；虛擬化：運用VR技術(shù)，即利用計算機模擬色彩、質(zhì)感、紋理、陰影、背景以及立體視角的原理，生成虛擬的1:1模型效果，可以省去造型設(shè)計階段物理模型的制作，并能夠進行旋轉(zhuǎn)和修改，供觀察、檢驗、校核及評審。綠色化：設(shè)計階段考慮對環(huán)境的影響因素和預(yù)防污染的措施。4.1現(xiàn)代汽車車身設(shè)計概述氣動最優(yōu)化：具有符合空氣動力學規(guī)律的良好的氣動外形；4.114.2汽車車身材料車身用材料可分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類。金屬材料：包括鋼板、鑄鐵等重金屬材料和鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料，此外還有泡沫金屬等材料；非金屬材料：包括工程塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠和泡沫非金屬材料等。除玻璃外，非金屬材料已占到車身自重的25%左右；復(fù)合材料：包括玻璃纖維增強塑料、纖維增強金屬和纖維增強陶瓷等。車身外板零件如擋泥板、發(fā)動機罩、車頂蓋、保險杠、行李箱蓋等都是用復(fù)合材料；車室內(nèi)零件如換擋操縱桿、側(cè)門框裝飾、風窗窗框等也都采用復(fù)合材料制造。4.2汽車車身材料車身用材料可分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)2車身材料的最新發(fā)展研究表明若汽車質(zhì)量降低10%，燃油經(jīng)濟性可提高6%~8%高強度鋼板：用高強度鋼板制造的外板構(gòu)件，質(zhì)量可下降10%~15%；制造內(nèi)部構(gòu)件時，質(zhì)量可降低20%左右B柱和門框使用高強度鋼板；為保護車外行人，汽車前部的發(fā)動機托架使用強度略低的材料車身材料的最新發(fā)展研究表明若汽車質(zhì)量降低10%，燃油經(jīng)濟性可3車身材料的最新發(fā)展鋁合金材料：鋁合金具有密度小、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可再生利用等許多優(yōu)點全新奧迪A8使用了性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，這種結(jié)構(gòu)不僅使車身質(zhì)量減少50%，而且其扭轉(zhuǎn)剛度也提高了60%左右。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。車身材料的最新發(fā)展鋁合金材料：鋁合金具有密度小、比強度高、耐4車身材料的最新發(fā)展鎂合金和鈦合金材料：鎂的密度為1.74g/cm3，僅為鋁材密度的66%，且鎂的比強度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定性好，早期應(yīng)用于航空工業(yè)，近年來在汽車工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用；鈦的比重為4.6g/cm3，但強度和硬度均超過了鋼材，且不易生銹。鈦合金車身能夠承受更大的沖擊力。車身材料的最新發(fā)展鎂合金和鈦合金材料：鎂的密度為1.74g/5車身材料的最新發(fā)展泡沫合金板：由粉末合金制成，其特點是密度更小，僅為0.4~0.7g／cm3，且彈性很好；蜂窩夾芯復(fù)合板：在兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；工程塑料：可實現(xiàn)輕量化和節(jié)能，且材料能夠回收和循環(huán)利用復(fù)合材料：是一種多相材料，是由有機高分子、無機非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。車身材料的最新發(fā)展泡沫合金板：由粉末合金制成，其特點是密度更6車身結(jié)構(gòu)：車身是容納乘客和貨物的場所。按照受力情況的不同，可以把車身分為非承載式、半承載式和承載式車身。車身結(jié)構(gòu)直接決定汽車碰撞時車身的安全性。車身安全性的主要內(nèi)容：主動安全性和被動安全性兩大類。主動安全性是指汽車避免發(fā)生意外事故的能力；被動安全性則是指汽車在發(fā)生意外事故時對乘員進行有效保護的能力。4.3現(xiàn)代汽車車身的安全性車身結(jié)構(gòu)：車身是容納乘客和貨物的場所。按照受力情況的不同，可7汽車碰撞的類型(a)正面碰撞；(b)側(cè)面碰撞;(c)傾斜碰撞;(d)偏移碰撞;(e)桿式碰撞;(f)鉆撞1-汽車；2,2a,2b,2c,2d,2e-碰撞障礙物汽車碰撞的類型(a)正面碰撞；(b)側(cè)面碰撞;(c)傾斜碰撞8汽車碰撞的研究內(nèi)容發(fā)生碰撞時，汽車的運動實際上由兩個不同的過程組成，即動量交換過程和停止過程。第一個過程是碰撞本身，汽車與汽車（或與其它物體）相互接觸而進行動量交換；第二個過程是碰撞結(jié)束后，汽車以新獲得的速度為初始條件開始運動直至停止。發(fā)生碰撞時車內(nèi)乘員的運動過程造成乘員傷害的是第二個過程中乘員與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件發(fā)生碰撞的劇烈程度，而傷害程度則由汽車碰撞過程中的加速度直接決定。汽車碰撞的研究內(nèi)容發(fā)生碰撞時，汽車的運動實際上由兩個不同的過9汽車碰撞的研究內(nèi)容1）安全帶研究：安全帶是一種系拌式被動安全裝置，有兩點式、肩帶式、三點式和四點式等類型。安全帶的類型汽車碰撞的研究內(nèi)容1）安全帶研究：安全帶是一種系拌式被動安10汽車碰撞的研究內(nèi)容2）安全氣囊研究：安全氣囊主要有控制系統(tǒng)、氣體發(fā)生器和氣囊組成；3）安全結(jié)構(gòu)研究：通過對汽車結(jié)構(gòu)的改進和研究，以達到吸收碰撞能量、保證碰撞后乘員生存空間從而達到保護乘員生命安全的目的；4）吸能結(jié)構(gòu)和吸能材料研究：吸能結(jié)構(gòu)可保證碰撞時吸收較多的沖擊能量，而碰撞后可恢復(fù)原來形狀；吸能材料作為汽車的內(nèi)飾材料以減少乘員二次碰撞過程中的傷害；5）新型保護技術(shù)與裝置的研究：基于現(xiàn)代科學技術(shù)研究成果的綜合應(yīng)用。汽車碰撞的研究內(nèi)容2）安全氣囊研究：安全氣囊主要有控制系統(tǒng)、11車身主動安全性車身主動安全性：也稱預(yù)防安全性，是防止人為錯誤造成安全事故所進行的研究，其主要研究內(nèi)容包括汽車造型、操縱穩(wěn)定性、制動性、人機環(huán)境以及汽車視覺識別等內(nèi)容。汽車造型：主要包括駕駛員視野、車身顏色、室內(nèi)環(huán)境以及駕駛員和乘員的舒適性、疲勞程度等；操縱穩(wěn)定性的主動安全性研究：主要包括兩方面的研究內(nèi)容，即汽車行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性；制動性能的主動安全性研究：ABS、制動力輔助系統(tǒng)BAS、電子制動力分配系統(tǒng)EBD、電子差速鎖等；人機環(huán)境：座椅自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車輛內(nèi)部的總布置、儀表板、門把手等車身主動安全性車身主動安全性：也稱預(yù)防安全性，是防止人為錯誤12汽車視覺識別：高性能前照燈（一般有白熾、鹵素、氙氣等類型）、高位制動尾燈、夜間視覺裝置（有防炫目裝置和提高夜間視覺電子顯示的綜合系統(tǒng)裝置）、防止視覺降低裝置（前風窗玻璃高效除霜裝置、防霧裝置、超排水性能的前風窗玻璃）、清除視覺盲區(qū)裝置（主要有智能型后視鏡和消除視覺盲區(qū)綜合裝置）等車身主動安全性汽車視覺識別：高性能前照燈（一般有白熾、鹵素、氙氣等類型）、13車身被動安全性車身被動安全性：事故發(fā)生時汽車保護乘員和行人的能力?？煽康谋粍影踩到y(tǒng)是保護乘員生命安全的最重要系統(tǒng)，而安全的車身結(jié)構(gòu)是所有被動安全裝置的基礎(chǔ)，也是駕駛員和車內(nèi)乘客的最后一道防線。安全車身具備三個基本特征：駕駛室必須始終保持完整性和小變形性、保證乘員與汽車內(nèi)部構(gòu)件之間的相對運動速度較小、車身結(jié)構(gòu)具有合理的分段碰撞特性車身被動安全性車身被動安全性：事故發(fā)生時汽車保護乘員和行人的14車身被動安全性車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①正面碰撞時的保護措施：在前后碰撞變形區(qū)域進行合理改進，利用汽車前部的壓潰變形吸收能量，以緩解碰撞加速度，汽車前部（尤其是縱梁）常設(shè)計成S形縱梁或Y形縱梁；②側(cè)面碰撞時的保護措施是增加車門強度。具體辦法有增加鋼板厚度或增加防撞橫梁；增加側(cè)圍構(gòu)件的強度，包括增大A柱、B柱和C柱的截面形狀及鋼板厚度；增加門檻強度，增強措施包括增大承載面積；在車身頂部B柱附近增加連接橫梁，在儀表板下面以及后風窗下面安裝加強橫梁；門鎖及門鉸鏈的合理設(shè)計有利于將車門所受的撞擊力有效地傳遞到立柱。車身被動安全性車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①正面碰撞時的保護措施：在前后15車身被動安全性安全車身設(shè)計必須滿足三種情況：①發(fā)生碰撞后駕駛室的變形量極小或者不變形，但車身前部變形明顯，發(fā)動機艙蓋可向上翹曲，翼子板可向兩側(cè)彎曲，發(fā)動機艙內(nèi)的構(gòu)件也可向兩側(cè)或向上移動，唯獨不能向駕駛室方向變形；②碰撞后車門能夠順利打開；③吸能裝置應(yīng)能夠降低對乘員的二次撞擊力。進行安全車身設(shè)計時，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能采用切斷、吸收或轉(zhuǎn)移等措施將撞擊力分散，使車身骨架的各部分均勻承載；現(xiàn)代汽車設(shè)計中，多采用自我犧牲的方式，即汽車損壞而保護乘員。車身被動安全性安全車身設(shè)計必須滿足三種情況：①發(fā)生碰撞后駕16外部保護裝置保險桿：其作用是當汽車受到前、后方向意外的輕度低速沖撞時，緩和沖擊力，吸收沖撞能量，降低汽車的損害，保證乘員的安全。前保險桿：彈性型、阻尼型、彈性-阻尼型、波紋管型、柔性型、能量耗散型、主動作用型；后保險杠：車身后部的防撞裝置，減輕倒車時對行人的碰撞傷害，與障礙物碰撞以及其它車輛追尾碰撞時保護車身后部；側(cè)圍保險杠：車身側(cè)面的防撞裝置，以防止會車以及與側(cè)面障礙物之間的擦傷。救護網(wǎng)：設(shè)置在車身前部，以防止撞擊行人后行人跌下路面而繼續(xù)被車輪碾壓；減輕撞擊行人的彈性裝置：在發(fā)動機上部及前風窗玻璃周圍設(shè)置彈性材料，以減輕行人撞擊后再次碰撞的程度。外部保護裝置保險桿：其作用是當汽車受到前、后方向意外的輕度低17內(nèi)部防撞裝置安全轉(zhuǎn)向柱：轉(zhuǎn)向柱除了滿足常規(guī)功能外，當汽車發(fā)生正面碰撞時，還能夠有效地吸收碰撞能量座椅系統(tǒng)：首先，座椅應(yīng)保證事故中乘員處于自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車內(nèi)載體穿入這個空間；其次，應(yīng)保證乘員在事故發(fā)生過程中保持一定的姿態(tài)，以便其它的約束系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其保護作用；內(nèi)飾系統(tǒng)安全玻璃：常用的汽車安全玻璃主要有調(diào)質(zhì)玻璃、局部調(diào)質(zhì)玻璃和夾層玻璃等。內(nèi)部防撞裝置安全轉(zhuǎn)向柱：轉(zhuǎn)向柱除了滿足常規(guī)功能外，當汽車發(fā)生18乘員約束系統(tǒng)

乘員約束系統(tǒng)主要有安全帶、安全氣囊和安全座椅等。安全帶：有多種不同的形式，其主要區(qū)別是預(yù)收緊功能；安全氣囊：在一次碰撞后、二次碰撞前迅速展開，當乘員因慣性而向前移動時“撲在氣囊上”而緩和乘員受到的沖擊并吸收碰撞能量，減輕乘員的傷害程度；安全座椅：安全座椅是指發(fā)生碰撞時，座椅的頭托（也叫頭枕）能在瞬間向前移動一定距離（如5cm左右），以防止駕駛員的頭部猛烈后撞，并且座椅靠背上的金屬板也同時動作，不讓身體突然靠上去，保護頭部不致受傷。乘員約束系統(tǒng)乘員約束系統(tǒng)主要有安全帶、安全氣囊和安全19車身被動安全性數(shù)值仿真與經(jīng)驗設(shè)計和試驗研究相比，數(shù)值仿真具有以下特點：①彌補由于設(shè)計、制造以及材質(zhì)等導(dǎo)致的差異和缺陷而影響試驗結(jié)果的不足；②在汽車的設(shè)計階段對其進行安全性評價，以便早期發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；③重復(fù)性好，可以根據(jù)計算結(jié)果對模型進行快速修改，提出改進方案；④能夠獲得比較完整的數(shù)據(jù)信息，如全車身、某一剖面以及各個零部件的變形、應(yīng)力和應(yīng)變分布情況等，同時還可以得到乘員動態(tài)響應(yīng)以及被動安全防護裝置的作用過程等信息；⑤在更寬廣的范圍內(nèi)進行模擬計算，以提供更多的選擇方案；⑥避免試驗中主客觀因素對試驗結(jié)果的影響，如試驗條件、試驗經(jīng)驗等。車身被動安全性數(shù)值仿真與經(jīng)驗設(shè)計和試驗研究相比，數(shù)值20車身被動安全性數(shù)值仿真技術(shù)路線和方法：①理論基礎(chǔ)：多剛體系統(tǒng)動力學、動態(tài)大變形非線性有限元法②有限元模型：③車身被動安全性數(shù)值仿真：車身被動安全性數(shù)值仿真技術(shù)路線和方法：21Designofautomobilebody(2)

CrashandcompatibilityofvehiclesLightweightdesignofvehicleStampformationofbodypanelsLateralcrashCrashcompatibilityTubecompressionBeforecrashaftercrashStampsimulationDesignofautomobilebody(2)

22不同碰撞條件下模擬得到的最低CIR（綜合傷害指標)值混三型假人5th50th95th碰撞速度/km.h-1254856254856254856泄氣孔徑/mm50405050充氣壓力與參考氣囊壓力的百分比(%)1208080160120160安全帶載荷極限333乘坐位置正常正常正常CIR0.220.40.410.140.620.640.130.630.68如果安全氣囊的參數(shù)能夠根據(jù)具體情況自動變化，則車輛乘員就能夠得到較好的保護。因此，車身零部件數(shù)值模擬可以為智能化的安全氣囊設(shè)計奠定基礎(chǔ).不同碰撞條件下模擬得到的最低CIR（綜合傷害指標)值混三型假23車身的空氣動力學設(shè)計作用在汽車上的氣動力和氣動力矩Cw為空氣阻力系數(shù)；CD為氣動阻力系數(shù)；CL為氣動升力系數(shù)；CZ為氣動側(cè)力系數(shù)?？梢?，降低氣動阻力的有效措施是降低氣動阻力系數(shù)和汽車迎風面積A車身的空氣動力學設(shè)計作用在汽車上的氣動力和氣動力矩Cw為空氣24車身的空氣動力學設(shè)計車身的空氣動力學設(shè)計25氣動阻力汽車的氣動阻力由壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、干涉阻力和內(nèi)循環(huán)阻力等壓差阻力：也叫形狀阻力，是由于運動空氣的粘性而導(dǎo)致汽車前后產(chǎn)生壓力差而形成的阻力。壓差阻力與汽車的前、后正投影面積有關(guān)，對現(xiàn)代汽車而言，壓差阻力約占總氣動阻力的50%~65%氣動阻力汽車的氣動阻力由壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、干涉阻26氣動阻力摩擦阻力：由于空氣粘性使空氣與汽車車身表面產(chǎn)生摩擦所形成的阻力，約占總氣動阻力的6%~10%誘導(dǎo)阻力：由于車身上部和底部的空氣壓力存在差值，引起橫向氣流以及車輛的升力，導(dǎo)致車身表面產(chǎn)生渦流分離現(xiàn)象而產(chǎn)生汽車的誘導(dǎo)阻力氣動阻力摩擦阻力：由于空氣粘性使空氣與汽車車身表面產(chǎn)生摩擦所27氣動阻力干涉阻力：由于汽車外表面上的各種附件所引起的氣流干涉而產(chǎn)生的阻力。汽車的干涉阻力約占氣動阻力的12%~16%a)流水槽和風窗玻璃框氣流干涉（b）后視鏡氣流干涉氣動阻力干涉阻力：由于汽車外表面上的各種附件所引起的氣流干涉28氣動阻力內(nèi)循環(huán)阻力：流經(jīng)散熱器、發(fā)動機艙及乘員區(qū)通風和空調(diào)氣流引起的阻力，是由于動量損失而形成的。約占總氣動阻力的12%~20%。氣流流經(jīng)不同截面時的內(nèi)循環(huán)阻力氣動阻力內(nèi)循環(huán)阻力：流經(jīng)散熱器、發(fā)動機艙及乘員區(qū)通風和空調(diào)氣29Designofautomobilebody(3)

AerodynamicsofautomobilebodyPressuredistributionStreamlinesaroundacarwiththeeffectofcrosswindVelocityfieldaroundacarwithawingVelocityfieldaroundacarinovertakingprocessVelocityfieldaroundawheelStreamlinesaroundacarinstartingprocessDesignofautomobilebody(3)30汽車流譜與表面壓強分布汽車流譜：氣流沿車身流動的流線譜。流線上任意一點的切線方向就是該點的氣流微團的速度方向。汽車流譜由汽車外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和速度決定。汽車流譜分類：外部空間流譜、表面流譜、周圍渦系和內(nèi)部流譜等四種。(a)汽車外部空間流譜(b)汽車外部空間整體流譜

空間流譜汽車流譜與表面壓強分布汽車流譜：氣流沿車身流動的流線譜。流線31汽車流譜與表面壓強分布下圖為階梯背、斜背和平背三種典型汽車尾部造型的尾部渦系和流譜。斜背的尾渦區(qū)和尾流區(qū)都較小。因此，單從尾部造型而言，斜背是較為理想的尾部形狀。三種不同汽車尾部縱向?qū)ΨQ面流譜

汽車流譜與表面壓強分布下圖為階梯背、斜背和平背三種典型汽車尾32汽車流譜與表面壓強分布底部流譜：與多種因素有關(guān)。主要包括：地面和汽車底部之間的距離、車輛寬度和車輛的長高比、底部的平整程度、地板的縱向曲率和橫向曲率等。離地間隙對氣動阻力的影響

汽車流譜與表面壓強分布底部流譜：與多種因素有關(guān)。主要包括：地33汽車流譜與表面壓強分布表面流譜：有助于分析和探討氣流分離機理、表面壓強產(chǎn)生和細部氣動造型，以改善雨水的流徑、防止刮水器上浮、汽車表面塵土沉積等。通?？刹捎糜嬎銠C仿真或油膜實驗法進行研究

汽車流譜與表面壓強分布表面流譜：有助于分析和探討氣流分離機理34汽車流譜與表面壓強分布周圍渦系：①當氣流順發(fā)動機罩經(jīng)過凹角流向前風窗時，氣流在發(fā)動機罩上S點開始分離，然后在前風窗上R點再附著，從而在S點和R點之間形成分離區(qū)。分離區(qū)內(nèi)有渦系并順著兩側(cè)向后延伸；②上部車身的彎度形成一個低壓區(qū)域，使得上部氣壓低于下部的氣壓，從而使得汽車底部的氣流向上翻卷；前部渦系向后部移動，與上述渦系相互吸引，最后形成一對大的尾渦。

發(fā)動機罩和前風窗凹處的渦系

汽車尾部渦系汽車流譜與表面壓強分布周圍渦系：①當氣流順發(fā)動機罩經(jīng)過凹角流35汽車流譜與表面壓強分布內(nèi)部流譜：主要研究流經(jīng)散熱器、發(fā)動機室的氣流狀態(tài)和駕駛室內(nèi)自然通風、空調(diào)系統(tǒng)、暖風等氣流特性，其目的是能夠更好地引入外部氣流以最有效地完成冷卻、通風后再排出車外，并使氣流的進出對整車氣動性能影響最小從內(nèi)部流譜的角度來看，汽車的氣動造型應(yīng)該是前端逐漸變扁，進風口面積減小，但為了不影響進氣量，常采用把原來大而連續(xù)的進風口分割為小而獨立的進風口。

汽車流譜與表面壓強分布內(nèi)部流譜：主要研究流經(jīng)散熱器、發(fā)動機室36汽車流譜與表面壓強分布當來流與車頭相遇，氣流受到阻滯，當?shù)厮俣萿降低，壓力增大，在車頭形成正壓區(qū)。

流向汽車上表面的部分氣流，經(jīng)過車頭上部時，由于表面曲率較大，氣流來不及轉(zhuǎn)折而出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，此時的當?shù)厮俣萿較大，形成負壓峰值區(qū)（稱為吸力峰）流向汽車下部的另一部分氣流，在車頭下部同樣由于下緣角曲率大而形成負壓區(qū)；之后，氣流進入地面與車底面之間的間隙，由于流道狹窄而使流速較快，形成負壓，但底部的總負壓值小于上部的總負壓值，其合力方向是向上的，故產(chǎn)生升力。汽車流譜與表面壓強分布當來流與車頭相遇，氣流受到阻滯，當?shù)厮?7汽車空氣動力學設(shè)計主要內(nèi)容：氣動造型設(shè)計。國際上汽車工程界把汽車氣動造型研究歸納為兩條技術(shù)路線，分別是氣動造型的整體最優(yōu)化（ShapeOptimization）和氣動造型的局部最優(yōu)化（DetailOptimization）。

氣動造型的發(fā)展主要經(jīng)歷了箱型、甲殼蟲型、船型、魚型和楔形等五個階段，汽車空氣動力學設(shè)計主要內(nèi)容：氣動造型設(shè)計。國際上汽車工程界把38氣動造型的整體最優(yōu)化箱型：氣動阻力系數(shù)平均值為0.6~0.7；甲殼蟲型：氣動阻力系數(shù)約為0.45~0.5，其高速氣動性能明顯優(yōu)于箱型汽車，但“甲殼蟲型”汽車抗側(cè)風干擾穩(wěn)定性較差。之后經(jīng)過更細致的風洞試驗研究，發(fā)現(xiàn)“甲殼蟲型”的尾部氣流渦區(qū)較大；船型：船型汽車抗側(cè)風穩(wěn)定性強，前、后翼子板與側(cè)圍形成一個整體，改善了車身兩側(cè)氣流狀態(tài)，氣動阻力系數(shù)保持在0.4~0.45左右。但船型汽車尾部呈階梯狀，高速時會產(chǎn)生較強的空氣渦流；魚型：把船型車的后背不斷傾斜，成為背部像魚的脊背式汽車；但存在后方視野和乘座舒適性較差的缺點，且氣動升力問題也比較突出；楔型車：把氣動阻力的一部分化解為向下的負升力，整車表面的壓強分布變化均衡，表面的分離渦較少，很好地解決了氣動阻力與氣動升力的矛盾，

楔型轎車表面壓強分布氣動造型的整體最優(yōu)化箱型：氣動阻力系數(shù)平均值為0.6~0.739氣動造型的局部最優(yōu)化局部最優(yōu)化以滿足功能、工藝學、美學、人機工程學為前提，初步確定車身基本造型；然后進行局部修形和增加空氣動力學附加裝置，從而達到減少氣動阻力和提高行駛穩(wěn)定性的目的。

車身頭部：棱角圓滑化可防止氣流在轉(zhuǎn)角處分離，減小氣動阻力系數(shù)。較長的車身有助于降低氣動阻力系數(shù)，但車身過長又會使阻力系數(shù)增大氣動造型的局部最優(yōu)化局部最優(yōu)化以滿足功能、工藝學、美學、人機40氣動造型的局部最優(yōu)化大客車車頭對氣動阻力有較大影響的一個重要因素是車頭邊角，特別是上邊角。上邊角倒圓可以大大降低氣動阻力。

大客車車頭整體流線化對降低阻力系數(shù)作用不大。實驗表明，帶有直棱邊的長方體，CD=0.86，把長方體頭部邊角充分倒圓后，可使CD值減小到0.38，如果將車頭設(shè)計成大弧面流線形，CD值可以進一步減小到0.35。因此，只需將車頭邊角充分倒圓即可得到與大弧面流線相近的效果，但工藝簡單，氣動造型的局部最優(yōu)化大客車車頭對氣動阻力有較大影響的一個重要41氣動造型的局部最優(yōu)化前風窗立柱和流水槽形狀對阻力的影響：由于A柱在設(shè)計、制造和使用中的原因，通常都有凹面或凸面，造成氣流的分離，從而產(chǎn)生氣動噪聲，同時增加阻力系數(shù)。

車身后部形狀對阻力的影響：車身后背傾角影響氣動阻力系數(shù)。當后背傾角小于30°時，對應(yīng)的流譜稱為快背型流譜；大于30°時為方背型流譜；30°傾角為臨界后背傾角。由于30°傾角具有較好的美學特性，因此為了使30°的后背傾角具有較小的空氣阻力系數(shù)，可將車體尾部適當作橫向收縮（帶尾錐度）；氣動附加裝置：在汽車上安裝各種氣動附加裝置，可以使其氣動性能得到明顯改善氣動造型的局部最優(yōu)化前風窗立柱和流水槽形狀對阻力的影響：由于42氣動造型的局部最優(yōu)化前部擾流器：在前部的車頭下部安裝擾流器，可減小阻力系數(shù)和升力系數(shù)，但擾流器必須有適當?shù)母叨群徒嵌龋?/p>

后部擾流器：在汽車的后行李箱蓋上加裝不同攻角的擾流器，可以推遲渦流的產(chǎn)生，減弱渦流強度并形成局部正壓以降低阻力系數(shù)和升力系數(shù)氣動造型的局部最優(yōu)化前部擾流器：在前部的車頭下部安裝擾流器43氣動造型的局部最優(yōu)化對于不同后部形狀的汽車，后擾流器的影響不同，是否需要加裝后擾流器應(yīng)視具體情況而定。一般來說，對于具有平順氣流的快背形車，可能是有利的，而對于某些階梯背的轎車，由于氣流早已分離，所以無需安裝后擾流器。

氣動造型的局部最優(yōu)化對于不同后部形狀的汽車，后擾流器的影響不44理想的氣動外形正面：盡可能采用寬而低的扁平型以及無棱角的圓滑過渡；側(cè)面：應(yīng)盡量降低車身總高度；減小離地間隙；前端扁平、后端盡可能使阻力降低；加尾翼（從減小阻力和保證方向穩(wěn)定兩個方面考慮）從頂面看，車身前端接近半圓形，而整車的俯視形狀盡可能接近腰鼓形

現(xiàn)代汽車氣動造型的研究和開發(fā)是上述兩條技術(shù)路線的綜合，即以整體最優(yōu)化為氣動造型基礎(chǔ)，再輔以局部優(yōu)化造型，力求使氣動造型盡善盡美。理想的氣動外形正面：盡可能采用寬而低的扁平型以及無棱角的圓滑45理想的氣動外形現(xiàn)代汽車的空氣動力學設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：將車身設(shè)計成楔形或快背式，盡量把前端壓低、前風窗與發(fā)動機罩、頂蓋與側(cè)面的過渡部分盡可能圓滑光順；設(shè)置前后擾流器等空氣動力學裝置，改善氣流狀態(tài)；車身底面平滑化，或設(shè)置光滑地板，以降低空氣阻力；盡可能減少車身外表面的凸凹面和凸出物，如采用電子后視鏡；合理設(shè)計并控制發(fā)動機的冷卻氣流，強制空氣處于有理流動狀態(tài)，提高冷卻效果并減小內(nèi)循環(huán)空氣阻力。

理想的氣動外形現(xiàn)代汽車的空氣動力學設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：46車身的輕量化設(shè)計車身輕量化技術(shù)主要包括輕量化材料的合理使用、車身結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和先進制造技術(shù)等三個方面；國際上通常都采用車身輕量化系數(shù)作為車身設(shè)計評價指標。車身輕量化系數(shù)的計算公式為：

式中，L為車身輕量化系數(shù)，越小越好；M為白車身（無門蓋、無前后風擋玻璃）質(zhì)量；CT為車身扭轉(zhuǎn)剛度；A為四輪間的正投影面積（即前、后輪平均輪距乘以軸距）。車身的輕量化設(shè)計車身輕量化技術(shù)主要包括輕量化材料的合理使用、47車身的輕量化設(shè)計

企業(yè)名稱車型m/kgCT/kNm(°)-1L福特NewFreeLander238027.73.2NewMondeo309-4.40日產(chǎn)NissanQashqai271-3.73雷諾NewLagunaIII--4.40沃爾沃NewV7034916.74.67克萊斯勒C-Class--2.64菲亞特New50024014.852.70部分車型的輕量化系數(shù)車身的輕量化設(shè)計企業(yè)名稱車型m/kgCT/kNm(°48輕質(zhì)材料的合理使用

某轎車使用高強度鋼板示意圖輕質(zhì)材料的合理使用某轎車使用高強度鋼板示意圖49制造工藝優(yōu)化傳統(tǒng)的車身制造多采用沖壓工藝，其零件較多且焊接工藝復(fù)雜。而某些高端車型已逐步采用型鋼件和鑄造件來替代沖壓件，配合輕質(zhì)金屬合金材料的應(yīng)用，既保證了車身的輕量化，又能得到較好的安全性和耐久性。

制造工藝優(yōu)化傳統(tǒng)的車身制造多采用沖壓工藝，其零件較多且焊接工50車身結(jié)構(gòu)輕量化車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體體現(xiàn)在以下三個方面：零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、零件的斷面優(yōu)化和鋼板厚度對性能提升的敏感度分析。

采用封閉結(jié)構(gòu)增加強度并減輕質(zhì)量增加加強筋增加減重孔切除零件多余的翻邊車身結(jié)構(gòu)輕量化車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體體現(xiàn)在以下三個方面：零件的結(jié)構(gòu)51氣動最優(yōu)化：具有符合空氣動力學規(guī)律的良好的氣動外形；輕量化：不僅是節(jié)能減排的需要，而且是技術(shù)發(fā)展的要求；人性化：以人機工程學為基礎(chǔ)的汽車結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；安全化：主動安全性和被動安全性；虛擬化：運用VR技術(shù)，即利用計算機模擬色彩、質(zhì)感、紋理、陰影、背景以及立體視角的原理，生成虛擬的1:1模型效果，可以省去造型設(shè)計階段物理模型的制作，并能夠進行旋轉(zhuǎn)和修改，供觀察、檢驗、校核及評審。綠色化：設(shè)計階段考慮對環(huán)境的影響因素和預(yù)防污染的措施。4.1現(xiàn)代汽車車身設(shè)計概述氣動最優(yōu)化：具有符合空氣動力學規(guī)律的良好的氣動外形；4.1524.2汽車車身材料車身用材料可分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類。金屬材料：包括鋼板、鑄鐵等重金屬材料和鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料，此外還有泡沫金屬等材料；非金屬材料：包括工程塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠和泡沫非金屬材料等。除玻璃外，非金屬材料已占到車身自重的25%左右；復(fù)合材料：包括玻璃纖維增強塑料、纖維增強金屬和纖維增強陶瓷等。車身外板零件如擋泥板、發(fā)動機罩、車頂蓋、保險杠、行李箱蓋等都是用復(fù)合材料；車室內(nèi)零件如換擋操縱桿、側(cè)門框裝飾、風窗窗框等也都采用復(fù)合材料制造。4.2汽車車身材料車身用材料可分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)53車身材料的最新發(fā)展研究表明若汽車質(zhì)量降低10%，燃油經(jīng)濟性可提高6%~8%高強度鋼板：用高強度鋼板制造的外板構(gòu)件，質(zhì)量可下降10%~15%；制造內(nèi)部構(gòu)件時，質(zhì)量可降低20%左右B柱和門框使用高強度鋼板；為保護車外行人，汽車前部的發(fā)動機托架使用強度略低的材料車身材料的最新發(fā)展研究表明若汽車質(zhì)量降低10%，燃油經(jīng)濟性可54車身材料的最新發(fā)展鋁合金材料：鋁合金具有密度小、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可再生利用等許多優(yōu)點全新奧迪A8使用了性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，這種結(jié)構(gòu)不僅使車身質(zhì)量減少50%，而且其扭轉(zhuǎn)剛度也提高了60%左右。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。車身材料的最新發(fā)展鋁合金材料：鋁合金具有密度小、比強度高、耐55車身材料的最新發(fā)展鎂合金和鈦合金材料：鎂的密度為1.74g/cm3，僅為鋁材密度的66%，且鎂的比強度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定性好，早期應(yīng)用于航空工業(yè)，近年來在汽車工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用；鈦的比重為4.6g/cm3，但強度和硬度均超過了鋼材，且不易生銹。鈦合金車身能夠承受更大的沖擊力。車身材料的最新發(fā)展鎂合金和鈦合金材料：鎂的密度為1.74g/56車身材料的最新發(fā)展泡沫合金板：由粉末合金制成，其特點是密度更小，僅為0.4~0.7g／cm3，且彈性很好；蜂窩夾芯復(fù)合板：在兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；工程塑料：可實現(xiàn)輕量化和節(jié)能，且材料能夠回收和循環(huán)利用復(fù)合材料：是一種多相材料，是由有機高分子、無機非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。車身材料的最新發(fā)展泡沫合金板：由粉末合金制成，其特點是密度更57車身結(jié)構(gòu)：車身是容納乘客和貨物的場所。按照受力情況的不同，可以把車身分為非承載式、半承載式和承載式車身。車身結(jié)構(gòu)直接決定汽車碰撞時車身的安全性。車身安全性的主要內(nèi)容：主動安全性和被動安全性兩大類。主動安全性是指汽車避免發(fā)生意外事故的能力；被動安全性則是指汽車在發(fā)生意外事故時對乘員進行有效保護的能力。4.3現(xiàn)代汽車車身的安全性車身結(jié)構(gòu)：車身是容納乘客和貨物的場所。按照受力情況的不同，可58汽車碰撞的類型(a)正面碰撞；(b)側(cè)面碰撞;(c)傾斜碰撞;(d)偏移碰撞;(e)桿式碰撞;(f)鉆撞1-汽車；2,2a,2b,2c,2d,2e-碰撞障礙物汽車碰撞的類型(a)正面碰撞；(b)側(cè)面碰撞;(c)傾斜碰撞59汽車碰撞的研究內(nèi)容發(fā)生碰撞時，汽車的運動實際上由兩個不同的過程組成，即動量交換過程和停止過程。第一個過程是碰撞本身，汽車與汽車（或與其它物體）相互接觸而進行動量交換；第二個過程是碰撞結(jié)束后，汽車以新獲得的速度為初始條件開始運動直至停止。發(fā)生碰撞時車內(nèi)乘員的運動過程造成乘員傷害的是第二個過程中乘員與車內(nèi)結(jié)構(gòu)件發(fā)生碰撞的劇烈程度，而傷害程度則由汽車碰撞過程中的加速度直接決定。汽車碰撞的研究內(nèi)容發(fā)生碰撞時，汽車的運動實際上由兩個不同的過60汽車碰撞的研究內(nèi)容1）安全帶研究：安全帶是一種系拌式被動安全裝置，有兩點式、肩帶式、三點式和四點式等類型。安全帶的類型汽車碰撞的研究內(nèi)容1）安全帶研究：安全帶是一種系拌式被動安61汽車碰撞的研究內(nèi)容2）安全氣囊研究：安全氣囊主要有控制系統(tǒng)、氣體發(fā)生器和氣囊組成；3）安全結(jié)構(gòu)研究：通過對汽車結(jié)構(gòu)的改進和研究，以達到吸收碰撞能量、保證碰撞后乘員生存空間從而達到保護乘員生命安全的目的；4）吸能結(jié)構(gòu)和吸能材料研究：吸能結(jié)構(gòu)可保證碰撞時吸收較多的沖擊能量，而碰撞后可恢復(fù)原來形狀；吸能材料作為汽車的內(nèi)飾材料以減少乘員二次碰撞過程中的傷害；5）新型保護技術(shù)與裝置的研究：基于現(xiàn)代科學技術(shù)研究成果的綜合應(yīng)用。汽車碰撞的研究內(nèi)容2）安全氣囊研究：安全氣囊主要有控制系統(tǒng)、62車身主動安全性車身主動安全性：也稱預(yù)防安全性，是防止人為錯誤造成安全事故所進行的研究，其主要研究內(nèi)容包括汽車造型、操縱穩(wěn)定性、制動性、人機環(huán)境以及汽車視覺識別等內(nèi)容。汽車造型：主要包括駕駛員視野、車身顏色、室內(nèi)環(huán)境以及駕駛員和乘員的舒適性、疲勞程度等；操縱穩(wěn)定性的主動安全性研究：主要包括兩方面的研究內(nèi)容，即汽車行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性；制動性能的主動安全性研究：ABS、制動力輔助系統(tǒng)BAS、電子制動力分配系統(tǒng)EBD、電子差速鎖等；人機環(huán)境：座椅自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、車輛內(nèi)部的總布置、儀表板、門把手等車身主動安全性車身主動安全性：也稱預(yù)防安全性，是防止人為錯誤63汽車視覺識別：高性能前照燈（一般有白熾、鹵素、氙氣等類型）、高位制動尾燈、夜間視覺裝置（有防炫目裝置和提高夜間視覺電子顯示的綜合系統(tǒng)裝置）、防止視覺降低裝置（前風窗玻璃高效除霜裝置、防霧裝置、超排水性能的前風窗玻璃）、清除視覺盲區(qū)裝置（主要有智能型后視鏡和消除視覺盲區(qū)綜合裝置）等車身主動安全性汽車視覺識別：高性能前照燈（一般有白熾、鹵素、氙氣等類型）、64車身被動安全性車身被動安全性：事故發(fā)生時汽車保護乘員和行人的能力。可靠的被動安全系統(tǒng)是保護乘員生命安全的最重要系統(tǒng)，而安全的車身結(jié)構(gòu)是所有被動安全裝置的基礎(chǔ)，也是駕駛員和車內(nèi)乘客的最后一道防線。安全車身具備三個基本特征：駕駛室必須始終保持完整性和小變形性、保證乘員與汽車內(nèi)部構(gòu)件之間的相對運動速度較小、車身結(jié)構(gòu)具有合理的分段碰撞特性車身被動安全性車身被動安全性：事故發(fā)生時汽車保護乘員和行人的65車身被動安全性車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①正面碰撞時的保護措施：在前后碰撞變形區(qū)域進行合理改進，利用汽車前部的壓潰變形吸收能量，以緩解碰撞加速度，汽車前部（尤其是縱梁）常設(shè)計成S形縱梁或Y形縱梁；②側(cè)面碰撞時的保護措施是增加車門強度。具體辦法有增加鋼板厚度或增加防撞橫梁；增加側(cè)圍構(gòu)件的強度，包括增大A柱、B柱和C柱的截面形狀及鋼板厚度；增加門檻強度，增強措施包括增大承載面積；在車身頂部B柱附近增加連接橫梁，在儀表板下面以及后風窗下面安裝加強橫梁；門鎖及門鉸鏈的合理設(shè)計有利于將車門所受的撞擊力有效地傳遞到立柱。車身被動安全性車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①正面碰撞時的保護措施：在前后66車身被動安全性安全車身設(shè)計必須滿足三種情況：①發(fā)生碰撞后駕駛室的變形量極小或者不變形，但車身前部變形明顯，發(fā)動機艙蓋可向上翹曲，翼子板可向兩側(cè)彎曲，發(fā)動機艙內(nèi)的構(gòu)件也可向兩側(cè)或向上移動，唯獨不能向駕駛室方向變形；②碰撞后車門能夠順利打開；③吸能裝置應(yīng)能夠降低對乘員的二次撞擊力。進行安全車身設(shè)計時，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能采用切斷、吸收或轉(zhuǎn)移等措施將撞擊力分散，使車身骨架的各部分均勻承載；現(xiàn)代汽車設(shè)計中，多采用自我犧牲的方式，即汽車損壞而保護乘員。車身被動安全性安全車身設(shè)計必須滿足三種情況：①發(fā)生碰撞后駕67外部保護裝置保險桿：其作用是當汽車受到前、后方向意外的輕度低速沖撞時，緩和沖擊力，吸收沖撞能量，降低汽車的損害，保證乘員的安全。前保險桿：彈性型、阻尼型、彈性-阻尼型、波紋管型、柔性型、能量耗散型、主動作用型；后保險杠：車身后部的防撞裝置，減輕倒車時對行人的碰撞傷害，與障礙物碰撞以及其它車輛追尾碰撞時保護車身后部；側(cè)圍保險杠：車身側(cè)面的防撞裝置，以防止會車以及與側(cè)面障礙物之間的擦傷。救護網(wǎng)：設(shè)置在車身前部，以防止撞擊行人后行人跌下路面而繼續(xù)被車輪碾壓；減輕撞擊行人的彈性裝置：在發(fā)動機上部及前風窗玻璃周圍設(shè)置彈性材料，以減輕行人撞擊后再次碰撞的程度。外部保護裝置保險桿：其作用是當汽車受到前、后方向意外的輕度低68內(nèi)部防撞裝置安全轉(zhuǎn)向柱：轉(zhuǎn)向柱除了滿足常規(guī)功能外，當汽車發(fā)生正面碰撞時，還能夠有效地吸收碰撞能量座椅系統(tǒng)：首先，座椅應(yīng)保證事故中乘員處于自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車內(nèi)載體穿入這個空間；其次，應(yīng)保證乘員在事故發(fā)生過程中保持一定的姿態(tài)，以便其它的約束系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其保護作用；內(nèi)飾系統(tǒng)安全玻璃：常用的汽車安全玻璃主要有調(diào)質(zhì)玻璃、局部調(diào)質(zhì)玻璃和夾層玻璃等。內(nèi)部防撞裝置安全轉(zhuǎn)向柱：轉(zhuǎn)向柱除了滿足常規(guī)功能外，當汽車發(fā)生69乘員約束系統(tǒng)

乘員約束系統(tǒng)主要有安全帶、安全氣囊和安全座椅等。安全帶：有多種不同的形式，其主要區(qū)別是預(yù)收緊功能；安全氣囊：在一次碰撞后、二次碰撞前迅速展開，當乘員因慣性而向前移動時“撲在氣囊上”而緩和乘員受到的沖擊并吸收碰撞能量，減輕乘員的傷害程度；安全座椅：安全座椅是指發(fā)生碰撞時，座椅的頭托（也叫頭枕）能在瞬間向前移動一定距離（如5cm左右），以防止駕駛員的頭部猛烈后撞，并且座椅靠背上的金屬板也同時動作，不讓身體突然靠上去，保護頭部不致受傷。乘員約束系統(tǒng)乘員約束系統(tǒng)主要有安全帶、安全氣囊和安全70車身被動安全性數(shù)值仿真與經(jīng)驗設(shè)計和試驗研究相比，數(shù)值仿真具有以下特點：①彌補由于設(shè)計、制造以及材質(zhì)等導(dǎo)致的差異和缺陷而影響試驗結(jié)果的不足；②在汽車的設(shè)計階段對其進行安全性評價，以便早期發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；③重復(fù)性好，可以根據(jù)計算結(jié)果對模型進行快速修改，提出改進方案；④能夠獲得比較完整的數(shù)據(jù)信息，如全車身、某一剖面以及各個零部件的變形、應(yīng)力和應(yīng)變分布情況等，同時還可以得到乘員動態(tài)響應(yīng)以及被動安全防護裝置的作用過程等信息；⑤在更寬廣的范圍內(nèi)進行模擬計算，以提供更多的選擇方案；⑥避免試驗中主客觀因素對試驗結(jié)果的影響，如試驗條件、試驗經(jīng)驗等。車身被動安全性數(shù)值仿真與經(jīng)驗設(shè)計和試驗研究相比，數(shù)值71車身被動安全性數(shù)值仿真技術(shù)路線和方法：①理論基礎(chǔ)：多剛體系統(tǒng)動力學、動態(tài)大變形非線性有限元法②有限元模型：③車身被動安全性數(shù)值仿真：車身被動安全性數(shù)值仿真技術(shù)路線和方法：72Designofautomobilebody(2)

CrashandcompatibilityofvehiclesLightweightdesignofvehicleStampformationofbodypanelsLateralcrashCrashcompatibilityTubecompressionBeforecrashaftercrashStampsimulationDesignofautomobilebody(2)

73不同碰撞條件下模擬得到的最低CIR（綜合傷害指標)值混三型假人5th50th95th碰撞速度/km.h-1254856254856254856泄氣孔徑/mm50405050充氣壓力與參考氣囊壓力的百分比(%)1208080160120160安全帶載荷極限333乘坐位置正常正常正常CIR0.220.40.410.140.620.640.130.630.68如果安全氣囊的參數(shù)能夠根據(jù)具體情況自動變化，則車輛乘員就能夠得到較好的保護。因此，車身零部件數(shù)值模擬可以為智能化的安全氣囊設(shè)計奠定基礎(chǔ).不同碰撞條件下模擬得到的最低CIR（綜合傷害指標)值混三型假74車身的空氣動力學設(shè)計作用在汽車上的氣動力和氣動力矩Cw為空氣阻力系數(shù)；CD為氣動阻力系數(shù)；CL為氣動升力系數(shù)；CZ為氣動側(cè)力系數(shù)。可見，降低氣動阻力的有效措施是降低氣動阻力系數(shù)和汽車迎風面積A車身的空氣動力學設(shè)計作用在汽車上的氣動力和氣動力矩Cw為空氣75車身的空氣動力學設(shè)計車身的空氣動力學設(shè)計76氣動阻力汽車的氣動阻力由壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、干涉阻力和內(nèi)循環(huán)阻力等壓差阻力：也叫形狀阻力，是由于運動空氣的粘性而導(dǎo)致汽車前后產(chǎn)生壓力差而形成的阻力。壓差阻力與汽車的前、后正投影面積有關(guān)，對現(xiàn)代汽車而言，壓差阻力約占總氣動阻力的50%~65%氣動阻力汽車的氣動阻力由壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、干涉阻77氣動阻力摩擦阻力：由于空氣粘性使空氣與汽車車身表面產(chǎn)生摩擦所形成的阻力，約占總氣動阻力的6%~10%誘導(dǎo)阻力：由于車身上部和底部的空氣壓力存在差值，引起橫向氣流以及車輛的升力，導(dǎo)致車身表面產(chǎn)生渦流分離現(xiàn)象而產(chǎn)生汽車的誘導(dǎo)阻力氣動阻力摩擦阻力：由于空氣粘性使空氣與汽車車身表面產(chǎn)生摩擦所78氣動阻力干涉阻力：由于汽車外表面上的各種附件所引起的氣流干涉而產(chǎn)生的阻力。汽車的干涉阻力約占氣動阻力的12%~16%a)流水槽和風窗玻璃框氣流干涉（b）后視鏡氣流干涉氣動阻力干涉阻力：由于汽車外表面上的各種附件所引起的氣流干涉79氣動阻力內(nèi)循環(huán)阻力：流經(jīng)散熱器、發(fā)動機艙及乘員區(qū)通風和空調(diào)氣流引起的阻力，是由于動量損失而形成的。約占總氣動阻力的12%~20%。氣流流經(jīng)不同截面時的內(nèi)循環(huán)阻力氣動阻力內(nèi)循環(huán)阻力：流經(jīng)散熱器、發(fā)動機艙及乘員區(qū)通風和空調(diào)氣80Designofautomobilebody(3)

AerodynamicsofautomobilebodyPressuredistributionStreamlinesaroundacarwiththeeffectofcrosswindVelocityfieldaroundacarwithawingVelocityfieldaroundacarinovertakingprocessVelocityfieldaroundawheelStreamlinesaroundacarinstartingprocessDesignofautomobilebody(3)81汽車流譜與表面壓強分布汽車流譜：氣流沿車身流動的流線譜。流線上任意一點的切線方向就是該點的氣流微團的速度方向。汽車流譜由汽車外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和速度決定。汽車流譜分類：外部空間流譜、表面流譜、周圍渦系和內(nèi)部流譜等四種。(a)汽車外部空間流譜(b)汽車外部空間整體流譜

空間流譜汽車流譜與表面壓強分布汽車流譜：氣流沿車身流動的流線譜。流線82汽車流譜與表面壓強分布下圖為階梯背、斜背和平背三種典型汽車尾部造型的尾部渦系和流譜。斜背的尾渦區(qū)和尾流區(qū)都較小。因此，單從尾部造型而言，斜背是較為理想的尾部形狀。三種不同汽車尾部縱向?qū)ΨQ面流譜

汽車流譜與表面壓強分布下圖為階梯背、斜背和平背三種典型汽車尾83汽車流譜與表面壓強分布底部流譜：與多種因素有關(guān)。主要包括：地面和汽車底部之間的距離、車輛寬度和車輛的長高比、底部的平整程度、地板的縱向曲率和橫向曲率等。離地間隙對氣動阻力的影響

汽車流譜與表面壓強分布底部流譜：與多種因素有關(guān)。主要包括：地84汽車流譜與表面壓強分布表面流譜：有助于分析和探討氣流分離機理、表面壓強產(chǎn)生和細部氣動造型，以改善雨水的流徑、防止刮水器上浮、汽車表面塵土沉積等。通常可采用計算機仿真或油膜實驗法進行研究

汽車流譜與表面壓強分布表面流譜：有助于分析和探討氣流分離機理85汽車流譜與表面壓強分布周圍渦系：①當氣流順發(fā)動機罩經(jīng)過凹角流向前風窗時，氣流在發(fā)動機罩上S點開始分離，然后在前風窗上R點再附著，從而在S點和R點之間形成分離區(qū)。分離區(qū)內(nèi)有渦系并順著兩側(cè)向后延伸；②上部車身的彎度形成一個低壓區(qū)域，使得上部氣壓低于下部的氣壓，從而使得汽車底部的氣流向上翻卷；前部渦系向后部移動，與上述渦系相互吸引，最后形成一對大的尾渦。

發(fā)動機罩和前風窗凹處的渦系

汽車尾部渦系汽車流譜與表面壓強分布周圍渦系：①當氣流順發(fā)動機罩經(jīng)過凹角流86汽車流譜與表面壓強分布內(nèi)部流譜：主要研究流經(jīng)散熱器、發(fā)動機室的氣流狀態(tài)和駕駛室內(nèi)自然通風、空調(diào)系統(tǒng)、暖風等氣流特性，其目的是能夠更好地引入外部氣流以最有效地完成冷卻、通風后再排出車外，并使氣流的進出對整車氣動性能影響最小從內(nèi)部流譜的角度來看，汽車的氣動造型應(yīng)該是前端逐漸變扁，進風口面積減小，但為了不影響進氣量，常采用把原來大而連續(xù)的進風口分割為小而獨立的進風口。

汽車流譜與表面壓強分布內(nèi)部流譜：主要研究流經(jīng)散熱器、發(fā)動機室87汽車流譜與表面壓強分布當來流與車頭相遇，氣流受到阻滯，當?shù)厮俣萿降低，壓力增大，在車頭形成正壓區(qū)。

流向汽車上表面的部分氣流，經(jīng)過車頭上部時，由于表面曲率較大，氣流來不及轉(zhuǎn)折而出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，此時的當?shù)厮俣萿較大，形成負壓峰值區(qū)（稱為吸力峰）流向汽車下部的另一部分氣流，在車頭下部同樣由于下緣角曲率大而形成負壓區(qū)；之后，氣流進入地面與車底面之間的間隙，由于流道狹窄而使流速較快，形成負壓，但底部的總負壓值小于上部的總負壓值，其合力方向是向上的，故產(chǎn)生升力。汽車流譜與表面壓強分布當來流與車頭相遇，氣流受到阻滯，當?shù)厮?8汽車空氣動力學設(shè)計主要內(nèi)容：氣動造型設(shè)計。國際上汽車工程界把汽車氣動造型研究歸納為兩條技術(shù)路線，分別是氣動造型的整體最優(yōu)化（ShapeOptimization）和氣動造型的局部最優(yōu)化（DetailOptimization）。

氣動造型的發(fā)展主要經(jīng)歷了箱型、甲殼蟲型、船型、魚型和楔形等五個階段，汽車空氣動力學設(shè)計主要內(nèi)容：氣動造型設(shè)計。國際上汽車工程界把89氣動造型的整體最優(yōu)化箱型：氣動阻力系數(shù)平均值為0.6~0.7；甲殼蟲型：氣動阻力系數(shù)約為0.45~0.5，其高速氣動性能明顯優(yōu)于箱型汽車，但“甲殼蟲型”汽車抗側(cè)風干擾穩(wěn)定性較差。之后經(jīng)過更細致的風洞試驗研究，發(fā)現(xiàn)“甲殼蟲型”的尾部氣流渦區(qū)較大；船型：船型汽車抗側(cè)風穩(wěn)定性強，前、后翼子板與側(cè)圍形成一個整體，改善了車身兩側(cè)氣流狀態(tài)，氣動阻力系數(shù)保持在0.4~0.45左右。但船型汽車尾部呈階梯狀，高速時會產(chǎn)生較強的空氣渦流；魚型：把船型車的后背不斷傾斜，成為背部像魚的脊背式汽車；但存在后方視野和乘座舒適性較差的缺點，且氣動升力問題也比較突出；楔型車：把氣動阻力的一部分化解為向下的負升力，整車表面的壓強分布變化均衡，表面的分離渦較少，很好地解決了氣動阻力與氣動升力的矛盾，

楔型轎車表面壓強分布氣動造型的整體最優(yōu)化箱型：氣動阻力系數(shù)平均值為0.6~0.790氣動造型的局部最優(yōu)化局部最優(yōu)化以滿足功能、工藝學、美學、人機工程學為前提，初步確定車身基本造型；然后進行局部修形和增加空氣動力學附加裝置，從而達到減少氣動阻力和提高行駛穩(wěn)定性的目的。

車身頭部：棱角圓滑化可防止氣流在轉(zhuǎn)角處分離，減小氣動阻力系數(shù)。較長的車身有助于降低氣動阻力系數(shù)，但車身過長又會使阻力系數(shù)增大氣動造型的局部最優(yōu)化局部最優(yōu)化以滿足功能、工藝學、美學、人機91氣動造型的局部最優(yōu)化大客車車頭對氣動阻力有較大影響的一個