1、汽车车身结构不设计 课程目标和安排 主要学习内容包括：车身开发流程和设计 方法、车身总体设计、车身概念设计、车 身结构力学性能分析计算、车身结构设计 和车身部件结构与设计。 学时32 成绩评定：考试占80%，平时成绩占20%， 按百分制给出最终成绩。 教材及主要参考书目 教材： 林程,王文伟,陈潇凯. 汽车车身结构与设计M. 北京: 机械工业出版社, 2013. 参考书目 黄天泽, 黄金陵. 汽车车身结构与设计M. 北京: 机 械工业出版社, 1999. 汽车工程手册编辑委员会. 汽车工程手册: 北京: 人 民交通出版社, 2001. Donald E Malen. Fundamentals
2、of Automobile Body Structure Design M. Warrendale, Pennsylvania, USA: SAE International, 2011. 第一节 引言 第一章 车身概论 一、概述 车身与发动机、底盘和电子电气设备一起 构成汽车的四大总成 车身已经成为车型的重要标志，其开发越 来越受到重视 车身设计理念和设计方法在不断改进。 我国主要汽车企业的车身设计水平已经达 到全面三维设计的程度 三、车身技术特点 车身很多方面(如设计方法、制造工艺等) 与其他总成大相径庭, 车身技术在一定程 度上反映了一个国家的现代科技水平。 车身技术特点 车身技术涉及当
3、代科技领域的多门学科, 而且 各学科之间高度交叉与融合 车身设计流程与方法独特：产品+艺术品 车身制造工艺复杂：技术密集，钣金件为主。 冲压、焊装、涂装工艺，代表国家基础工业水 平 二、车身癿功能 车身是对汽车的形态和功能有很大影响的 重要部件。 车身的主要功能 为乘员提供安全舒适的乘坐环境 提供发动机及底盘等部件的装配 汽车美观造型的体现 四、车身设计要求及原则 车身独特的使用性能要求和使用环境, 决定了现代车身设计所必须满 足的要求和需要达到的目标： 车身结构强度必须能够承受在其整个使用寿命内可能达到的所有静力和动力载荷。 车身布置必须提供舒适的室内空间、良好的操纵性和乘坐方便性以及对大自
4、然影 响的抵御能力。 车身必须具有良好的对车外噪声的隔声能力。 车身的外形和布置必须保证驾驶人和乘员有良好的视野。 车身材料必须是轻质的, 以使整车重量降低。 车身外形必须具有低的空气阻力, 以节省能源。 车身结构和装置措施必须保证在汽车发生事故时对乘员提供保护。 车身结构材料必须来源丰富、成本低, 所选择的材料必须能够实现高效率的制造 和装配。 车身结构设计和选材必须保证车身在整个使用期间满足对冷、热和腐蚀的抵抗能 力的要求。 车身的材料必须具有再使用的性能。 车身的制造成本应足够低。 四、车身设计要求及原则 轿车车身设计时必须遵循以下设计原则： 车身外形设计的美学原则和最佳空气动力特性 原
5、则。 车身内饰设计的人机工程学原则。 车身结构设计的轻量化原则。 车身设计的“通用化、系列化、标准化”原则。 车身设计符合有关的法规和标准。 车身开发设计的继承性原则。 第二节 车身结构基础知识 第一章 车身概论 一、车身及名词术语 车身包括白车身、外装件、内装件和电气附件 1、白车身 白车身：通常是指已经装焊好但尚未喷漆的白皮车 身(Body In White，BIW)，主要由车身本体、闭合 件(Closure) 及其他可拆卸结构件组成。经过涂装 后的白车身称为涂装车身(Body on Primer)。 车身本体：是车身结构件(又称车身骨架)与覆盖件焊接 或铆接后不可拆卸的总成； 闭合件：是
6、车身上可启闭的各种舱门的结构件，包括车 门、发动机盖、行李舱盖等。 车身本体组成 车身骨架：主要为保证车身的强度和刚度而 构成的空间框架结构。 车身覆盖件：指覆盖在车身骨架表面上的板 制件。 车身覆盖件覆盖在车身骨架上，使车身形成 完整的封闭体以满足室内乘员乘坐要求，通 过它来体现汽车的外形并增强汽车车身的强 度和刚度。 白车身及骨架 客车骨架 2、车身外装件 车身外装件：是指车身外部起保护或装饰作 用的一些部件，以及具有某种功能的车身外 附件，主要包括前后保险杠、车外后视镜、 散热器罩、进气格栅、天窗及其附件、车身 外部装饰条、密封条、车门附件及空气动力 附件等。 3、车身内装件 车身内装件
7、：是指车内对人体起保护作 用的或起装饰作用的部件，以及具有某 种功能的车内附件，主要包括仪表板、 座椅及安全带、安全气囊、遮阳板、车 内后视镜、汽车内饰等。 4、车身电气附件 车身电气附件：车身电气附件是指除用 于发动机和底盘以外的所有电气及电子 装置, 如各种仪表及开关，前照灯、尾 灯、指示灯、雾灯、照明灯等 二、车身承载类型 车身(如有车架则包括车架) 与汽车的车轮、 悬架系统构成汽车的行驶系统，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、传动系统及悬架系统传来 的载荷及各种路面工况下的作用力和力矩。 因此，也将车身和车架称为承载系统。 按承载形式的不同，可将车身分为非承
8、载 式和承载式两大类。 1、非承载式车身 都装有单独的车架，此时车身通过多个悬 置（橡胶垫）安装在车架上，当汽车在崎 岖不平的路面上行驶时，车架产生的变形 由橡胶垫的挠性所吸收, 载荷主要由车架 来承担, 因此这种车身结构是不承载的。 车架 车架是跨装在汽车前、后轴上的桥梁式结 构, 其结构形式可分为框式、脊梁式和综 合式三大类。框式又可以分为边梁式和周 边式。 车架 桁架式车架 2、承载式车身 承载式轿车车身是将车架的作用融入车身 的结构，因此又称整体式车身结构，它承 担承载系统的全部功能。由于取消了车架， 发动机和行驶系统的支点都在车身上。 为了防止振动直接传入车身，经常是将发 动机和行驶
9、系统通过副车架(或辅助横梁) 与车身底架连接。 采用副车架可以将动力总成和悬架等与副 车架形成一个组装部件，这种模块化结构 给生产和使用都带来方便。 当采用副车架时，由于副车架能够分担一 些载荷，使前纵梁变形减小，因此也有人 称带有副车架的车身为半承载式车身。 轿车车身不车架 非承载式车身结构癿优缺点 非承载式车身结构的优点在于： 除了轮胎与悬架系统对整车具有缓冲吸振作用外，车身与车架间的悬置 还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用, 既 延长了车身的使用寿命, 又提高了乘坐舒适性。 底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，既可简化装配工艺，又便 于组织专业化协作。 车架作
10、为整车的基础，便于汽车上各总成和部件的安装，同时也易于更 改车型和改装成其他用途的车辆。 发生撞车事故时, 车架还可以对车身起到一定的保护作用。 非承载式车身结构的缺点有： 由于设计计算时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度, 从而导致整车自重增加。 由于底盘和车身之间装有车架，使整车高度增大。 车架是汽车上最大且质量最重的零件 承载式轿车车身优缺点 由于承载式车身是空间框架结构，可以充分利用 车身承担载荷，因此具有整体刚度大、重量轻和 整车高度低等优点，而且生产效率高，是现代轿 车中常见的结构。但是承载式车身也有一些缺点： 因为取消了车架，来自传动系统和悬架的振动和噪声 将直接传
11、给车身，而车厢本身又是易于形成空腔共鸣 的共振箱，所以会大大恶化乘坐舒适性。 改型较困难。 2、承载式客车车身 承载式客车车身根据客车车身承载程度的 不同, 又可以将承载式客车车身分为半承 载式和全承载式两种。 半承载式是指客车车身与车架刚性相连，车身 部分承载的结构形式。非承载和半承载式车身 都属于有车架车身结构。 全承载式客车车身骨架及底架是由异形管制成 的格栅式结构，没有单独的纵梁式车架，局部 格栅上可有覆板。车身采用封闭环结构，使整 个车身都可参与承载。由于没有车架，故可降 低地板和整车高度。 半承载式车身 基础承载式车身 整体承载式车身 全承载式客车车身 全承载式客车车身具有众多优点
12、, 如：车身质量减轻, 结构强度与刚度 提高；简化了构件成形过程，提高了材料利用率；整车重心降低，高速 行驶时稳定性好；加工不需要大型冲压设备，便于产品改型，易实现多 品种、系列化生产。被动安全性好，全承载式车身能够在汽车翻滚及相 撞等恶劣情况下保证乘客的安全空间。 三、轿车白车身构造 轿车的白车身一般由大量的车身冲压零件焊接而成，主要由 前车身、地板、侧围、顶盖及后部车身等部分组成。 1、前车身 前车身的结构因前置发动机和后置发动机不同而大不一样。 前车身结构也因前置前驱、前置后驱的不同及悬架、转向、 发动机支撑方法的不同而不一样。 (1) 前围上盖板 前围上盖板上通常要设置支撑转向柱的支架
13、，确保管状结构的转向柱支 撑梁及车身有足够的刚度。前围上盖板还具有阻止高速行驶时轮胎作用 力和停车时发动机怠速振动作用力给转向装置带来振动的功能。 (2) 前围板 前围板是隔开发动机舱和客舱的部件，安装有 踏板类部件及空调，布置有线束、配管、转向 柱等的贯通孔同时还具有防止发动机及轮胎噪 声进入客舱内的作用。有的车身前围板采用钢 板中间夹防振材料的夹层式结构。 前围板还是控制碰撞造成客舱变形时，向地板 纵梁转移由前纵梁传来的作用力的重要部件。 为连接左右的前纵梁，还设置了前横梁，以确 保刚度。目前这些构件均呈厚板化及采用高强 度钢板来制造的趋势。 (3) 前悬架支撑 前悬架支撑通常带有减振器的
14、安装结构，与前纵梁 共同承担来自悬架的作用力及碰撞时的冲击力。 (5) 发动机盖 发动机盖通常由造型面的外板及增加强度、刚度 的内板构成。 发动机盖的性能要求： 刚度。要达到不使发动机盖出坑, 不影响其品质感。 耐压性。用力压发动机盖后不至于产生塑性变形。 整体弯曲和扭转刚度。 碰撞时产生适当的塑性变形, 但发动机盖后端不应插 入前风窗。 从保护行人的角度出发，发动机盖还要求具有吸收碰 撞时冲击能量的性能。近年来随着轻量化要求的提高, 铝合金材料的应用不断扩大 (4) 前纵梁 前纵梁是构成前车身最重要的骨架部件, 发动机、变速器、悬架装置及辅助部件均 安装在前纵梁上，同时它还是吸收碰撞时 的冲
15、击能量, 确保车身刚度的主要骨架部 件。 在低速碰撞时，为保证车身不产生变形, 前纵梁需要具有较高的刚度；而在高速碰 撞时，通过前纵梁的纵向弯曲变形，高效 率地吸收碰撞冲击能量。 (6) 前翼子板 要求前翼子板具有一定的刚度和耐压性。前翼子 板和发动机盖不一样的是，在该部位无法采用加 强结构，一般将外板的加强衬附在里面或加厚钢 板厚度。为屏蔽发动机及轮胎的噪声，有时会采 用消声材料或附加降噪材料。 从保护行人的角度出发，要求前翼子板具有吸收 碰撞冲击能量的性能。随着轻量化要求的提高， 铝合金材料应用不断扩大；同时造型自由度及碰 撞时复原性较好的塑料材料应用也在增加。 2、地板 车身地板是车身的
16、支承部分。 地板的主要功能：确保承受悬架及驱动系统作用 力的强度、刚度及改善NVH (噪声、振动、平稳)； 防止车辆外部的水、尘土、热、噪声及异味进入， 创造舒适的乘坐空间；撞车时可以保护乘员和燃 料系统免受外力冲击，确保乘员生存空间；应确 保客舱的居住性、乘降性、货厢的宽度、轻微撞 车后容易修复、隔绝排气系统的热量，以及具有 使用千斤顶、牵引车及车辆运输中的固定作业的 方便性。 承载式车身地板结构 轿车车身地板结构主要由地板、地板梁、支架、地 板通道、门槛、连接板、座椅支架等构件组成 非承载式车身癿下车身 对于非承载式车身，一般为增加有效空间而加大车架的宽度, 其中以地板为下凹式框架为主，结
17、构简单。 1前地板 2门槛梁 3中地板 4后地板 5后地板边梁 承载式车身底部结构 通常将地板梁结构和车 身前纵梁、前横梁作为 一个整体结构进行设计。 车身底部前纵梁和后纵 梁与地板结构的连接， 一般采用交叉型梁设计 原理，对将碰撞时的力 流分成许多分支传递有 利。 3、车身侧围及顶盖 车身侧围是决定车身整体弯曲刚度的重要部件。可以采用各 部件单独冲压而成，也有采用外板采用整体冲压而成。 1A 柱 2前铰链柱 3上边梁 4B 柱 5后翼子板 6C 柱内板 7门槛梁 8后轮罩 9顶盖 10前顶盖横梁 11后顶盖横梁 12顶 盖横梁 车身侧围及顶盖各部癿截面图 a前顶盖横梁 bA 柱 cB 柱 d
18、 C 柱 e上边梁 f门槛梁 4、后部车身 后部车身是客舱后部的车身结构，一般指 行李舱部位，其形式可以根据三厢车和两 厢车大致分为两种结构。 四、客车车身构造 客车车身的主要结构件包括底架(车架)、骨架 和蒙皮。 底架与车架： 非承载式客车车身有单独的车架，车身通过悬置与 车架相连。客车车架多用梯形车架，以两根纵梁为 主，中间布以横梁，纵梁外焊上支腿(俗称牛腿) 现代客车车身多为承载式车身，它没有独立的车架, 取而代之的是底架。底架多为型钢或冲压件焊接而 成，称为桁架，其刚度较大。有的公交用低地板客 车要求距地面很低，这种底架前端和中部一般设计 成车架式，车身后端设计成桁架式。 承载式客车癿
19、底架 四、客车车身构造 骨架：大型客车多采用骨架式，用型钢、滚压件、冲压件 构成纵、横梁,形成网状骨架。骨架主要由前围、后围、 左右侧围和顶盖几个单元组成。 蒙皮：大客车车身上的蒙皮可以分为两种，分别是应力蒙 皮和预应力蒙皮。蒙皮受有张拉应力，因此垂直于板面的 刚度得以提高。 五、货车车身构造 货车车身一般为非承载式结构，主要包括驾驶室和货厢。 现代货车驾驶室按结构可分为：驾驶室位于发动机之后的 长头式；驾驶室部分位于发动机之上的短头式，驾驶室完 全位于发动机之上的平头式。 平头式驾驶室构造 2、货箱 货箱一般可分为封闭式(厢式) 和开放式(栏板式) 两大类， 栏板式又可以根据栏板的高度分为高
20、栏板式和低栏板式两种 第三节 车身结构设计中癿“ 三化”问题 第一章 车身概论 一、系列化、通用化不标准化 汽车是大量生产的产品，而且品种型号多种多样，在设计时 必须进行详细的技术经济分析，在生产上尽量实现“三 化”(产品系列化、零部件通用化以及零件设计的标准化), 以简化生产，收到提高产品品质、降低成本的效果。 产品系列化在于将产品进行合理分档、组成系列，并考虑各 种变型。 零部件通用化就是在载质量(或载客量)接近或同一系列的车 型上, 尽量采用相同结构和尺寸的零部件。 零件标准化对汽车的大量生产也很重要。广泛采用标准件， 有利于产品的系列化和零部件的通用化，便于组织生产、降 低成本，对于使
21、用维修也能带来很大的方便。 二、平台化 平台概念是对“三化”理念 的延伸。平台是指使用相同 的底盘结构，生产不同的汽 车产品。但这种平台化也存 在一些弊端，如平台化不利 于不同级别车型之间的区别 三、模块化 模块化设计技术是指设计过程中，在对一定范围内的不同功能 或相同功能但不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础 上，把整车按功能划分并设计出一系列独立的模块。 每个模块集成多个零件或总成，并且模块之间的连接不会因为 其中零件或总成的变化而改变，在装配时以模块为基础进行装 配，通过模块的选择和组合就可以构成不同的产品，以满足消 费者对于个性化的需求。 大众的模块化战略主要以发动机的布置方式为
22、划分标准，从而 衍生出四个不同的模块，即横置发动机模块平台(MQP)、纵置发 动机模块平台(MLP)、后置发动机模块平台(MHP) 和中置发动机 模块平台。改用模块化模式之后，MQP 和MLP 两种方案就基本 解决了大众和奥迪多数主力车型的生产问题。 车身模块化设计癿原则 力求以尽可能少的模块组成尽可能多的产品, 并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳 定、结构简单及成本低廉，且模块结构应尽量 简单、规范,模块间的联系也尽可能简单。 模块化设计分两个不同的层次: 第一个层次为系列模块化产品研制过程； 第二个层次为单个产品的模块化设计，需要根据用 户的具体要求对模块进行选择与组合，并加以必要
23、的设计计算和校核计算，本质上是选择与组合过程。 第三节 车身结构癿轻量化 第一章 车身概论 1、汽车节能癿途径 汽车节能的途径：开发替代能源、节约用油和提 高燃油经济性是汽车能源战略中三个极为重要的 领域, 也是汽车节能的三个基本途径。 提高燃油经济性涉及技术节能和结构节能的概念 技术节能即通过一系列节能技术，提高汽车的燃油经 济性或降低汽车的燃油消耗。例如：发动机增压、流 线型车身、轻量化车身、低滚动阻力轮胎等。 结构节能是通过调整全社会的车型结构，达到降低社 会评价油耗及降低全社会燃油消费总量的目的。例如： 提高低油耗的小型车和普通轿车比例、减少高油耗的 大型车和SUV 车的比例，以及适当
24、提高能效高的柴油 车比例等。 2、车身轻量化癿意义 汽车自重每减少10%, 燃油消耗可降低6% 8%，排 放可降低4%左右。日本汽车工业协会的研究表明： 当车辆的自重从1500kg 下降到1000kg时，每升燃 油平均行驶的里程由10km 上升到17.5km，相当于 每减重100kg，每升油可多行驶1.5km，燃油经济 性提高了5.7% 10%。 美国福特汽车公司在欧洲全顺车的试验表明：在 满足欧标准条件下，每百公里油耗Y 与车辆自 重X 满足以下关系： Y =0.003X +3.3434 2、车身轻量化癿意义 对于乘用车来说，车身占整车质量的40% 60%，约70%的油耗是用在车身质量上的。
25、 从制造成本来看，车身占到整车成本的 15% 30%； 从汽车发展趋势来看，人们对汽车的安全 性、舒适性等要求越来越高，而这些要求 的实现大都体现在车身上。所以汽车车身 尤其是白车身的轻量化是整车轻量化的重 要部分。 3、车身轻量化评价指标 目前常用的车身轻量化的评价指标为宝马 公司提出的轻量化系数L，它是轿车车身轻 量化设计的一个重要指标，是表征一个轿 车产品车身轻量化水平的重要参数之一。 轻量化系数L 具体是指白车身的质量与四 轮的投影面积A 与静态扭转刚度Ct的比值： L = m/(ACt) m 为白车身质量(kg)，不包括车门和玻璃；A 为四轮 投影面积(轴距伊轮距)(m2)；Ct为车
26、身静态扭转刚度 (kNm/ () 二、车身结构轻量化癿方法不途径 实现轻量化的途径有三条： 一是整车优化结构设计，如采用优化设计除去 零部件的冗余部分(使零部件薄壁化、中空化)， 部件复合化以减少零件数量, 设计全新的结构 等； 二是优化材料设计，即用低密度材料代替钢铁 材料的应用，主要是轻量化材料以减轻零部件 重量，轻量化结构和轻量化材料两者相辅相成， 相互作用。 三是轻量化制造，即通过先进的轻量化制造技 术的应用，实现轻量化设计和轻量化材料。 1、结构轻量化 结构轻量化设计的核心是：通过对车 身结构和相关零部件的优化设计, 确 保其在采用轻量化材料后的性能和功 能完全满足整车要求。 结构优
27、化可以按设计变量的类型划分 成三个层次, 即结构尺寸优化、形状 优化和拓扑优化。 尺寸优化 尺寸优化是指在给定结构的类型、材料、布局和外 形几何的前提下，优化各个组成构件的截面尺寸， 使结构最轻或最经济。 形状优化 形状优化是指在结构的类型、材料、布局已定的前提下对 结构的几何形状进行优化，如对布局已定的桁架的节点位 置进行优化、对连续体的边界形状进行优化、对实体结构 内部开孔的尺寸、形状进行优化。 拓扑优化 拓扑优化方法是在一个给定的空间区域内，依据已知的外 载及支承等约束条件，寻找承受单载荷或多载荷的物体的 最佳结构材料分配方案，从而使结构的刚度达到最大或使 输出位移、应力等达到规定要求的
28、一种结构设计方法。 客车车架优化设计实例 SUV 车架优化设计实例 2、材料轻量化 采用车身轻量化材料是实现汽车轻量化的 重要手段。目前，车身轻量化材料主要以 高强度钢、铝镁合金和非金属材料为主。 发达国家相继制定了汽车技术路线图，轻 量化材料技术是其中的重要内容之一。在 规划的框架下，政府策划并组织，企业合 作，共同开展重大新材料技术研究。 SUPER LIGHT CAR 顷目 欧盟SUPER LIGHT CAR 超轻汽车项目。通过 该项目的实施, 通过 先进的多材料车身结 构设计，将白车身质 量减轻了35% ( 大众C 级车的白车身质量由 281kg 减小到180kg) 3、制造轻量化 轻
29、量化制造技术指的是以车身轻量化设计 为基础，在综合考虑所采用轻量化材料的 特性和产品控制成本要求的前提下而采用 的制造技术。 目前最广泛使用的主要有激光拼焊技术、 液压成形技术、高强度钢热成形技术、高 强度钢辊压成形技术、电磁成形等先进的 成形技术及连接技术、表面处理技术和切 削技术等。 (1) 激光拼焊技 是将经不同表面处理、不同材质、不同厚度的钢板通过激 光焊接组合成一个毛坯件，然后再将其冲压成所需的零部 件。与传统点焊工艺的产品相比，激光拼焊技术特点如下： 1) 减少零件数量。由于拼焊板可以一体成形，提高了车身覆盖件的精度，减 少了大量冲压加工的设备和工序。 2) 减轻结构件的质量。由于
30、采用不同厚度的板料焊在一起，然后一次冲压成 形, 而不再需要焊接加强板，因此可以降低钢材消耗，减轻结构质量。 3) 可以改进车身结构的安全性能和耐久性。 (2) 液压成形技术 液压成形技术是指把管状或板状材料放在密封的模具中， 再把流体介质(水、油等)引入管件的内腔或板件与模具的 内腔，通过增加液体的压力，使工件在常温下变形，经过 膨胀、压缩和成形三个阶段，最终成为所需零部件形状。 液压成形技术优点：可减少零件数量和模具数量、结构完 整性好、强度高、使用寿命长等，并可在保证零件刚度和 强度的前提下有效降低构件重量和成本。 液压成形件比冲压件平均成本可降低15% 20%、模具费 用降低20% 3
31、0%，成形后的零件可减重30%。 (3) 超高强度钢热成形技术 将板材加热奥氏体化， 然后在模具中进行热成形, 通水冷却，在保持零件良好形状的前提下得到高 强度的马氏体组织。 优点是：可提高零件强度；减小零件壁厚或截面 尺寸，节约材料消耗；材料塑性和成形性好， 能 一次成形复杂的冲压件；可减少模具数量和成形 工序；可消除回弹影响，零件精度高，成形质量 好。 超高强度钢热成形技术主要用于B柱、防撞梁、保 险杠等安全结构件的生产，起到了为满足高碰撞 条件要求使车身局部结构得到加强的作用。 (4) 高强度钢辊压成形技术 三维辊压成形是以轻量化和一体化为特征 的一种三维空心变截面轻体构件的新型辊 压成
32、形技术。 采用高强度钢辊压成形技术加工出的变截 面车身零部件可大幅度提高承载能力并充 分发挥材料的利用率，减轻结构重量， 降 低零件生产成本，提高生产效率。 (5) 电磁成形技术 欧美各国正在积极开展金属板材电磁成形技术研 究。是利用电流通过线圈所产生的磁场，在磁力 作用下，使坯料产生塑性变形的一种成形方法。 电磁成形属于一种快速成形，成形时间为100微秒。 电磁成形适用于铝、镁、钢等材料。 具有如下优点：工装简单；易于成形；加工质量 好，工件回弹很小、表面粗糙度好、重复性好。 可实现无接触加工，不需润滑和后续的清理工序； 生产效率高。 (6) 连接技术 连接技术也是轻量化技术发展的关键之一，
33、 它关系到被连接结构的性能、重量、加工 工艺、装配、安全与回收等诸多方面。 传统的连接技术主要有电阻点焊和MIG（惰 性气体保护焊），MAG（活性气体保护焊）， 但随着多材料轻量化设计的需要，激光焊 接、铆接与自冲铆接、黏接及复合连接等 新的连接技术逐步发展并得到越来越多的 应用。 汽车车身结构不设计 第一节 现代车身产品开发流程 第二章 车身开发流程和设计方法 一、传统车身开发流程不方法 对车身这样复杂的空间曲面外形采取了一 整套特殊的实物(如外形样板和主模型等) 模拟和“移形”(模拟量传递) 的办法。 在产品设计、生产准备和投产等阶段中， 实物可以补充图样之不足，保证成套工艺 装备(模具和
34、装焊夹具等) 之间乃至零部件 之间的协调验证。 传统癿车身开发流程 概念草图和外形效果图 胶带图 1:5车身布置图 车身侧视图 车身前后视图 雕塑1:5油泥模型 雕塑1:5油泥模型 1:5油泥模型 1:5木模型 油泥模型工具 制作1:1模型 1:1卡车模型 绘制主图板 绘制主图板是最关键的一环。为了确保尺 寸精度和稳定性,往往以1:1 的比例绘制在 刻有坐标网格线的铝板上，利用铝板不变 形的特性来保证主图板尺寸的稳定性，而 铝板则固定于一木制平台上。 主图板上不需要标注尺寸，但需要能反映 出车身上的主要轮廓线(包括一系列的截面 曲线)、各零件的装配关系和结构截面，有 时还要进行可动件(如车门、
35、发动机盖等) 运动轨迹的校核。 车身主图版 车身主图板 返回 车身零件图 返回 制造车身主模型 主模型是根据主图板、车身零件图等制造 的1:1实体模型，是重要的设计资料之一， 同时也是制造冲模、胎具、装焊夹具、检 验样架的主要依据，还是大量生产汽车车 身时不可缺少的依据。 主模型可以按车身覆盖件在车身中的位置 分为外主模型和内主模型两部分。在汽车 的整个投产过程中, 主模型有点相当于 “米原器”的作用，因此要求其尺寸十分 准确。 制作主模型 传统开发流程癿问题 传统的车身设计过程和方法需要依靠人力经过绘 画油泥模型主图板主模型等多次反复测量、 反复修改才能确定, 导致车身的开发周期长、成 本高
36、, 而且靠“移形”的办法设计精度难以保证。 例如: 由主图板制作主模型, 由主模型加工艺补 充制造工艺模型, 再由工艺模型反靠加工冲模。 因原始数据经过多环节的转换, 人为的和设备造 成的误差在所难免, 从而导致加工出的冲模精度 无法保证。 利用计算机代替部分人的劳动, 进入现代车身开 发阶段势在必行。 二、现代车身产品开发流程 随着计算机技术的发展, 计算机辅助开发技术CAX (CAS、 CAD、CAE、CAM 等) 在车身设计中的应用不断深入, 基于 全数字化的虚拟车身开发技术已经成熟, 车身产品的开发 也进入了现代车身产品开发阶段, 其开发流程、开发方法 和开发技术也发生了根本性的变化。
37、 整车开发流程主要围绕三个方面, 即开发一辆什么样的车、 怎样开发设计这样的车、怎样将设计开发好的新车型批量 制造出来。 在整个开发流程中, 对每一个阶段的开发进程都设有一个 审查、验收的关键里程碑, 在每个里程碑, 对新车型的所 有指标都必须经过严格考核。 现代车身产品开发流程 车身产品开发阶段 产品规划：规划和定义车身产品开发的指导原则、开发内容、关 键技术、性能指标、实施路线和风险分析等事项。车身产品对标 分析(Benchmarking) 是产品规划中一项主要的基础工作。 概念设计：确定方案和参数，包括车身总布置、车身造型、结构 可行性研究。是以车身产品规划为依据，将造型概念和工程结构
38、有机结合，将创意转换为方案的实现过程。主要包括车身总布置、 车身造型和结构可行性研究三大方面。 技术设计：进行结构方面详细的设计工作，包括三维结构设计、 CAE 分析和二维工程图设计三大方面。 产品试制：包括设计试制、试验试制和生产前试制，分别对应完 成A/B/C三类样车，实现功能验证、性能验证和技术认可 产品试验：包括整车试验、白车身试验、系统试验、零部件试验， 对应A/B/C三类样车。分为性能试验和可靠性试验，按步骤进行。 生产准备：完成一到两轮试制和试验后，最后冻结设计全面启动。 概念设计阶段癿性能分析顷目 CAE分析内容 EBOM 完成工程制图后, 需将部件和零件按照它们所属装配关系编
39、成“组冶及 其下属的“分组”号码, 通常用工程零件报表(Engineering Bill of Material, EBOM) 体现零件名称、图号、数量、层级、材料、工艺等信 息。EBOM 是一种动态文件, 随着产品开发的不断深入而进行不断的调整, 以满足各部门对实时动态信息的需求。 车身试验顷目 第二节 现代车身设计方法与技术 第二章 车身开发流程和设计方法 一、现代车身设计方法不技术 CAX 是指在车身开发过程中采用的计算机 辅助开发技术的统称，其核心是以产品设 计和绘图为主体的CAD 技术、以车身性能 和结构分析为主体的CAE 技术、以模型及 其模具制造为主体的CAM 技术以及计算机 辅
40、助造型技术(CAS) 等。 现代车身设计技术 计算机辅助设计技术（CAD） 计算机负责工程分析（CAE） 计算机辅助制造（CAM） 计算机辅助造型技术（CAS） 虚拟现实技术（VR） 计算流体力学（CFD） 数字样机技术（DMU） 二、CAE 驱动癿性能设计 传统的车身设计是以经验设计为主的结构设计，以满足功能要求为第一 位。现代车身的设计已经转变为以CAE 技术驱动的性能设计。 汽车生产企业的设计部门已经全面应用性能设计技术，从产品的概念设 计开始，贯穿于整个产品技术设计阶段，直到后续的产品试验验证，以 性能设计中的目标性能为指导纲要。 性能设计三大要素 对于车身而言, 所要控制的主要产品性
41、能包括刚 度/ 强度、碰撞安全性、NVH、人机工程学特性、 空气动力性、轻量化、可靠性、耐久性等。 (1) 产品设计前期的对标技术：后期开发提供参考蓝本和 指导纲要, 同时也是性能设计的前提条件和基准依据。 (2) 产品设计过程中的CAE 分析和验证工程： CAE 的分 析验证随着工程设计的数据状态进行动态更新。 (3) 实行闭环控制模式：产品验证环节捆绑于各个阶段， 保证各个阶段的输出均在控制目标内。 性能设计癿主要控制阶段和过程 三、幵行工程 并行工程( Concurrent Engineering, CE) 也称同步工程，是集成、并行地设计产品 及其相关的各种过程(包括制造过程和技术 支
42、持过程) 的系统方法。 可以实现动态优化地处理问题。它在产品 开发的设计阶段就考虑产品生命周期中工 艺、制造、装配、测试和维护等其他环节 的影响, 通过各环节的并行集成，缩短产 品的开发时间，提高产品的设计质量，降 低产品成本。 幵行工程癿贯彻 设计阶段的并行工程主要在以下三个方面得 到贯彻：开发流程的并行、设计方案的并行 以及项目团队的协同工作。 四、逆向工程 逆向工程（Reverse Engineering）也称反求工程、 反向工程等，起源于精密测量和质量检验，它是 设计下游向设计上游反馈信息的回路。产品的逆 向工程是根据零件（或原型）生成图样，再制造 产品。 利用车身逆向工程技术进行产品
43、设计主要有两种 方式：一种是先由造型师设计制作的产品油泥模 型，经三坐标测量机将模型数字化，得到测量点 云数据，再建立CAD 模型；另一种是针对已有的 产品实物零件（通常是国内外一些最新的设计产 品）。 集成逆向工程系统 逆向工程系统主要由3 部分(或3 个子系统) 组成：产品实 物几何形状的数字化及数据处理子系统、模型重建子系统和 产品或模具制造子系统。 车身逆向工程 车身CAD 中逆向工程技术的应用，主要是对车身零部件曲 面的造型与车身实体零件模型的逆向重构，用于结构分析 和零件制造等。车身逆向工程的一般步骤为： 1) 前期准备：对产品进行剖析，确定产品结构的主要特征、合理的 建模顺序和设
44、计的整体思路。 2) 数据获取：应用三坐标测量机对车身、车身零件或模型进行测量。 在车身逆向工程中，多采用非接触式的光学三坐标测量机，测得被测 件的点云数据，并存储为标准的文件格式。 3) 数据处理：包括噪声点的剔除、点云数据的精简、点云数据的车 身坐标定位等。 4) 曲面模型重构：这个过程一般分为点云的分块、基础曲面的构建、 过渡曲面的构建、曲面质量分析、表面模型的完善等。 5) 实体结构设计。 6) 零件实物模型的制作。 汽车车身结构不设计 第一节 车身总体布置 第三章 车身总体设计 1、车身总布置 车身总布置设计是对车身内外形、发动机 舱、行李舱、前后围、地板、车窗、内饰 总成和部件（仪
45、表板、座椅和操纵机构 等），以及备胎、燃油箱和排气系统等， 在满足整车布置和造型要求下进行尺寸控 制和布局的过程，是在整车总布置的统一 要求下进行的，通常由整车总布置的、车 身、底盘、发动机、电气以及附属设备等 部门的设计人员协同完成。 车身坐标系 车身坐标系中，X 指汽车的前后方向，Y 为 左右方向，Z 为上下方向。 车身坐标系 车身坐标系按车身坐标系按QC/T 490QC/T 490- -20132013汽车车身制图汽车车身制图中的中的 规定：规定： 1 X1 X为汽车的长度方向，为汽车的长度方向，Y Y为宽度方向，为宽度方向，Z Z为高度方向；为高度方向； 2 2 坐标零平面的确定；按汽
46、车满载时确定零平面；变型车零平面坐标零平面的确定；按汽车满载时确定零平面；变型车零平面 采用基本车型零平面。采用基本车型零平面。 3 3 通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为 长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。 4 4 把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向坐标的零平面，零平把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向坐标的零平面，零平 面左侧为负，零平面右侧为正。面左侧为负，零平面右侧为正。 5 5 取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长一段所在平面作为高度方取沿
47、车架纵梁上缘上表面平直且较长一段所在平面作为高度方 向坐标的零平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较向坐标的零平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较 长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。零平面上方为正，长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。零平面上方为正， 零平面下方为负。零平面下方为负。 二、车身总布置设计辅助工具 人体尺寸百分位 用以表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人 占统计对象总人数的百分比。以95th 百分位人 体尺寸为例，表示人群中有95% 的个体，该尺 寸小于此值；有5% 的个体，该尺寸大于此值。 最常用的是5th、50th 和95th 三个百分位人体 尺寸，它
48、们分别表示小、中等和大尺寸。 (一) H点装置 人体模型是汽车设计必备的一种测量和模 拟分析工具，根据用途的不同可分为布置 用人体模型、测量用人体模型、动力学分 析人体模型和碰撞人体模型等，既有物理 人体模型，也有数字人体模型。 早期的车身布置使用的人体模型是人体设 计样板，常用塑料板材等按1:1、1:5、 1:10等常用制图比例制成，用于辅助制图、 乘员乘坐空间的布置和测量、校核空间尺 寸等。 SAE J826 人体设计样板 早期的车身布置 使用的人体模型 是人体设计样板， 常用塑料板材等 按1:1、1:5、 1:10等常用制图 比例制成，用于 辅助制图、乘员 乘坐空间的布置 和测量、校核空 间尺寸等。 布置和测量用人体模型H 点装置 HPM 是用于建立车内布置 的关键基准点和尺寸的物理 工具。H 点装置的主要用途:
