车身设计.docx
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车身设计
第一章概述
§1—1汽车车身的范围
一、车身的范围
包括：
驾驶员工作的场所、乘客乘坐的空间、货物装载的空间以及汽车的覆盖部分。
具体可用下图表示：
车身
{
白车身
{
壳体焊接总成{
结构件
覆盖件
}{
顶盖
前、后围
左、右侧围
地（底）板
车门及其附件{
车门本体{
门外板
门内板
铰链
锁及内外手柄
门窗升降机构
车前、后板制件{
发动机罩、散热器面罩
前、后翼子板、轮罩、挡泥板
保险杠、行李箱盖
附件{
座椅、灯具、刮水器、内、外后视镜
暖风、制冷、空调装置
内外装饰件、门窗密封条、仪表板及仪表
货箱
§1—2车身分类
二、按受载情况分
按受载情况可分为非承载式、半承载式和整体承载式车身。
所谓载荷主要是指两部分的力，第一部分是车身自重、装载客货的重量、惯性力、空气力。
第二部分是发动机与底盘部件的重量，以及它们工作时产生的反力，还有从路面传来的力。
只承受第一部分载荷的车身称为非承载式车身，具有非承载式车身的汽车一般都有完整的、与车身分离的车架。
车身与车架之间用弹性元件（如弹簧或橡胶支承）联结。
当然，事实上，任何弹性再好的联结总是会把部分作用在车架上的力传递到车身上，也就是说车身总是要分担一部分车架所承受的载荷，这载荷的大小与支承安装点的数目及其刚度有关。
但是在设计时认为相对而言非承载式车身的这一作用很小可以忽略不计，故将车架设计成能承担全部载荷的系统。
这种车身的优点在于有车架作为整车的基础，因而便于汽车总装和组织生产，也便于改装变型。
另外，车架及其与车身的连接件能吸收一部分来自地面和发动机的振动与噪音。
但它的缺点是整车重量增加，整车高度也加大。
因此主要被采用于非刚性结构车身（如软顶车身、开式车身结构），载货汽车的驾驶室绝大多数属于这一类车身。
车身与车架是刚性连接（如焊接、铆接或螺钉连接），车身能分担车架上的部分载荷，这种车身称之为半承载式车身或有车架的结合式车身。
这种结构最初是为了避免非承载式车身相对于车架位移时发出噪音而设计成的。
由于重量大，现在较少采用。
广泛采用的是底架承载式车身，这种结构无车架，靠车身下部的底架作为主要承载元件，车身上也分担一部分载荷，故也属于半承载式车身。
承载式车身是用车身完全代替车架的作用承受全部载荷，车身为整体的空间承载系统。
其优点是具有很强的刚度，而且由于材料得到充分的利用，可减轻车身的重量；又由于免去了车架从而使地板离地高度得以降低，门坎也随之降低，这对于降低整车高度和整车质心高度以及提高上下方便性都是有利的。
这些是近代轿车和大客车广泛采用承载式车身的主要原因。
但是这种结构容易将传动系和悬架的振动和噪音、车轮在地面上滚动时的振动和噪音直接传入车内，因此需要改进隔音、减振措施。
三、按用途分
可分为轿车车身、客车车身、货车车身三大类。
（一）轿车车身
1.按外形分
1）折背式（Notchback）又名凹背式、船形车，三箱式（3-box）
2）直背式（Fastback）又名快背式、溜背式，两箱式（2-box）
3）短背式（Cut-offback）又名截尾式，也是两箱式（2-box）
4）厢式（Wagon或Van），单箱式（one-box）
2.按发动机排量分
根据GB/T3730.1-1988之规定，轿车按发动机排量Ve由小到大可分为：
微型、普通级、中级、中高级、高级等五个级别。
Ve/l
级别
车长La/m
轴距L/m
外形
≤1
微型（minicar）
≤3.5
≤2.3
1-box或2-box
（1～1.6]
普通级（subcompactcar）
4～4.3
2.3～2.5
2-box或3-box
（1.6～2.5]
中级（compactcar）
4.3～4.6
2.5～2.7
3-box少数2-box
（2..5～4]
中高级（Intermediatecar）
4.7～5
2.7～3
3-box四门二排座
>4
高级（Limousine）
5～6
>3
3-box四门三排座
（二）客车
1.按用途分
1）城市客车（Citybus）用于城市或城郊短途客运，车内设有少量座位和供乘客站立与走动的通道。
2）长途客车（InterCitybus）用于城市之间载送乘客及其随身行李物品。
车内无专供乘客站立的位置，有存放旅客行李物品的设施。
3）旅游客车（Sightseeingbus）用于载送乘客观光游览，其车身特点是视野开阔、乘坐舒适、设备齐全。
4）团体客车（Privatebus）用于载送职工上下班和公务用的客车。
2.按车长分
级别
车长L/m
座席数
载客人数
微型客车（Minibus）
≤3.5
<6
<5
轻型客车（Lightbus）
（3.5～7]
6～26
6～40
中型客车（Mediumbus）
（7～10]
26～51
26～90
大型客车（Largebus）
（10～12]
42～63
42～115
特大型客车（Extrabus）
（14～18]
<67
90～180
需要说明的是：
1.发动机排量大于4l的轿车并不等于都是高级轿车，如有些Sportscar功率极大，但不属于高级轿车。
能称得上高级轿车的还应有另一些综合的特征。
其主要特征除了发动机排量大,也就是说具有高动力性之外，还应有高可靠性的转向、制动性能及一切安全设施。
更重要的特征是表现在车身上，通常有三排座，以后排座为主座，具有足够的空间和豪华舒适的内部设施，在前后座之间装有隔音玻璃将乘客室与驾驶室分开。
因此，各国都以此作为礼仪的象征。
其英文名称来自法语，源于法国中南部名城里摩日，该城在中古时期曾出过一种供贵族乘坐的、采用封闭式车厢的豪华马车，当时曾流行于欧洲，并以城市而得名。
2.客车的车长与座位数并不是严格地相关，同一车长可有不同的座位数与之对应。
例如TOYOTA的Coaster，车长6180mm，就有17座、22座、26座三种规格。
按内饰和有无空调分为标准级和豪华级，但座位数都有22座与26座二种，而17座则为超豪华级。
3.近年来，出现了一种介于轿车和轻型客车之间的车型——多用途车MPV（MultiPurposeVehicle）
这种车的外形比较象轻型客车，造型属于单厢式（onebox），但与相同车长的轻型客车相比，其车高要低得多，而轴距却大得多，更主要的区别在于充分采用了轿车的技术，具有较高的动力性，由于前后桥都采用了独立悬架，因而具有良好的平顺性。
与相同车长的轿车相比，车宽和车高都更大，具有宽敞的内部空间。
而且三排座椅能方便地拆卸、移位、旋转和折叠，可灵活地布置成多种形式。
无论与轿车还是与客车相比，这种车的空气阻力系数都较低。
另外，一般MPV都无中柱，车门采用移动式车门，打开时可获得很大的开口，十分方便乘客的上下进出。
（三）货车车身
1.按驾驶室型式分
1）长头驾驶室（C.B.E）（Cabbehindengine）
其优点是：
①维修发动机方便，②驾驶室受热、受振动较小，③操纵杆件容易布置，④前轴负荷较小。
⑤被动安全性较好。
其缺点是：
①汽车侧面面积利用率低，②换言之，总长较大，最小转弯半径较大，机动性较差，③视野性差。
故比较适合于使用条件较差的中、重型货车和越野车。
2）平头驾驶室（C.A.E）（Cabatengine）或（C.O.E）（Caboverengine）
其优缺点与长头车身正好相反。
因平头车身在汽车侧面面积利用率、机动性和视野性等方面的优势，故在微型、轻型货车上得到广泛应用。
还因采用了可倾翻式结构，克服了发动机维修不便的缺点，因而在中、重型货车和汽车列车的牵引车上的应用也日益增多。
2.按货箱分
1）通用货箱
按拦板可分为高拦板和低拦板。
按地板可分为平地板和低地板。
2）专用货箱：
有以下几种
a.罐式：
有液罐和气吹罐b.自卸式c.厢式d.集装箱
§1—3车身设计的步骤与方法
四、采用统一的车身坐标系
车身设计的所有步骤都是在统一的三维直角坐标系中进行。
（一）必要性
这样做是为了：
1.正确、准确、精确地表达车身零部件的形状、大小及其在车身上的位置。
2.便于核对总成中各零部件之间的装配关系。
3.确保各种设计资料（四大件）的完全一致。
（二）车身坐标系的规定
关于坐标系QC/T490—2000《汽车车身制图》有如下的规定：
1.坐标系的确定：
用右手定则确定坐标系，X为汽车的长度方向，Y为汽车的宽度方向，Z为汽车的高度方向。
2.零平面的确定：
（按汽车满载时确定）
零平面平行于图样的边框线。
1）高度方向的零平面：
一般取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长的一段所在的平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较长的一段所在的平面作为高度方向的零平面。
记作0Z，0Z上方为正，下方为负。
2）宽度方向的零平面：
取汽车的纵向对称中心平面。
记作0Y，0Y的右侧为正，左侧为负。
3）长度方向的零平面：
取过前轮理论中心线并垂直于高度零平面的平面。
记作0X，0X的后方为正，前方为负。
3.坐标平面：
平行于零平面的平面。
它是用来确定车身各部分相对位置关系。
4.坐标线：
坐标平面在投影平面上积聚而成的直线，用细实线表示，间隔为100mm或其整数倍。
5.坐标线的标记
每一根坐标线的一端（在0#图纸幅面以下的图样中）或两端（在0#图纸幅面及其以上的图样中）都应注有表示该坐标线距离零平面距离百分之一的数值标记和表示该坐标线方向的字母标记。
数值和字母标记的字号为7号字且一律水平书写。
例如“－4X”表示该坐标线为位于长度零平面之前，距离0X为400mm的长度方向坐标线。
6.图面布置
一般主视图按汽车自右向左行驶方向布置图面。
7.其它
当视图中只有一根坐标线时，除了标注此坐标线标记之外，还应给出相邻一侧坐标线标记，二者之间用箭头连接。
五、车身设计的方法与步骤
（一）初步设计
1.绘制1∶5车身布置图
这是第一张车身图纸，它画在带有间距为100mm（实际距离20mm）的坐标网格的图纸上。
1）其依据为：
整车总布置所确定的控制尺寸（如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距、轮胎尺寸、离地间隙等）以及总布置方案（如发动机和传动系的布置及底盘各总成的外廓尺寸及其位置尺寸）。
2）其任务为：
①初步确定车身的主要控制尺寸。
如前悬、后悬、地板高度、发动机高度、前围板位置、前后风窗位置及倾角、车门、侧窗位置等，以及②车身内部布置（如座椅布置、仪表板布置、操纵机构布置、乘客区的布置等），主要是确定内部空间的控制点（如H点位置以及头顶、肩、肘、臀等部位的空间，手、腿的活动空间）。
并画出车身布置的三视图及必要的剖视图和向视图，明确地表达出所确定的控制尺寸。
2.绘制彩色效果图
1）先画外形效果草图（又称构思图、概念图）
此时方案多多益善，以供挑选。
画面可以不很仔细，但要突出设计意图。
可从不同角度表达出车身各部分的造型特征。
2）绘彩色效果图
从草图中选出几种比较满意的方案，以一定的比例（1∶5或者用1∶10），以一定的视角、视距，按照总布置图所确定的尺寸，严格地用透视方法绘制铅笔底稿，然后着上颜色，使之成为形象逼真、立体感强的透视效果图。
以便对未来的汽车有一个较为确切的概念。
彩色效果图一般有外形效果图和内饰效果图两种。
3.制作1∶5模型
这是在效果图的基础上进一步细化和完善汽车外形的设计。
以车身布置图的尺寸和彩色效果图的外观造型为依据，在木质骨架上雕塑1：
5模型。
骨架定位安放在刻有间距为20mm的坐标网格的平台上。
雕成的模型也应划有相应的网格线。
制作模型的目的是为了：
1）弥补效果图的不足，进一步明确外形的过渡部分和细节的表面特征。
2）提供进行风洞试验，以考察所设计车身的空气动力性能。
为了选型，有时需要制作多个模型。
模型的材料最常用的是油泥，也有用石膏或木材的。
其制作方法参见书上§5-2（主要在P93～94）
在制作15模型时出于审美的要求，常常会对1∶5车身布置图作某些修改和补充，应将修改后的外廓线返回到车身布置图上。
通过上述工作，建立起车身的形体概念，一旦在设计任务书中确定下来，即可着手更详细的技术设计工作。
（二）技术设计
在初步设计阶段，无论是从平面到立体还是从图纸到模型，都是以小比例进行的。
虽然给人以较形象的概念，但与未来汽车的真正形象仍有一定距离，还可能存在着各部分尺寸比例失调，线型不合适等缺陷。
故必须放大到1∶1的比例，进行进一步的设计。
1.绘制1∶1线型图
线型图又称贴带图，过去叫黑板图。
此步工作是以修改后的1∶5车身布置图和1∶5模型为依据，是造型、布置和结构设计三者有机结合的过程。
其主要任务是：
1）初步确定车身的轮廓尺寸。
将小比例模型上取下来的样板曲线放大到图上（用专用的细胶带表示线条的即贴带图，用石笔画线条的即黑板图）进一步观察、评价其放大后的效果，（如前后风窗角度、车身侧面视图及前后视图的轮廓曲线、特性曲线等）
2）校核车身布置的合理性
用1∶1人体样本校核车身内部布置尺寸是否合理。
同时检查车身与发动机、底盘各总成的位置是否合适，间隙是否恰当。
3）检查结构设计的可能性
结构设计是在外形约束下进行的，造型与结构的矛盾应当在此阶段（即最后确定外形之前）充分暴露出来，并及时妥善处理。
（例如侧窗台的高度能不能满足车门玻璃降入车门的要求，门缝位置是否合理，能不能保证铰链、门锁的布置以及有无运动干涉等）
4）通过上述校核和修改外形后，取下主要轮廓样板，供雕塑1∶1外模型用。
2.雕塑1∶1外模型
这是外形设计定型的主要步骤。
其依据是1∶1线型图上取下来的轮廓样板和1∶5模型。
由于视觉上的错觉，在将小比例的模型上的曲面和倾斜表面放大到1∶1时，常会感到比预先想象的更为圆滑和倾斜。
因此1∶1模型制成后常会暴露出许多造型上的缺陷，从而不得不对原本已初步确定的车身外形作较大的改动，这在某些场合下也上难免的。
这也正是制作1∶1外模型的必要性之所在。
1∶1外模型通常用油泥作为材料，以木材或泡沫塑料为骨架，留出50～100mm敷泥厚度，安放在刻有边长为100mm的方格的坐标网格线的平台上，进行雕刻。
做成的模型上还应喷上漆、装上玻璃和真实的车轮，力求形象逼真。
模型的四周应留有足够宽敞的场地，以便观察。
一般轿车做整车全尺寸模型，货车只做驾驶室全尺寸模型，大客车只做前后部分的模型。
3.制作1∶1内部模型
此模型一般采用木制骨架，内部装有真实材料的附件（如座椅、仪表板、方向盘及操纵机构）和真实的覆饰（如顶棚、侧壁）。
其作用是可用三维人体模型检验内部尺寸是否布置恰当，能否符合使用要求（如驾驶员的工作空间、操纵方便性、乘坐舒适性、上下方便性以及视野性等）。
从而对车身总布置作出肯定的结论或必要的修改。
4.绘制车身主图板
1）定义
主图板是进行汽车车身总体布置、绘制车身表面（轮廓线和截面曲线）、零件结构、运动轨迹、装配关系等1：
1的总图板。
其尺寸可直接量取。
主图板是车身设计中极为重要的技术资料和生产依据，其它一切资料（如工作图、样板、主模型）均以它为标准。
2）要求：
线型精细、不易变形。
由于主图板是靠实际的图线来确定车身零件的结构和形状以及控制装配运动关系的。
并且它将作为设计资料而长久保存于该车型整个生产期间。
故有此要求。
3）材料：
应使用不易变形的、表面涂有无光白漆的硬铝合金薄板，以沉头螺钉固定在木制框架上。
或特制的带有坐标网格的聚酯涤纶薄膜（厚度为0.15～0.18mm）。
在批量较小时也可将图纸裱糊在木板上或将白漆喷在胶合板上制成非正式的主图板。
4）网格线：
主图板上应划有间距100mm的坐标网格。
要求如下：
（1）每个网格长度尺寸偏差±0.1mm；
（2）任意一个边长为1m的正方网格对角线长度偏差±1mm；
（3）网格线宽≤0.15mm。
5）作业主要内容：
在主图板上确定和绘制以下内容：
（1）车身的主要轮廓；
（2）车身各零件的装配关系；
（3）车身各零件的结构断面；
（4）车身中运动零件的运动轨迹；
（5）与车身相关的其它总成的位置、轮廓及运动零件的运动轨迹；
6）注意事项：
（1）图线一律采用细实线，应使用硬度高于4H的铅笔，图线的尺寸偏差±0.25mm；
（2）不标注任何尺寸,尺寸大小直接在图上量取；
（3）可根据需要作一些标记以利于辨认；
（4）以外覆盖件的内表面为表达对象；
（5）通常将线图和结构图分开绘制于两块主图板上。
为充分利用图板面积以及便于投影，主图板的图面布置上允许：
①左右对称的车身可只绘制左半部；
②部分视图的投影可重叠；
③前、后视图可各画一半布置在同一视图。
④可采用第三象限画法布图。
5.绘制车身图样（零件图和总成装配图）
1）任务：
（1）进行车身零件结构设计；
（2）密封件设计；
（3）工艺审查。
2）有关规定
（根据QC/T1-1992《汽车产品图样的基本要求》、ZB/TT04005-1989《汽车产品零部件编号规则》、QC/T490-2000《汽车车身制图》的有关规定）：
（1）图样编号方面：
①每个专用零部件必须有独立的编号。
②汽车产品零件、总成图的编号由以下几部分组成：
a）企业代号——2-3个汉语拼音字母（在企业内部使用时可省略）
b）组号——2位阿拉伯数字，表示汽车各功能系统内分系统的分类代号。
c）分组号——2位阿拉伯数字，表示总成和总成装置的分类代号，即表示它在所隶属的组号内的顺序号。
d）件号——3位阿拉伯数字，表示零件、总成和总成装置的代号。
e）结构区分号——用两个字母或两位数字区别同一类零件、总成和总成装置图的不同结构、性能、尺寸参数的特征代号。
f）变更经历代号——用一个字母和一位数字表示零件、总成和总成装置图更改过程的代号。
g）修理件代号——仅用于在标准尺寸的基础上加大或减小尺寸的修理件，并按其尺寸加大或减小顺序给予代号。
③件号中的001——009为分组内的装置图或安装图所用，零部件不可用。
④零件号的第三位不准用“0”，总成件号的第三位必须是“0”。
⑤编号可连续进行，也可间断进行，留出一些空号。
但两个左右（或上下、前后）对称的零部件的编号应尽量连续。
（2）图样画法方面：
①每个专用零部件一般应绘制单独的图样。
②如有两个或两个以上结构、尺寸都很简单的零件组成一个总成。
允许只绘制一张总成图样，但须能表达各零件及总成的结构、轮廓、尺寸及相互关系。
③左右（或上下、前后）对称的零件或总成,一般绘左（上、前）件（或总成）。
在主标题拦内标出左（上、前）件的图号、名称，在主标题栏的延伸栏内标出右（或下、后）件的图号、名称，并注明“与左（或上、前）件对称”字样。
两个基本对称的零件或总成也可只绘一张（左或上、前）零件图，不同部分应加以说明：
“仅用于×件”。
④当某一图形中投影线过多且密，而一些投影线在该图中又无注明尺寸及表示结构的必要时，可不绘出这些投影线，将该图简化为“××简图”（参见书上图2—9中的“俯视简图”）。
⑤一个主要零件与一个或多个结构、尺寸都很简单的次要零件组成总成时，可在主要零件的零件图上用假想线绘出与之相配的次要零件，不再绘出总成图，只需在零件图的主标题栏的延伸栏内标注总成名称、图号即可。
⑥移出剖面允许省略剖面符号。
⑦总成图、装置图及总图中一般不使用“装配图明细栏”，也不再编零件序号，而是在图样用指引线就近标注组成该总成的零件、分总成的编号。
但不得将分总成编号与组成该分总成的零件编号同时出现在同一张图样上。
（3）有关尺寸标注方面
①尺寸的标注一般由最近的坐标线或与坐标线有尺寸联系的尺寸基准线出发。
②标注曲线上的点时应根据曲率变化的情况采用200、100、50、25、10、5等几种标距。
③曲线上的点的坐标值在小数点后只许出现0.25、0.50、0.75等三种尾数。
④零件图上尺寸应按内表面标注。
有主模型的零件图，其轮廓线以外的表面尺寸可以不注，但图样上必须标注“未注明零件表面尺寸按主模型量取”的字样。
6.样车的试制与试验
其目的在于通过实践，检验车身外形和结构设计的合理性，考核其性能、强度和寿命（也包括整车）；并预先了解未来批量生产时制造上的关键。
在此基础上对设计进行修改和补充。
通过反复的试验和改进，最后达到产品定型。
7.制造车身主模型
车身主模型是根据定型后的主图板、车身零件图以及样板等所给出的形状与尺寸制成的1∶1的实体模型。
它是车身设计重要的技术资料之一，是车身的立体形状标准，是检验车身零件形状和尺寸的依据，也是设计和制造冲模、焊装夹具、检验工具的主要依据。
更重要的是：
它还是今后生产的原始标准体。
由于生产过程中模具和夹具会逐渐磨损或变形，将影响零件的尺寸精度及装配精度。
而在修复模具或夹具时，必须要以原始的尺寸和形状为依据，所以主模型对于大批量生产的车身来说是必不可少的。
主模型按零件在整车中的位置，可分为“外主模型”和“内主模型”。
主模型也是按车身覆盖件分块，一块对应一个冲压件。
各块的外表面均表示覆盖件的内表面。
每个模型块至少有两个工艺基准面，并以其基准面安装于主框架上。
模型块的尺寸准确度为±0.25mm，表面刻有坐标网格。
所有外主模型装在一起即构成一完整的车身外形。
制造主模型的材料应为容易加工，不易变形的材料。
过去常用优质木材（如楠木），现已广泛采用夹布环氧树脂或玻璃钢。
制成的主模型应存放在恒温（10～15℃）、恒湿（25%～40%）的室内。
一般至少保存到该车型停止生产为止。
第二章车身总布置
§2—1人体工程学在车身设计中的应用
人体工程学（HumanEngineering）又叫人机工程学（Ergonomics），是起源于40年代，在70年代迅速发展起来的新学科。
它从人的生理、心理特征出发研究人与其所使用的物品、操作的机械设备以及所处的周围环境之间的关系。
其目的是优化人—机—环境系统。
（所谓优化即是使系统更安全、高效、舒适、健康）
它不是单纯地将人体作为医学或社会学的研究对象，而是将人体纳入工程学范畴，通过研究人体各部位的尺寸、质量、生理特点和心理因素等，找出统计规律，并用于与人有关的物品、机械装备、环境等的工程设计中，使得所设计的对象满足和适应人的生理与心理特点及要求。
也就是说，使人与他使用的物品、操作的机械、所处的环境能很好地协调。
最终目的是为了提高人-机系统的工效、减轻疲劳，安全、舒适地工作、休息。
研究的范围非常广泛，诸如必要的活动空间、舒适的姿态、可耐受的温度、湿度、压力、振动、冲击、噪声等，以及对光线、色彩的心理反应，等等…。
应用的领域也非常广泛，只要是与人有关的场合，都有其应用之处。
汽车人体工程学是人体工程学在汽车设计中的具体应用，也是汽车工程学科的一个新的分支。
国外在这方面的应用研究已非常广泛和深入，并有许多成果用于车身设计。
汽车车身内部布置是车身总布置的主要内容，其任务包括驾驶区和乘客区的布置，其核心的问题是确定人在车身中的位置以及所需要的空间，具体地说就是确定人与座椅、驾驶操纵机构以及周围车身的相对位置关系。
而这一切都必须以人体为中心，以相关的人体尺寸作为设计依据。
人体在车身中的位置与所需要的空间是用人体特征点的位置来描述的。
主要的人体特征点有：
踵点（A.H.P）、胯点（H.P）、肩点（S.P）、肘点（E.P）、腕点（Wr.P）、膝点（K.P）、胫点、踝点（A.P）以及头顶、膝部、胃部、手伸及界面等。
而这些点的位置无一不是因人而异，因此决不可能只是一个固定的点，必定有一个分布区域。
必须用统计学的方法来选取人体尺寸，而
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