汽车车身结构与设计

1、第一章 车身概论随着国民经济的发展，汽车已成为极为重要的交通运输工具和现代社会的象征，汽车工业在带动其它各行业的发展中，已日益显示出其作为支柱产业的作用。车身，作为汽车上的三大总成之一，已越来越引起人们的注意，并越来越处于主导地位。（发动机、底盘、车身）据统计：客车、轿车、专用车车身质量占整车整备质量的4060%；货车车身质量占整车整备质量的1630%；各类车身的制造成本，则高于上述比例。车身的定义：运送人、货物或各种生产、生活资料的具有特定形状的结构。车身的特点：10、是使生产工艺、壳体力学、人体工程学、工业设计、材料学、运输学、心理学、经济学、销售学等众多各不相同的学科紧密地联系在一起的工

2、业产品，是技术与艺术相结合的产物；20、车身的发展取决于科学技术水平和物质技术条件； 舒适性30、与人们的生活、生产密切相关 货物完整性保护乘员安全40、汽车的更新换代，关键在车身；50、车身是汽车工业中一个最年轻而又发展迅速的分支；60、整车生产能力的发展取决于车身的生产能力，汽车的更新换代在很大程度上决定于车身；70、对销售和用户心理有着极其重要的影响；80、技术密集型和劳动密集型相结合的产品：技术密集型大量采用最尖端技术，机械化、自动化程度很高 1自动加工、装配线、机械手、机器人等；劳动密集型相当一部分仍需手工完成车身钣金件的手工打磨、补焊、涂胶、内饰及附件装配等。可以说，汽车工业发展到

3、现在（支柱产业），其重中之重为车身。车身代表了一个国家的汽车工业水平，要求高、投资大、技术难度大。车身技术的开发历来为发达国家所重视。我国车身技术的发展可以说是近二十年的事，水平十分落后，尚不完全具备设计开发能力，任务十分艰巨。但近年来，通过技术引进，合资合作，特别是几大轿车基地的建设，已使我国的车身技术有了很大的发展。1-1 车身的演变轿子轿式马车汽车车身。早在5000年前的古代，世界上就有轿子出现，成为奴隶主或有一定地位的人的乘坐工具；3000年前，随着动物的训化，牛车、马车开始出现。1886年，世界第一辆汽车诞生，当时仅在马车上装发动机，解决动力问题，设计师全力以赴解决动力、传动装置和操

4、纵机构。19081921年，开始提出车身的年代。1908年，美国威尔工程师在福特T型车上首次采用了轻合金桁架式框架，配上了当时最现代化的门、窗等现代车身开始出现。1912年，福特对T型汽车的生产工艺进行了极大的改进，从此，汽车车身完全形成，并为人们所认可。此时，车身的造价已超过底盘，如何改进车身制造的问题被提到了首位。而大量生产的结果，造成了生产过剩，随之而来的必然是要求汽车美化的运动。1928年，汽车车身迎来了一个新的转折：美国首先对车身制造的大量生产方式进行了规划和改革运用大型冲压件组成带门洞的全金属车身。钢板冲压车身所有构件各部分组焊。结果：减少了零件和连接件数量；减少了昂贵的手工工序；

5、 成本降低了劳动量。20年代末30年代初：接触点焊技术开始用于车身连接，从而改进了车身的连接方式降低了劳动量，消除了以往薄板焊接变形现象。一直沿用至今。50年代：出现了承载式车身与无车架结构相结合的汽车车身的制造和用途发生了根本改变：既是底座，又是汽车的骨架和主要构件。优点：刚度高，零件数目比非承载式少，工艺性好。重量轻，各零件寿命得到平衡，经济性改善。60年代：探索和采用新型的车身材料。特点：出现了生产批量不大的用玻璃纤维增强树脂制成的车身； 车身内部装饰广泛应用了人造材料；外表覆盖层开始采用具有弹性和高度光泽的合成漆； 在客车和部分专用车车身中开始采用铝合金材料。60年代末、70年代初，为

6、解决车身问题开始采用如下技术：应用电子计算机技术结构分析、性能预测，技术文件管理，自动绘图；开始实现计算机辅助设计（CAD）；经济适用的结构。80年代以来：重空气动力性，降低风阻；乘坐舒适、人机协调；具有风格和个性，满足不同层次的需要；车身中大量采用轻金属和非金属材料，出现了全塑料车身使整车重量经济性，载重量。保护乘员安全乘客室有足够刚性保护撞车时安全；前后部有一定的挠性吸能、缓冲。CAD、CAM、CAT在车身设计、制造与试验中得到大量采用。 3大大缩短了设计、制造和换型周期，降低了制造成本。1-2 我国客车车身发展概况1、2040年代，直接将货车的货箱去掉，加装密封型的木质车箱。 2、50年

7、代，借鉴国外客车结构，开始制造去掉货车驾驶室，将发动机罩在车厢内的客车。3、60年代，利用国产CA10底盘，将车架加长，改动变速系统，组织开发了真正的国产客车。如：JT660长途客车，SK660城市客车。特点：平头式；全金属式非承载式车身结构；整体水平接近国外50年代中期；改装考虑了中国的道路及使用特点。4、70年代，交通和城建系统组织开发了661系列客车。 特点：基本结构与660系列相同；外形更合理，动感更强；加大了前风窗和侧窗；进一步改进了底盘前轴加强、悬架变软，改进制动。5、80年代90年代客车工业大发展： 产量、品种大幅度增加，基本满足了我国公路客运需要 1980全国大、中、轻、微型客

8、车产量10000辆;1993全国产量39.04万辆；其中：大、中型客车2.31万辆；轻型客车19.77万辆 。 生产厂家增多1980全国客车生产厂家不足40家；1993全国有200余家客车生产厂。 集中度加大集团化趋势加快全国出现了几家大的客车集团公司，如：中通集团、亚星公司、宇通公司、中国客车工业公司等。 技改资金投入加大，生产工艺、水平提高很快“六五”、“七五”、“八五”、“九五”期间，全行业资金投入超过200亿元，建成了具有90年代国际水平的客车生产线，促进了产品品种增加和质量的大幅度提高。国家集中资金组织开发了几种具有代表性的车型，推动了行业水平的提高如：“六五”期间组织开发的JT11

9、18H客车；“七五” 期间组织开发的JT6120客车；“九五” 期间组织开发的JT6110W、JT6110客车；天津客车厂开发的：三峰牌轻型客车等。加快了技术引进和合资合作步伐，使我国客车工业水平接近国际先进水平，满足了我国公路客运事业的发展和高速客运的需求如：江苏亚星：德国奔驰客车技术；安徽淝河：德国凯斯鲍尔客车技术；西安飞机公司：瑞典Volvo客车技术等。国产客车车身结构出现了大的变化10、由单一非承载式半承载式、全承载式（无车架）；20、蒙皮装配由铆点焊；30、结构由冲压式型材骨架式；40、更加注重符合空气动力学的造型；50、将舒适安全放在首位；60、现代设计、试验方法开始在车身设计中全

10、面采用；70、大量采用轻金属和非金属材料：如Volvo全铝车身。80、更加注意和重视细部设计；90、车窗由铝型材推拉式粘接全密封式；100、中、高档客车全部采用后置发动机布置型式。进入21世纪，我国的客车工业又取得了很大的发展，大力引进国外 5先进技术，建立起了一批合作或合资的客车企业，形成以郑州宇通、苏州金龙、厦门金龙为龙头企业的中国客车业。目前，我国客车的年产值达300亿元，年销量在10万辆以上，占世界客车产量的1/3。2007年，中国出口客车26876辆，同比增量16081辆，增长149.09%，这个幅度是客车行业销量增长幅度的7倍；出口金额达到66.72亿元，同比增量36.76亿元，增

11、长122.7% ，出口企业31家。 我国客车能够出口国外，说明我国客车的设计、制造、安全性能等已经跟国际接轨。在车身设计制造技术成熟的同时，各客车企业开始注重产品的差异化，形成了不同设计理念，如宇通客车推崇的“耐用是金”、苏州金龙的“安全为本”等，这将更加促进我国客车产品的多元化，促进我国客车技术的不断发展。20012002200320042005200620012006年我国客车出口数量 具有现代造型特点的客车1-3 车身对整车性能的影响车身对整车性能的影响主要有以下几方面：1、 决定整车装载质量的大小运输能力的高低客车、轿车车室大小、座数多少；货车驾驶室大小（单、双排座）货箱大小或容积。2

12、、决定整车的整备质量Go（自重）和造价据统计：小客车：车身约占Go和造价的4060%；大中型客车：车身约占Go和造价的6070%；厢式汽车：车身约占Go和造价的4050%。车身重量装载重，运输效益运输成本、售价竞争能力。3、影响整车的动力性和燃油经济性 Go身G装单位装载量油耗 G装不变，Go身动力性 G装不变，G0身改善发动机工作状态。4、车身形状与汽车的气动阻力密切相关由：F= 流线型系数GD对F有绝对性的影响：迎风面积A不变，CDF。一般通过道路、风洞试验，计算机摸拟等，最大限度地CD。 F与Va密切相关Va50km/h F较小；Va50km/hF汽车动力的绝大部分消耗于FQe。 CDA

13、Va （N），可知： 21.15 5、车身形状影响汽车高速行驶的稳定性 车身形状决定汽车的侧向几何中心10、当重心点位于中性转向点之前：前轮侧偏角1后轮侧偏角2不足转向。20、重心点位于中性转向点之后：12过多转向特性。30、重心点与中性转向点重合：1=2中性转向特性。车身形状决定汽车迎风风压中心若设计使风压中心不在迎风面的对称线上，影响直线行驶。6、影响客车的乘卧舒适性、操纵舒适性 若车轮采用独立悬架舒适性取决于车身; 车身总体设计的座椅及其布置车身隔热性能的好坏乘卧舒适性 通风及空气调节操纵舒适性 密封性的好坏、上下车是否方便 仪表、开关及操纵按钮布置是否便于操纵； 驾驶区布置是否合理；

14、视野是否良好观光、采光等。7、与行驶安全密切相关车身应具有足够的强度、刚度、确保发生交通事故时尽可能减少乘员伤亡：撞车吸能装置;翻车时保证乘员有最小生存空间刚性；尽量不给乘员造成二次伤害软化，无尖角。驾驶视野良好：不因视野不足（盲区过大）而造成交通事故行车安全。驾驶操作舒适、方便：按人机工程要求设计驾驶区、座椅、仪表等驾驶疲劳，交通事故。8、与整车宜人性密切相关（除舒适性外） 影响人们是否乐于接受外形、色彩、车内布置、内装饰等； 影响环境的美化。9、影响整车的通过能力裙边离地高、前后保险杠离地高等。车身（特别是客车车身）对整车性能的影响是全面的。随着换型的加快，对车身设计提出了更高的要求，车身

15、设计的地位在汽车设计中越来越重要。底盘基础、骨架车身风格、个性、对人的关爱1-4 车身的范围与“三化一、车身的几种称谓及所包括的范围1、白车身（白皮车身）已装焊好，但未喷漆的车身。包括：车身构件和覆盖件的焊接总成；前后钣制件，车门乘客、司机门、安全门、行李舱门等。 不包括：车身附属设备及装饰件空调、座椅、灯具等。2、成品车身喷好漆等待往底盘上装配的车身。与白车身相比，增加了漆前处理，喷漆等。3、车身汽车上除底盘、发动机外其它部分的总称。在成品车身上装配了各种附件、装饰件等。4、车身覆盖件覆盖车身内部结构的表面钣件。客车多采用有骨架车身，其内外蒙皮统称覆盖件。5、车身结构件支撑覆盖件的全部车身结

16、构零件的总称。 如：车身骨架、支承梁、柱等。6、车身焊接总成车身结构件和覆盖件焊在一起的总成，该总成必须保证车身的强度和刚度。可划分为：轿车、货车驾驶室：地板、顶盖、前围板、后围板、档泥板、发动机罩等（图1-8、1-9）。大客车：前围骨架总成，后围骨架总成，顶盖骨架总成，左、右侧围骨架总成（图1-10）。二、车身的“三化”1、原因简化生产设计上应进行详细技术经济分析，提高产品质量 尽量实现“三化”。2、何为“三化”指：产品系列化、零部件通用化、零件设计制造的标准化。 实行“三化”收到很大经济效益；工业产品设计、制造的必然方向。3、“三化”的实质产品系列化将产品合理分档，组成系列并考虑变型。如同

17、一基型客车长途客车，可以变型为团体、旅游、城市和特种客车，形成某一系列产品。优点：车身骨架、前后风窗玻璃通用，减少了不同车型的零件数， 简化了模具、胎具、装焊夹具与台架等设备成本。 注意：通用应强调结构的合理性，若两者差别大，勉强通用，必然 出现“削足适履”，得不偿失。零部件的标准化广泛采用标准件广泛采用专业厂生产的机械产品标准件或汽车行业标准件螺栓、螺帽、螺钉、垫圈、锁销等。优点：有利于产品的系列化和零部件的通用化，便于组织生产，降 低成本，提高质量、方便维修。注意：选用标准化零、部件时，要注意产品的特殊要求，选择行业 要求的特殊标准件。 零部件的通用化零部件在同类车型中的通用问题。如:江苏

18、亚星生产的JT663系列客车，不管是长途、城市、团体和旅游型，其车门、前后风窗、侧窗、行李舱门等都可通用成本，使用维修方便性。要求：必须保证通用件的制造质量和装配尺寸；对工艺要求很高。在“三化”思想启迪下，近年国外发展了一种：“从标准化元件非标准化整体”设计原则。如：客车除头、尾变化外，中部乘客区变化很小，可将车身中部设计为几段标准化块、仅变化头、尾部，按载客多少组合中间的标准化车身，即可形成不同载客量的系列化产品。车身各部分的名词术语参见：GB4780-84载货汽车车身 名词术语JASO Z216JB3653-84轿车车身 名词术语ISO Z210GB/T12484-90客车车身术语1-5

19、客车车身设计技术的发展趋势一、车身外形设计新颖和风格的体现1、借助大型风洞、三座标测量机和CAD、CAT技术，致力于降低风阻和噪声、节能、减少车身表面沉积物的研究2、多学科结合进行车身造型的研究使乘客有美的感受和享受，美化环境跟上时代潮流，满足不断变化的需求。10、客车造型的两大流派：意大利型：直线方基调特点：适应城市高层盒子形建筑，改正以往造型大圆角的肥胖臃肿感。优点：增大了车内空间，视野好，蒙皮和骨架成形简单，模具制 造容易，便于换型。符合艺术造型统一效果的规律简练。 意大利风格的造型曾一度风行欧洲、日本。德国型：大曲面流线形特点：组成车身的五个面由大曲面和大圆角组成，流线形好，动 感强，

20、整体感好。优点：前后风窗和侧窗都采用曲面玻璃窗，视野开阔，车内明亮 爽快，特别是侧上方的弧形玻璃，改善了客车的长方体笨 重感；空气动力性好，如：O303。20、进入90年代和21世纪初方基调和大曲面流线形结合的车身外形：大曲面、小圆角更 11具时代感和动感。特点: 侧窗采用大弧面玻璃；侧窗立柱变细，窗尺寸增大视野，通透感；前风窗玻璃倾角较大风阻，CD0.45。重视外形细部设计：固定式全封闭侧窗；外、内移门；无铆钉车身结构；嵌入式保险杠；风阻 噪声 清洗方便车身设计的发展趋势10、越来越具有调和与折衷的特点：方基调与流线形之间的折衷；高地板样式与最小风阻之间的折衷；空气动力性与生产工艺间的协调；

21、局部与整体间的协调。20、更注重车身的细部设计，强调外形的平滑：大量使用平面曲线车灯、空气入口、出口、车窗框等更 多地被平面曲线所代替；尽量避免采用电镀饰件；细部设计精益求精，追求更加完美；整车外形平整、圆滑、饱满。30、平滑的外形开始向曲中带棱变化，雕塑感强的车身设计将打破传统的理念。40、更加重视整车的风格与个性，强调给人以新颖的感觉。50、以人为本，崇尚人性化设计。二、先进的设计试验方法1、客车设计的CAD系统条件：计算机工业的飞跃发展，性能价格比大幅度提高; 12软件开发技术和外围设备的发展：软件丰富，外设完善，功能强大。CAD系统越来越明显的优越性。成为客车现代设计技术最先进和实用的

22、方法。1977年，日本丰田公司就开始使用NTDFB系统丰田车身设计与制造新数据存储系统： 功能：完成车身外形制图工作；构筑包含曲面信息的车身外形数学模型，为进一步分析设计结果打下基础。我国：80年代中期开始重现，先后引进、开发了中小型机CAD系统，机型限制，未能普及。90年代陆续开发了微机CAD系统。目前，CAD技术已从学校、研究所工厂全面采用。特点：10、具有客车设计的全部功能；20、仅输入少量信息，就可高效率地完成整车及各零部件的 设计工作；30、直观性强，设计者可以通过屏幕反复修改、评价设计结 果，充分发挥创作灵感；40、大量的设计、计算、绘图工作由计算机及辅助设备完成， 大大缩短了设计

23、周期，提高了设计质量，减轻了劳动强度；50、设计结果复制、再现方便。2、结构分析技术已归入CAD系统传统分析方法资料的积累设计者的经验长期试验结果的总结、分析加大保险系数模型试验构成了传统的客车结构设计基础。 现代结构分析技术的发展70年代：高速高性能计算机的实际应用航天分析技术对汽车领域的渗透特点10、可早期预测整车或零部件性能；20、提高了设计质量，缩短了设计周期；30、设计中随时可进行比较和修改；40、为优化设计、可靠性设计奠定了基础。80年代后得到了越来越广泛的应用。主要内容a）应力分析：亦称静力分析，输入静载荷，得出车身各部应力分布情况，即静态变形、应力、振型。b）动力学分析：亦称动

24、态分析，输入动载荷，得出车身结构动态刚度和强度。即：输入随t而变化的动载随空间位置（x、y、z）和t变化的位移、应变和应力。结构分析可以在结构或部件被试验之前，利用特性曲线快速地判断特性值对设计进行比较和修改。优点：可信度高，节省时间和费用，为轻量化和优化结构设计、有限寿命设计提供科学依据。3、空气动力性试验空气阻力汽车的空气动力性高速行驶的操纵稳定性气流噪声是现代客车设计必须考虑的问题。采用模型或整车风洞试验，寻求提高客车最佳空气动力性能的措施 14 一种新的结构分析方法设计分析技术客车设计和途径。如：日本东洋工业公司，83.10投资30亿日元，建成日本最大汽车风洞试验室：风洞直径：10m风

25、速：10km/h230km/h主机功率：1600瓩功能：可进行空气阻力系数、升力系数、横向稳定性、气流噪声、发动机冷却、车内换气等一系列有关空气动力的试验。目前，经大量空气动力性试验研究，大客车的CD值：从80年代的0.60.45(93年日三菱“空中女皇”)。4、室内道路模拟试验（MTS）室内模拟强化试验寻求以室内模拟试验代替室外道路试验强度、可靠性、性能试验节省大量的时间（4050万公里）；大幅度缩短开发周期。70年代，美国率先开发出汽车道路试验室内模拟设备（MTS）。特点：该设备可以模拟所有室外道路工况。如：一汽长春汽研所对CA10B汽车前轴在MTS试验机上做24h试验室外道路行驶2500

26、km。最先进的MTS可用五周时间完成室外80万公里的道路试验迅速评价整车和零部件寿命；加快试验定型过程；提高产品质量。5、车身材料的再循环利用车身设计的新课题影响因素：10、什么材料可以“再循环利用”？20、报废后怎样才算是真正再循环？30、新材料比回收后的材料便宜。90年代中期，欧盟立法，2006年起汽车制造商要负责分解、回收自己制造的汽车。为实施法规，欧洲各汽车企业纷纷成立汽车分解中心。目前，各种材料的再循环情况： 钢铁：回收的主要部分，2/3汽车总重的含铁金属均可再循环。 铝: 从低级回收高级回收；回收后降级使用与原质相同的铝薄板和其它模压等级产 品。玻璃：因难以将安全玻璃中的各种聚脂酸

27、酩分离出来，回收后不能用于汽车。橡胶：回收后再循环成碎屑，制成轮胎或与其它回收的塑料制成汽车部件，或与沥青混合用于铺路。塑料：回收后降级使用。据统计，1990年生产的每辆车上绒毛状制品的重量约等于一辆独轮车的重量，其中塑料约占1/3。三、更加强调功能性的车内设计原因：为了能更有效地和其它交通工具飞机、火车、轮船等竞争。结果：国内外客车制造厂都将车内设计的豪华、舒适化作为竞争的主要手段之一。目前，车内的软化装饰效果及各种设施的配置和功能性均以飞机的客舱为目标，而高级豪华大客车的车室设计，则已大大超过飞机客舱的水平。客车车内设计归纳起来其发展趋势大致有以下方面：1、在装备空调设备的基础上，采用全封

28、闭式侧窗现代高级旅游大客车的标准型式;采用双层玻璃以利于车内保温、降低车内噪声、减轻空气污染、防止冬季车窗结霜，保证任何气候条件下乘客具有良好的视野； 16提高空调性能，采用全自动空调电脑控制车内温度和湿度，使空调温度的波动与设定温度相比保持在1范围内；利用空气动力性试验确定车室进、排气口位置;采用外摆式或内移式车门提高车身密封性;采用空气净化设备，提高空气洁净度。2、努力降低车内噪声 采用粗呢面料（织物面料）作为内饰贴面； 铺地毯；加强导线、导管出入口及车门、踏步处的密封；内外蒙皮间喷塑处理喷阻尼涂料；提高外蒙皮的刚性，减轻行驶中的振响；采用多层复合地板，减少底盘噪声传入。3、提高座椅的功能

29、性利用人机工程学的研究成果,设计驾驶员和乘客座椅包括座垫、靠背和头枕的形状，各部分的刚度。开发式样新颖、功能性强的新型座椅刚度、靠背角、头枕高度、前后、左右位置和座高可调的驾驶员 座椅;带扶手、扣手、拉手，具有靠背角、座宽可调的带踏蹬的乘客座 椅;坐卧两用乘客座椅;带有液晶电视和多声道音响设备的座椅。3、追求更加豪华和多功能的车内设施注意装饰效果的新颖和艺术风格的个性化豪华客车：有的车内设有高级别墅的房间、咖啡厅、吧台；灯具顶灯、壁灯琳琅满目；地毯、壁毯雍容华贵；有的车内外古朴典雅，具有发人幽思的艺术效果。 普通旅游客车：卫生间、冷藏室、司机卧铺标准装备。配套设备、装饰件专业化生产，品种繁多，为车内设计的豪华和 17多样化提供了极大的方便车内全部采用镶嵌设计看不见螺钉等乘员能触及的部位全部软化处理防止意外伤害四、减重、节能降低成本、能耗措施：1、符合空气动力学的外形设计FW；2、大量采用轻质材料：用铝材作骨架、蒙皮G0；一般：G0减少10%Qe降低58%。大量使用工程塑料：如采用一种聚碳脂塑料后， GO80120kg，且冲击强度高、透光性好，多用作：行李舱、天窗、顶蒙皮、折叠门、保险杠、地板、仪表板等，并可防锈。3、大量采用防锈材料非金属材料工程塑料、玻璃钢等；不锈