车身车设计利复习资料

上式中，为在 x、y、z 方向的动荷系数， ；为沿 x、y、z 方向的汽车加速度；为汽车悬 挂着的车身系统自身载荷，Gr 是指由悬架的弹性元件所承受的那些部件；Ge 为车身有效载 荷，指额定装载时，乘员及行李或货物的重力。 影响车身和车架强度的基本载荷有两种： （1）对称垂直载荷 （2）非对称垂直载荷 2. 随机载荷（疲劳载荷） 疲劳载荷的概念：随机变化载荷，引起构件反复交变的应力，应力不大，但会导致 疲劳损坏。 疲劳载荷的产生机理： 3. 标准载荷——G 载荷：对带装备的车身结构上的悬架螺旋弹簧作用位置施加约束， 完成标准工况的载荷分析； 可以模拟车身具体的变形现象， 并看出车身上载荷的分布和高应 力区。
4. 作用在车身上的其他非破坏性的作用力 轻微冲撞力、发动机和传动系传来的力、牵引力和拖拽力、千斤顶和悬吊作用力以 及安全带固定点的作用力等非破坏性作用力。 5. 碰撞载荷（在第六章专门讨论） 一、车身结构 白车身结构（Body In White）由构件及其接头（Joint）和板壳零件共同组成，是承受载 荷和传递载荷的基本系统，结构设计决定了载荷路径。 对于刚结构车身， 其构件是由成形钢板制件焊接组合的， 截面为闭合或开口的薄壁杆件， 在车身中起支承和加强的作用。 车身结构如何承力？ 1.车身前部敞开部分承受比较大的集中力，主要由底架的前纵梁支承，并传至整个车身 前部结构。前车身的导风板及散热器框架等板壳零件，也是车身结构的承力构件。受到高速 撞击时，车头首当其冲，车身设计必须使其能有效地吸收冲击能量； 2.车身中部主要承受分散在地板上的重力，如车身装备和乘员的重力、悬挂在门柱上的 车门重力等； 3.车身后部如行李箱承受燃油箱、备胎和行李等重力，后纵梁承受后悬架的支承力。 车身构件布置设计时，要注意两点： (a) 乘坐车室与前部敞开部分相连接区域刚度的加强，如纵梁到门槛的扭矩盒、前铰 链柱上端的前指梁、斜梁或接头圆角的设计； (b) 为避免大的力流集中由前纵梁通向乘坐室，结构件的布置应使通过前纵梁的力流分 散地过渡到前围板区域及地板和门槛。 总之， 在进行车身结构设计时， 应使车身构成一个连续完整的受力系统与合理的载荷路 径，结构中的载荷路径合理与否，可以通过应变能的计算进行检验。 二、车身结构拓扑模型的建立 车身结构的布置设计（Topology Design）是车身概念设计中首先要完成的工作。车身结 构的拓扑模型（Topology Model）是指车身结构中，梁、柱等承载件的空间布置形式。而白 车身结构的布置空间（Topology Space）受车辆总体外形和内部布置要求的约束。 在车身结构概念设计阶段， 要研究结构拓扑模型和定义初始的几何尺寸参数； 而拓扑模 型是研究构件几何参数的基础。 三、应变能分析 结构在载荷作用下发生变形，于是各部分将储存一定的应变能（弹性势能） 。结构的构 件储存应变能的多少是衡量它承担载荷多少的标志，可以用比应变能（应变能/质量—应变 能密度）来表示。 车身扭转时的总应变能为
FF 布置：转向操控性好，高度降低，长度缩短，有利于轻量化。 RR 布置：操控性差，后排乘坐舒适性较差。 其次，还有轮罩形状和地板布置，发动机舱和前围布置，车室内部布置，后围布置，行 李箱、燃油箱和备胎布置。布置要求如下： ① 确定离地间隙及地板高度 ② 确定轮罩空间形状 根据前轮转向跳动图和后轮跳动图，可以确定前、后轮罩的空间大小及形状 ③ 地板凸包和传动轴布置：在垂直平面内将传动轴布置成 U 形方案 车身布置术语 H 点（Hip Point)：躯干与大腿的铰接点 R 点和 H 点 R 点： 在总布置设计之初， 根据总布置要求确定一个座椅调至最后、 最下位置时的胯点。 然后以 R 点作为参考点进行设计。 H 点：试制出样车后，将座椅调至最后、最下位置，把三维 H 点人体模型安放在座椅 上，测量此时的胯点即为 H 点。 （设计 H 点和实际 H 点） H 点与 R 点相认证，按 H 点位置确认或修改设计。 百分位：表示人体某项尺寸数据的等级。5th 表示有 5%的尺寸小于此值，95th 表示有 5%的尺寸大于此值。 硬点尺寸：连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间以满足使用要求的空间尺寸。 眼椭圆：驾驶员以正常姿势坐在车内座椅中时，其眼睛位置在车身中的统计分布图形。 它用来研究视野性（眼椭圆样板） 头廓包络： 乘员以正常姿势坐在适宜的位置时其头廓的包络。 用于设计中确定乘员所需 的头部空间。 驾驶员手伸及界面：驾驶员以正常的姿势坐在座椅中，身系安全带，一手握住方向盘， 另一只手所能触及的最大空间廓面。主要用来检验驾驶室手操作纽件布置的合理性。 车室内部布置设计 车室内部布置设计要求： Ⅰ. 乘员坐姿和座椅布置符合舒适乘坐 Ⅱ. 保证车内有驾驶员操纵灵活准确的空间 Ⅲ.操纵装置的布置位置和作用力符合人体操纵 范围 Ⅳ.驾驶员视觉符合人眼视觉特性和视野特性 Ⅴ.具有被动安全措施 内部布置设计： ⒈ H 点布置设计（舒适乘坐姿势，驾驶员的设计 H 点布置，后排乘客的 H 点布置） 正常驾驶时，有三个重要 H 点位置，即最前、最后、平均位置 ⒉ 顶盖和前后风窗的布置 根据前后座 SgRp 点（H 点） ，确定头廓包络面；根据发动机罩高度和前围位置，确 定前风窗下边缘 C 点位置；根据行李箱高度和后围位置，确定后风窗下缘 D 点位置 车身宽度方向布置：保证乘员头部与侧窗、肩部与车门以及肘部与车门之间的间隙。考 虑上下车的方便性。 眼椭圆视切比：眼睛位置落在眼椭圆切线包含眼椭圆一侧的概率。 眼椭圆包含比：眼睛位置落在眼椭圆内的概率。 抛出问题： （1）视切比是大于还是小于包含比？
（2）乘坐参考点（SgRP 也就是前面介绍的 R 点)还是 H 点是唯一的？ 第三章 a.白车身（BIW—Body In White） 概念定义：通常指已经装焊好的白皮车身，主要包括车身结构焊接总成和车身闭合 件焊接总成，不包括车身附属设备和装饰件。车门、发动机罩、行李箱盖等都是闭合件。 b.车身（如有车架则包括车架）与汽车的车轮、悬架系构成汽车的行驶系，是汽车行驶 时的主要承载部件，承担着全部载荷，包括由发动机、传动系及悬架系传来的载荷及各种路 面工况下的作用力和力矩。 一、车身结构承载形式 1. 非承载式车身(图 3-1） ：带有独立完整车架的车身结构，由车前板制件、车室和车 架组成。 优点：由于车身与车架间的弹性连接，使乘坐舒适性提高；给车身的改型带来方便。 缺点：由于带有车架，使承载系统重量加大，车辆总高加大。 2. 承载式车身(图 3-2）承载式车身(图 3-2） ：将车架的作用融入车身的结构，它承担承 载系统的全部功能。 优点：由于承载式车身是空间框架结构，充分利用车身承担载荷，因此具有整体刚 度大、重量轻和整车高度低等。而且生产效率高，是现代轿车中常见的结构。 3.半承载式车身：防止振动传入车身，将 engine 和行驶系通过副车架（辅助横梁）与车 身底架相连。好处：使前纵梁变形减少。 二、作用在车身、车架上的载荷 1. 在各种典型路况下车身、车架所受的载荷 就悬挂质量系统而言，取通过质心的坐标系 xyz，如果将系统视为刚体，则它在悬 架系上有六个自由度，即沿 x、y、z 轴的线位移和绕这三个轴的角位移；相应有沿 x、y、z 轴方向的三个力、 、和绕三个坐标轴的转矩、弯矩和，汽车行驶时，一般作用在车身上的力 为： (G G e ) Fm r am km (Gr G e ) km Fi g
第一章
1.产 品 开 发 流 程
四 ① ② ③ ④ 个 阶 段 产品管理 概念开发 批量开发 批量准备
2.现代车身设计技术
1、计算机辅助造型技术（CAS） ：采用扫描和失量化技术 2、虚拟现实技术（VR） ：人机交互，多媒体 3、空气动力学模拟：CFD，分内流、外流，整车属于外流，空调、车室内属于内流 4、人机工程技术：研究人、机、环境的规律，体现在：舒适性、视野性、手伸及性、 操控性 5、数字样机技术：DMU，白车身焊接过程 模拟，车门玻璃装配，运动干涉 6、CAE 分析和验证技术 7、模块化设计技术：车门模块化、仪表板模块化、顶后侧内饰、白车身 3.现代车身产品开发流程 车身产品开发阶段： 产品策划，概念设计，技术设计，产品试制，产品试验，生产准备 车身产品开发内容： 车身造型（草图构思，效果图设计，胶带图设计，CAS 设计，模型制作，模型测量和 线图设计） ；车身结构可研（可行性研究） ；三维结构设计；二维图设计 CAE 计算和验证；车身试制；车身试验；工艺支持；绿色设计 现代车身设计方法： 性能设计；精益设计（提高效率和减少浪费） ；并行工程；
4.两个知识点
（1）基于知识工程（KBE） 总体结构：人机界面、人工智能系统、CAD/CAM/CAE 系统、集成机制和广义数据库 （2）虚拟产品开发（VPD） 汽车虚拟试验系统，汽车虚拟分析系统 汽车虚拟设计系统 第二章 1.主要内容 （1）车身布置内容 （2）基于统计学车身内部布置工具 （3）车室内部布置设计方法 1 车身布置内容 ⅰ）车身布置前期 明确产品开发目标，主要包括面向用户群、级别、豪华程度、销售地及车型风格 ⅱ）车身布置设计 一要考虑轿车级别； 二要考虑发动机和传动系的布置形式 优缺点： FR 布置：有利于车室内部和行李箱布置，动力性和操控性好；整车高度不Tx
1）如果总应变能小，则说明车身刚度足够大，或材料没有被充分利用。措施：将应变 能小的构件取消或减薄板厚，减轻重量。 （2）应变能大的区域是高负荷区，变形较大，因此对车身刚度影响较大，要考虑是否 需要加强其刚度。 四、碰撞安全性对车身结构的要求
汽车碰撞安全法规，是汽车进行碰撞安全设计的依据。主要包括：正碰撞、侧碰撞、后 碰撞、固定柱碰撞、翻滚、高空跌落和顶盖碰撞。 汽车碰撞会导致乘员与车内部件的碰撞， 汽车碰撞称一次碰撞， 乘员与车内部件的碰撞 称二次碰撞。在进行车内结构设计时，不仅要考虑设置安全带、安全气囊，还要考虑车身结 构缓冲和吸能措施等结构设计。 纵向碰撞理想特性和安全设计 将车身结构分为乘员安全区（A 区）和缓冲吸能区（B 区） A 区：应有足够的刚度，不允许发生大的碰撞变形，保证乘员有足够的生存空间。 B 区：在前后碰撞时允许有较大的变形，以便合理地吸收撞击能量，使得作用于乘员身 体上的力和加速度不超过规定的人体忍耐极限。 车辆前部理想特性曲线： 第一区段是低速碰撞，其车辆的变形及变形力值都应比较小，以利于保护行人和车辆； 第二区段为相容区，变形力值应均匀，即在中速碰撞过程中能量比较均匀地被吸收，尽 量降低撞击加速度峰值； 第三区段为自身保护区， 在高速碰撞时使汽车乘员室具有自身保护能力， 车身结构在这 个区段应有较大的刚度， 从悬架到车身前围板之间的变形力值急剧上升， 阻止变形扩展到乘 员室； 而且要求在这个碰撞过程中， 必须通过相应的结构使汽车动力总成向下移动而不致挤 入乘员室 侧碰撞和安全设计 侧碰撞的理想特性是：侧面结构有足够大的刚度，确保车门和立柱不发生大的变形，加 强 B 柱的铰链柱刚度及其与门槛的接头刚度尤其重要。 总之，车身结构碰撞安全性：就是车身结构承受碰撞的能力、变形模式以及吸收碰撞能 量等综合能力的体现。 良好的车身结构碰撞安全性， 意味着在一定的变形模式下结构应能承 受较大的撞击载荷， 并吸收较多的碰撞能量， 使结构的变形向有利于保护乘员生存空间的方 向发展，使乘员所受到的冲击损伤符合有关的法规要求。另外：还要做到碰撞时考虑对行人 的保护。 1.车身结构内力 在车身概念设计的初期阶段， 车身可被简化为一个空间框架结构， 可以采用有限元法求 得结构在外载荷作用下各个构件的内力。 采用梁单元来模拟， 梁单元的刚度主要决定于梁的 材料和截面性质。 A．当车身框架承受弯曲工况时，每个构件节点只有三个自由度，即平面内的两个线位 移和一个转角，节点力为轴向力、剪力和平面内的弯矩。 B． 当车身框架承受扭转工况时， 每个构件节点有六个节点位移分量和六个节点力分量。 2.构件的截面特性 车身杆件主要由薄板成形件组成的， 杆件截面分为开口和闭口， 其截面形状和尺寸对截 面特性有影响。由刚度矩阵可知，与结构刚度有关的参数除了材料特性外，主要是惯性矩和 极惯性矩等截面特性。 在材料面积 A 和壁厚 t 保持不变的情况下， 闭口截面的抗弯性能稍次于开口截面， 但闭 口截面的极惯性矩要比开口截面大多了。 3.车身结构中构件节点（接头）的性质 车身结构中两个以上承载构件相互交叉连接的部位称为节点（或接头） 。 1. 研究接头的意义 白车身结构总成是由承载构件、 接头和板壳焊接组成。 接头在很大程度上决定整个车身 的刚度和振动模态，因而影响车身的振动、噪声和耐久性。