汽车车身结构与设计

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40～60%；货车——车身质量占整车整备质量的16～30%；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——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、传动装置和操纵机构。

1908～1921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：①减少了零件和连接件数量；②减少了昂贵的手工工序；成本↓↓③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：①出现了生产批量不大的用玻璃纤维增强树脂制成的车身；②车身内部装饰广泛应用了人造材料；③外表覆盖层开始采用具有弹性和高度光泽的合成漆；④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，为解决车身问题开始采用如下技术：①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；②开始实现计算机辅助设计（CAD）；③经济适用的结构。

80年代以来：①重空气动力性，降低风阻；②乘坐舒适、人机协调；③具有风格和个性，满足不同层次的需要；④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。

⑤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。

⑥CAD、CAM、CA T在车身设计、制造与试验中得到大量采用。

——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、20～40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：①平头式；②全金属式非承载式车身结构；③整体水平接近国外50年代中期；④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：①基本结构与660系列相同；②外形更合理，动感更强；③加大了前风窗和侧窗；④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：①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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JT1118H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。

⑥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。

⑦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。

2001200220032004200520062001～2006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、决定整车的整备质量G o （自重）和造价据统计：小客车：车身约占G o 和造价的40~60%；大中型客车：车身约占G o 和造价的60~70%；厢式汽车：车身约占G o 和造价的40~50%。

↓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① G o 身↓→G 装↑→单位装载量油耗↓② G 装不变，G o 身↓→动力性↑③ G 装不变，G 0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 ω= 15.21aD AV C （N ），可知：① 流线型系数G D 对F ω有绝对性的影响：迎风面积A 不变，C D ↓→F ω↓↓。

一般通过道路、风洞试验，计算机摸拟等，最大限度地↓C D 。

②F ω与V a 密切相关V a ＜50km/h F ω较小；V a ＞50km/h →F ω↑↑—汽车动力的绝大部分消耗于F ω→Qe 。

↑↑ 5、车身形状影响汽车高速行驶的稳定性① 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α1＞后轮侧偏角α2→不足转向。

20、重心点位于中性转向点之后：α1＜α2→过多转向特性。

30、重心点与中性转向点重合：α1=α2→中性转向特性。

②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①若车轮采用独立悬架→舒适性取决于车身;②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③仪表、开关及操纵按钮布置是否便于操纵；④驾驶区布置是否合理；⑤视野是否良好→观光、采光等。

7、与行驶安全密切相关①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。

②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。

③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）①影响人们是否乐于接受——外形、色彩、车内布置、内装饰等；②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，车身设计的地位在汽车设计中越来越重要。