節(jié)能汽車車身的設計研究【優(yōu)秀】

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湘潭大學 畢業(yè)設計說明書 題 目： 節(jié)能汽車設計 — 汽車車身設計 學 院： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 湘 潭 大 學 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 節(jié)能汽車技術(shù)研發(fā) 學號： 2010500321 姓名： 呂詩琦 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 朱石沙 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 去相關(guān)企業(yè) 現(xiàn)場調(diào)研參觀考察和查閱相關(guān)文獻資料，熟悉了解節(jié)能汽車技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，基本掌握六檔及以上機械變速器、雙離合器式自動變速器、商用車自動控制機械變速器原理，對其裝置進行整體結(jié)構(gòu)設計。 要求： 1、查閱相關(guān)資料，掌握本次設計和研究的具體內(nèi)容； 2、對各技術(shù)參數(shù)設計及計算； 3、若干圖紙； 4、撰寫畢業(yè)設計說明書。 5、技術(shù)文獻翻譯，字數(shù) 3000 字以上。 二、重點研究的問題 節(jié)能汽車關(guān)鍵節(jié)能裝置設計 。 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱資料、調(diào)研 第 1 2 開題報告、制訂設計方案 第 3 周 3 方案（設計） 第 4 4 關(guān)鍵節(jié)能裝置設計 第 6 5 寫出初稿，中 期檢查 第 8 6 修改，寫出第二稿 第 10 7 寫出正式稿 第 12 8 答辯 第 14 周 四、應收集的資料及主要參考文獻 毛顯強 ,馬根慧 ,劉琴 ,邢有凱 . 北京市實行機動車排放歐洲標準的環(huán)境效果分析 [J]. 環(huán)境科學與技術(shù) . 2011(05) 閆兆煒 . 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究 [D]. 東北財經(jīng)大學 2012 劉志偉 . 日本、美國、歐盟新能源汽車產(chǎn)業(yè)政府扶持措施研究 [D]. 河北大學 2010 徐月云 . 汽車節(jié)能環(huán)保評價模型的建立與應用研究 [D]. 武漢理工大學 2010 050 to of ]. 2009 (3) 開題報告 學生姓名 呂詩琦 學 號 2010500321 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師 朱石沙 職 稱 教授 所在系 機械工程 課題來源 學校命題 課題性質(zhì) 畢業(yè)設計 課題名稱 節(jié)能 汽車技術(shù)研究 — 汽車車身設計 一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況 1. 選題的依據(jù) ： 隨著油價節(jié)節(jié)攀升和石油危機的到來，當今各國紛紛制定出汽車的油耗標準，有的國家規(guī)定汽車油耗率必須逐年降低，迫使汽車制造廠采取 轎車小型化、減輕自重、減小空氣阻力、柴油機化、稀薄燃燒技術(shù)、分層燃燒技術(shù)、潤滑減磨、子午線輪胎、傳動系統(tǒng)最佳匹配等許多節(jié)油措施 ，使汽車的油耗大大降低。對我國而言，隨著汽車大規(guī)模進入家庭，私車保有量的日益增多，汽車節(jié)油也顯得越來越迫切。 節(jié)能汽車指以內(nèi)燃機為主要動力系統(tǒng)，綜合工況燃料消耗量優(yōu)于下一階 段目標值的汽車。全世界 1/4 的能源用于交通運輸，包括每年生產(chǎn)的 2/3 石油在內(nèi)。交通運輸領(lǐng)域的一些節(jié)能措施根本就不用花錢，比如說，保持輪胎適當充氣就能提高能效 6%。此外，油電混合動力車等環(huán)保汽車在汽油消耗量相同的情況下，行駛里程可比傳統(tǒng)汽車多出 20%。 課題的意義： 自從發(fā)動機發(fā)明以來，石油的危機和溫室氣體的排放問題愈演愈烈，不斷威脅著人類的生存和發(fā)展，越來越多的汽車給人民帶來方便快捷的同時也不斷的耗費能源和排放廢氣。在世界石油資源的日益衰竭的危機下，節(jié)能型汽車發(fā)動機的研究成為人類研究的課題。各國政府對此十分 重視，每年都不斷地有更新更好的節(jié)能車型在出現(xiàn)，高效率的節(jié)能車勢必要給整個世界帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，越是排量小，耗油小的車就越是受歡迎，這已經(jīng)成為當代汽車設計的主流理念。汽車是國家科技能力體現(xiàn)的主要載體，近年來國家經(jīng)濟普遍向好，汽車工業(yè)正進入前所未有的繁榮時期。但中國汽車在設計風格上缺少世界水準，品牌和造型缺乏，頂尖汽車外觀設計和高科技性能在國產(chǎn)汽車的表現(xiàn)使我們處于一種尷尬的局面，遺憾的是年產(chǎn)量處于全球領(lǐng)先地位的中國汽車業(yè)在世界汽車舞臺上仍然處于扮演者的配角。因此，提高設計水平，形成自主開發(fā)產(chǎn)品的能力和中 國汽車特有設計風格和品牌，將關(guān)系到汽車工業(yè)發(fā)展的全局和長遠規(guī)劃，汽車工業(yè)技術(shù)市場開發(fā)中，最主要市場消費關(guān)注點就是汽車車身的設計開發(fā)，它包括概念設計和工程設計。 在整體設計中，車身占整車總成本的 1/2~1/3，其更新頻度更高，技術(shù)進步快，是汽車產(chǎn)品商品性的重要標準，也是汽車開發(fā)的關(guān)鍵。同時，能源危機和原材料供應目前在國內(nèi)日益突出，汽車市場的旺盛引起了另一個嚴重的問題：有車無油。近一段世界，廣州，上海，北京等城市相繼出現(xiàn)油荒，空車無油的問題開始出現(xiàn)，由此開發(fā)制造省油、低油耗的汽車成了又一個課題。在石油資源 日益枯竭、全球石油儲量急劇下降的背景下，我國汽車保有量卻以平均每年 速度增加，我國對燃油的消費需求一驚人的快速度增長，有很大一部分依賴于進口。一方面，我國汽車節(jié)油減排技術(shù)的應用有限，燃油使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達國家高20%；另一方面，機動車排放污染已經(jīng)成為我國污染物的主要來源之一。因此，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點。 二、研究內(nèi)容、預計達到的目標、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標、完成課題的方案和 主要措施 研究內(nèi)容 : 汽車車身材料的選取、汽車車身所受到的阻力的分析 、汽車車身各部位的設計、汽車車身安全性（ 擬仿真）、車身的繪圖。 預計達到的目標 : 設計出空氣阻力小，安全可靠程度高、輕量化、美觀的汽車 關(guān)鍵理論和技術(shù) : 空氣動力學、流體力學、人機工程學、計算機圖形學、拓撲學、制 造工藝學、美學等。關(guān)鍵技術(shù)：車身前段的設計、車身側(cè)面的設計、整流罩的設計、 汽車尾部設計。 件操作。 主要措施 : 首先對車身所用的材料進行選取，在確保安全性的前提下，盡量保證美觀，造價以及可適用程度。 然后查閱資料，對車身所受的阻力進行分析，并得出減少空氣阻力的一些措施。在減少空氣阻力的前提下，對汽車車身各部位進行設計，車身的設計主要包括：前段外形、車身側(cè)面、整流罩、尾部以及發(fā)動機艙內(nèi)幾個部分，查閱相關(guān)資料，并得出各個部分的最近設計方案。 再是利用 件，首先建立一個大致的車身模型，然后利用 功能，對模型進行流場域的分析，劃分網(wǎng)格，設置邊界條件等操作，然后進行迭代計算，從而得出流場域圖，以及汽車車身所受的空氣阻力系數(shù) L，進而得出汽車車身所受的空氣阻力。并且通過 件，也可以得出車身各部位所受壓力的分布云圖，從而可以了解在進行 汽車車身設計的時候，哪部分的設計需要更多的考慮空氣所帶來的影響。 最后，利用軟件，畫出所設計的車身模型，外形等可以有所修改，但必須滿足空氣阻力以及安全等前提。 三、主要特色及工作進度 特色 ： 理論與實踐相結(jié)合，因為汽車車身的空氣阻力需要在風洞實驗下進行，而沒 有所需條件，只能依靠理論知識，對其進行分析，不過利用 件進行模擬仿 真，也可以算是進行實踐，而且利用 軟件進行繪制車身，也是一種實踐。 工作進度： 現(xiàn)在已經(jīng)對汽車車身所受的空氣阻力進行了分析，對車身各部位的設計 也已經(jīng)完成，接下來 主要的工作任務是利用 件進行車身模擬仿真，以及 利用 軟件，對車身進行三維繪制。 四、主要參考文獻 （按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出） 1. 毛顯強 ,馬根慧 ,劉琴 ,邢有凱 . 北京市實行機動車排放歐洲標準的環(huán)境效果 分 析 [J]環(huán)境科學與技術(shù) . 2011(05) 2. 閆兆煒 . 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究 [D]. 東北財經(jīng)大學 2012 3. 劉志偉 . 日本、美國、歐盟新能源汽車產(chǎn)業(yè)政府扶持措施研究 [D]. 河北大學 2010 汽車節(jié)能環(huán)保評價模型的建立與應用研究 [D]. 武漢理工大學 2010 5. 傅立敏著 .《汽車設計與空氣動力學》 [M]械工業(yè)出版社 家自 然科學基金項目 指導教師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 系意見 系主任簽名： 年 月 日 院意見 教學院長簽名： 年 月 日 湘 潭 大 學 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010500321 姓名 呂詩琦 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 節(jié)能汽車技術(shù)研發(fā) — 汽車車身設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 量是否適當； 研、社會等實際相結(jié)合。 能力 合歸納資料的能力； 究方法和手段的運用能力； 論文 （設計）質(zhì)量 述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 無觀點提煉，綜 合概括能力如何； 無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 評閱人： 年 月 日 湘潭大學機械工程學院畢業(yè)論文（設計）工作中期檢查表 系 機械工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 10 機 一 姓 名 呂詩琦 學 號 2010500321 指導教師 朱石沙 指導教師職稱 教授 題目名稱 節(jié)能汽車技術(shù)研究 題目來源 科研 企業(yè) √ 其它 課題名 稱 汽車車身設計 題目性質(zhì) √ 工程設計 理論研究 科學實驗 軟件開發(fā) 綜合應用 其它 資料情況 1、選題是否有變化 有 √ 否 2、設計任務書 √ 有 否 3、文獻綜述是否完成 √ 完成 未完成 4、外文翻譯 √ 完成 未完成 由 學 生 填 寫 目前研究設計到何階段、進度狀況： 進行了相關(guān)資料的查詢，對汽車車身所受空氣阻力進行了分析、對車身各部位進行了設計、并且利用 車身進行建模仿真。 接下來該利用 畫出車身圖形。 由 老 師 填 寫 工作進度預測（按照任務書中時間計劃） 提前完成 按計劃完成 拖后完成 無法完成 工作態(tài)度（學生對畢業(yè)論文的認真程度、紀律及出勤情況）： 認真 較認真 一般 不認真 質(zhì)量評價（學生前期已完成的工作的質(zhì)量情況） 優(yōu) 良 中 差 存在的問題與建議： 指導教師（簽名）： 年 月 日 建議檢查結(jié)果 ： 通過 限期整改 緩答辯 系意見： 簽名： 年 月 日 注： 1、該表由指導教師和學生填寫。 2、此表作為附件裝入畢業(yè)設計（論文）資料袋存檔。 湘 潭 大 學 畢業(yè) 論文（設計）鑒定意見 學號： 2010500321 姓名： 呂詩琦 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 32 頁 圖 表 4 張 論文（設計）題目： 節(jié)能汽車技術(shù)研發(fā) — 汽車車身設計 內(nèi)容提要： 近年來，世界能源問題日益突出，而汽車，作為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮? 交通工具，消耗著大量的能源。因此，為了更好的實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，以后汽車的發(fā)展必 然是朝著節(jié)能的方向。因此，誰先設計出優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能環(huán)保汽車，比將取得市場先機。 在我的畢業(yè)設計中，我主要從汽車車身去考慮節(jié)能的，從汽車車身材料的選取、汽 車車身所受到的空氣阻力的分類、降低汽車車身所受的空氣阻力措施、車身各部分的詳 細設計，以及利用 件模擬汽車進行仿真。 車身材料我主要選取的是玻璃鋼（ 即纖維強化塑料，學名纖維增強塑料。 它具有輕質(zhì)高強、耐腐性好、電性能好、熱性能好等特點。廣泛應用于機器零件和汽車、 船舶外殼等。 車身各部位的設計主要從車身前段外形、車身側(cè)面、整流罩、汽車尾部以及發(fā)動機 內(nèi)艙這幾個方面來進行設計的，根據(jù)流體動力學分析，力求車身所受到的空氣阻力為最 小，從而降低能源損耗。 至于利用 件進行模擬仿真，首先大致對車身進行建模，初步設計出車身 模型，然后對車身外部流場域進行選取，劃分車身網(wǎng)格、設置邊界條件，然后進行迭代 計算，從而得出空氣阻力數(shù)值，并可以得出車身周圍流場圖、車身表面壓力圖。 在完成理論設計分析后，利用 軟件，對車身進行了繪圖，從而得到我想設計 汽車車身的外形。 指導教師評語 同意其參加答辯，建議成績評定為 。 指導教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為 。 答辯小組 組長： 年 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為 。 答辯委員會主任： 年 月 日 （請雙面打印。） 節(jié)能汽車車身設計 摘要 隨著近年來能源的短缺，全球能源危機，全球越來越重視對能源的利用和對新能源的開發(fā)，綠色環(huán)保已經(jīng)深入人們的生活之中，石油儲備已越來越受到各國的重視。由于世界的能源資源產(chǎn)地與能源的消費中心相距比較遠，尤其是隨著世界經(jīng) 濟的發(fā)展，世界人口的激增和人民生活水平的持續(xù)提高，世界能源需求量將不斷增大，由此會導致各國對能源資源的爭奪日趨激烈，以及環(huán)境污染的加重和環(huán)保壓力加大。由此我們可以斷定，在未來的生活中，節(jié)能減排這個話題將不會減弱，相反的，只會被越來越多的人所關(guān)注，而節(jié)能減排最終會成為一個永久的話題被人們所認識和對待。 本論文對節(jié)能車車身進行設計和優(yōu)化，將創(chuàng)新與實踐結(jié)合起來，通過理論驗證，利用 限元軟件分析車身受力情況，對車身安全性進行分析，以及車體流場情況。采用 面建模建立車身的整體模型，以達到最小的風阻 系數(shù)。在滿足相關(guān)條件下，降低汽車的整備質(zhì)量，提高經(jīng)濟性，力求最終設計出最節(jié)能的汽車。 關(guān)鍵詞： 節(jié)能，有限元軟件分析，曲面建模，流體力學 of of in on of s As of s of s to s in to is of we in of on it be a In of s to by of in to s to of 錄 節(jié)能汽車車身設計················································Ⅰ 摘要····························································Ⅰ ·········································· ············· Ⅱ 目錄···························································Ⅲ 第一章 緒論 ················································· 1 言···················································· 1 國的能源狀況····························· ············· 1 車節(jié)能的重要意義································· 1 車節(jié)能途徑······································· 1 題背景及意義··········································· 2 第二章 車身設計概述 ······································· ·· 4 身設計的要求··········································· 5 夠的強度、剛度··································· 5 證安全··········································· 5 坐舒適，有足夠的生存空間·························· 5 身質(zhì)量輕，面積利用率少···························· 5 氣動力性好········································ 5 觀、新穎的造型···································· 6 構(gòu)合理，制造方便·································· 6 身各物件工作可靠、不干涉·························· 6 第三章 整體思路 ·············································· 7 豚的造型，仿生學設計··································· 7 第四章 材料對車身輕量化的影響 ···························· 8 璃鋼······················· ·························· 8 第五章 汽車外界阻力 ········································· 9 面摩擦阻力············································ 9 氣阻力················································ 9 車空氣阻力系數(shù)················ ··················· 10 車阻力特性······································· 11 低汽車空氣阻力系數(shù) 措施······················ 11 第六章 詳細設計思路 ········································ 12 段外形······································· ········ 12 身側(cè)面··············································· 12 身底部：離地間隙的影響······························· 13 流罩················································· 14 部········································ ··········· 14 化發(fā)動機艙內(nèi)流場····································· 15 第七章 車身安全 ············································· 17 能汽車車身的節(jié)能研究制作····························· 17 身外形設計··········································· 17 身外部流場域的選取··································· 18 身模型網(wǎng)格的劃分····································· 18 界條件··············································· 19 構(gòu)分析階段··········································· 10 身周圍流場分析······································· 21 身表面壓力分析······································· 21 第八章 結(jié)語 ················································ 22 第九章 參考文獻 ·········································· 23 第十章 附錄 ······ ·························· 24 第一章 緒論 言 能源是人類日?；顒铀璧奈镔|(zhì)基礎。因此，從某種意義上講，人類社會的發(fā)展進步是離不開優(yōu)質(zhì)的能源的出現(xiàn)以及先進能源技術(shù)的使用。在當今的世界，能源未來的發(fā)展，能源和環(huán)境，都是全世界、全人類所共同關(guān)心的重要問題，也是我國未來社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的重要問題。能源是整個世界發(fā)展和經(jīng)濟增長的最基本的驅(qū)動力，是人類賴以生存的基礎。自工業(yè)革命以來，能源安全問題就開始出現(xiàn)。在全球經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，國際能源安全已上升到了國 家的高度，各國都制定了以能源供應安全為核心的能源政策。在此后的二十多年里，在穩(wěn)定能源供應的支持下，世界經(jīng)濟規(guī)模取得了較大增長。但是，人類在享受能源帶來的經(jīng)濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到一系列無法避免的能源安全挑戰(zhàn)，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題威脅著人類的生存與發(fā)展。 國的能源狀況 中國是當今世界上最大的發(fā)展中國家，發(fā)展經(jīng)濟，擺脫貧困，是中國政府和中國人民在相當長的一段時期內(nèi)的主要任務。 20 世紀 70 年代以來，中國作為世界發(fā)展最快的發(fā)展中國家，經(jīng)濟社會發(fā)展取得了舉世矚 目的輝煌成就，成功地開辟了中國特色社會主義道路，為世界的發(fā)展和繁榮做出了重大貢獻。 中國是目前世界上第二位能源生產(chǎn)國和消費國。能源供應持續(xù)增長，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要的支持。能源消費的快速增長，為世界能源市場創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間。中國已經(jīng)成為世界能源市場不可或缺的重要組成部分，對維護全球能源安全，正發(fā)揮著越來越重要的積極作用。 中國政府正在以科學發(fā)展觀為指導，加快發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)，堅持節(jié)約資源保護環(huán)境的基本國策，把資源建設節(jié)約型、環(huán)境友好型社會放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，努力增強可持續(xù)發(fā) 展能力。 車節(jié)能的重要意義 二氧化碳排放量的 25%來自于汽車排放，因此，汽車節(jié)能減排對整個社會的節(jié)能減排有著重要的意義。不僅僅是生產(chǎn)汽車，還包括怎樣長期滿足社會對清潔汽油、柴油的供應，這是節(jié)能減排的重要任務。今后 20~30 年，主要還是傳統(tǒng)汽車，所以依靠技術(shù)進步把發(fā)動機水平提高上去的意義非常重大。 另一方面就是我們要提供更多的清潔能源。應該說這方面是臨時性的，另一個問題是價格問題，要發(fā)揮市場機制的激勵作用。 車節(jié)能途徑 1）輕量化 中國目前車型結(jié)構(gòu)偏大、偏重的趨勢十分明顯，如果不加以控制，必然導致燃油消耗量的快速提高。因此推動汽車小型化、輕量化對于實現(xiàn)節(jié)能減排的目標有重要的意義。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車重的問題越來越凸顯，輕量化也得意義在全行業(yè)來說是一個永恒的主題。 2）高效化 運用一些新的技術(shù)降低燃油消耗量，將能量最大利用，例如：廢氣再循環(huán)、柴油機的高壓共軌、采用代用燃料。 文選題的背景及意義： 自從發(fā)動機發(fā)明以來，石油的危機和溫室氣體的排放問題愈演愈烈 ，不斷威脅著人類的生存和發(fā)展，越來越多的汽車給人民帶來方便快捷的同時也不斷的耗費能源和排放廢氣。在世界石油資源的日益衰竭的危機下，節(jié)能型汽車發(fā)動機的研究成為人類研究的課題。各國政府對此十分重視，每年都不斷地有更新更好的節(jié)能車型在出現(xiàn)，高效率的節(jié)能車勢必要給整個世界帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，越是排量小，耗油小的車就越是受歡迎，這已經(jīng)成為當代汽車設計的主流理念。汽車是國家科技能力體現(xiàn)的主要載體，近年來國家經(jīng)濟普遍向好，汽車工業(yè)正進入前所未有的繁榮時期。但中國汽車在設計風格上缺少世界水準，品牌和造型缺乏，頂尖汽車 外觀設計和高科技性能在國產(chǎn)汽車的表現(xiàn)使我們處于一種尷尬的局面，遺憾的是年產(chǎn)量處于全球領(lǐng)先地位的中國汽車業(yè)在世界汽車舞臺上仍然處于扮演者的配角。 因此，提高設計水平，形成自主開發(fā)產(chǎn)品的能力和中國汽車特有設計風格和品牌，將關(guān)系到汽車工業(yè)發(fā)展的全局和長遠規(guī)劃，汽車工業(yè)技術(shù)市場開發(fā)中，最主要市場消費關(guān)注點就是汽車車身的設計開發(fā)，它包括概念設計和工程設計。在整體設計中，車身占整車總成本的 1/2~1/3，其更新頻度更高，技術(shù)進步快，是汽車產(chǎn)品商品性的重要標準，也是汽車開發(fā)的關(guān)鍵。同時，能源危機和原材料供應目前在國內(nèi)日益 突出，汽車市場的旺盛引起了另一個嚴重的問題：有車無油。近一段世界，廣州，上海，北京等城市相繼出現(xiàn)油荒，空車無油的問題開始出現(xiàn)，由此開發(fā)制造省油、低油耗的汽車成了又一個課題在石油資源日益枯竭、全球石油儲量急劇下降的背景下，我國汽車保有量卻以平均每年 速度增加，我國對燃油的消費需求正以驚人的快速度增長，有很大一部分依賴于進口。一方面，我國汽車的節(jié)油減排的技術(shù)的應用十分有限，燃油使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達國家高 20%；另一方面，機動車排放污染已經(jīng)成為我國污染物的主要來源之一。因此，汽車節(jié) 油和環(huán)保問題日益突出，面對有限的石油資源和國家能源戰(zhàn)略遇到的威脅與挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點。隨著近幾年國家節(jié)能減排工作的不斷深入，汽車節(jié)能減排已經(jīng)成為社會各界的共識，也正在成為全體成員的共同目標。 自 2004 年起，中國成為僅次于美國的世界第二大石油消耗國。 2006 年，中國對進口石油的依賴增至全年需求總量的 47%， 2006 年中國的原油凈進口量為 13884萬噸。而在 1990 年 — 2003 年的 13 年里，中國汽車保有量平均年增長率達到 12%，汽車燃油消耗在中國石油消耗中所占比例日益增大。 2004 年，中國每一輛汽車的年均耗油是 ，中國進口的原油有 30%被汽車消耗，而這一比例在今后將升至50%。從汽車排放方面，汽車排出的廢氣已成為城市空氣的首要污染源。據(jù)國家環(huán)?？偩譁y算， 2005 年中國汽車排放污染在城市大氣污染中所占比例高達 79%。因此，汽車既是耗油大戶，又是排放廢氣大戶，抓好了汽車的節(jié)能減排，就是抓住了重點。汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻，考慮到當前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實際情況，除了要積極推進以混合動力、燃料電池、先進柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展外，另一個推進汽車節(jié)能減 排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，并適合大量用在汽車的高性能節(jié)能產(chǎn)品。 節(jié)能汽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似，由發(fā)動機，底盤和車身三大部分組成。發(fā)動機的改造無疑是攻關(guān)的重點，也是節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的主導性方向；底盤的設計關(guān)鍵在于減小摩擦損失和提高機械傳動的效率；車身設計的重點在于外形美觀，輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。 第二章 車身設計概述 汽車工業(yè)起始于 20 世紀 50 年代，是國民經(jīng)濟支柱之一。汽車工業(yè)的發(fā)展帶動了鋼鐵、材料、機械、電子、輕工、 化工等行業(yè)，綜合地反映了國家的物質(zhì)文明和精神文明水平。汽車由發(fā)動機、底盤、車身、電氣等幾個部分組成（如下圖 1汽車車身發(fā)展經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)、性能、外形、安全節(jié)能與環(huán)保四個發(fā)展階段，車身是汽車的“上層建筑”，給人們以直觀形象，不僅是駕駛員、乘客、貨物的承載物件，而且也是一種工業(yè)藝術(shù)新產(chǎn)品，給人們以藝術(shù)的造詣，工業(yè)的水平、工藝的精良等方面綜合地概念，是汽車工業(yè)中最有活力和最積極地因素，總是在不斷地變化、創(chuàng)新。在各種世界汽車博覽會上，無不以車身造型的新穎、車體制作的精良、車輛性能的優(yōu)越來表現(xiàn)其市場的競爭力。因此， 車身的研究、發(fā)展、制作是汽車工業(yè)中關(guān)鍵的一環(huán)。 圖 2— 1 車身作為汽車的四大總成之一，隨著汽車服務領(lǐng)域的不斷擴大和需求日益多樣化、個性化，車身設計已后來居上，逐漸占據(jù)主導地位。自世界上第一輛汽車世至今，汽車車身設計經(jīng)歷了一個世紀多的發(fā)展過程。車身設計造型設計諸如空氣動力學、人機工程學、計算機圖學、拓撲學、制造工藝學、微分幾何學、材料學、結(jié)構(gòu)學、美學等學科，是各行各業(yè)與各種不同領(lǐng)域知識的綜合運用，因此，汽車車身的設計與制造可以說是衡量一 個國家汽車工業(yè)發(fā)展水平最重要的標志。車身設計成本占整車總設計比重最大，所以車身設計對于汽車制造和新車型的開發(fā)起著舉足輕重的作用。 縱觀汽車車身的發(fā)展史，不難看出，車身設計的實質(zhì)就是設計師們不斷地協(xié)調(diào)材料、結(jié)構(gòu)、工藝、技術(shù)與造型美之間的矛盾關(guān)系，使設計出來的汽車既能滿足其功能要求又能滿足人的審美要求。 車身造型是工業(yè)造型的重要組成部分，以藝術(shù)手法給予汽車以活力，以時代感、以動態(tài)感反映國家、民族乃至汽車工廠的風格和特色，反映國家機械、電子、材料工業(yè)的水平。要推出一個新穎的、有市場競爭能力的、有高度經(jīng)濟效益的車身 ，需要匯集大量的車身資料、設計經(jīng)驗，繪制大量的車身構(gòu)思圖形，結(jié)合空氣動力學的有關(guān)知識，用素描、繪畫、攝影以及計算機圖形技術(shù)來提供新車型的藝術(shù)形象，構(gòu)成 1:10 小比例模型或者 1:1 實體模型以綜觀新車型的全貌和造型的魅力。目前，快速現(xiàn)代化流線型轎車，大型豪華旅游客車，各種造型威猛的載貨汽車，像一首詩，一幅畫，給人以美的享受，充分體現(xiàn)了車身設計的重要性。 車身造型是內(nèi)部設計和外部設計的總和，它將汽車的功能、材料、工藝和結(jié)構(gòu)特點運用藝術(shù)的手法科學地表現(xiàn)了出來。為了適應市場需要，在市場的激烈競爭中遙遙領(lǐng)先，汽車車身的 造型千變?nèi)f化，變化周期也越來越短。站在歷史的長河里，漫溯車身造型的發(fā)展史，能清晰目睹其形狀也是經(jīng)歷了幾個時代的變遷，從粗糙的“馬車”型到方箱型、流線型、三廂型（船型）、梯形再到當代造型，汽車的身材越來越好看，線條越來越優(yōu)美。每個時期的汽車造型都與其生產(chǎn)方式以及時代特征等有著密不可分的關(guān)系，都在汽車的發(fā)展史上占有一席之地。 車身設計的要求 ： 汽車車身最基本的功能即是用來運載人、貨物或各種生活資料，因此，汽車本身最基本的要求即是：安全、舒適。 1、足夠的強度、剛度 ： 在正常工作條件下，車身各物 件不致發(fā)生斷裂、變形影響各部件性能的正常發(fā)揮。如物件斷裂可能導致安全事故，物件變形可能導致門窗開閉困難。車身設計不僅要保證在常規(guī)負荷下的車身結(jié)構(gòu)及其附件的耐用性和有效性，而且要考慮其在允許的超負荷下的安全性。這就要求各部件有足夠的剛度、剛度，充分保證車身的可靠性。 2、保證安全： 與日俱增的汽車數(shù)量促使對其安全性的要求也是越來越高，包括主動安全和被動安全。主動安全是指避免發(fā)生安全事故的能力。如：寬敞的視野、舒適的工作環(huán)境、零部件性能可靠等。被動安全是指發(fā)生事故后保證乘員不受傷害的能力。如：碰撞安全性、翻車安 全性、消防栓、安全門、安全帶等。 3、乘坐舒適，有足夠的生存空間 ： 座椅舒適，操縱方便，符合人體工程尺寸的要求，要充分考慮車身的座椅與車內(nèi)空間的配合，使乘員有足夠的生存空間；足夠的通風換氣，空調(diào)工作可靠，時刻保持車內(nèi)空氣新鮮、適度適宜，使乘員感到舒適、愉快；防震、隔熱、防噪、密封性好等等。 4、自身質(zhì)量輕，面積利用率少： 汽車和車身是世界上最大批量的工業(yè)產(chǎn)品。每輛汽車約用 4000~4500 種不同的品種、不同的規(guī)格和不同的材料做成。消耗量占世界總產(chǎn)量中的石油 46%、鋼鐵 24%、玻璃 50%。全世界有三億人直接 或者間接的為汽車車身服務，而汽車又為全世界 95%以上的人民的生活提供服務。因此，降低成本、降低使用費用，使車身輕量化以獲得更低的燃料消耗和更多的經(jīng)濟效益是汽車車身設計的核心之一。一般自身質(zhì)量減少 10%，燃油消耗減少 6%~7%。 5、空氣動力性好： 隨著道路條件的改善，車速的不斷提高，空氣阻力所消耗的動力已占主導地位。據(jù)有關(guān)資料介紹，當車速達到 100 公里 /小時，空氣阻力將占總阻力的 80%。除此以外，汽車車身造型還將直接影響到汽車的高速行駛穩(wěn)定性、側(cè)風作用下的直線行駛穩(wěn)定性等，因此，良好的空氣動力性要求是汽車節(jié) 能降耗和安全行駛的重要保障。目前，由于空氣動力學特征研究的深入，汽車正面迎風阻力系數(shù)值 在不斷地下降。例如可以采用導流罩、后擾流板、前阻風板等來降低迎風阻力。 6、美觀新穎的造型： 汽車也是一件藝術(shù)品，不僅要考慮結(jié)構(gòu)、比例、尺寸、均衡，還要求考慮其質(zhì)感、色彩和動感，同時也要將其思想內(nèi)容生動的展現(xiàn)出來。通過形體、線性和色彩的變化和統(tǒng)一，來達到既自然和諧又新穎獨特的藝術(shù)效果。 7、結(jié)構(gòu)合理、制造方便 ： 根據(jù)現(xiàn)有的工藝，工裝進行合理設計，保證駕駛員進出車廂和行李、貨物裝卸等的方便性，從而達到最佳質(zhì)量、性價比 。在進行車身設計時還應注意汽車維護、保養(yǎng)和拆裝的方便性，一切具有獨立性功能的附件總成的潤滑、清理與拆裝應以最少或不需要拆裝車身本身的構(gòu)件為好。如儀表、電器及操縱機構(gòu)的拆裝就不應拆卸儀表板本體；室內(nèi)、外的燈具拆卸不應先拆卸固定它的車身本體構(gòu)件；前照燈的調(diào)整、換燈泡均不應拆卸前照燈總成的固定件。 8、車身各物件工作可靠、不干涉： 各部件的可靠性并不是允許無限制地超過合理范圍的條件下仍具有高安全性，而是指在可能發(fā)生的非正常情況下，結(jié)構(gòu)與機構(gòu)仍然可以保證其使用性。與此同時，還應確保各部件的運動不發(fā)生干涉現(xiàn)象以及其密 封性能。如門、窗關(guān)閉嚴密、不漏水、漏灰塵、座椅調(diào)節(jié)機構(gòu)可靠等等。 第三章 整體思路： 豚的造型，仿生學設計 以海豚的生物體態(tài)，混合使用曲面和平面設計出緊湊有序的車身部件，有力、光滑、緊湊的曲線表現(xiàn)出汽車健美的運動氣質(zhì)，節(jié)能汽車具備了優(yōu)良流線型的條件，更有利于節(jié)能。 車輛整體應符合大眾審美觀，融入了海豚元素后讓人激勵地聯(lián)想到豚類游動時的優(yōu)雅姿態(tài)，靈性十足的設計，亦同時充滿了時尚感和科學感，具有平易近人、大氣穩(wěn)重的特點，是幾何學和機械造型的絕佳結(jié)合，給人以速度和澎湃的 沖擊感，在靜止的時候也極富動感，達到人們心理上的美觀要求。配合人體工程學有關(guān)知識制定合理的長度、寬度、高度、駕駛座的空間大小等內(nèi)容，并結(jié)合行駛實際環(huán)境，目的是配合車身主體和底面擁有更順暢的氣體流動環(huán)境。。 圖 3— 1 圖 3— 2 上圖所示的就是根據(jù)海豚的仿生學原理，設計出的車身的原始形態(tài)。這種設計類似于理想的流線型物體。我在這個原始形態(tài)的基礎上進行細部優(yōu)化，使其轉(zhuǎn)化成為節(jié)能車的車身外形。 第四章 材料對車身輕量化工程的影響 車身材料的選擇一般要考慮材料的成本，成型難以以及制造成本、生產(chǎn)效率等，對承載件要求滿足強度、剛度、韌性，對外覆蓋件要求滿足美觀、耐腐蝕、易涂漆、抗沖壓、易修復、低導電、隔熱等特點。對于不同載荷類型，需要利用材料的不同力學特性，并綜合考慮合理的結(jié)構(gòu)設計，使材料發(fā)揮最大效益而不增加車身重量，從而實現(xiàn)輕量化的設計。結(jié)合節(jié)能車所處的行駛條件，使用玻璃鋼（ 種復合材料比較合適，以下是 一些特性： 璃鋼（ 纖維強 化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。質(zhì)輕而硬，不導電，機械強度高，耐腐蝕?？梢源驿摬闹圃鞕C器零件和汽車、船舶外殼等。玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、毯、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。其強度相對于鋼材，又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能。將 金屬材料做比較可以分析，鋁輕一半，是鐵的 1/5，而剛性和強度比夾層板高 10 倍有余，因此更適合做車身材料。 （ 1） 輕質(zhì)高強：相對密度在 間，只有碳鋼的 1/4~1/5，可是拉伸強度確很接近，甚至超過碳鋼。因此，在航空、火箭、宇宙飛船、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環(huán)氧 拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到 400上。 （ 2） 耐腐蝕性能好： 良好的耐腐蝕材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類的溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、有色金屬等。 （ 3） 電性能好： 優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保持良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線 罩。 （ 4） 熱性能良好： 導率低，室溫下為 m· h· k)，只有金屬的1/100~1/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐熱燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在 2000℃以上承受高速氣流的沖刷。 （ 5） 可設計性好：①可以根據(jù)需要靈活地設計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性。②可以充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設計出耐腐蝕的、耐瞬時高溫的產(chǎn)品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。 （ 6） 工藝性優(yōu)良：①可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù) 量來靈活地選擇成型工藝。②工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。 第五章 汽車外界阻力 汽車的外界阻力是汽車動力消耗的根源。汽車的外界阻力主要有兩種：一種是地面摩擦阻力，一種是空氣阻力，所消耗的功率與汽車車速的三次方成正比。地面摩擦阻力是汽車中低速時動力消耗的主要因素，空氣阻力是汽車在高速時動力消耗的主要因素。當車速達到 125Km/h 時，空氣阻力是地面摩擦力（道路滾動阻力）的兩倍多。 面摩擦阻力 地面摩擦力基本上可以看做是一 個變化不大的量，它取決于汽車本身的重量以及地面與輪胎的摩擦因子（系數(shù)）。車重自出廠之后就不可變化，我們只有在購車的時候選擇買具有什么車重的車。摩擦系數(shù)跟輪胎有關(guān)，尤其是輪胎寬度，一般來說，輪胎越寬，油耗則就越大。但是寬輪胎對于提高車身的穩(wěn)定性和乘坐舒適性有著重大的意義。我們可以看到，一般中高檔的車胎都比較寬，而經(jīng)濟型車輛的輪胎都比較窄。輪胎寬度對汽車油耗影響還是比較大的。 空氣阻力是汽車在高速時發(fā)動機動力消耗的主要因素，據(jù)測試，一輛以 100Km/動機輸出功率的百分之八十都被用來克服空氣阻 力，減少空氣阻力，就能有效地改善汽車的行駛經(jīng)濟性?？諝庾枇Φ拇笮『推囆旭偹俣鹊钠椒匠烧?，也跟汽車的風阻系數(shù)，汽車的截面積有關(guān)。大家都知道高速時油耗大，一個原因是由于發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)時效率不高，另一個更重要的原因是由于需要克服更多的空氣阻力。當然，我們不能由于節(jié)油而總是把車速放到 90Km/h 的經(jīng)濟車速。因此，人們能夠做的就是降低車輛的風阻系數(shù)還有車輛的迎風面積（橫截面積）。 車輛的風阻系數(shù)問題是汽車的空氣動力性問題的一部分。它的核心問題就千方百計通過優(yōu)化車身形狀而減小風阻系數(shù)。車身的風阻系數(shù)的研究也是一項 投資巨大的項目，首先它必須有自己的風洞，而目前中國汽車自己的制造商沒有一個像樣的風洞，上海有一個正在擬建中。目前在這方面的技術(shù)比較出色的是保時捷汽車公司。 根據(jù)常理，一堵墻一樣的東西是很難再大風中站立的，更別說快速移動；而小鳥們?yōu)榱孙w的更高更快更好，不得不把自己的嘴巴進化成喙。這向我們揭示了汽車空氣動力性設計的方向：流線型化。以前的老爺車總是有棱有角，看起來是個性非凡，但他們的代價是犧牲