毕 业 设 计（论文）
（说 明 书）
题 目：汽车车身结构与设计
姓 名： 、、、、
编 号： 、、、、、、
、、、、技术学院
年 月 日
、、、、技术学院
毕 业 设 计 （论文） 任 务 书
姓名 、、、、
专业 汽车运用技术
任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日
设计（论文）题目： 汽车车身结构与设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文）
指 导 教 师 、、、、
系（部）主 任 、、、、、
年 月 日
、、、、技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
机械工程 系 汽车运用技术 专业，学生 、、、、 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目： 汽车车身结构与设计
专题（论文）题目： 汽车车身结构与设计
指导老师： 、、、、
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情
况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 、、、、 毕业设计（论
文）成绩为 。
答辩委员会 人，出席 人
答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ，
、、、、技术学院毕业设计（论文）评语
第 页
毕业设计（论文）及答辩评语：
业设计说明书（论文）
摘 要
随着中国加入世界贸易组织，中国的汽车工业开始融入全球的竞争之中，入世成为中国汽车工业的巨大推动力量，使它的发展进入了一个全新的时期同时，也将面临严峻的考验。在如此激烈的市场竞争中，若想占有一席之地，就必须具有过硬的产品质量，先进的技术水平，才能不断地发展自己，巩固自己，才能适应新形式的需要，在发展中立于不败之地，因此，如何在设计阶段提高车身制造质量在当前就显得尤为重要。本文就目前的汽车车身的发展现状，进行有关车身的探讨和研究，并从车身造型演变及发展现状，车身概述，车身外形的设计方法等方面对汽车车身进行了阐述和分析，并进行了相关的设计与构思。以期达到对汽车车身更好的探讨和理解。
关 键 词：车身概述，发展现状，车身设计,功能设计
论文类型：毕业设计
ABSTRACT
With China's accession to the World Trade Organization, China's auto industry began to integrate into the global competition among the WTO to become a huge driving force for China's auto industry, it's development has entered a new period, but also will face a severe test . In such a fierce market competition, if you want a place to be with excellent product quality, advanced technology in order to continue to develop their own, to consolidate themselves in order to adapt to new forms of need, in an invincible position in the development of Therefore, how the body manufacturer in the design phase to improve the quality of the current is particularly important. In this paper, the development of the current status of the car body, and the relevant body of research and development from the evolution and status of body shape, body outlines, body shape design methods, are described on the car body and analysis, and the correlations The design and concept. To achieve a better body of the car and understanding. KEY WORDS: Body outlines, development status, body design, accessories design Dissertation Type: Graduation
目 录
第1章 绪论 ................................................ 5
1.1 汽车造型的演变及发展现状 ......................................... 5
1.1.1 马车型汽车 ........................................................................................................ 5
1.1.2 箱型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.3 甲壳虫型汽车 .................................................................................................... 6
1.1.4 船型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.5 鱼型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.6 楔形汽车 ............................................................................................................ 7
第2章 汽车车身概述 ........................................ 9
第3章 汽车车身外形设计方法综述 ........................... 12
3.1 传统手工设计方法简介 ............................................ 12
3.2 现代车身设计方法简介 ............................................ 13
第4章 当代汽车车身设计浅析 ............................... 16
4.1 车身的内部设计 .................................................. 16
4.2 车身的外部造型设计 .............................................. 16
4.3 车身设计安全性很重要 ............................................ 17
第5章 车身设计流程与技术探索 ............................. 18
5.1 车身制造技术的发展 .............................................. 18
5.2 白车身外观品质的研究方法 ........................................ 19
5.2.1 外观公差的标定 .............................................................................................. 19
5.2.2 适用制造公差的程序 ...................................................................................... 21
5.3 容差分配理论 .................................................... 21
5.3.1 概念 .................................................................................................................. 21
5.3.2 理论基础 .......................................................................................................... 22
5.3.3 容差分配的范围 .............................................................................................. 22
5.3.4 容差分配的计算方法 ...................................................................................... 23
5.3.5 容差分配的作用 .............................................................................................. 23
5.4 零件制造公差的设定 .............................................. 23
5.4.1 宗旨 .................................................................................................................. 23
毕业设计说明书（论文）
5.4.2 适用范围 .......................................................................................................... 23
5.5 移动公差的设定 .................................................. 23
5.5.1 宗旨 .................................................................................................................. 23
5.5.2 移动公差的含义 .............................................................................................. 24
5.5.3 适用范围 .......................................................................................................... 24
5.5.4 决定移动公差(设定移动公差范围) ............................................................... 24
5.6 制造基准的定位方案研究 .......................................... 24
5.6.1 制造基准的含义 .............................................................................................. 24
5.6.2 适用范围 .......................................................................................................... 24
5.6.3 对制造基准的分析方法 .................................................................................. 24
5.6.4 所需资料 .......................................................................................................... 25
第6章 轻型车身的功能设计 ................................. 26
第7章 结论 ............................................... 31
参考文献 .................................................. 32
致 谢 .................................................. 33
第1章 绪论
1.1 汽车造型的演变及发展现状
一部好的汽车特别是高档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,因而其背后的汽车车身制造工程技术尤为重要。
从19世纪末到20世纪初期，汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和革新上。到了20世纪前半期，汽车的基本构造已经全部发明出来后，汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进，并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计(工业美学)等概念，力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层，甚至各种文化背景的人的不同需求，使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象，最终达到最完善的境界。 汽车造型师们把汽车装扮成人类的肌体。例如：汽车的眼睛--前照灯；嘴——进风口；肺--空气滤清器；血管——油路；神经一电路；心脏一发动机；胃--油箱；脚——轮胎；肌肉--机械部分。力图将一个冷冰冰的机械注入以生命，使之具有非凡的艺术魅力，给人以美感。汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车等。
1.1.1 马车型汽车
我国古代早有“轿车”一词，是指用骡马拉的轿子(图1-9)。当西方汽车大量进入中国时，正是封闭式方形汽车在西方流行之时。那时汽车的形状与我国古代的“轿车”相似，并与“轿车”一样让人感到荣耀。于是，人们就将当时的汽车称为轿车。最早出现的汽车，其车身造型基本上沿用了马车的形式，因此称为“无马的马车”英文名Sedan就是指欧洲贵族乘用的一种豪华马车，不仅装饰讲究，而且是封闭式的，可防风、雨和灰尘，并提高了安全度。18世纪这种车传到美国后，也只有纽约、费城等少数大城市中的富人才有资格享用。1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。福特将他的“封闭式汽车”(Closedcar)称为Sedan。著名的福特T型车是马车型汽车的佼佼者。
1.1.2 箱型汽车
美国福特汽车公司在1915年生产出一种不同于马车型的汽车，其外形特点很像一只大箱子，并装有门和窗，人们称这类车为“箱型汽车”。因这类车的造型酷似于欧洲贵妇人们用于结伴出游和其他一些场合的人抬“轿子”式轻便座椅，所以它在商品目录中被命名为“轿车”。
1.1.3 甲壳虫型汽车
1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德·保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。从20世纪30年代流线型汽车开始普及到40年代末的20年间，是甲壳虫型汽车的“黄金时代”。
1.1.4 船型汽车
1945年，福特汽车公司重点进行新车型的开发，经过几年的努力，终于在1949年推出了具有历史意义的新型V8型福特汽车。因为这种汽
车的车身造型颇像一只小船，所以人们称它为“船型汽车”。福特V8型汽车的成功之处不仅仅在于它在外形设计上有所突破，而且它还首先将人体工程学的理论引入到汽车的整体设计上，取得了令人较为满意的结果。所谓人体工程学，就是用科学的方法解析的形体和能力，设计与之相吻合的机械与器具。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车，并且还较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。现在，福特公司的那种具有行李箱的四门四窗的轿车，已被全世界确认为轿车的标准形式。
1.1.5 鱼型汽车
为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背
部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。另一方面，鱼型汽车是由船型汽车演变而来的，所以基本上保留了船型汽车的长处，诸如车室宽大，视野开阔，车身侧面的形状阻力较小，造型更具有动感，乘坐舒适等，这些都远远地超过了甲壳虫型汽车的性能。另外，鱼型汽车还特别地增大了行李舱的容积，所以更适合于家庭外出旅行等使用。正因为如此，鱼型汽车才得以迅速地发展。但也同时存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了一至二倍，强度有所下降，产生—了结构上·的缺陷；二是当汽车高速行驶时汽车的升力较大。
鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。
1.1.6 楔形汽车
“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型——楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。
第一次按楔形设计的汽车是1963年的司蒂倍克·阿本提，这辆汽车在汽车外形设计专家中得到了极高的评价。1968年，通用公司的奥兹莫比尔·托罗纳多改进和发展了楔形汽车，1968年又为凯迪拉克高级轿车埃尔多所采用。楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。 日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。
汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。总有一天，汽车驾驶室会形成带有优美曲线的“玻璃罩”。与之交相辉映的是具有几何形态的车体，透着浑圆和流线风格。那时，汽车色彩的喷涂将在鲜艳中体现出柔和感和透明感，
因而会格外赏心悦目。
纵观世界上车身的总体发展情况，可以看出，随着计算机技术的迅猛发展，特别是高速处理终端及工作站出现以后，计算机几何图形处理技术得到进一步的完善，从二维、三维线框已发展为三维实体造型。已形成一体化的CAD、CAM集成系统，使车身造型直接在计算机上完成，使模型加工精度大大提高，使实车碰撞试验得以用模拟性方式进行。有限元技术使车身结构设计由复杂变得简单，并可对车身结构的性能进行测定和分析。事实证明这些现代化的产品开发手段有效的缩短了车身开发周期，而且极大提高了车身设计品质。此外，先进的生产工艺和高自动化的加工设备，也极好的保证了车身的制造品质。
如今，轿车产品之间的竞争，从某种意义上说，主要体现在车身造型的变化上面。更新快，造型美的车型，会为产品在竞争中取胜奠定基础。为此世界各大汽车公司都开发出了自己的CAD、CAM车身外形及内饰开发系统，充分利用现代车身设计方法进行车身的研制工作。可以相信，不断更新和完善的现代化车身开发手段会促进轿车车身的产品技术水平越上一个更高的平台。
第2章 汽车车身概述
车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式(或称全承载式)三种。
非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下，安装在车架上的车身对车架的加固作用不大，汽车车身仅随本身的重力，它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力，这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。 半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下，汽车车身除了承受上述各项载荷外，还在一定程度上有助于加固车架，分担车架的部分载荷。
承载式车身的特点是汽车没有车架，车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础。在此种情况下，上述各种载荷全部由汽车车身承受。
为了减小汽车的整车质量和节约材料，大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分，不可能采用承载结构。
没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性，减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击，则可采用非承载式结构。 轿车车身和货车驾驶室
轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架，而是由外部覆盖零件和内部板件焊接而成的空间结构。
承载式车身的地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件，其前部有两根断面尺寸较粗大的纵梁，它们往往与两侧的前挡泥板和前面的散热器固定框等焊接成刚性较好的空间构架，以便直接安装发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷。
与此相反，非承载式轿车(长头式货车的情况亦相同)的车身前部就较薄弱，其车前件通常不是焊接在车身壳体上，而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上。
发动机盖
发动机盖(又称发动机罩)是最醒目的车身构件，是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。
发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转，也有小部分是向前翻转。
向后翻转的发动机盖打开至预定角度，不应与前档风玻璃接触，应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启，发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置，锁止装置开关设置在车厢仪表板下面，当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。
车身构件组成：车顶盖
车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言，顶盖不是很重要的部件，这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲，重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡，以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然，为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度，一般在顶盖下增加一定数量的加强梁，顶盖内层敷设绝热衬垫材料，以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。
行李箱盖
行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。
如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。
翼子板
翼子板是遮盖车轮的车身外板，因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板，前翼子板安装在前轮处，因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。
后翼子板无车轮转动碰擦的问题，但出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线向外凸出。现在有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体，一气呵
成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因为前翼子板碰撞机会比较多，独立装配容易整件更换。有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料(例如塑料)做成。塑性材料具有缓冲性，比较安全。
前围板
前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板，它和地板、前立柱联接，安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口，作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用，还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。
为防止发动机舱里的废气、高温、噪声窜入车厢，前围板上要有密封措施和隔热装置。在发生意外事故时，它应具有足够的强度和刚度。对比车身其它部件而言，前围板装配最重要的工艺技术是密封和隔热，它的优劣往往反映了车辆运行的质量。
第3章 汽车身外形设计方法综述车
3.1 传统手工设计方法简介
一般认为，在计算机辅助系统没有引入汽车设计之前，汽车的车身设计属于传统设计方法阶段。此阶段的设计过程可用如图3-1所示的流程图进行描述。
图3-1传统手工设计流程图
设计人员劳动量大，产品光顺性不好。另外，在设计汽车其它的零件，比如发动机、底盘等时也存在类似车身设计中存在的一些问题。不过传统车身设计在传统设计方法中，车身的整体布局，包括外形曲面构成、色彩、外饰等在绘制效果图时已基本确定，由模型制作人员根据造型师的效果图制作缩比例油泥模型(通常是1：5)，这是一个反复观察与修改的过程，需要造型师、模型制作人员、美工人员甚至销售人员等的共同参与，因此，对相关人员的素质、经验等要求很高。即使在目前新车型的车身开发中，这两个步骤也是必需的，因这为整个产品的风格和基调构建了一个大的框架。设计人员根据模型手工绘制车身图纸和模具加工图纸，这完全是一个机械制图的过程。显然，以这种手工方式，首先在车身外形光顺性方面很难达到令人满意的程度，因为对光顺性的评价缺少一个可量化的标准，主观随意性较大。其次，当车身外形尺寸或形状有极小的改动时，相关的制图工作都要重新制作，不可避免地会延长开发周期(传统车身开发周期是3—5年左右)，设计人员的工作量虽非常大，但很多时候是在做一些重复性的工作，导致成本居高不下且不利于提高同一系列后继车型的开发速度。 总之，在传统的方法中，人与产品的交互式修改极为不便，车身设计周期长方法中缩比例模型制作这一手段却保留下来，通常以制作1：5的外形与内饰模
型，来寻求和验证最优的外形和内饰布局，经反复修改后再制作1：1比例模型。
3.2 现代车身设计方法简介
上世纪70年代以来，随着计算机辅助几何设计和计算机图形学的迅速发展，车身设计过程中部分或全程引入计算机辅助系统(CAD／CAM软件)，在计算机中构建车身三维数字化模型，以“所见即所得的”交互方式完善设计方案，是现代车身设计方法的主要特点。其基本流程如图3-2所示。
图3-2现代车身设计流程图
在绘制效果图阶段，可手工绘制也可利用计算机辅助软件绘制，具体根据设计师个人情况而定，但使用计算机绘制可更快捷地构建车身数字模型并使修改工作更方便。而使用手工绘制再制作缩比例模型和l：l主模型，再以三坐标扫描或激光扫描的方式在计算中构建车身数字模型，这是更常用的一种方法，因为以这种方式制作模型更能直观地表达出设计师的风格理念。这实际上就是一个逆向设计的过程。简单地说，逆向工程就是指将已有的产品模型转化为计算机中的数字化工程设计模型的过程，相当于是一种仿制，具有开发周期短、设计精度较高、便于进行结构设计／分析等优点，在车身设计过程中应用很广泛。著名的CATIA、IMAGEWARE、UG等软件都提供了强大的逆向设计功能。车身数字模型建立后可共享，有利于各部门实现并行工作，从而大大缩短设计周期，而且用于车身设计的各种CAD／CAM 系统都能够根据三维实体模型自动生成二维的车身图纸和用于数控加工的代码，同时当三维模型发生任意微小的改变时，系统都会自动地修改与之相关的图纸和数控代码。目前使用广泛的计算机辅助软件以CATIA最
著名，它是由法国达索公司与IBM联合开发的一套CAD／CAM／CAE软件，功能极为强大。cATI提供有完善的CLASS A(A级曲面，此名称也是由达索首先提出)构建功能。CLASS A曲面 ，简单地说就是指车身外形、仪表板、内饰件等对曲面质量要求较高的一类部件的曲面，即光顺性要求较高的一类曲面，既要表面光滑、连接过渡光滑满足空气动力学原理以大幅减少空气阻力，又要保留外形的美观。这里所指的A级曲面光顺性的概念从数学上可简单定义为：曲线二阶几何连续，没有多余拐点，曲率变化均匀，应变能较小。对曲面而言，至少是G2连续的(曲率连续)，也即两曲面沿公共连接线处在所有方向都具有公共的法曲率。车身外形不同的曲面片在拼接时，要求光滑过渡，至少满足G2连续，甚至G3连续。CLASS A曲面是以B样条方法来描述，节点向量采用累加弦长参数化法；曲面在 ， 方向上次数在3次到7次之间，最高不大于9次。实际设计中可从以下几个方面来评价A级曲面质量：曲面的设计精度、曲面的内部质量、曲面的连续性、曲面整体协调性、曲面满足车身结构设计及车身制造要求。正因为在计算机中能如此方便、高效地构建CLASS A曲面，才让车身实体造型日益精确和迅速，设计人员能够构造出更逼近于现实、曲面质量更高的车身三维模型。在计算机中不但可以对车身外观及内饰建立数字模型，而且可以对发动机、底盘等其它零部件建立模型，并直接进行有限元分析、结构设计／分析、甚至虚拟装配、虚拟风洞试验等，使得设计人员可以在计算机中构建虚拟的电子样车并进行试验，能在实际生产前预先发现设计中存在的问题，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分类存放在大型数据库中，以后对车型做改进时可直接到数据库中匹配类似的零部件，修改其相关参数即可满足要求，无需重新设计，非常有利于车型的系列化，生产商应对迅速变化的市场的能力也强得多。据宇通公司统计，通过在CATIA V5系统中集成了各车型的数据资料，尽管这几年宇通的客车车型增多了，但总体的零部件数量却下降了30％ 。如果有客户提出订单和个性化需求到达研发部门后，产品设计研发部门只需要对以前产品中某个模块进行修改，各车型就可以适应客户需求，组合出一种适应用户需求的产品来。
随着计算机辅助软件功能的进一步提高，现代车身设计越来越体现出模块化、自动化、虚拟化的趋势。未来的发展会强调以下3个方面：1)目前计算机不能自动追踪当前的产品流行风格和消费者的喜好，这需要设计师在市场调研的基础上，激发个人和团队的灵感来定位整车风格。未来在构建大型数据库的同时，应使计算机辅助软件具有一定的造型风格的创意、生成、评价能力。设计人员提出造型的模糊要求，计算机可基于专家知识库、人工神经网络原理，充分利用大
型数据库中的造型方面的知识和素材， 自动生成多个造型方案以供设计人员选择和做进一步的修改，从而为造型设计师提供更广阔的思维空间。当然，造型设计人员应及时了解竞争对手的的状况和顾客的喜好，不断添加新的素材、方案等到计算机系统的数据库中。2)目前的CAD／cAM／CAE等辅助设计软件还不能为设计人员提供一个完全虚拟化的开发平台，其虚拟设计／装配／试验等只能模拟部分实际情况， 目前暂时还比不上ADAMS等软件，其功能有待进一步增强。3)提高各计算机辅助设计系统平台的兼容性，提供产品全程寿命分析和评估能力，这对相关的材料、机械、电子和提高安全性方面的设计有巨大的意义。
第4章 当代汽车车身设计浅析
4.1 车身的内部设计
车身内部设计要力求精致、考究、装备齐全, 近年来, 内饰设计从强调舒适到重视驾乘的愉快与享受是车身内部设计的一个特点。大量采用柔性的内饰设计。内饰装备和覆盖物的造型都比较圆滑, 恰好与外形发展的趋势相呼应。面料和座椅软垫一体化成型的座椅, 整体模塑成型的仪表板和复合材料饰板给人以精致、明快的感觉,而内饰面料触感柔软则给人以和谐、舒坦的视觉效果。总之, 软化的内饰不仅是舒适的需要, 而且也是安全的需要。
座椅可说是保证乘员舒适性的最重要的装备。座椅的设计和布置首先要保证乘客的坐姿符合人体工程学。然而, 一个座椅要满足各种体形的人, 就得能够对座椅从各个方位进行调节。愈是讲究的座椅, 调节机构就愈复杂。为了使座椅适合各种身材的人, 就要按照人体工程学和数理统计原理对座椅的调节方式和调节范围进行精确的计算并设计, 同时保证车身内部空间的尺寸尽可能紧凑。现代车身内部设计更加追求愉快感。在车身内部所采用的音响设备、电视、无线电话以及小型冰箱等设备就是明证。随着旅游的兴旺发达, “娱乐型”汽车的概念应运而生。显然, 消费者已不只满足于“舒适”地坐在汽车内, 他们希望所购的汽车不但能容纳长度较大的滑雪板,而且还可作为“移动的野营帐篷”等等。消费者的意愿给车身设计师们提供了一个广阔的设计想象。
4.2 车身的外部造型设计
20 世纪末, 轿车车身外部造型设计的主流是柔性与刚性的特点相呼应, 构成棱角分明的外形。车身多采用淡雅的色彩, 造型显得朴实含蓄、线条明晰优美。这种外形具有易于零件分块, 易于冲压和分总成拼焊等特点。因此, 曾被广为采用。由于空气动力学是影响车身造型的最重要因素, 根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等原理而推出的楔形造型, 后来也一度十分盛行。 近年来, 因为棱角分明的外形很难大幅度地降低风阻系数, 故汽车外部造型逐步突破棱角分明而趋向圆滑, 尤其重视完美的局部造型以及加装各种导流板。事实上, 这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱, 并成为今天的车身造型主流。当然, 某些高级轿车依然保持较稳重的造型风格, 如维持
传统式样的散热器面罩, 但为了进一步降低空气阻力, 其外部造型也逐渐趋向圆滑、明快。比如,过去高级轿车的车身采用那种暗淡的色彩去衬托闪闪发亮的华美镀铬装饰条, 而今天则采用鲜明淡雅的色彩去衬托棱线清晰、颜色灰暗、造型含蓄的塑料饰件。
随着空气动力学研究的进一步发展, 许多欧美、日本厂商已将其新车型的风阻系数降低到0.30 以下, 甚至降低到0.25 左右, 因此, 不难预计, 下一代的车身造型将会更加光顺、圆滑、动感。今天的车身外部造型设计, 在国外专业人员中被称作“流线形设计”。按照造型师们的新理念, 汽车外形的连续完整性不应再依靠挺拔的棱角去表现, 而是要由各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果与视觉效果显示出来。根据这种理念设计出来的车型, 其显著的优点就是可获得0.20 甚至更低的风阻系数。众所周知: 普通汽车在换档行驶时, 发动机的功率和燃料大部分都消耗在克服空气阻力上(约占汽车总阻力65%), 而具有”连续流动”曲面光滑的外部造型的轿车就可采用功率较小的发动机而达到较高的行驶速度, 从而节约燃油消耗。这种车身造型设计的最大特点就是弯曲的大弧面, 其模型制作要用玻璃纤维或碳纤维。
4.3 车身设计安全性很重要
世界上每年都有不少人在汽车碰撞事故中丧生, 而且还有上升趋势。所以, 车身碰撞安全性非常重要。因此, 无论是设计师或是消费者都把安全性作为衡量汽车优劣的一个重要依据。
白车身的主要防护原则是周边柔软而客舱刚硬, 即白车身的刚性由周边至乘员舱逐渐增大。这样在车碰撞时，车身的周边产生一定的损坏和变形以便吸收碰撞能量。但尽量使乘员舱不变形和完好无损。
车身内部的防护原则是力求避免在汽车碰撞时乘员与车身内部刚硬的零件相撞击。安全带是保护乘员最有效的装备。它与安全气囊在车辆碰撞时, 保让乘员尽量减少与车身内部的撞击。此外, 依据车身内部安全防护原则, 在车身内部尽可能安装柔软的内饰而取消带有棱角的造型, 如采用耐冲击而富弹性的夹层玻璃等等。
座椅头枕是避免乘客颈椎受伤的重要防护装备, 近年来的设计主要集中在使头枕具有足够的高度以及正确的角度和形状。
第5章 车身设计流程与技术探索
5.1 车身制造技术的发展
一部好的汽车，特别是高档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,然而在其背后体现这非凡立体画面的却是汽车车身制造工程技术。
七八十年代车身制造所用的工艺装备，如冲压模具焊接夹具验具等，均采用模线样板工作法，存在协调路线长，易产生不协调现象，尺寸形成过程的全过程，影响产品和工艺装备的制造准确度，尺寸形成过程愈长，误差环节愈多，则累积误差的误差愈宽，精度愈低，那一时代汽车车身质量都不是很精良。 八十年代之后随着CAD/CAM/CAE的广泛应用，车身制造技术的方法和手段得到了极大的丰富和发展，汽车车身工艺质量得到保证，各厂家批生产时每日也进行白车身的三坐标抽检，汽车制造技术正经历着深刻激烈的变革，在机遇和挑战面前都力图打造精品车身。
八十年代在美国的电视广告上，日本人将轴承放在某款日本轿车翼子板和前机盖的缝隙中，轴承滚轮缓缓滚下无卡滞偏离，美国人为之震惊，从此日本汽车大举进军美国市场，正是工艺出精品精品出效益。
此后，美国汽车界开始研究其中的奥妙，于90年代初形成的“2mm”工程理论理论的核心为合理的分配和有效的控制车身制造精度，如外观阶差间隙分配给冲压件或焊接组件产并反映到模具和夹具上，使车身关键点的累积误差控制在1m之内。
在国内长安集团和上海交通大学合作率先在长安之星车使用此项技术并取得成功之后，各厂家因地制宜纷纷效仿，如哈飞集团根据车身制造特点利用CATIA工作站选取重要工艺分离面的关键点，重要成品件的安装点，各车门的配合点，利用三坐标测量机对白车身进行连续监控，分总成，分期定量检测零件分批上检验胎检查等不同检测方法进行检查，对测量结果利用工作站CATIA微机CAD，进行技术及数理统计分析，总结规律查问题制定对策整改。
随着激光测量技术的发展,其成功地在焊接生产线上应用,在焊接生产线末端设一工位安装在线检测系统，将激光束打在车身上，利用光学传感器回收信号，通过计算机算出测量点实际坐标，并和理论坐标进行对比分析，超差时可报警，实现了车身质量管理点，100%控制此套装置已在天津夏利2000生产线上应用。
白车身制造流程如图5-1所示：
图5-1白车身制造流程图
从流程图中可以看出，整改次数越少则研制周期越短，用来提升质量的费用减少，这需要冲压件的预先设置的精度高，模具夹具验具定位基准统一合理对于各汽车制造厂家都是急需解决的问题，因此需要一种根据车身装配特点设置冲压件精度和合理设置工程定位的方法。
5.2 白车身外观品质的研究方法
5.2.1 外观公差的标定
每一款车都有其外观品质要求这在车身设计阶段加以标定如图5-3，5-4所示哈飞集团生产的赛马车：
图5-3马赛车身设计图
图5-4马赛车车身公差配合示意图
此外，要求间隙值衔接部位过渡自然光顺，不得有内外拐点，车门与车体外表面的水平棱线应对齐，其偏移量不大于1.0mm，各门框口牙边止口要求平齐。各门外板加强件与各门外板平齐或低于外板01mm，间隙值小于0.5mm，前后风挡框口止口处内外板组焊后，间隙各框口牙边及各车门牙边止口处内外板组焊后贴和间隙要求00.5mm。
5.2.2 适用制造公差的程序
在制造业中，人们制造任何一个零部件都要达到一定的尺寸，形状，也就是精度问题，人们围绕着精度，结合材料环境方法采用不同的机械设备，不断地研究人们解决质量的五个环节，人机料法环，主要就是围绕着尺寸精度去研究容差分配工作，贯彻于焊接装配工作中，更要将零件制造与总成装配及整车装配联系起来去研究，容差分配的研究方法可用图5-5表示：
图5-5容差分配的研究方法
5.3 容差分配理论
5.3.1 概念
基于大批量生产对生产效率和制造质量的要求,引出概念--容差分配国外也
称容错理论。
容差分配根据车身装配的特点，期望满足完全互换，综合考虑制造工艺性，即组成部件的零组件结构，及成形或焊装的复杂程度，从而确定每个零组件制造时允许偏差的过程。
公差狭义上讲指允许尺寸的变动量，也即最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值，尺寸公差=公差带宽度，但人们对公差的理解比这个意义广，它即包括公差带宽度也包括公差带中点值或直接用上下偏差板L 来表示。 容差即确定了公差带位置的公差，也称公差，在汽车飞机工艺制造中常把工艺容差简称容差，它即包括容差带宽度，也包括容差带中点值，是由制造单位根据产品公差及自身生产条件所确定
公差和容差的区别如图5-6所示，套合梁容差体现一种方向趋势图。 而在自由公差下 内外 U 形件无方向性。
图5-6公差容差区别
5.3.2 理论基础
零件制造和产品装配存在的偶然误差，都是随机变量，研究随机变量的变化特性时须对随机变量进行数学处理，随机变量取什么值是有一定的概率规律，的这个规律具有可观测或可试验的频率意义，随机变量X的方差D(X)来直接衡量X的分布分散程度不便于X的分布范围作比较因此常采D(X)的平方根来作为说明X的分布分散程度的特征,)()(xDx=σ(X)称为X的分布即均方差或标准差。
5.3.3 容差分配的范围
车身容差分配的范围包括点焊表面，CO2熔焊表面，螺柱焊、涂胶表面，车身内外表面，对接或搭接表面，孔位，孔径，梁套合，保险杠，装配风挡装配等等。
5.3.4 容差分配的计算方法
公式5-1
5.3.5 容差分配的作用
既然单个零组件在制造时存在误差，而单个零组件在进入下道工序组焊成组件或总成进而装焊成白车身，如果不对单个零组件进行公差控制和容差分配，必然在后续装配过程中存在误差积累，若偏差同一方向无法抵消，则组装后的误差必然会超出允许公差，从而导致车身超差。
综上所述容差分配的作用：a.控制单个零组件制造误差b.消除装配时的误差积累c.提高车身装配互换性及准确度。
5.4 零件制造公差的设定
5.4.1 宗旨
为了达到白车身的外观质量目标，在开发冲压件之前，决定每个冲压件的精度要求以便缩短开发时间，并防止浪费用来提升质量的经费。
5.4.2 适用范围
适用于焊接装配之前的所有零件。
5.5 移动公差的设定
5.5.1 宗旨
至于影响到车身的幅度，长度及高度的，或者关系到车身外观品质的零件，将单一方向的修改尺寸，适用于制造模具，夹具和检具以便缩短提升质量的阶段。
5.5.2 移动公差的含义
在装配的过程中,若单纯地按照图纸上的尺寸就难免产生零件间干涉的现象,经常处于难以装配的境地,因此,为了避免如此现象,在设计零件的过程中,事先预测上述内容,将公差之中心向某一方向移动。
5.5.3 适用范围
把它适用于准备批量生产中的所有塑性零件。
5.5.4 决定移动公差(设定移动公差范围)
当车身部门的有关设定公差方面的负责人,同新车开发部门通过具体商讨后,商定移动公差的范围。
5.6 制造基准的定位方案研究
5.6.1 制造基准的含义
是当检查并焊装车身零部件时为了将零件放在XYZ坐标的同一位置上定位单元的位置。
5.6.2 适用范围
它不仅适用于制造冲压零件和检查并装配车身零件还适用用来检测的三大工装模具焊接夹具验具。
5.6.3 对制造基准的分析方法
A 考虑零件的配合组合及功能来决定基准。
B 若零件对配合及功能方面不太重要，把基准决定在最稳定的位置上，该基准书以A为本以B位补。
有的小型零件既有强度也不太关键，此零件的位置被相应零件所决定，B方
案适用于此。
5.6.4 所需资料
冲压件图纸，焊装图纸，夹具工艺方案验具，工艺方案模具，工艺方案外观公差表，移动工差表，车身结构及开发体系表，平面布置图，现有汽车的资料，如MCP平面布置图，工艺方案夹具验具，SMS工艺流程表等。
第6章 轻型车身的功能设计
驾驶动力学、油耗、被动安全性、舒适性、质量和外观都是典型的市场要求，而这些要求则被转化成设计的功能要求。这些功能要求必须在制定车身方案和进行车身设计时加以考虑。不断提高的市场要求、更加严格的政策和激烈的市场竞争导致车身设计功能要求的不断提高。为了符合这些功能要求，在制定车身方案和进行设计时必须提高强度以提高被动安全性，增强动态刚度以提高舒适性以及提高静态刚度。需进一步提高车身设计构思方案，以实现低重心、全车/
图6-1车身设计的功能要求
车身的轻量化工程可以用多种的轻量化结构来完成。首先，在车身轻量化工程中，必须实现车身功能性的最佳组合。这意味着一辆轿车的均匀结构必须具有最佳载荷变化范围［
下一步就是制造轻量结构，可以通过采用新的成形工艺，如辊压成形和液压成形，或其他特殊成形工艺，如中温成形，来实现减重。其他可能采用的工艺有拼接轧板和拼焊板，点焊和自身穿透铆接，此外还有黏结或激光焊。很明显，与通常的深冲和通常的电阻点焊相比，上述大部分工艺或多或少成本偏高。从商业
角度来看，这些工艺方法还没有经常被采用。第三个可能方案是采用材料轻量化设计。事实上，采用高强度钢、多相钢、铝和各种常用塑料可以有效地减少重量。另外，一些航天高科技材料，如各种复合材料或碳纤维复合材料也可减重。但轻量化结构材料，特别是碳纤维和复合材料比通常采用的深冲钢要贵得多。本文将重点叙述采用高强度钢、多相钢和铝材料的轻量化结构。总之，轻量化工程应当从时间和成本的角度来衡量。
正如前面多次提到的那样，当考虑到成本高的材料的制造方法时，成本高低成为一个重要的因素。由于这方面的考虑，轻量化的动力，如动态性能必须和驱动方案结合起来考虑。为达到#$%载荷分布在每一个轴上，以及在一辆后轮驱动而发动机前置的轿车上达到一个低的载荷平衡点，大部分轻量化的钱花在前部，相对少的钱花在中部，而只是很少的钱花在后部（见图6-2）。只有当轿车的整个重量的减少对载荷的分布没有负面影响时，减轻轿车后部重量才是有利的。为此，图6-2给出了碳纤维被用来制造前后防撞系统部件的一个例子。至少，图中的车身说明这一方案的实施效果。采用铝制前端、铝制发动机罩和热塑塑料边板达到减轻轿车前部重量。选用热塑塑料做边板，不仅是为了减少重量，而且由于外形设计所要求的复杂的形状在使用金属材料时受到限制。铝制车门可以进一步
图6-2车身轻量化设计的价值分析
减少重量。由于前部结构大幅度减少重量引起成本的提高，以及为了保持前后轴
相等的载荷分布，进一步的降低成本和减少重量措施都是在车的中部和后部进行的。这些措施包括为特定的部件确定专用的先进高强度钢和先进多相钢。为了降低重心，车顶采用碳纤维来制造。
刚度：动态结构设计
动态结构设计的目标是（噪声、振动、粗糙）达到符合舒适要求的水平。被动安全性和动态刚度不断成为功能性的要求，而这些要求决定一个好的车身结构和尺寸。动态刚度的判据是动力系统在空转时的调制，根据发动机的类型、运作条件和辅助载荷（空调、动力操纵、传动等）来决定一个特殊范围的空转次数。为了避免弯曲一阶固有频率的激励，整个白车身的频率必须限制在特定的频率界限内。通过设定频率界限以避免空转的动力系统产生调制，即使车速大大超过一阶高速驾驶激励也不能激励白车身的固有频率，以保证在高速时也能有舒适的行驶。由于这一原理的应用，可以得到理想的频率界限。这些频率界限已经应用在原来的宝马系列，使得新的宝马系列可以优化到弯曲和扭转的二阶自然频率。 刚度：静态结构设计车身静态设计的主要目的是准静态驾驶动力学的刚度和强度的优化。固体静态特性为固体动态结构设计建立了基础。为了将作用于装好的挡风玻璃上的载荷保持在可以承受的水平，并避免由于高表面张力而引起挡风玻璃的彻底破坏，车身的刚度必须达到装上玻璃后的刚度水平的。静态扭转刚度值是在扭转试验站上用的扭矩进行测定的。静态扭转刚度是在弹簧舱内使得车身沿纵
图6-3动态刚度
轴旋转所需要的扭矩。说明宝马系列的静态刚度是怎样一步步提高的。车身的静态刚度与车身结构的主要部件的刚度、构造和连接方法有关，主要部件的刚度与部件的维数（尺寸和形状）、材料的断面和材料的弹性模量直接相关。扭转刚度可以通过结构断面和连接的优化以降低弯曲矩来进一步提高。优化结构断面和连接的一个例子是示于图6-3(的宝马-系列底板后部的双扭环，由于它的采用，扭转刚度得到很大提高。为后部结构提供刚度的双轻型车身的功能设计图! 扭环控制从发动系统来的能量输入和动力，这种控制是通过将动力系统传来的能量均匀分布到整个车身结构来实现的。当结构断面的维数的最佳化不能达到要求时，而总体结构又限制其他的技术措施，就需要增加材料的厚度（或断面）以达到要求的刚度。然而，增加厚度意味着增加重量。拉伸杆、压力柱和插入板在车身下部使用以调整外加扭转载荷。在薄壁结构上的高压力和高剪切力，正如在为提高刚度而进行结构尺寸调整的车身上的高压力和剪切力一样，在高载荷进行传递的连接部位，易于引起结构和表面的不稳定和褶皱。结构泡沫的使用是一种解决这种褶皱的合适方法，因为泡沫材料将结构隔开，同时它还有改善音响的效果。塞进车身结构的泡沫材料在电泳过程中要膨胀。
轻量化系数：
当功能和重量都符合的车身尺寸被认为是一个量化的参数时，就可以看出轻量化设计的效果。结构重量!（不包括玻璃）与静态扭转刚度
图6-4动态刚度
先进高强度、超高强度钢和铝或在某些场合下还有塑料或碳纤维可以用来解决这一对汽车车身工程的材料概念盾：一方面重量增加以提高被动安全性和舒适度；另一方面改善驱动性能和降低燃料消耗。新材料在生产链冲压车间—车身车间—涂漆车间的加工处理问题和腐蚀问题以及涂层和润滑问题都应该加以考虑。这些问题可能包括冲压力、工具设计、连接技术、黏结力和腐蚀。同样重要的是车身的平均最低屈服强度，它可以作为一个参数来说明在一个较长时期钢种开发的水平。由于对轿车的抗冲撞性、驾驶能力以及对发动机的能力和扭矩的要求不断提高，可以认为，车身的平均最小屈服强度将随着下一代轿车的开发而提高。例如，高强度钢和超高强度钢的使用比例将提高。因而，对于高强度钢的要求将会不断提高，要求有更高的屈服强度、优良的成形性和包括多种钢之间混合使用的性能。
第7章 结论
如今，汽车产品之间的竞争，从某种意义上说，主要体现在车身造型的变化上面，更新快，造型美的车型，会为产品在竞争中取胜奠定坚实的基础。为此，本文通过对汽车车身造型演变，车身的发展状况，车身结构等方面的叙述，探索了现代车身的设计方法，以及对车身功能设计的研究，以期达到对汽车车身更全面的了解，为车身制造质量的提高开辟新的途径。可以相信，不断更新和完善的现代化车身开发手段，必将促进车身产品技术水平跃上一个更高的台阶。
参考文献
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[9] 邓仕珍编《汽车车身制造工艺学》北京理工大学出版社1997 赵仲平编著《车身构造与修理》时代出版社1978.9 兰凤崇编著《汽车车身计算机辅助造型设计》吉林科学技术出版社钟诗清王文得编著《汽车车身制造工艺学》机械工业出版社1992.3 黄天泽等编著《汽车车身结构与设计》机械工业出版社1996 国斌主编《汽车车身制造工艺学》吉林人民出版社1984.4 陆家起等编《汽车车身制造工艺学》重庆大学出版社1993.1 汪卫东编著《国外汽车车身开发的特点分析》上海汽车，2004(1)：25—1992.6
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[12] 吴学礼编《公差配合及检测基础》同济大学出版社1988.4
[13] 何镜民编《公差配合实用指南》机械工业出版社1991.5
致 谢
本文是在导师、、、、的悉心指导下完成的。在大学期间王老师渊博的知识、严谨的治学态度、对科学及科研工作的忘我投入精神深深地感染了我，她，在学校一线的工作者，用实际行动，教育我这个生于八十年代的青年。在此向我的导师表示衷心的感谢！
向所有帮助过我的朋友们表示感谢！最后，深深地感谢一直支持、鼓励我的家人，感谢他们对我的养育之恩，是我的父母给了我的一切！
、、、、
2011年4月
毕 业 设 计（论文）
（说 明 书）
题 目：汽车车身结构与设计
姓 名： 、、、、
编 号： 、、、、、、
、、、、技术学院
年 月 日
、、、、技术学院
毕 业 设 计 （论文） 任 务 书
姓名 、、、、
专业 汽车运用技术
任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日
设计（论文）题目： 汽车车身结构与设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文）
指 导 教 师 、、、、
系（部）主 任 、、、、、
年 月 日
、、、、技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
机械工程 系 汽车运用技术 专业，学生 、、、、 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目： 汽车车身结构与设计
专题（论文）题目： 汽车车身结构与设计
指导老师： 、、、、
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情
况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 、、、、 毕业设计（论
文）成绩为 。
答辩委员会 人，出席 人
答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ，
、、、、技术学院毕业设计（论文）评语
第 页
毕业设计（论文）及答辩评语：
业设计说明书（论文）
摘 要
随着中国加入世界贸易组织，中国的汽车工业开始融入全球的竞争之中，入世成为中国汽车工业的巨大推动力量，使它的发展进入了一个全新的时期同时，也将面临严峻的考验。在如此激烈的市场竞争中，若想占有一席之地，就必须具有过硬的产品质量，先进的技术水平，才能不断地发展自己，巩固自己，才能适应新形式的需要，在发展中立于不败之地，因此，如何在设计阶段提高车身制造质量在当前就显得尤为重要。本文就目前的汽车车身的发展现状，进行有关车身的探讨和研究，并从车身造型演变及发展现状，车身概述，车身外形的设计方法等方面对汽车车身进行了阐述和分析，并进行了相关的设计与构思。以期达到对汽车车身更好的探讨和理解。
关 键 词：车身概述，发展现状，车身设计,功能设计
论文类型：毕业设计
ABSTRACT
With China's accession to the World Trade Organization, China's auto industry began to integrate into the global competition among the WTO to become a huge driving force for China's auto industry, it's development has entered a new period, but also will face a severe test . In such a fierce market competition, if you want a place to be with excellent product quality, advanced technology in order to continue to develop their own, to consolidate themselves in order to adapt to new forms of need, in an invincible position in the development of Therefore, how the body manufacturer in the design phase to improve the quality of the current is particularly important. In this paper, the development of the current status of the car body, and the relevant body of research and development from the evolution and status of body shape, body outlines, body shape design methods, are described on the car body and analysis, and the correlations The design and concept. To achieve a better body of the car and understanding. KEY WORDS: Body outlines, development status, body design, accessories design Dissertation Type: Graduation
目 录
第1章 绪论 ................................................ 5
1.1 汽车造型的演变及发展现状 ......................................... 5
1.1.1 马车型汽车 ........................................................................................................ 5
1.1.2 箱型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.3 甲壳虫型汽车 .................................................................................................... 6
1.1.4 船型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.5 鱼型汽车 ............................................................................................................ 6
1.1.6 楔形汽车 ............................................................................................................ 7
第2章 汽车车身概述 ........................................ 9
第3章 汽车车身外形设计方法综述 ........................... 12
3.1 传统手工设计方法简介 ............................................ 12
3.2 现代车身设计方法简介 ............................................ 13
第4章 当代汽车车身设计浅析 ............................... 16
4.1 车身的内部设计 .................................................. 16
4.2 车身的外部造型设计 .............................................. 16
4.3 车身设计安全性很重要 ............................................ 17
第5章 车身设计流程与技术探索 ............................. 18
5.1 车身制造技术的发展 .............................................. 18
5.2 白车身外观品质的研究方法 ........................................ 19
5.2.1 外观公差的标定 .............................................................................................. 19
5.2.2 适用制造公差的程序 ...................................................................................... 21
5.3 容差分配理论 .................................................... 21
5.3.1 概念 .................................................................................................................. 21
5.3.2 理论基础 .......................................................................................................... 22
5.3.3 容差分配的范围 .............................................................................................. 22
5.3.4 容差分配的计算方法 ...................................................................................... 23
5.3.5 容差分配的作用 .............................................................................................. 23
5.4 零件制造公差的设定 .............................................. 23
5.4.1 宗旨 .................................................................................................................. 23
毕业设计说明书（论文）
5.4.2 适用范围 .......................................................................................................... 23
5.5 移动公差的设定 .................................................. 23
5.5.1 宗旨 .................................................................................................................. 23
5.5.2 移动公差的含义 .............................................................................................. 24
5.5.3 适用范围 .......................................................................................................... 24
5.5.4 决定移动公差(设定移动公差范围) ............................................................... 24
5.6 制造基准的定位方案研究 .......................................... 24
5.6.1 制造基准的含义 .............................................................................................. 24
5.6.2 适用范围 .......................................................................................................... 24
5.6.3 对制造基准的分析方法 .................................................................................. 24
5.6.4 所需资料 .......................................................................................................... 25
第6章 轻型车身的功能设计 ................................. 26
第7章 结论 ............................................... 31
参考文献 .................................................. 32
致 谢 .................................................. 33
第1章 绪论
1.1 汽车造型的演变及发展现状
一部好的汽车特别是高档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,因而其背后的汽车车身制造工程技术尤为重要。
从19世纪末到20世纪初期，汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和革新上。到了20世纪前半期，汽车的基本构造已经全部发明出来后，汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进，并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计(工业美学)等概念，力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层，甚至各种文化背景的人的不同需求，使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象，最终达到最完善的境界。 汽车造型师们把汽车装扮成人类的肌体。例如：汽车的眼睛--前照灯；嘴——进风口；肺--空气滤清器；血管——油路；神经一电路；心脏一发动机；胃--油箱；脚——轮胎；肌肉--机械部分。力图将一个冷冰冰的机械注入以生命，使之具有非凡的艺术魅力，给人以美感。汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车等。
1.1.1 马车型汽车
我国古代早有“轿车”一词，是指用骡马拉的轿子(图1-9)。当西方汽车大量进入中国时，正是封闭式方形汽车在西方流行之时。那时汽车的形状与我国古代的“轿车”相似，并与“轿车”一样让人感到荣耀。于是，人们就将当时的汽车称为轿车。最早出现的汽车，其车身造型基本上沿用了马车的形式，因此称为“无马的马车”英文名Sedan就是指欧洲贵族乘用的一种豪华马车，不仅装饰讲究，而且是封闭式的，可防风、雨和灰尘，并提高了安全度。18世纪这种车传到美国后，也只有纽约、费城等少数大城市中的富人才有资格享用。1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。福特将他的“封闭式汽车”(Closedcar)称为Sedan。著名的福特T型车是马车型汽车的佼佼者。
1.1.2 箱型汽车
美国福特汽车公司在1915年生产出一种不同于马车型的汽车，其外形特点很像一只大箱子，并装有门和窗，人们称这类车为“箱型汽车”。因这类车的造型酷似于欧洲贵妇人们用于结伴出游和其他一些场合的人抬“轿子”式轻便座椅，所以它在商品目录中被命名为“轿车”。
1.1.3 甲壳虫型汽车
1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德·保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。从20世纪30年代流线型汽车开始普及到40年代末的20年间，是甲壳虫型汽车的“黄金时代”。
1.1.4 船型汽车
1945年，福特汽车公司重点进行新车型的开发，经过几年的努力，终于在1949年推出了具有历史意义的新型V8型福特汽车。因为这种汽
车的车身造型颇像一只小船，所以人们称它为“船型汽车”。福特V8型汽车的成功之处不仅仅在于它在外形设计上有所突破，而且它还首先将人体工程学的理论引入到汽车的整体设计上，取得了令人较为满意的结果。所谓人体工程学，就是用科学的方法解析的形体和能力，设计与之相吻合的机械与器具。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车，并且还较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。现在，福特公司的那种具有行李箱的四门四窗的轿车，已被全世界确认为轿车的标准形式。
1.1.5 鱼型汽车
为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背
部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。另一方面，鱼型汽车是由船型汽车演变而来的，所以基本上保留了船型汽车的长处，诸如车室宽大，视野开阔，车身侧面的形状阻力较小，造型更具有动感，乘坐舒适等，这些都远远地超过了甲壳虫型汽车的性能。另外，鱼型汽车还特别地增大了行李舱的容积，所以更适合于家庭外出旅行等使用。正因为如此，鱼型汽车才得以迅速地发展。但也同时存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了一至二倍，强度有所下降，产生—了结构上·的缺陷；二是当汽车高速行驶时汽车的升力较大。
鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。
1.1.6 楔形汽车
“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型——楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。
第一次按楔形设计的汽车是1963年的司蒂倍克·阿本提，这辆汽车在汽车外形设计专家中得到了极高的评价。1968年，通用公司的奥兹莫比尔·托罗纳多改进和发展了楔形汽车，1968年又为凯迪拉克高级轿车埃尔多所采用。楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。 日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。
汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。总有一天，汽车驾驶室会形成带有优美曲线的“玻璃罩”。与之交相辉映的是具有几何形态的车体，透着浑圆和流线风格。那时，汽车色彩的喷涂将在鲜艳中体现出柔和感和透明感，
因而会格外赏心悦目。
纵观世界上车身的总体发展情况，可以看出，随着计算机技术的迅猛发展，特别是高速处理终端及工作站出现以后，计算机几何图形处理技术得到进一步的完善，从二维、三维线框已发展为三维实体造型。已形成一体化的CAD、CAM集成系统，使车身造型直接在计算机上完成，使模型加工精度大大提高，使实车碰撞试验得以用模拟性方式进行。有限元技术使车身结构设计由复杂变得简单，并可对车身结构的性能进行测定和分析。事实证明这些现代化的产品开发手段有效的缩短了车身开发周期，而且极大提高了车身设计品质。此外，先进的生产工艺和高自动化的加工设备，也极好的保证了车身的制造品质。
如今，轿车产品之间的竞争，从某种意义上说，主要体现在车身造型的变化上面。更新快，造型美的车型，会为产品在竞争中取胜奠定基础。为此世界各大汽车公司都开发出了自己的CAD、CAM车身外形及内饰开发系统，充分利用现代车身设计方法进行车身的研制工作。可以相信，不断更新和完善的现代化车身开发手段会促进轿车车身的产品技术水平越上一个更高的平台。
第2章 汽车车身概述
车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式(或称全承载式)三种。
非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下，安装在车架上的车身对车架的加固作用不大，汽车车身仅随本身的重力，它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力，这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。 半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下，汽车车身除了承受上述各项载荷外，还在一定程度上有助于加固车架，分担车架的部分载荷。
承载式车身的特点是汽车没有车架，车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础。在此种情况下，上述各种载荷全部由汽车车身承受。
为了减小汽车的整车质量和节约材料，大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分，不可能采用承载结构。
没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性，减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击，则可采用非承载式结构。 轿车车身和货车驾驶室
轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架，而是由外部覆盖零件和内部板件焊接而成的空间结构。
承载式车身的地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件，其前部有两根断面尺寸较粗大的纵梁，它们往往与两侧的前挡泥板和前面的散热器固定框等焊接成刚性较好的空间构架，以便直接安装发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷。
与此相反，非承载式轿车(长头式货车的情况亦相同)的车身前部就较薄弱，其车前件通常不是焊接在车身壳体上，而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上。
发动机盖
发动机盖(又称发动机罩)是最醒目的车身构件，是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。
发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转，也有小部分是向前翻转。
向后翻转的发动机盖打开至预定角度，不应与前档风玻璃接触，应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启，发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置，锁止装置开关设置在车厢仪表板下面，当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。
车身构件组成：车顶盖
车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言，顶盖不是很重要的部件，这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲，重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡，以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然，为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度，一般在顶盖下增加一定数量的加强梁，顶盖内层敷设绝热衬垫材料，以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。
行李箱盖
行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。
如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。
翼子板
翼子板是遮盖车轮的车身外板，因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板，前翼子板安装在前轮处，因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。
后翼子板无车轮转动碰擦的问题，但出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线向外凸出。现在有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体，一气呵
成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因为前翼子板碰撞机会比较多，独立装配容易整件更换。有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料(例如塑料)做成。塑性材料具有缓冲性，比较安全。
前围板
前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板，它和地板、前立柱联接，安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口，作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用，还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。
为防止发动机舱里的废气、高温、噪声窜入车厢，前围板上要有密封措施和隔热装置。在发生意外事故时，它应具有足够的强度和刚度。对比车身其它部件而言，前围板装配最重要的工艺技术是密封和隔热，它的优劣往往反映了车辆运行的质量。
第3章 汽车身外形设计方法综述车
3.1 传统手工设计方法简介
一般认为，在计算机辅助系统没有引入汽车设计之前，汽车的车身设计属于传统设计方法阶段。此阶段的设计过程可用如图3-1所示的流程图进行描述。
图3-1传统手工设计流程图
设计人员劳动量大，产品光顺性不好。另外，在设计汽车其它的零件，比如发动机、底盘等时也存在类似车身设计中存在的一些问题。不过传统车身设计在传统设计方法中，车身的整体布局，包括外形曲面构成、色彩、外饰等在绘制效果图时已基本确定，由模型制作人员根据造型师的效果图制作缩比例油泥模型(通常是1：5)，这是一个反复观察与修改的过程，需要造型师、模型制作人员、美工人员甚至销售人员等的共同参与，因此，对相关人员的素质、经验等要求很高。即使在目前新车型的车身开发中，这两个步骤也是必需的，因这为整个产品的风格和基调构建了一个大的框架。设计人员根据模型手工绘制车身图纸和模具加工图纸，这完全是一个机械制图的过程。显然，以这种手工方式，首先在车身外形光顺性方面很难达到令人满意的程度，因为对光顺性的评价缺少一个可量化的标准，主观随意性较大。其次，当车身外形尺寸或形状有极小的改动时，相关的制图工作都要重新制作，不可避免地会延长开发周期(传统车身开发周期是3—5年左右)，设计人员的工作量虽非常大，但很多时候是在做一些重复性的工作，导致成本居高不下且不利于提高同一系列后继车型的开发速度。 总之，在传统的方法中，人与产品的交互式修改极为不便，车身设计周期长方法中缩比例模型制作这一手段却保留下来，通常以制作1：5的外形与内饰模
型，来寻求和验证最优的外形和内饰布局，经反复修改后再制作1：1比例模型。
3.2 现代车身设计方法简介
上世纪70年代以来，随着计算机辅助几何设计和计算机图形学的迅速发展，车身设计过程中部分或全程引入计算机辅助系统(CAD／CAM软件)，在计算机中构建车身三维数字化模型，以“所见即所得的”交互方式完善设计方案，是现代车身设计方法的主要特点。其基本流程如图3-2所示。
图3-2现代车身设计流程图
在绘制效果图阶段，可手工绘制也可利用计算机辅助软件绘制，具体根据设计师个人情况而定，但使用计算机绘制可更快捷地构建车身数字模型并使修改工作更方便。而使用手工绘制再制作缩比例模型和l：l主模型，再以三坐标扫描或激光扫描的方式在计算中构建车身数字模型，这是更常用的一种方法，因为以这种方式制作模型更能直观地表达出设计师的风格理念。这实际上就是一个逆向设计的过程。简单地说，逆向工程就是指将已有的产品模型转化为计算机中的数字化工程设计模型的过程，相当于是一种仿制，具有开发周期短、设计精度较高、便于进行结构设计／分析等优点，在车身设计过程中应用很广泛。著名的CATIA、IMAGEWARE、UG等软件都提供了强大的逆向设计功能。车身数字模型建立后可共享，有利于各部门实现并行工作，从而大大缩短设计周期，而且用于车身设计的各种CAD／CAM 系统都能够根据三维实体模型自动生成二维的车身图纸和用于数控加工的代码，同时当三维模型发生任意微小的改变时，系统都会自动地修改与之相关的图纸和数控代码。目前使用广泛的计算机辅助软件以CATIA最
著名，它是由法国达索公司与IBM联合开发的一套CAD／CAM／CAE软件，功能极为强大。cATI提供有完善的CLASS A(A级曲面，此名称也是由达索首先提出)构建功能。CLASS A曲面 ，简单地说就是指车身外形、仪表板、内饰件等对曲面质量要求较高的一类部件的曲面，即光顺性要求较高的一类曲面，既要表面光滑、连接过渡光滑满足空气动力学原理以大幅减少空气阻力，又要保留外形的美观。这里所指的A级曲面光顺性的概念从数学上可简单定义为：曲线二阶几何连续，没有多余拐点，曲率变化均匀，应变能较小。对曲面而言，至少是G2连续的(曲率连续)，也即两曲面沿公共连接线处在所有方向都具有公共的法曲率。车身外形不同的曲面片在拼接时，要求光滑过渡，至少满足G2连续，甚至G3连续。CLASS A曲面是以B样条方法来描述，节点向量采用累加弦长参数化法；曲面在 ， 方向上次数在3次到7次之间，最高不大于9次。实际设计中可从以下几个方面来评价A级曲面质量：曲面的设计精度、曲面的内部质量、曲面的连续性、曲面整体协调性、曲面满足车身结构设计及车身制造要求。正因为在计算机中能如此方便、高效地构建CLASS A曲面，才让车身实体造型日益精确和迅速，设计人员能够构造出更逼近于现实、曲面质量更高的车身三维模型。在计算机中不但可以对车身外观及内饰建立数字模型，而且可以对发动机、底盘等其它零部件建立模型，并直接进行有限元分析、结构设计／分析、甚至虚拟装配、虚拟风洞试验等，使得设计人员可以在计算机中构建虚拟的电子样车并进行试验，能在实际生产前预先发现设计中存在的问题，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分类存放在大型数据库中，以后对车型做改进时可直接到数据库中匹配类似的零部件，修改其相关参数即可满足要求，无需重新设计，非常有利于车型的系列化，生产商应对迅速变化的市场的能力也强得多。据宇通公司统计，通过在CATIA V5系统中集成了各车型的数据资料，尽管这几年宇通的客车车型增多了，但总体的零部件数量却下降了30％ 。如果有客户提出订单和个性化需求到达研发部门后，产品设计研发部门只需要对以前产品中某个模块进行修改，各车型就可以适应客户需求，组合出一种适应用户需求的产品来。
随着计算机辅助软件功能的进一步提高，现代车身设计越来越体现出模块化、自动化、虚拟化的趋势。未来的发展会强调以下3个方面：1)目前计算机不能自动追踪当前的产品流行风格和消费者的喜好，这需要设计师在市场调研的基础上，激发个人和团队的灵感来定位整车风格。未来在构建大型数据库的同时，应使计算机辅助软件具有一定的造型风格的创意、生成、评价能力。设计人员提出造型的模糊要求，计算机可基于专家知识库、人工神经网络原理，充分利用大
型数据库中的造型方面的知识和素材， 自动生成多个造型方案以供设计人员选择和做进一步的修改，从而为造型设计师提供更广阔的思维空间。当然，造型设计人员应及时了解竞争对手的的状况和顾客的喜好，不断添加新的素材、方案等到计算机系统的数据库中。2)目前的CAD／cAM／CAE等辅助设计软件还不能为设计人员提供一个完全虚拟化的开发平台，其虚拟设计／装配／试验等只能模拟部分实际情况， 目前暂时还比不上ADAMS等软件，其功能有待进一步增强。3)提高各计算机辅助设计系统平台的兼容性，提供产品全程寿命分析和评估能力，这对相关的材料、机械、电子和提高安全性方面的设计有巨大的意义。
第4章 当代汽车车身设计浅析
4.1 车身的内部设计
车身内部设计要力求精致、考究、装备齐全, 近年来, 内饰设计从强调舒适到重视驾乘的愉快与享受是车身内部设计的一个特点。大量采用柔性的内饰设计。内饰装备和覆盖物的造型都比较圆滑, 恰好与外形发展的趋势相呼应。面料和座椅软垫一体化成型的座椅, 整体模塑成型的仪表板和复合材料饰板给人以精致、明快的感觉,而内饰面料触感柔软则给人以和谐、舒坦的视觉效果。总之, 软化的内饰不仅是舒适的需要, 而且也是安全的需要。
座椅可说是保证乘员舒适性的最重要的装备。座椅的设计和布置首先要保证乘客的坐姿符合人体工程学。然而, 一个座椅要满足各种体形的人, 就得能够对座椅从各个方位进行调节。愈是讲究的座椅, 调节机构就愈复杂。为了使座椅适合各种身材的人, 就要按照人体工程学和数理统计原理对座椅的调节方式和调节范围进行精确的计算并设计, 同时保证车身内部空间的尺寸尽可能紧凑。现代车身内部设计更加追求愉快感。在车身内部所采用的音响设备、电视、无线电话以及小型冰箱等设备就是明证。随着旅游的兴旺发达, “娱乐型”汽车的概念应运而生。显然, 消费者已不只满足于“舒适”地坐在汽车内, 他们希望所购的汽车不但能容纳长度较大的滑雪板,而且还可作为“移动的野营帐篷”等等。消费者的意愿给车身设计师们提供了一个广阔的设计想象。
4.2 车身的外部造型设计
20 世纪末, 轿车车身外部造型设计的主流是柔性与刚性的特点相呼应, 构成棱角分明的外形。车身多采用淡雅的色彩, 造型显得朴实含蓄、线条明晰优美。这种外形具有易于零件分块, 易于冲压和分总成拼焊等特点。因此, 曾被广为采用。由于空气动力学是影响车身造型的最重要因素, 根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等原理而推出的楔形造型, 后来也一度十分盛行。 近年来, 因为棱角分明的外形很难大幅度地降低风阻系数, 故汽车外部造型逐步突破棱角分明而趋向圆滑, 尤其重视完美的局部造型以及加装各种导流板。事实上, 这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱, 并成为今天的车身造型主流。当然, 某些高级轿车依然保持较稳重的造型风格, 如维持
传统式样的散热器面罩, 但为了进一步降低空气阻力, 其外部造型也逐渐趋向圆滑、明快。比如,过去高级轿车的车身采用那种暗淡的色彩去衬托闪闪发亮的华美镀铬装饰条, 而今天则采用鲜明淡雅的色彩去衬托棱线清晰、颜色灰暗、造型含蓄的塑料饰件。
随着空气动力学研究的进一步发展, 许多欧美、日本厂商已将其新车型的风阻系数降低到0.30 以下, 甚至降低到0.25 左右, 因此, 不难预计, 下一代的车身造型将会更加光顺、圆滑、动感。今天的车身外部造型设计, 在国外专业人员中被称作“流线形设计”。按照造型师们的新理念, 汽车外形的连续完整性不应再依靠挺拔的棱角去表现, 而是要由各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果与视觉效果显示出来。根据这种理念设计出来的车型, 其显著的优点就是可获得0.20 甚至更低的风阻系数。众所周知: 普通汽车在换档行驶时, 发动机的功率和燃料大部分都消耗在克服空气阻力上(约占汽车总阻力65%), 而具有”连续流动”曲面光滑的外部造型的轿车就可采用功率较小的发动机而达到较高的行驶速度, 从而节约燃油消耗。这种车身造型设计的最大特点就是弯曲的大弧面, 其模型制作要用玻璃纤维或碳纤维。
4.3 车身设计安全性很重要
世界上每年都有不少人在汽车碰撞事故中丧生, 而且还有上升趋势。所以, 车身碰撞安全性非常重要。因此, 无论是设计师或是消费者都把安全性作为衡量汽车优劣的一个重要依据。
白车身的主要防护原则是周边柔软而客舱刚硬, 即白车身的刚性由周边至乘员舱逐渐增大。这样在车碰撞时，车身的周边产生一定的损坏和变形以便吸收碰撞能量。但尽量使乘员舱不变形和完好无损。
车身内部的防护原则是力求避免在汽车碰撞时乘员与车身内部刚硬的零件相撞击。安全带是保护乘员最有效的装备。它与安全气囊在车辆碰撞时, 保让乘员尽量减少与车身内部的撞击。此外, 依据车身内部安全防护原则, 在车身内部尽可能安装柔软的内饰而取消带有棱角的造型, 如采用耐冲击而富弹性的夹层玻璃等等。
座椅头枕是避免乘客颈椎受伤的重要防护装备, 近年来的设计主要集中在使头枕具有足够的高度以及正确的角度和形状。
第5章 车身设计流程与技术探索
5.1 车身制造技术的发展
一部好的汽车，特别是高档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,然而在其背后体现这非凡立体画面的却是汽车车身制造工程技术。
七八十年代车身制造所用的工艺装备，如冲压模具焊接夹具验具等，均采用模线样板工作法，存在协调路线长，易产生不协调现象，尺寸形成过程的全过程，影响产品和工艺装备的制造准确度，尺寸形成过程愈长，误差环节愈多，则累积误差的误差愈宽，精度愈低，那一时代汽车车身质量都不是很精良。 八十年代之后随着CAD/CAM/CAE的广泛应用，车身制造技术的方法和手段得到了极大的丰富和发展，汽车车身工艺质量得到保证，各厂家批生产时每日也进行白车身的三坐标抽检，汽车制造技术正经历着深刻激烈的变革，在机遇和挑战面前都力图打造精品车身。
八十年代在美国的电视广告上，日本人将轴承放在某款日本轿车翼子板和前机盖的缝隙中，轴承滚轮缓缓滚下无卡滞偏离，美国人为之震惊，从此日本汽车大举进军美国市场，正是工艺出精品精品出效益。
此后，美国汽车界开始研究其中的奥妙，于90年代初形成的“2mm”工程理论理论的核心为合理的分配和有效的控制车身制造精度，如外观阶差间隙分配给冲压件或焊接组件产并反映到模具和夹具上，使车身关键点的累积误差控制在1m之内。
在国内长安集团和上海交通大学合作率先在长安之星车使用此项技术并取得成功之后，各厂家因地制宜纷纷效仿，如哈飞集团根据车身制造特点利用CATIA工作站选取重要工艺分离面的关键点，重要成品件的安装点，各车门的配合点，利用三坐标测量机对白车身进行连续监控，分总成，分期定量检测零件分批上检验胎检查等不同检测方法进行检查，对测量结果利用工作站CATIA微机CAD，进行技术及数理统计分析，总结规律查问题制定对策整改。
随着激光测量技术的发展,其成功地在焊接生产线上应用,在焊接生产线末端设一工位安装在线检测系统，将激光束打在车身上，利用光学传感器回收信号，通过计算机算出测量点实际坐标，并和理论坐标进行对比分析，超差时可报警，实现了车身质量管理点，100%控制此套装置已在天津夏利2000生产线上应用。
白车身制造流程如图5-1所示：
图5-1白车身制造流程图
从流程图中可以看出，整改次数越少则研制周期越短，用来提升质量的费用减少，这需要冲压件的预先设置的精度高，模具夹具验具定位基准统一合理对于各汽车制造厂家都是急需解决的问题，因此需要一种根据车身装配特点设置冲压件精度和合理设置工程定位的方法。
5.2 白车身外观品质的研究方法
5.2.1 外观公差的标定
每一款车都有其外观品质要求这在车身设计阶段加以标定如图5-3，5-4所示哈飞集团生产的赛马车：
图5-3马赛车身设计图
图5-4马赛车车身公差配合示意图
此外，要求间隙值衔接部位过渡自然光顺，不得有内外拐点，车门与车体外表面的水平棱线应对齐，其偏移量不大于1.0mm，各门框口牙边止口要求平齐。各门外板加强件与各门外板平齐或低于外板01mm，间隙值小于0.5mm，前后风挡框口止口处内外板组焊后，间隙各框口牙边及各车门牙边止口处内外板组焊后贴和间隙要求00.5mm。
5.2.2 适用制造公差的程序
在制造业中，人们制造任何一个零部件都要达到一定的尺寸，形状，也就是精度问题，人们围绕着精度，结合材料环境方法采用不同的机械设备，不断地研究人们解决质量的五个环节，人机料法环，主要就是围绕着尺寸精度去研究容差分配工作，贯彻于焊接装配工作中，更要将零件制造与总成装配及整车装配联系起来去研究，容差分配的研究方法可用图5-5表示：
图5-5容差分配的研究方法
5.3 容差分配理论
5.3.1 概念
基于大批量生产对生产效率和制造质量的要求,引出概念--容差分配国外也
称容错理论。
容差分配根据车身装配的特点，期望满足完全互换，综合考虑制造工艺性，即组成部件的零组件结构，及成形或焊装的复杂程度，从而确定每个零组件制造时允许偏差的过程。
公差狭义上讲指允许尺寸的变动量，也即最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值，尺寸公差=公差带宽度，但人们对公差的理解比这个意义广，它即包括公差带宽度也包括公差带中点值或直接用上下偏差板L 来表示。 容差即确定了公差带位置的公差，也称公差，在汽车飞机工艺制造中常把工艺容差简称容差，它即包括容差带宽度，也包括容差带中点值，是由制造单位根据产品公差及自身生产条件所确定
公差和容差的区别如图5-6所示，套合梁容差体现一种方向趋势图。 而在自由公差下 内外 U 形件无方向性。
图5-6公差容差区别
5.3.2 理论基础
零件制造和产品装配存在的偶然误差，都是随机变量，研究随机变量的变化特性时须对随机变量进行数学处理，随机变量取什么值是有一定的概率规律，的这个规律具有可观测或可试验的频率意义，随机变量X的方差D(X)来直接衡量X的分布分散程度不便于X的分布范围作比较因此常采D(X)的平方根来作为说明X的分布分散程度的特征,)()(xDx=σ(X)称为X的分布即均方差或标准差。
5.3.3 容差分配的范围
车身容差分配的范围包括点焊表面，CO2熔焊表面，螺柱焊、涂胶表面，车身内外表面，对接或搭接表面，孔位，孔径，梁套合，保险杠，装配风挡装配等等。
5.3.4 容差分配的计算方法
公式5-1
5.3.5 容差分配的作用
既然单个零组件在制造时存在误差，而单个零组件在进入下道工序组焊成组件或总成进而装焊成白车身，如果不对单个零组件进行公差控制和容差分配，必然在后续装配过程中存在误差积累，若偏差同一方向无法抵消，则组装后的误差必然会超出允许公差，从而导致车身超差。
综上所述容差分配的作用：a.控制单个零组件制造误差b.消除装配时的误差积累c.提高车身装配互换性及准确度。
5.4 零件制造公差的设定
5.4.1 宗旨
为了达到白车身的外观质量目标，在开发冲压件之前，决定每个冲压件的精度要求以便缩短开发时间，并防止浪费用来提升质量的经费。
5.4.2 适用范围
适用于焊接装配之前的所有零件。
5.5 移动公差的设定
5.5.1 宗旨
至于影响到车身的幅度，长度及高度的，或者关系到车身外观品质的零件，将单一方向的修改尺寸，适用于制造模具，夹具和检具以便缩短提升质量的阶段。
5.5.2 移动公差的含义
在装配的过程中,若单纯地按照图纸上的尺寸就难免产生零件间干涉的现象,经常处于难以装配的境地,因此,为了避免如此现象,在设计零件的过程中,事先预测上述内容,将公差之中心向某一方向移动。
5.5.3 适用范围
把它适用于准备批量生产中的所有塑性零件。
5.5.4 决定移动公差(设定移动公差范围)
当车身部门的有关设定公差方面的负责人,同新车开发部门通过具体商讨后,商定移动公差的范围。
5.6 制造基准的定位方案研究
5.6.1 制造基准的含义
是当检查并焊装车身零部件时为了将零件放在XYZ坐标的同一位置上定位单元的位置。
5.6.2 适用范围
它不仅适用于制造冲压零件和检查并装配车身零件还适用用来检测的三大工装模具焊接夹具验具。
5.6.3 对制造基准的分析方法
A 考虑零件的配合组合及功能来决定基准。
B 若零件对配合及功能方面不太重要，把基准决定在最稳定的位置上，该基准书以A为本以B位补。
有的小型零件既有强度也不太关键，此零件的位置被相应零件所决定，B方
案适用于此。
5.6.4 所需资料
冲压件图纸，焊装图纸，夹具工艺方案验具，工艺方案模具，工艺方案外观公差表，移动工差表，车身结构及开发体系表，平面布置图，现有汽车的资料，如MCP平面布置图，工艺方案夹具验具，SMS工艺流程表等。
第6章 轻型车身的功能设计
驾驶动力学、油耗、被动安全性、舒适性、质量和外观都是典型的市场要求，而这些要求则被转化成设计的功能要求。这些功能要求必须在制定车身方案和进行车身设计时加以考虑。不断提高的市场要求、更加严格的政策和激烈的市场竞争导致车身设计功能要求的不断提高。为了符合这些功能要求，在制定车身方案和进行设计时必须提高强度以提高被动安全性，增强动态刚度以提高舒适性以及提高静态刚度。需进一步提高车身设计构思方案，以实现低重心、全车/
图6-1车身设计的功能要求
车身的轻量化工程可以用多种的轻量化结构来完成。首先，在车身轻量化工程中，必须实现车身功能性的最佳组合。这意味着一辆轿车的均匀结构必须具有最佳载荷变化范围［
下一步就是制造轻量结构，可以通过采用新的成形工艺，如辊压成形和液压成形，或其他特殊成形工艺，如中温成形，来实现减重。其他可能采用的工艺有拼接轧板和拼焊板，点焊和自身穿透铆接，此外还有黏结或激光焊。很明显，与通常的深冲和通常的电阻点焊相比，上述大部分工艺或多或少成本偏高。从商业
角度来看，这些工艺方法还没有经常被采用。第三个可能方案是采用材料轻量化设计。事实上，采用高强度钢、多相钢、铝和各种常用塑料可以有效地减少重量。另外，一些航天高科技材料，如各种复合材料或碳纤维复合材料也可减重。但轻量化结构材料，特别是碳纤维和复合材料比通常采用的深冲钢要贵得多。本文将重点叙述采用高强度钢、多相钢和铝材料的轻量化结构。总之，轻量化工程应当从时间和成本的角度来衡量。
正如前面多次提到的那样，当考虑到成本高的材料的制造方法时，成本高低成为一个重要的因素。由于这方面的考虑，轻量化的动力，如动态性能必须和驱动方案结合起来考虑。为达到#$%载荷分布在每一个轴上，以及在一辆后轮驱动而发动机前置的轿车上达到一个低的载荷平衡点，大部分轻量化的钱花在前部，相对少的钱花在中部，而只是很少的钱花在后部（见图6-2）。只有当轿车的整个重量的减少对载荷的分布没有负面影响时，减轻轿车后部重量才是有利的。为此，图6-2给出了碳纤维被用来制造前后防撞系统部件的一个例子。至少，图中的车身说明这一方案的实施效果。采用铝制前端、铝制发动机罩和热塑塑料边板达到减轻轿车前部重量。选用热塑塑料做边板，不仅是为了减少重量，而且由于外形设计所要求的复杂的形状在使用金属材料时受到限制。铝制车门可以进一步
图6-2车身轻量化设计的价值分析
减少重量。由于前部结构大幅度减少重量引起成本的提高，以及为了保持前后轴
相等的载荷分布，进一步的降低成本和减少重量措施都是在车的中部和后部进行的。这些措施包括为特定的部件确定专用的先进高强度钢和先进多相钢。为了降低重心，车顶采用碳纤维来制造。
刚度：动态结构设计
动态结构设计的目标是（噪声、振动、粗糙）达到符合舒适要求的水平。被动安全性和动态刚度不断成为功能性的要求，而这些要求决定一个好的车身结构和尺寸。动态刚度的判据是动力系统在空转时的调制，根据发动机的类型、运作条件和辅助载荷（空调、动力操纵、传动等）来决定一个特殊范围的空转次数。为了避免弯曲一阶固有频率的激励，整个白车身的频率必须限制在特定的频率界限内。通过设定频率界限以避免空转的动力系统产生调制，即使车速大大超过一阶高速驾驶激励也不能激励白车身的固有频率，以保证在高速时也能有舒适的行驶。由于这一原理的应用，可以得到理想的频率界限。这些频率界限已经应用在原来的宝马系列，使得新的宝马系列可以优化到弯曲和扭转的二阶自然频率。 刚度：静态结构设计车身静态设计的主要目的是准静态驾驶动力学的刚度和强度的优化。固体静态特性为固体动态结构设计建立了基础。为了将作用于装好的挡风玻璃上的载荷保持在可以承受的水平，并避免由于高表面张力而引起挡风玻璃的彻底破坏，车身的刚度必须达到装上玻璃后的刚度水平的。静态扭转刚度值是在扭转试验站上用的扭矩进行测定的。静态扭转刚度是在弹簧舱内使得车身沿纵
图6-3动态刚度
轴旋转所需要的扭矩。说明宝马系列的静态刚度是怎样一步步提高的。车身的静态刚度与车身结构的主要部件的刚度、构造和连接方法有关，主要部件的刚度与部件的维数（尺寸和形状）、材料的断面和材料的弹性模量直接相关。扭转刚度可以通过结构断面和连接的优化以降低弯曲矩来进一步提高。优化结构断面和连接的一个例子是示于图6-3(的宝马-系列底板后部的双扭环，由于它的采用，扭转刚度得到很大提高。为后部结构提供刚度的双轻型车身的功能设计图! 扭环控制从发动系统来的能量输入和动力，这种控制是通过将动力系统传来的能量均匀分布到整个车身结构来实现的。当结构断面的维数的最佳化不能达到要求时，而总体结构又限制其他的技术措施，就需要增加材料的厚度（或断面）以达到要求的刚度。然而，增加厚度意味着增加重量。拉伸杆、压力柱和插入板在车身下部使用以调整外加扭转载荷。在薄壁结构上的高压力和高剪切力，正如在为提高刚度而进行结构尺寸调整的车身上的高压力和剪切力一样，在高载荷进行传递的连接部位，易于引起结构和表面的不稳定和褶皱。结构泡沫的使用是一种解决这种褶皱的合适方法，因为泡沫材料将结构隔开，同时它还有改善音响的效果。塞进车身结构的泡沫材料在电泳过程中要膨胀。
轻量化系数：
当功能和重量都符合的车身尺寸被认为是一个量化的参数时，就可以看出轻量化设计的效果。结构重量!（不包括玻璃）与静态扭转刚度
图6-4动态刚度
先进高强度、超高强度钢和铝或在某些场合下还有塑料或碳纤维可以用来解决这一对汽车车身工程的材料概念盾：一方面重量增加以提高被动安全性和舒适度；另一方面改善驱动性能和降低燃料消耗。新材料在生产链冲压车间—车身车间—涂漆车间的加工处理问题和腐蚀问题以及涂层和润滑问题都应该加以考虑。这些问题可能包括冲压力、工具设计、连接技术、黏结力和腐蚀。同样重要的是车身的平均最低屈服强度，它可以作为一个参数来说明在一个较长时期钢种开发的水平。由于对轿车的抗冲撞性、驾驶能力以及对发动机的能力和扭矩的要求不断提高，可以认为，车身的平均最小屈服强度将随着下一代轿车的开发而提高。例如，高强度钢和超高强度钢的使用比例将提高。因而，对于高强度钢的要求将会不断提高，要求有更高的屈服强度、优良的成形性和包括多种钢之间混合使用的性能。
第7章 结论
如今，汽车产品之间的竞争，从某种意义上说，主要体现在车身造型的变化上面，更新快，造型美的车型，会为产品在竞争中取胜奠定坚实的基础。为此，本文通过对汽车车身造型演变，车身的发展状况，车身结构等方面的叙述，探索了现代车身的设计方法，以及对车身功能设计的研究，以期达到对汽车车身更全面的了解，为车身制造质量的提高开辟新的途径。可以相信，不断更新和完善的现代化车身开发手段，必将促进车身产品技术水平跃上一个更高的台阶。
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[13] 何镜民编《公差配合实用指南》机械工业出版社1991.5
致 谢
本文是在导师、、、、的悉心指导下完成的。在大学期间王老师渊博的知识、严谨的治学态度、对科学及科研工作的忘我投入精神深深地感染了我，她，在学校一线的工作者，用实际行动，教育我这个生于八十年代的青年。在此向我的导师表示衷心的感谢！
向所有帮助过我的朋友们表示感谢！最后，深深地感谢一直支持、鼓励我的家人，感谢他们对我的养育之恩，是我的父母给了我的一切！
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2011年4月