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1、摘 要汽车诞生一百多年来，其技术经过不断地发展，到现在已经成为集传统工业和高新科技为一身的典型的机电产品，而围绕汽车工业的庞大工业体系也发展成为世界上屈指可数的企业群体。尽管在各个国家都有许多传统的机械工业陷入困境，甚至面临巨大的危机，但汽车工业却一直保持着良好的发展势头，其发展水品也被公认为衡量一个国家总体科学技术水平的标志之一。在汽车制造过程中汽车总部置是重要环节，而车身的总部置又是其中的重要组成部分。不同用途的汽车总部置设计是不同的，即使同一类车，因其用途和性能要求不同，所选的各总成的类型及尺寸不同，经过总布置设计，汽车各部分总成的相对位置和乘客室的尺寸既可以确定，按这些总成的外部轮廓并
2、考虑到适当的间隙，就可以确定汽车的基本形状。车身总布置设计是汽车总布置设计的重要组成部分。在一个企业中，汽车总部置通常由整车部门负责，而车身总部置由通常有车身部门负责，两个部门的任务必须相互配合，协同工作。车身总布置的任务是把人员和货物安排在恰当的位置。关键词：人机工程学；人体模型；眼椭圆。AbstractThe automobile has been born 100 for many years, its technology passes through develops unceasingly, already becomes the collection tradition indu
3、stry and the high new technology to the present was body model mechanical and electrical products, but revolves the automobile industry the huge industrial system also to develop into in the world the very few enterprise group.Although all has many traditional mechanical industries in each country t
4、o fall into the difficult position, even faces the huge crisis, but the automobile industry continuously is preserving the good development momentum actually, it develops standard also to recognize for weighs one of national overall science and technology level symbols.Auto-body packaging is a very
5、important scheme design task during the automobile conceptual design phase.The automobile always installs in parts in the automobile manufacture process is the important link, but the automobile body always installs in parts also is important constituent.The different use automobile always installs
6、in parts the design is different, even if identical kind of vehicle, because its use and the performance requirement are different, elects various units type and the size are different, pass through always arrange the design, the automobile various part of unit relative position and already may dete
7、rmine while the reception room size, and considered according to these unit exterior outline the suitable gap, may determine the automobile the basic shape.The automobile body always arranges the design is the automobile always arranges the design the important constituent.In an enterprise, the auto
8、mobile always installs in parts is usually responsible by the entire vehicle department, but the automobile body always installs in parts by usually has the automobile body department to be responsible, two departments duties must coordinate mutually, joint operation.The automobile body always arran
9、ges the duty is the personnel and the cargo arrangement in the appropriate position.Key words：Ergonomics；man model；eyellipse. 目 录第1章 绪 论11.1 题目研究的意义11.2 本次设计的任务21.3 本次设计预期达到的目的3第2章 汽车造型设计42.1 汽车造型的发展史42.2外型设计152.3 内饰设计162.4零件图的确定18第3章 车身设计方法193.1 现代设计方法193.2 本次设计所采用的设计方法193.2.1根据任务书要求和达到的设计目的采用的设计方法
10、：193.3 车身总布置内容及原则193.3.1车身总布置内容193.3.2汽车车身总部置设计原则203.3.3本车总布置图：203.4 人机工程学的应用20第4章 车身总布置尺寸参数的确定224.1 整车布置的基准线224.1.1整车布置的整车参数224.1.2零线的确定224.2 车身内部尺寸参数确定244.2.1 汽车内部布置设计方法及布置工具244.2.2 人体模型244.2.3 眼椭圆254.2.4 头廓包络线及头廓包络面274.2.5 R点和H点294.3 本车车身内部及相关尺寸参数30第5章 设计评价31第6章 结论32参考文献33致 谢34附 录35第1章 绪 论1.1 题目研
11、究的意义汽车诞生一百多年来，其技术经过不断地发展，到现在已经成为集传统工业和高新科技为一身的典型的机电产品，而围绕汽车工业的庞大工业体系也发展成为世界上屈指可数的企业群体。尽管在各个国家都有许多传统的机械工业陷入困境，甚至面临巨大的危机，但汽车工业却一直保持着良好的发展势头，其发展水品也被公认为衡量一个国家总体科学技术水平的标志之一。汽车车身总布置是在整车总布置的基础上进行的，其指导思想是“以人为本”。在汽车设计中，车身内部布置应当能够满足驾驶员和乘员的乘坐舒适性、操纵性、行车安全性、视野性等要求。为了达到以上性能。SAE、ISO、GB等定义了汽车驾驶员的眼睛、头部、肢体上一些与车身布置有关的
12、人体特征点。当驾驶员以正常驾驶姿势入座后，测取人体特征点，经统计处理后，便可得到各种百分位身材男女驾驶员的人体特征点分布图形。这些图形称为车身内部布置设计工具。它们包括人体模型、眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等(如图1.1所示)。图1.1 车身布置工具在车身总部置中的应用本设计的车型是红旗世纪星，红旗世纪星沿袭了红旗系列轿车一贯的宽大乘坐空间之特性，使之成为国内首选公务、商务用车。外型由著名的德国保时捷公司设计，在红旗轿车传统的国字脸的基础上，添加了时代元素，庄重硬朗，稳健大气，充满阳刚之美与成熟魅力，尽显出飓风之子卓然出众的气质和强者风范。目前，国内外汽车生产实践证明：整车生产能力的发展取决
13、于车身的生产能力；汽车的更新换代在很大程度上也取决于车身；在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型才能打开销路。所以车身设计在整车设计中占有重要地位。因此在本次毕业设计中我选择了红旗世纪星轿车车身总布置设计这个课题。1.2 本次设计的任务整在汽车制造过程中汽车总部置是重要环节，而车身的总部置又是其中的重要组成部分。不同用途的汽车总部置设计是不同的，即使同一类车，因其用途和性能要求不同，所选的各总成的类型及尺寸不同，经过总布置设计，汽车各部分总成的相对位置和乘客室的尺寸既可以确定，按这些总成的外部轮廓并考虑到适当的间隙，就可以确定汽车的基本形状。汽车总体设计除了考虑基本车型以外，还要考虑一系
14、列变型车方案。因此，某种汽车的总体设计只是企业统一的产品规划的组成部分。现代化大型汽车企业集团的产品规划是所谓“平台化和模块化”战略，其基本构思是采用为数不多的构造模块拼成尽可能多的各种车型，就需要将各种构造模块选配组合，纳入特定的汽车平台之中。例如，发动机就是个模块，可以用一种发动机装载企业生产的不同车型上。车身总布置设计是汽车总布置设计的重要组成部分。在一个企业中，汽车总部置通常由整车部门负责，而车身总部置由通常有车身部门负责，两个部门的任务必须相互配合，协同工作。车身总布置的任务是把人员和货物安排在恰当的位置。毕业设计的应用意义通过红旗世纪星轿车车身总布置设计，初步掌握利用计算机辅助设计
15、红旗世纪星轿车车身总布置设计的方法。利于改善红旗世纪星轿车车身总布置设计改善其市场竞争地位并获得更大的经济效益。为了给人们设计出更优质的汽车。本次毕业设计的题目是红旗世纪星轿车车身总布置设计。设计任务要求：（1）结合汽车设计，汽车车身设计所学的内容，对红旗轿世纪星车车进行车身总布置设计。（2）各部分布置要协调一致，内部布置要符合人机工程学的要求，外形要符合有关法规的要求，同时要兼顾空气动力学及美学的要求。（3）完成设计图纸一套，包括内部布置图及外形图；前左车门外板零件图。有关尺寸要标注正确。（4）说明书一份；外文翻译一篇。1.3 本次设计预期达到的目的（1）了解汽车总体设计与车身总体设计的关系
16、（2）掌握轿车身总体设计的基本要求；（3）学习用已学过的知识进行轿车车身总布置设计；（4）能进行有关的运动校核及汽车基本性能的计算；（5）学会查找有关汽车资料；（6）查阅相关车型的最新设计。第2章 汽车造型设计2.1 汽车造型的发展史1） 汽车外形发展的影响因素汽车外形的确定取决于如下几个因素：机械工程学、人机工程学、空气动力学以及电子学等，各个学科的发展和完善促进了汽车外形的发展。汽车主要要求动力性、舒适性、安全性和经济性。在此前提下，首要的问题是机械工程学要求，其中发动机和底盘的设计、各部件的布置和安装一直是汽车发展的一个重要方面。完成总布置设计之后，可根据发动机、变速器的大小和驱动形式确
17、定大致的车身形式，然后涉及车身的设计与制造，这些都属于机械工程学的范畴。其次是人机工程学要求。汽车是由人来驾驶和乘坐的，必须保证安全性和舒适性。首先要确保乘员的空间，保证乘坐的舒适性、驾驶的方便性，并尽量确保驾驶员的视野性，另外还包括上下车的方便性。从广义上讲，人机工程学还包括对步行者安全性的保证，它涉及到车身外部的尺寸和形状问题。机械工程学和人机工程学起着决定汽车基本骨架的作用，应该说是来自于汽车内部对车身设计及造型设计的制约。电子学在汽车上的应用，为汽车的多功能化及性能的提高，提供了必要的条件。如制动安全性、操纵性及乘坐舒适性等，使汽车的性能得到了很大的提高。随着汽车工业的发展，电子学将是
18、影响汽车工业的最重要的学科之一，它对汽车外形，特别是汽车室内造型有很大的影响。随着车速的提高，空气动力学尤为重要，主要还是侧重在空气动力学的应用。分析表明，汽车所受到的空气阻力与汽车行驶速度的平方成正比，因此必须在车身外形上下工夫，尽量减少空气阻力。空气阻力分为汽车横截面面积所决定的迎面阻力，以及由车身外形所决定的形状阻力，这些都是与汽车造型密切相关的。从空气动力学的角度出发，还有升力的问题和受横向风时的不稳定问题，它们都是影响汽车外形发展和设计的重要因素。此外，一个国家、一个民族、一个厂家乃至一个设计者都有各自的特色，这也同样影响了汽车造型。只是在具体表现形式上有微妙的变化。总之，协调以上诸
19、要素，是汽车造型设计者的首要任务，也是促进汽车发展的重要因素。上述各要素，在汽车工业发展的不同时期都有所侧重。比如，在汽车制造技术尚未成熟的初期，机械工程学要素是其重点，使汽车能行驶即可。随着科学技术的不断进步，就逐步开始尝试把诸要素统一于汽车上。研究汽车造型的演变历史，就会发现，同一时代的汽车造型，总是有共同之处，一般可大致分为五个阶段，即箱型汽车、甲虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车和楔型汽车。现以轿车为例予以叙述。2）汽车外形的发展过程(1)箱型汽车1886年德国工程师戈特利布戴姆勒制造的戴姆勒一号车被认为是世界第一辆汽车，如图2.1所示。该车是发动机后置、后轮驱动的四轮车，后轮比前轮约大一倍
20、，利用转向拉杆转向，速度为10km/h左右。曾经有人把当时的汽车称为“没有马的马车”，这就是箱型汽车的原始型。原始的箱型汽车，发动机功率仅有12HP，能乘坐23人，当时的汽车只是绅士贵族的娱乐工具。由于车速的提高，迎面风使乘员难以忍受，因此需要考虑改变汽车的外形。1903年美国福特公司制造的A型车，在该车坐席前设一块挡风板，如图2.2。迎面宋的风遇到挡风板，便向上方吹去，吹不着车上的乘员。图21 戴姆勒一号 图2.2 挡风板的功用后来，又在汽车上设置风挡玻璃，没有车门，发动机前置，发动机为双缸，速度可达5060km/h，但这时仍没有脱离马车造型，是技术和设计均未成熟的产物。汽车基本造型的确立是
21、1915年福特T型汽车。在此之前，马车造型的汽车，从整体上看可以称为箱型，只是没有车门和车篷。1900年德国开始制造双缸发动机。1905年开始生产四缸发动机，这时才出现了木结构的箱型汽车。但此时的箱型车重量大、成本高，所以仍以马车造型为主。图 2.3 1915年美国生产的福特T型汽车真正的箱型汽车是以 1915年福特公司生产的T型汽车开始的。如图2.3它确立了以后汽车的基本造型。特别是1913年福特汽车公司创建了最早的流水作业汽车生产装配线，并开始装配T型车，这种车型由于开始采用当时最先进的大批量生产的组织形式，加之其结构设计的简化，因而造价低廉，这样就有可能把汽车的使用范围推广到更多方面，汽
22、车不再是上层社会的奢侈品，而是一般中产阶级和富裕农民的运输工具。因此，汽车很快进入家庭。福特公司不但创立了大批量生产汽车的方式，并且开始考虑到发动机、变速器及车轮系统等，结构不变，而仅仅改变车身外形即现在所谓的“变型”车。随着人们生活水平的提高，人们对汽车各方面的要求也越来越高。为调动用户购买汽车的积极性，制造者已经注意到了用户对汽车外观的审美要求，意识到汽车造型对销售的促进作用。同时用户也产生了多样化的要求，但在当时并未形成汽车造型的整体手段，仅能局部地改善某些零件的外观，如在前部散热器罩、翼子板等的形状和轮罩上进行装饰性的改进。人们使用交通工具是为了更快地到达目的地，汽车的速度是衡量汽车性
23、能的主要标志之一。提高车速，就要有相应的大功率发动机，但这还不够。分析表明，在汽车高速行驶时空气阻力是一个主要问题。车速为50km/h左右时，相对风速15m/s，空气阻力还不大成问题。而在设计时速100km/h以上的汽车时，则要考虑空气阻力的问题，赛车是从1900年，实用车是从1910年开始考虑了空气阻力问题。 减小空气阻力的方法之一是减小迎风面的面积，1900年的汽车车体几乎与马车同高，为2.7m；1910年降到2.4m，1920年为1.9m。由于车身内要坐人，所以车身高度降到1.31.4m，基本上就芦到了最低限度。现代汽车为降低高度，离地间隙已达到130mm以下，再降潜力就已经不大了。车身
24、宽度越窄，空气阻力越小。按理说，应该逐渐变窄，但是实际上，却是逐渐加宽，开始只有1.3m左右，不久就扩大到1.5m，横坐两个人的汽车车宽应达到1.6m左右，横坐三人的大型车达到1.82.0m。加宽车身能增加汽车行驶的横向稳定性，但是车身截面积增加，导致空气阻力增大。因此将车身横截面从初期的四方形逐渐变成椭圆形，如图2.4 。在保证所需空间的同时，减小了截面积，从而降低了空气阻力。如图2.4 汽车车身的横截面的变化降低车高不仅可以给人以快速的感觉，更重要的是可以减小空气阻力，提高车速。随着车顶高度的降低，前窗玻璃不断变窄，影响前方视野，乘员也感到十分憋闷，因此靠提高发动机功率来克服空气阻力的传统
25、方法，再一次受到重视，发动机罩很长，但由于前方视野差，驾驶困难，舒适性差，历时10年到1930年前后，就很快消失了。箱型汽车与以前相比，棱角部分都变成为圆滑过渡了。因为箱型汽车有“移动住宅的特点，适于作为家庭用车，至今仍有其实用价值。(2)甲虫型汽车为减小空气阻力，需减小迎风面面积，但是空气阻力还包括形状阻力。它是由汽车外形形状引起的空气涡流所造成的阻力。形状阻力占有很大比重，前窗玻璃、车顶，特别是汽车后部，产生空气涡流，这些涡流起着阻碍汽车前进的作用。人们经常看到行进中的汽车从排气管排出的白烟在汽车尾部缭绕，这就是尾部产生的涡流现象。这种空气涡流如果很强，就是龙卷风，具有极大的能量。汽车产生
26、涡流，需要消耗汽车的发动机的能量。1911年，卡门在以一定速度范围流动的水中立起一根柱子，发现柱子后部产生涡流。1920年，德国人保尔亚莱用风洞对有名的卓别林号飞艇进行了空气阻力研究，证明正面形状和侧面形状对空气阻力的影响很大。物体所受的空气阻力与迎面面积成正比，并与速度的平方成反比。而亚莱更进一步引进了物体形状决定的空气阻力系数的概念。亚莱发现，前端方形的物体比前圆后尖的物体的空气阻力系数要大得多，从而找到了减小形状阻力的途径。1934年，美国密执安大学的雷依教授采用风洞和模型汽车，测出各种车身的空气阻力系数 。不久，有更多的航空流体力学学者从事汽车车身空气阻力的研究，其成果被大量地应用到汽
27、车设计上。汽车车身制造技术的进步也起到了很大的作用，以往的车身是在木制骨架上蒙盖铁板或布，但自从有了汽车钢板冲压技术以后，就开始生产具有许多柔和曲线的流线型车身。甲虫型汽车就是在这样的情况下出现的。1934年，大量生产的克莱斯勒气流牌小客车首先采用流线型。该车侧面形状与雷依教授风洞试验的第三种模型相似，如图2.5。该车使以往分散的发动机罩、前翼子板、头灯等成为一体，消除凸凹部分，但仍保留前翼子板，并设有上下车脚踏板，保险杠向前突出，这就是甲虫型汽车的初型。图2.5 1934年克莱斯勒气流牌子小客车 图 2.6伏克斯瓦根甲壳虫行小客车流线型车身的“甲虫型车”的大量生产是1937年年从伏克斯瓦根开
28、始的，如图2.6。该车车身重视机能与合理性，因此同福特的T型车一样有较强的生命力，T型车曾持续了整年；伏克斯瓦根从1937年起连续生产了30年。德国的波尔舍博士采用轻便的扭杠弹簧，后置小型风冷水平对置四缸发动机，从而使甲虫的自然美被如实地运用到车身造型上。甲虫型汽车也有明显的缺点。尽管它具有流线型，空气阻力较小，但是与箱型汽车相比，乘员的活动空间明显变得狭小，特别是后排乘员，头顶上几乎没有空间。它的另一个缺点是对横向风的不稳定性。所谓横向风稳定性，就是风力怎样作用于车身侧面的问题。当横向风作用在车身侧面时，汽车纵截面的形状决定风的作用中心，即风压中心。横向稳定性问题就是由风压中心与车身重心的相
29、互位置而产生的。箱型汽车的纵断面，明显是后部大，风压中心在车身重心之后。但甲虫型汽车，因追求流线型，风压中心向前移，位于车身重心之前。受到横向风的影响时，箱型车开始是随风偏离行使路线，但接着是车尾继续随风偏移，而车头则转向迎风，最后使车子回到原来的路线。甲虫型车受到横向风作用后，车身前部随风偏离原来的行使路线，如图2.7，因此是不稳定的。特别是车速超过100km/h后，容易失去行使的稳定性。同时，甲虫型汽车忽略了人机工程学。图2.7 甲壳虫型汽车和箱型汽车的恒丰稳定性）船型汽车在第二次世界大战中发展起来的人机工程学被应用于汽车上，福特公司于1949年开发出了福特V8，如图2.8。它与甲虫型车有
30、很大的区别。第一次驾驶该车的驾驶员，被其轻便的操纵性所倾倒，后排的乘员则对其舒适性惊叹不止。应该说在汽车设计上，以人为主体的设计思想，是从这时开始的。即让设计师置身于驾驶员及乘员的位置，来设计便于操纵、乘坐舒适的汽车，并从理论上解释了两轮之间的乘坐位置的颠簸最小，采用了将整个车室置于两轮之间的设计方法，前方为发动机室，后部为行李舱，这样非常接近于船的造型，故称之为船型汽车。图2.8 1949年的福特V8型小客车如图2.9(a)，这种船型汽车的室宽就是车身的宽度，而且发动机罩与前翼子板形成一体；以往是两翼子板带乘车踏板，因此车室的宽度较车身窄很多，如图2.9(b)。而船型汽车在不增加长度的情况下
31、，扩大了车身的空间。后翼子板与行李舱也成为一体，使得车身侧面从前到后成为一个平面，减小了侧面的形状阻力。图2.9 前翼子板处理办法的演变船型汽车的视野性也比甲虫型车好得多，除了四角上的窗框影响视线外，四面都可以看到外面，因此福特V8受到了顾客的欢迎。该车既考虑了人机工程学，又考虑了空气动力学的影响，对今后的车身外形影响很大。船型车如果采用普通发动机前置，风压中心大体上与汽车重心一致。与甲虫型车比较，增加了车身的纵向面积，从而使风压中心后移，增加了高速行驶的稳定性。 其次进行的就是改善驾驶员的视野性。甲虫型车全盛时期大约为 年，而船型汽车从1949年开始，已历经50多年，仍在沿用。证明了这种平直
32、外形确实是十分优秀的，没有什么可改的。以后，又在视野性上进行了一些改进，即前后窗的倾斜度逐渐加大，以减小空气阻力。1930年以前，前后窗没有倾斜，基本上是垂直的。注重了空气动力学之后，其倾斜角逐渐加大。甲虫型汽车的背部形状一般称为“滑背”，船型的称为“阶梯背”，比其倾斜度更大的称为“半斜背”或斜背。斜背式汽车已接近后面将要介绍的鱼型车。另外是采用大圆弧风挡玻璃，将风挡玻璃由驾驶员的前方扩展到侧面，视野性大大改善。后来有将这种玻璃应用于后窗，取得了良好的效果。但是这种玻璃流行了 年，后来由于立柱强度不够，撞车或倾翻事故时，容易发生车身弯曲和车顶分离的危险。后来还出现过后窗玻璃的反倾斜的造型，但不
33、久也被淘汰了。4）鱼型汽车船型汽车有人机工程学方面的优越性，因此具有强大的生命力，成为世界汽车的基本车型。但是船型车尾部过分向后伸出，并形成阶梯状，也会产生空气涡流，尽管它没有箱型车严重。因此由阶梯状的标准型，逐渐将后车窗倾斜，倾斜的极限，即成为苗条的鱼型。斜背式车身就是鱼型车身的典型。鱼型车亦属于流线型，它与甲虫型车相比，有两方面要注意：一是鱼型是由船型演变而来的，它考虑了人机工程学的应用；二是这期间汽车风洞试验的方法发生了相当大的变化。因此，斜背式是以更深入的科学研究为基础的新式流线型。甲虫型汽车没有考虑到路面的影响，随着汽车风洞试验方法的进步，逐步制造出经过锤炼的流线型。在充分考虑汽车特
34、有的诸条件的基础上，建立了新的汽车流线型理论体系，斜背式就是这样的研究成果。最早问世的斜背式汽车是1952年通用汽车公司制造的别克小轿车，1958年英国阿斯顿马丁公司生产的斜背式轿车，累计生产了1110辆，如图2.10图2.10 英国阿斯顿 马丁鱼型车与甲虫型车相比，两者的区别在于：首先，二者都属于流线型，但甲虫型车是由箱型车进化而来的，车身高。从空气动力学观点看，前后翼子板和两侧踏板等发生卡门涡流的因素很多。鱼型车是从船型车进化来的，车身低，没有阶梯，前后翼子板与车体几乎成一体，并且鱼型车倾斜比较平缓，尾部较长，围绕车身的气流也比较千顺，不会产生涡流。鱼型车身比甲虫型车低、长、美观，具有鲤鱼
35、的造型。它的横截面积小，所以迎风阻力小，形状阻力也小。其次，鱼型车的后排座椅处于后桥的前方，因此后排摆动小。由于重心低，乘客在汽车急转弯时也不致倾倒。从驾驶员的角度看，由于后席低，后窗下缘也低，因此后下方视野性好。而甲虫型车的滑背式，一般后席都比较挤，位置正处于后桥上方，摇摆大，位置也高，影响后方视野。此外，如果两种车的宽度一样，那么鱼型车室要宽敞得多，这是因为甲虫型滑背式车的前后翼子板及两侧踏板占据了一定的空间，而鱼型的车身两侧平坦，车身宽度几乎等于车室宽度。还有，甲虫型汽车后排座后面的空间只能容纳一个备用轮胎，而鱼型斜背式车是一条平滑的曲线把车顶后缘与行李舱盖连接起来，因此行李箱容积很大。
36、1964年的顺风牌则完全脱离了过去的流线型，外形优美，此后，鱼型斜背式车基本上限于两门及运动车，因为它产生了新的缺点。首先，鱼型斜背式车的后窗玻璃倾斜太大，与船型阶梯式车相比，后窗玻璃的上下宽度若不扩大两倍，就无法保证后方视野。玻璃面积增大，使得车身重量增加，强度下降，产生结构上的缺陷。另外， 由于日光大面积射入车内，在夏季，即使采用大功率冷风装置，车内温度也很高。鱼型车还有一个潜在的重大缺点，那就是同甲虫型车一样，对横向风的不稳定性。在时速100km/h以上行使时，受到横向风的影响，因而车身摆动，转向不易于控制。不仅如此，作为汽车空气动力学的新课题-升力也在起作用。即在高速行使时，鱼型车产生
37、升力，从而减小了车轮与地面的附着力，遇到横向风时，车体就摆动。众所周知，飞机是靠作用在机翼上的升力浮在空中的，如果把鱼型车加上翼，与飞机很相似，所以汽车车身上产生升力是不足为奇的。为了解决横向风稳定性问题，人们可能会想到，只要不把汽车车身做成翼状就可以了，从这一点出发，产生了短尾式，如图2.11。短尾式就是把鱼型车的后部砍掉一段，使之不成为翼状，即使高速行使，也不会产生直背式那样大的升力，因此对横向风也就比较稳定。这种短尾式多少会产生卡门涡流。但是这种型式主要缺点是车室狭窄，因此它并不是解决横向稳定性的最佳方案。图2.11 短尾式车身对横风较稳定的机理后来，经过反复研究，终于找到了不产生升力的
38、车型，即楔型车。5）楔型汽车汽车外形发展到鱼型，获得了空间阻力最小的型式，这已为世人所公认。但同时又产生了更为严重的问题，即升力问题。高速行使时，升力会带来很多问题，特别是方向盘过轻，操纵起来使人感到不安全。同时驱动力(前轮驱动时)下降，会影响到汽车的其他性能。如果是后轮驱动，附着力减小，即后轮腾空会导致驱动力大幅度下降。因此升力问题已不容忽视。甲虫型车的升力系数最大，鱼型车次之，船型车最小。升力的计算公式与阻力的计算公式大致相同 。根据风洞实验的结果，和汽车静止时相比，时速100km/h时，其附着力减小1/8时。减小1/4;200km/h时，减小1/2。这样不仅方向盘发飘，如果是前轮驱动车，
39、则驱动力要大幅度下降，又陷入了不能充分发挥驱动力和行使稳定的困境。人们首先是在赛车上装一个翼，这个翼与飞机的翼形相同，只是翻过来安装，如图2.12。这样在行驶中会得到和升力同样性质的力，只是作用方向向下，以此来克服车身上的升力，以保证行车安全。因为翼要架空，所以其安装装置设计很困难，制作得坚固，则自重大，空气阻力也大。如果用空气阻力小的细柱做支撑，会由于振动和空气阻力而破坏，成为事故的隐患。图2.12 装在赛车上的翼的作用原理为了解决升力问题，想了种种办法，但都没能从根本上解决问题。如果将车身整体向前下方倾斜，能有效地克服升力，为摸索这种造型，通过多次风洞试验，查明了车身各部分行驶中所受风压的
40、情况，鱼型车和船型车的负压都很大，特别是发动机罩和车顶前部更为严重。为了不产生升力，最好使之产生向下而不是水平的正压，通过各种模型的风洞试验，终于找到了楔型。也就是车身前部呈尖形且向下，车身后部像刀切一样平直在高速安全性的基础上设计出来的楔型车是1963年的司蒂倍克阿本提，如图2.13。该车问世不久，司蒂倍克公司就倒闭了。因为“阿本提”诞生在船型车兴盛的时代，在当时还是不被大多数人所接受。合理的东西，终为人们所接受。1968年凯迪拉克的最高级车埃尔德拉多就采用了司蒂倍克阿本提小轿车的设计型式。楔型车是目前所考虑的高速汽车，已接近于理想的造型，但是它的后方视野性不好。既要发挥楔型车的长处，又不损
41、坏作为实用车的舒适性和视野性，1969年设计的培里那气动力学小轿车，其前部呈尖形，后部如刀切一样齐，是真正的楔型，如图2.14。图1.13 1963年的司蒂倍克阿本提轿车 图1.14 1969年的培里那气动力学轿车1979年在日内瓦国际汽车展览会上，乔治雅罗设计的楔型运动车，名为黑桃皇牌，引起了公众的注目。该车车窗阔大，外形清爽利落，脱俗，令人赞赏。是20世纪80年代的典型作品之一。这时，已进入了楔型汽车的全盛时期，其特点是把散热器罩做成横宽形，上下很窄，发动机罩向前倾斜，加高行李舱的高度。同时，在参赛的汽车中，有的汽车后部采用鸭尾式，如图2.15。原因是车速达到120km/h以上时，车身后部
42、也会产生若干升力。因为是小客车，尾部可能“砍”得太过分，所以才会有升力，如果车速再高，这个问题就会更加严重。在这种情况下，产生了“鸭尾”造型，功能如图2.16。沿车顶流动的空气，遇到“鸭尾”产生向下的作用力，使后轮附着力增大，这对后轮驱动的汽车是最有效的。但是这种设计形式影响后方视野性。为此，在整体上接近楔型的车体上，升高后翼子板的型式是一种折中的方案，它同样适用于高速行驶的轿车，如图2.17。图2.15 鸭尾式车位 图1.16 “鸭尾”的功能 图2.17 升高的后翼子板这种型式一直延续到20世纪90年代，包括20世纪末和21世纪初，依然以这种型式为基础，折中于船型汽车，仍有明显的行李箱盖，只
43、是尺寸变小，以保证楔型的明显特征。图2.18，所示为21世纪初的楔型轿车。图2.18 新型楔型轿车 图2.19 奥德赛商务车另一种趋势是把汽车设计成真正的楔型，只是尾部不是“砍”得很平，仍以曲线形式过减小了涡流的形成。前部发动机罩与风挡玻璃的过渡愈来愈平滑，没有太明显的折转。图2.19所示为奥德赛商务车的外形，它更接近流线型，侧面更接近楔型，是进入21世纪以来最为流行的造型之一。2.2外型设计1）汽车造型设计主要满足一下要求：（1）使汽车具有尽可能完美的艺术形象；（2）使汽车具有良好的空气动力性能；（3）保证汽车良好的适应性；（4）使汽车车身设计具有良好的工艺性。2）本车的造型设计充分考虑了美
44、学性、实用性和人机工程学；结合本车的实际情况，最终确定车身造型如图2.20： 图2.202.3 内饰设计现代轿车已经不是一个单纯的运载工具，它已经是“人、汽车与环境”的组合体。座椅作为汽车使用者的直接支承装置，在车厢部件中具有非同小可的重要性。汽车座椅的主要功能是为驾驶者提供便于操纵、舒适、安全和不易疲劳的驾驶座位。座椅设计时应同时满足以下五点基本要求：一、座椅的合理布置； 二、座椅外形要符合人体生理功能； 三、座椅应具有调节机构； 四、座椅有良好的振动特性； 五、座椅必须十分安全可靠； 座椅安装位置的尺寸是很重要的，它直接影响到使用者的便利性和舒适性。座椅布置要体现出人体工程学的要求。驾驶座
45、椅是最关键的座椅。它的基本要求是布置合理，操纵方便，即乘坐时驾驶者对方向盘、操纵杆和踏板的良好可及性。由于欧美和亚洲人身材的差异，一些国家汽车的座位十分宽阔，一些国家汽车的座位相对狭小。由于同一地区的人群，也有男性和女性的差异，高大和矮小的差异，驾驶座椅必须要有调节机构，以适应大部分人的身材。“大部分人”这个概念，轿车设计师采用一种二维的人体样板，它根据高度将总人群划分为不同的群组：(所有驾驶者中的5%身材较矮小或等于这尺寸，其余95%身材较高大）；95%(所有驾驶者中的95%身材较矮小或等于这尺寸，其余5%身材较高大）。汽车工业中所应用的总范围在5%和95%之间，也就是包括了90%人群。例如
46、设计可调节座椅与踏板之间的距离，适应尽可能多的驾驶者身材，在这里一般取5%的女性及95%男性人体样板。驾驶座椅对方向盘、操纵杆和踏板的可及性决定了人体乘坐的姿势，姿势是由座椅的安排位置和形状设计所决定的。驾驶者乘坐姿势不理想就容易疲劳甚至引起劳损。因此，日本及欧美各大车厂设计驾驶座椅位置都有基本姿势、头部、肩部、手臂、腹部、腿部等活动空间的参考数据，不能随心所欲。轿车座椅由座垫、靠背、侧背支撑、头枕等组成，它们具有一定的表面形状，座面和靠背的外形曲线应与人体放松状态下的背部曲线相吻合，乘员入座后座椅的表面形状与体压分布能使乘员的肌肉处于最放松的状态，能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢
47、体麻木，长时间乘坐不易感到疲劳。通过对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度、头枕前后上下等位置的有限调节，可以使大部分人处于舒适状态。座椅的弹簧性能是构成座椅振动特性的关键。试验证明，车辆行驶时尽管地板振动大，但由于座椅弹簧的作用，仍有可能在座椅上获得良好的舒适性，如果弹簧性能不好，则汽车的舒适感会比较差。目前多数座垫采用整体泡沫尿烷缓冲垫，它用螺旋弹簧或者S形弹簧埋于泡沫尿烷之中而成，具有结构简单，成本低、无噪声的优点。对于轿车低靠背座椅而言，头枕是座椅上一个附件。随着车速的增加，它对人身安全日益重要。汽车一旦发生追尾碰撞，汽车受后面冲击力作用瞬间急速向前，由于惯性作用乘员的头部却会突然向后仰，颈椎承受到很大的加速度力而容易伤害。有了头枕承托，减少头部自由移动的空间就可以降低对颈椎的冲击力。1998年
