汽車車身設(shè)計(復(fù)習(xí)參考)(青島大學(xué))

1、汽車車身設(shè)計復(fù)習(xí)參考第一章 車身產(chǎn)品開發(fā)流程和設(shè)計方法第一節(jié) 概述二、現(xiàn)代車身設(shè)計技術(shù)1.計算機(jī)輔助造型技術(shù) 2.虛擬現(xiàn)實技術(shù) 3.空氣動力學(xué)模擬 4.人機(jī)工程技術(shù)5.數(shù)字樣機(jī)技術(shù)6.CAE分析和驗證技術(shù) 7.模塊化設(shè)計技術(shù)第二節(jié) 現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程和方法一、現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程（一）車身產(chǎn)品開發(fā)階段1產(chǎn)品策劃 目的：規(guī)劃和定義車身產(chǎn)品開發(fā)的指導(dǎo)原則、開發(fā)內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)、性能指標(biāo)、實施路線、風(fēng)險分析等。 形成后續(xù)開發(fā)活動的指導(dǎo)性文件，作為造型、設(shè)計、試制、試驗階段的輸入條件。 重要的工作內(nèi)容 APQP-產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃 QFD-質(zhì)量功能展開 SWOT分析（企業(yè)內(nèi)外部條件在優(yōu)勢、劣勢、機(jī)會和威

2、脅的綜合分析）等。2概念設(shè)計 確定方案和參數(shù) 內(nèi)容：車身總布置、車身造型、結(jié)構(gòu)可行性研究 3技術(shù)設(shè)計 造型評審?fù)ㄟ^并凍結(jié)后，進(jìn)行的結(jié)構(gòu)方面的詳細(xì)設(shè)計工作 內(nèi)容：三維結(jié)構(gòu)設(shè)計、二維工作圖設(shè)計 4 產(chǎn)品試制 是產(chǎn)品開發(fā)過程中相當(dāng)重要的驗證環(huán)節(jié) 三個階段：設(shè)計試制、實驗試制和生產(chǎn)前階段試制 5產(chǎn)品試驗 是產(chǎn)品驗證的重要環(huán)節(jié) 6生產(chǎn)準(zhǔn)備 產(chǎn)品試制和試驗后的設(shè)計凍結(jié)，意味著產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備全面啟動 內(nèi)容：制造確認(rèn)、批量生產(chǎn)確認(rèn)（二）車身產(chǎn)品開發(fā)內(nèi)容1車身造型（1）草圖構(gòu)思（2）效果圖設(shè)計（3）膠帶圖設(shè)計（4）CAS設(shè)計（5）模型制作（6）模型測量和線圖設(shè)計2車身結(jié)構(gòu)可研 是指以滿足車身結(jié)構(gòu)開發(fā)目標(biāo)并服務(wù)于車

3、身造型的結(jié)構(gòu)可行性研究、構(gòu)思及布置等活動的總稱。（1）提供給造型的控制條件（2）提供給車身結(jié)構(gòu)可研的輸入條件（3）車身結(jié)構(gòu)可研的輸出（4）方案CAE分析3三維結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）外飾結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）附件類結(jié)構(gòu)設(shè)計4二維圖設(shè)計5CAE計算及驗證（1）概念設(shè)計階段（2）詳細(xì)設(shè)計階段及結(jié)構(gòu)改進(jìn)階段6車身試制（1）試制原則（2）試制方案（3）試制內(nèi)容7車身試驗8工藝支持（1）沖壓工藝（2）涂裝工藝（3）焊接工藝（4）總裝工藝9.綠色設(shè)計二、現(xiàn)代車身設(shè)計方法（一）性能設(shè)計 現(xiàn)代設(shè)計是以CAE技術(shù)為支撐的性能設(shè)計。從概念設(shè)計開始，貫穿整個產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計階段，直到后序的產(chǎn)品試驗驗

4、證，都以目標(biāo)性能為指導(dǎo) 三大要素 前期對標(biāo) 設(shè)計中CAE分析驗證 產(chǎn)品驗證環(huán)節(jié)捆綁于各個階段，實行閉環(huán)控制 主要控制階段和過程（二）精益設(shè)計 常應(yīng)用于制造活動，致力于通過規(guī)定產(chǎn)品在工廠內(nèi)部的流動方式，消除瓶頸和采取節(jié)約的措施，不斷提高制造效率 精益原則理論逐漸擴(kuò)展到設(shè)計、市場和新產(chǎn)品引入等新興領(lǐng)域（三）并行工程 組織跨部門多學(xué)科的開發(fā)小組，協(xié)同工作 對設(shè)計工藝制造等上下游各方面進(jìn)行同時考慮和并行交叉設(shè)計 優(yōu)點：開發(fā)時間大大縮短，質(zhì)量和成本得到改善 設(shè)計階段的并行工程： 開發(fā)流程的并行 設(shè)計方案的并行 項目團(tuán)隊的協(xié)同工作第三節(jié) 基于知識的虛擬產(chǎn)品開發(fā)一、基于知識工程1. KBE的基本概念 KBE

5、是一種工程設(shè)計方法學(xué)，它通過對設(shè)計方案、設(shè)計過程進(jìn)行知識的捕捉和構(gòu)造，并對設(shè)計方法和設(shè)計過程進(jìn)行定義，根據(jù)功能要求、部件信息和處理過程的描述，快速生成新的設(shè)計方案，從而高效地指導(dǎo)設(shè)計。2. KBE的應(yīng)用價值 提高設(shè)計的自動化程度，降低設(shè)計迭代次數(shù)，縮短設(shè)計周期 使CAD設(shè)計融入領(lǐng)域?qū)＜业闹R與經(jīng)驗，提高設(shè)計品質(zhì) 設(shè)計早期就能檢查設(shè)計方案對于制造性、工藝性、成本等要求的可行性，便于并行工程的實現(xiàn)，降低設(shè)計成本3. KBE的總體結(jié)構(gòu)二、虛擬產(chǎn)品開發(fā)1. VPD基本概念 也稱虛擬設(shè)計制造，是產(chǎn)品設(shè)計制造的真實過程在虛擬環(huán)境中的映射。2. VPD關(guān)鍵技術(shù) 全息產(chǎn)品的建模理論與方法。 基于知識的設(shè)計 設(shè)

6、計過程的規(guī)劃、集成與優(yōu)化 虛擬環(huán)境中的人機(jī)工程學(xué) 虛擬環(huán)境與設(shè)計過程互連 產(chǎn)生虛擬環(huán)境的工具集3. VPD發(fā)展趨勢 數(shù)字化 集成化 智能化 協(xié)同化 虛擬化第二章 基于人機(jī)工程學(xué)的車身布置設(shè)計第一節(jié) 車身布置的內(nèi)容一、車身布置的前期工作 明確產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo) 面向的用戶群 級別和豪華程度 銷售地 車型風(fēng)格等 對標(biāo)（對若干競爭車型進(jìn)行對比分析）確定整車總布置的基本概念和約束 產(chǎn)品的總體定位 整車整備質(zhì)量、軸荷分配 基本尺寸（總長、總寬、總高、軸距、輪距和前后懸） 乘員空間、行李箱容積 整車基本構(gòu)造（兩廂或三廂、車門數(shù)、成員數(shù)、座椅排數(shù)，以及動力總成、傳動系、制動系、轉(zhuǎn)向系、前后懸架、前后橋、車輪和散熱

7、器等的輪廓尺寸） 驅(qū)動方式和發(fā)動機(jī)布置形式 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和整車的性能要求等整車總布置的基本概念和約束實例二、車身布置與整車布置的關(guān)系及車身布置主要內(nèi)容車身布置設(shè)計是在整車總體布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，必須滿足整車的行駛和使用性能要求，主要體現(xiàn)在如下兩個方面： 轎車的級別 主要以發(fā)動機(jī)排量為依據(jù)，同時考慮軸距和車身裝備的豪華程度 發(fā)動機(jī)和傳動系的布置形式，以及各總成和部件的布置位置、空間尺寸等 決定整車的軸荷分配，影響整車動力性，操縱穩(wěn)定性，安全性，整車長、寬、高，以及車身布置的位置和空間。（一）發(fā)動機(jī)布置形式和驅(qū)動方式1.發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動（FR，傳統(tǒng)式） 利于車室內(nèi)部和行李箱布置 軸荷分配好，動

8、力性和操縱穩(wěn)定性好 存在貫穿車輛前后的傳動軸，地板中部出現(xiàn)凸包2.發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動（FF） 具有良好的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性 無貫穿前后的傳動軸，利于改善室內(nèi)居住性、座椅和地板布置 前輪可獲得足夠的驅(qū)動力，整車長度縮短，利于輕量化3.發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動（RR） 前懸短，后懸長，后軸負(fù)荷大，操縱穩(wěn)定性差 后置發(fā)動機(jī)影響后排乘客舒適性（二）輪罩形狀和地板布置1離地間隙要求及地板高度線的確定 控制通過性指標(biāo)2輪罩空間形狀設(shè)計 確定前、后輪罩的空間大小及形狀 車輪跳動的極限位置與懸架的結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)、以及橡膠緩沖限位塊的允許壓縮量有關(guān) 車輪間隙 輪罩凸包的處理-微型轎車 將圓柱形輪罩做成圓滑的外形，可使后座

9、加寬或加大前座擱腳空間 輪罩中部內(nèi)凹，便于布置離合器踏板或安放座墊的最寬部分3地板布置 考慮因素：前后輪罩位置和形狀、離地間隙要求、發(fā)動機(jī)和傳動系布置形式、地板和門檻下沿線高度 傳動軸呈U形布置FR布置形式 繪制地板總成的橫截面（三）發(fā)動機(jī)艙和前圍布置1發(fā)動機(jī)艙布置 考慮因素：發(fā)動機(jī)、變速器、排氣系統(tǒng)、散熱器、蓄電池等的尺寸和布置 確定發(fā)動機(jī)罩高度和傾角，確定發(fā)動機(jī)罩的輪廓形狀 為便于裝配，發(fā)動機(jī)最寬處應(yīng)能通過發(fā)動機(jī)艙的最窄部位2前圍布置 下部常采用傾斜面與地板連接，傾斜面一般與前輪罩面相切，以利于前排乘員的擱腳姿勢和布置加速踏板 前圍布置完畢，可根據(jù)前圍和地板位置初步確定加速踏板位置（四）車

10、室內(nèi)部布置（五）后圍布置 三廂式轎車 后圍上部應(yīng)保證后窗玻璃下沿的安裝位置 為使行李箱增大，一般后圍的布置與后排座椅靠背的背面平齊，下部與地板連接 兩廂式轎車 最后排座椅通常都具有向前翻轉(zhuǎn)折疊的功能，形成很大的載物空間（六）行李箱、燃油箱和備胎等的布置1行李箱布置 考慮因素：整車造型、空氣動力學(xué)要求和后窗下沿高度、李箱容積 行李箱的有效容積 中級轎車0.40.7m3 高級轎車0.70.9m3 后排座位用可翻式座椅，增加行李箱容積2燃料箱、備胎和排氣系布置 燃料箱布置考慮因素：確保必要的燃料箱容積和燃料箱最小離地間隙、加油口位置、油道布置 燃料箱不應(yīng)布置在發(fā)動機(jī)艙內(nèi) 燃料箱和備胎往往同時布置在行

11、李箱內(nèi) 排氣系布置考慮因素 振動噪聲 地板和消聲器間隙 降溫、隔熱隔音三、車身布置術(shù)語和硬點尺寸定義（一）車身布置術(shù)語 1A、B類車 美國汽車工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)乘坐空間尺寸的差異將汽車分為A、B兩大類 A類車：主要指乘用車，包括轎車、旅行車、MPV和輕型貨車等 B類車：主要是商用車，包括重型貨車和大客車2H點裝置及其相關(guān)定義 用途：建立車內(nèi)布置關(guān)鍵參考點和尺寸，主要是H點 包括兩種 H點測量裝置（HPM）：用于對尺寸進(jìn)行審核和測量對比 H點設(shè)計工具（HPD）：用于乘員布置設(shè)計 在HPM和HPD上定義了與設(shè)計和人機(jī)關(guān)系相關(guān)的點和參考線（1）H點：是H點裝置上軀干與大腿的鉸接點 1）設(shè)計H點 2）

12、乘坐參考點（Seating Reference Point，SgRP） 車輛設(shè)計過程初期定義的重要參考點 只有唯一一點定義為SgRP 駕駛員SgRP很重要 3）實際H點 （2）D點 （3）K點 （4）軀干線 （5）腿線包括大腿線和小腿線 （6）座墊線（7）AHP（Accelerator Heel Point）（8）BOF（Ball Of Foot）（9）裸足底線（10）地板參考點（Floor Reference Point，F(xiàn)RP）（11）踏板參考點（Pedal Reference Point，PRP）3百分位 百分位是人體測量學(xué)中的一個術(shù)語，用以表示人體某項尺寸數(shù)據(jù)的等級 最常用的是5th、

13、50th和95th三個百分位人體尺寸，分別表示小、中等和大尺寸4適應(yīng)度 滿足使用要求的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比稱為適應(yīng)度5硬點和硬點尺寸 硬點：是對于整車性能、造型和車內(nèi)布置具有重要意義的關(guān)鍵點 硬點尺寸：指連接硬點之間、控制車身外部輪廓和內(nèi)部空間，以滿足使用要求的空間尺寸四、總布置圖 考慮因素 通常畫出側(cè)視、俯視和前后視圖，各視圖上只需將要表達(dá)的部分畫出 長度和高度方向布置主要借助側(cè)視圖表現(xiàn)，寬度方向結(jié)構(gòu)形狀和間隙尺寸借助前后視圖體現(xiàn) 側(cè)視圖按車輛自右向左行駛方向繪制 前后視圖中，通常左半部為前視圖，右半部為后視圖 按一定間隔繪出坐標(biāo)線 標(biāo)題欄 注明所參照的標(biāo)準(zhǔn)，以及最后一次更新的日期等第二節(jié)

14、基于統(tǒng)計學(xué)的車身內(nèi)部布置工具一、人體尺寸和人體模型 人體模型是汽車設(shè)計必備的一種測量和模擬分析工具 布置用人體模型 測量用人體模型 動力學(xué)分析人體模型 碰撞人體模型等 這里著重介紹布置和測量用人體模型（一）人體尺寸 決定人體占據(jù)的幾何空間和活動范圍，是內(nèi)部布置的主要依據(jù) 群體數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征 均值 標(biāo)準(zhǔn)差 百分位數(shù)人體尺寸的百分位概念、應(yīng)用及意義 概念：指人體身高分布值的百分位，即對應(yīng)于每種身體尺寸，都可求得少于此尺寸的人數(shù)百分比。車身設(shè)計中一般采用5、50和95三種百分位的人體尺寸，分別代表矮小身材、平均身材和高大身材的人體尺寸。應(yīng)用及意義： 以5和95百分位的人體尺寸確定座椅調(diào)節(jié)行程的上、下限

15、尺寸基準(zhǔn)； 以95百分位的人體尺寸確定室內(nèi)必須的有效空間； 以5和95百分位的人體尺寸確定室內(nèi)各部件的相對位置關(guān)系。 （二）物理人體模型 車身布置使用的物理人體模型主要是H點裝置 H點裝置 H點測量裝置HPM H點設(shè)計工具HPD1H點測量裝置 HPM-II型H點測量裝置由鞋、小腿部、大腿部、座墊盤和軀干部組成。還包括鞋固定裝置和頭部空間測量裝置兩個附件2人體設(shè)計樣板 用途 輔助制圖、乘員乘坐空間布置和測量、校核空間尺寸 HPM和HPD還用來建立乘員布置的關(guān)鍵點和尺寸（三）數(shù)字人體模型 用途：描述人體形態(tài)和力學(xué)特征，研究、分析、設(shè)計、評價人機(jī)系統(tǒng) RAMSIS汽車設(shè)計領(lǐng)域 人體數(shù)據(jù)，年限參考和預(yù)

16、測功能 姿勢求解和控制 視景 外觀逼真 基本原理 骨骼模型-描述人體各肢體間運動學(xué)關(guān)系 外部模型-形象的外表 應(yīng)用 乘員布置設(shè)計 駕駛員視野分析 操縱件伸及性分析 舒適姿勢預(yù)測及評價 布置空間分析 進(jìn)出方便性分析 發(fā)動機(jī)罩和行李箱蓋的開啟方便性檢查等二、眼橢圓眼橢圓：不同身材的乘員以正常姿勢坐在車內(nèi)時，其眼睛位置的統(tǒng)計分布圖形；左右各一，分別代表左右眼的分布圖形眼橢圓的應(yīng)用：內(nèi)外視鏡布置駕駛員前方視野的設(shè)計和校核車身A、B、C柱盲區(qū)的計算儀表板上可視區(qū)的確定刮水器布置和刮掃區(qū)域校核遮陽帶位置的確定等第三節(jié) 車室內(nèi)部布置設(shè)計方法一、內(nèi)部布置設(shè)計的要求考慮因素1. 乘員坐姿和座椅布置符合目標(biāo)乘員群

17、體舒適乘坐要求2. 保證車內(nèi)必須的空間3. 操縱裝置的布置位置和作用力4. 駕駛員視覺信息系統(tǒng)5. 具有被動安全措施二、內(nèi)部布置設(shè)計（一）H點布置設(shè)計 乘員座椅布置通過確定不同百分位乘員設(shè)計H點位置來實現(xiàn) 駕駛員座椅：確定設(shè)計H點的位置和行程，以及設(shè)計H點調(diào)節(jié)方式和調(diào)節(jié)軌跡 硬點尺寸H30是與座椅高度密切相關(guān)的重要尺寸。統(tǒng)計分析表明，不同類型的汽車，H30的取值不同1.舒適乘坐姿勢2駕駛員設(shè)計H點布置三個正常設(shè)計H點位置：最前、最后和平均位置 以95th百分位男子設(shè)計H點作為正常駕駛時最后H點 以5th百分位女子設(shè)計H點作為正常駕駛時最前H點3后排乘員H點布置 將選定的人體模板根據(jù)地板線和前排

18、座椅定位 例: 第二排乘客H點布置 將前排座椅定于最后最低位置，選定人體模板 根據(jù)乘坐時的D點高度畫出D點高度線 保持合適的踝關(guān)節(jié)角，人體模板腳沿地板線前移，D點始終位于D點線上的同時軀干前移至腳或小腿與前排座椅接觸。此時的H點作為SgRP（二）頂蓋和前后風(fēng)窗布置 前后座SgRP點確定后，將頭廓包絡(luò)面定位 根據(jù)有效頭部空間尺寸，考慮頭部間隙確定頂蓋高度 確定發(fā)動機(jī)罩C點位置 確定后背艙D點位置 發(fā)動機(jī)罩C點決定了車頭長度，后背艙D點決定了車尾長度，二者間長度決定了乘員車室的大小 需兼顧駕駛員視野、造型和空氣動力學(xué)等要求（三）車身寬度方向布置 保證乘員頭部和側(cè)窗、肩部和車門、肘部和車門之間的間隙

19、 車身外表面各點與頂蓋厚度、玻璃下降的軌跡、門鎖和玻璃升降的尺寸、車門厚度等因素有關(guān) 確定車身側(cè)壁傾斜度時，應(yīng)考慮上下車方便性三、布置方案校核（一）人眼視覺和駕駛員視野 1人眼的視覺特性 視野 單眼視區(qū) 雙眼視區(qū) 左右單眼總視區(qū) 眼睛或頭部的轉(zhuǎn)動 自然轉(zhuǎn)動 勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動2駕駛員視野和盲區(qū) 駕駛員視野 駕駛員直接視野 駕駛員間接視野 盲區(qū) 單眼盲區(qū) 雙眼盲區(qū)3視野校核中眼點的選取方法 視野校核必須選定合適的眼點，而眼點的選定又要以眼橢圓為根據(jù) 眼點的選取原則 例：計算駕駛員右側(cè)后方視野時眼點的選取（二）前方視野校核 1前風(fēng)窗開口視野校核 前風(fēng)窗開口上沿：觀察車頭前方交通燈等 前風(fēng)窗開口下沿：地面盲區(qū)

20、長度 2A立柱盲區(qū)校核 用雙目障礙角表示，其大小與A立柱本身結(jié)構(gòu)尺寸和駕駛員眼睛到A立柱的距離有關(guān) GB11562規(guī)定，每根A立柱的雙目障礙角不超過6° 實例： SAE J1050推薦方法（以左側(cè)A立柱為例）3前風(fēng)窗刮掃器刮掃區(qū)域校核 理論刮掃區(qū)：重點要刮刷的部位 SAE J903c規(guī)定的理論刮掃區(qū) 實際刮掃區(qū)和刮凈率 實際刮掃區(qū)取決于刮掃器的空間運動特性、前風(fēng)窗玻璃空間形狀為曲面等因素 為評定刮掃器刮掃的有效性，需要計算刮凈率 不同理論刮掃區(qū)的清晰度要求不同（三）儀表板布置及視野校核 1儀表板高度的確定 儀表板高度受高個駕駛員腿部空間要求制約，還受矮小駕駛員前方下視野要求制約，設(shè)計

21、時要綜合考慮 2儀表盤布置和儀表視野校核 （1）儀表盤布置 儀表視野要求 視距 儀表盤平面傾角 儀表盤寬度方向布置 （2）儀表視野校核 轉(zhuǎn)向盤在儀表板上形成的盲區(qū)3儀表罩布置 深度滿足遮光要求 設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行眩目檢查 儀表罩不能影響前方下視野 儀表罩最前端與轉(zhuǎn)向盤要保持一定的距離 4操縱件和按鈕布置 儀表板斷面形狀和位置應(yīng)考慮駕駛員的手伸及能力 利用駕駛員手伸及界面檢驗操縱件布置（四）后視鏡布置及其視野校核 1后視鏡布置 考慮人眼的視覺特性 駕駛員側(cè) 副駕駛員側(cè) GB15084規(guī)定 M和N類汽車必須左、右兩側(cè)各裝一個外后視鏡。M1和Nl類汽車上必須安裝一個內(nèi)后視鏡 單側(cè)外伸量2后視野校核 （1）

22、后視野的法規(guī)要求（GB15084為例） 汽車狀態(tài)：整車整備質(zhì)量狀態(tài)，前排具有一名乘客 內(nèi)后視鏡視野要求 駕駛員側(cè)外后視鏡 質(zhì)量小于2000kg的M1和N1類汽車副駕駛側(cè)外后視鏡 （2）后視野計算原理 基本布置參數(shù) SgRP，TL23和A40 后視鏡鏡面中心位置、類型、尺寸、曲率半徑 地平面位置等 后視野的求取 建立鏡面周邊的空間描述 計算頭部水平轉(zhuǎn)動點（P3、P4），計算左右眼點位置 計算頭部轉(zhuǎn)動角，并根據(jù)頭部轉(zhuǎn)動角來計算眼點位置 根據(jù)鏡面成像規(guī)律計算鏡面周邊點射線的反射線 計算射線與地面的交點（交線），并進(jìn)而計算出視距 計算水平和垂直視角（3）后視野校核 基本步驟1. 根據(jù)布置參數(shù)按照前述方

23、法計算后視野區(qū)域2. 判斷當(dāng)前后視野區(qū)域是否與法規(guī)區(qū)域?qū)R 在水平方向 在垂直方向3. 轉(zhuǎn)動鏡面，以調(diào)整后視野方向4. 計算對齊后的視野參數(shù)（后視角和視距），并將它們與法規(guī)要求對比第三章 車身結(jié)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ团c力學(xué)模型白車身（BIW-Body In White） 概念：指已經(jīng)裝焊好的白皮車身；主要包括車身結(jié)構(gòu)焊接總成和車身閉合件（Closure，車門、發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋等）焊接總成，不包括車身附屬設(shè)備和裝飾件。白車身的設(shè)計要求 車身結(jié)構(gòu)的性能要求 理想的碰撞特性 輕量化和低成本 遵循總布置尺寸約束 基于平臺的系列設(shè)計 滿足車身制造要求第一節(jié) 作用在車身系統(tǒng)上的載荷 承載系統(tǒng) 包括車身和車架 按承載

24、型式不同分類 非承載式 承載式一、車身結(jié)構(gòu)承載型式（一）非承載式車身特點 屬于帶有獨立完整車架的車身結(jié)構(gòu)。動力總成、懸架和轉(zhuǎn)向系等均安裝于車架；車身通過橡膠墊或懸置用螺栓與車架連接 載荷主要由車架承擔(dān)，車身承載的多少只是相對車架而言 多用于有較寬松空間的高級轎車上優(yōu)點 車身與車架彈性連接，乘坐舒適性好；便于車身的改型典型結(jié)構(gòu)-車架 多由閉式箱形梁組成，板厚2mm3mm，具有抗彎曲剛度和較高的抗扭剛度 正碰時，能量首先由車架承受；通過有目的的由前向后以車身橫斷面分級，將碰撞能量可以傳遞到指定區(qū)域 側(cè)碰時，撞點位置往往在門檻梁的上部（車門和門柱），只有一部分能量由車身門檻傳到車架（二）承載式車身

25、將車架的作用融入車身的結(jié)構(gòu)，又稱整體式車身結(jié)構(gòu)，它承擔(dān)承載系統(tǒng)的全部功能，發(fā)動機(jī)和行走系的支點都在車身上 通常將發(fā)動機(jī)和行走系通過副車架與車身底架連接 副車架與車身底架縱梁之間設(shè)有橡膠墊，以減弱發(fā)動機(jī)和懸架的振動對車身的影響 將動力總成和懸架等與副車架形成一個組裝部件，對生產(chǎn)和使用都帶來方便 優(yōu)點 整體剛度大，重量輕，整車高度低 生產(chǎn)效率高 是現(xiàn)在轎車中常見的結(jié)構(gòu)二、作用在車身、車架上的載荷（一）在各種典型路況下車身、車架所受的載荷 整車和車身參考坐標(biāo)系 取通過懸掛質(zhì)量系統(tǒng)質(zhì)心的坐標(biāo)系x y z 汽車行駛時作用在車身上的力 動荷系數(shù) 決定因素 道路條件 汽車行駛狀況 汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 動荷系數(shù)難

26、以用數(shù)學(xué)分析法確定，常取一些理論研究與試驗修正相結(jié)合的半經(jīng)驗數(shù)值 典型路況 路段 ：產(chǎn)生對稱于汽車縱向?qū)ΨQ面的垂直力Fzs 路段：產(chǎn)生的加速度與速度平方成正比，與曲率半徑成反比 路段：使左右車輪垂直加速度不同 路段：將產(chǎn)生垂直加速度和縱向力Fx 路段：產(chǎn)生側(cè)向加速度和側(cè)向力Fy1影響車身強(qiáng)度的基本載荷對稱垂直載荷2影響車身強(qiáng)度的基本載荷非對稱垂直載荷 承載系統(tǒng)上作用非對稱于汽車縱軸線的垂直載荷 載荷可分解為對稱垂直作用力Fzn和車身繞x軸的轉(zhuǎn)矩Tx（二）隨機(jī)載荷疲勞載荷 汽車在道路上行駛時，車身和車架承受著懸架傳來的路面隨機(jī)載荷 隨機(jī)載荷引起構(gòu)件反復(fù)交變的應(yīng)力，會導(dǎo)致汽車結(jié)構(gòu)疲勞損壞 影響因素

27、：路面情況、汽車使用條件和結(jié)構(gòu)參數(shù) 隨機(jī)載荷的描述統(tǒng)計 道路試驗方法 數(shù)字分析方法（三）標(biāo)準(zhǔn)載荷G載荷 汽車公司根據(jù)各地區(qū)使用條件制定的 用途 對整備車身結(jié)構(gòu)懸置點位置施加約束，完成標(biāo)準(zhǔn)工況的載荷分析，模擬車身具體的變形，分析車身載荷的分布和高應(yīng)力區(qū) 一般用于已建立車身拓?fù)淠Ｐ秃蛶缀螀?shù)模型的車身設(shè)計階段，通過計算可得指導(dǎo)性的應(yīng)力信息 三種標(biāo)準(zhǔn)G載荷工況 標(biāo)準(zhǔn)載荷分析的主要缺點 不能預(yù)測疲勞壽命 只有在構(gòu)造詳細(xì)結(jié)構(gòu)后，方可進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測（四）作用在車身上的其它非破壞性的作用力 輕微沖撞力 發(fā)動機(jī)和傳動系傳來的力 牽引力和拖拽力 千斤頂和懸吊作用力 以及安全帶固定點的作用力等非破壞性作用力（五

28、）碰撞載荷第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ鸵?、車身結(jié)構(gòu) 車身結(jié)構(gòu)布置受整車布置和造型的制約 白車身結(jié)構(gòu) 由構(gòu)件及其接頭和板殼零件共同組成 是承受載荷和傳遞載荷的基本系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了載荷路徑 一般鋼結(jié)構(gòu)車身構(gòu)件 由成形鋼板制件焊接組合 截面為閉口或開口的薄壁桿件 在車身中起支承和加強(qiáng)的作用 車身下部 前、后縱梁 底架各橫梁 地板及其兩側(cè)邊梁與側(cè)圍外板組成的門檻 地板中間通道 前圍板、后隔板 懸架支座及輪罩等 車身上部 側(cè)圍的A、B、C柱 頂蓋及其邊梁 風(fēng)窗上、下橫梁等 車身分成前部車身，中、后部車身 前部車身 車身前部敞開部分承受比較大的集中力，主要由底架的前縱梁支承，并傳至整個車身前部結(jié)構(gòu) 前車

29、身的導(dǎo)風(fēng)板及散熱器框架等板殼零件也是車身結(jié)構(gòu)的承力構(gòu)件 受到高速撞擊時車頭首當(dāng)其沖，車身設(shè)計必須使其能有效地吸收沖擊能量 車身中段 乘坐室部分主要承受分散在地板上的重力 車身后部 行李箱承受油箱、備胎和行李等重力，后縱梁承受后懸架支承力 乘坐車室與前部敝開部分連接區(qū)域剛度的加強(qiáng) 縱梁到門檻的扭矩盒 前鉸鏈柱上端向前指的短槍梁 斜梁或接頭圓角的設(shè)計 通過前縱梁力流的分散 由前縱梁上部平面懸架支座附近，往后下方分叉斜伸出兩根短梁，通到地板中間通道橫梁和A柱的鉸鏈柱段 車身中部 底架總成的中部由地板和前圍板組成，其支撐結(jié)構(gòu)是門檻梁和與地板焊接在一起的帽形橫梁。帽形橫梁主要用于加強(qiáng)左右門檻之間的聯(lián)系，

30、并承受側(cè)向碰撞力 地板的中間通道有利于提高地板的抗彎能力 上部的框架結(jié)構(gòu)由側(cè)圍總成、前/后風(fēng)窗框、前圍板/后隔板及車頂梁構(gòu)成 側(cè)圍在車身整體彎曲剛性中起重要作用 前圍板、后隔板具有很高的車身橫向抗剪剛度 后部車身 對于斜背式或快背式，扭轉(zhuǎn)時的剪力則主要由后部框架承受 地板總成后部零件承擔(dān)著后懸架傳來的力，這些力主要由后縱梁和后地板分擔(dān) 后縱梁與乘坐室的連接，應(yīng)該有利于載荷分流 車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置應(yīng)使車身構(gòu)成一個連續(xù)完整的受力系統(tǒng)與合理的載荷路徑二、車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ偷慕?車身結(jié)構(gòu)的拓?fù)洳贾迷O(shè)計是概念設(shè)計中要首先完成的工作 車身拓?fù)淠Ｐ褪侵杠嚿斫Y(jié)構(gòu)中，梁、柱等承載件空間布置型式 白車身結(jié)構(gòu)的布置

31、空間受車輛總體外形和內(nèi)部布置要求的約束 構(gòu)件的布置是否合理，可通過簡化模型的載荷計算分析判斷 借助拓?fù)淠Ｐ脱芯亢投x初始的幾何尺寸參數(shù)，如構(gòu)件截面、接頭參數(shù)和板料厚度等 初步優(yōu)化后的拓?fù)鋷缀畏桨篙斎隒AD系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計三、應(yīng)變能分析 構(gòu)件儲藏應(yīng)變能多少是衡量它承擔(dān)載荷多少的標(biāo)志，可用比應(yīng)變能表示 總應(yīng)變能小，說明車身剛度足夠大，或材料沒有充分利用 可將比應(yīng)變能小的構(gòu)件取消或減薄板厚，以便減輕重量。應(yīng)變能大的區(qū)域?qū)嚿韯偠扔绊戄^大，要考慮是否需要加強(qiáng) 應(yīng)該盡可能使材料在結(jié)構(gòu)中的分布與各處的應(yīng)變能成比例，使比應(yīng)變能均勻化四、碰撞安全性對車身結(jié)構(gòu)的要求 碰撞安全法規(guī) 正碰撞 側(cè)碰撞 后碰撞等

32、第三節(jié) 車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和力學(xué)模型一、車身結(jié)構(gòu)內(nèi)力 車身概念設(shè)計初期，車身被簡化為空間框架結(jié)構(gòu)，用有限元法求得結(jié)構(gòu)在外載荷作用下各個構(gòu)件的內(nèi)力 用梁單元來模擬梁、柱 實例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算 用一個簡化的框架結(jié)構(gòu)表示車身結(jié)構(gòu)（對稱結(jié)構(gòu)） 實例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算 工況1-載荷完全對稱于車身的縱軸 車身框架是個近似平面彎曲問題 每個構(gòu)件節(jié)點只有三個自由度 實例-車身框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算 工況2-框架結(jié)構(gòu)承受扭轉(zhuǎn)工況 結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)反對稱變形 車身框架是個空間扭轉(zhuǎn)問題 每個構(gòu)件節(jié)點有六個節(jié)點位移分量和相應(yīng)的六個節(jié)點力分量二、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面性質(zhì) 車身桿件多由薄板成型件組成 桿件截面 開口 閉口 截

33、面形狀和尺寸對截面特性有很大影響 除了材料性質(zhì)外，主要是彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩等截面 復(fù)雜截面的特性計算公式 截面特性比較 材料面積A和壁厚t不變情況下，閉口截面的抗彎性能稍次于開口截面，但閉口截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩遠(yuǎn)大于開口截面 截面特性 薄板圍成的閉口截面，中線周長和材料厚度一定，抗扭慣性矩與A 平方成正比；截面形狀對力學(xué)特性無獨立意義，所圍面積大小則很重要 圓形截面對抗扭最有利 矩形截面中，正方形抗扭能力最高，兩邊之比h/b2時，扭轉(zhuǎn)慣性矩明顯下降 例-某車側(cè)面主要截面位置及部分截面特性計算結(jié)果三、車身結(jié)構(gòu)中構(gòu)件節(jié)點（接頭）的性質(zhì) 接頭：車身結(jié)構(gòu)中2個以上承載構(gòu)件交叉連接的部位1研究接頭的意義

34、 白車身結(jié)構(gòu)總成=承載構(gòu)件+接頭+板殼 構(gòu)件的截面性質(zhì)，接頭的剛度和板殼的形狀和板厚都影響車身的剛度，影響車身的振動、噪聲和耐久性 研究表明：將接頭視為剛性的計算結(jié)果使整車剛度提高50%以上，可見接頭的柔性是不可忽略的 研究接頭的意義 指導(dǎo)接頭設(shè)計 為概念設(shè)計階段建立車身簡化模型提供支持2接頭力學(xué)特性 接頭的特性由設(shè)計參數(shù)表征 設(shè)計參數(shù)必須體現(xiàn)與設(shè)計變量的聯(lián)系，且對車身性能影響明顯，以便于建立簡化的接頭模型 如輪廓尺寸：腿長、角度、截面尺寸等 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：焊點部局、零件數(shù)、內(nèi)加強(qiáng)板的布置和設(shè)計，圓角半徑等 選擇物理意義明確的接頭剛度作為設(shè)計參數(shù) 接頭各腿的扭轉(zhuǎn)剛度（TOR） 接頭各腿的內(nèi)/外剛度

35、（I/O） 接頭各腿的前/后剛度（F/A）或上/下剛度（U/D） 具體方向決定于每個接頭局部坐標(biāo)系的選取4接頭剛度對整體車身剛度的影響 車身結(jié)構(gòu)的內(nèi)力通過接頭傳遞，接頭的變形影響整個車身結(jié)構(gòu)的變形 研究表明，車身接頭剛度對整個車身剛度的影響可達(dá)50%70% 車身結(jié)構(gòu)梁和柱的截面對接頭的剛度有很大的影響四、車身參數(shù)化模型 車身有限元模型 桿件梁單元 接頭接頭單元 地板、頂蓋等板殼單元 基于性質(zhì)的參數(shù)化模型（PBMProperty Based Models） 描述車身力學(xué)特性，定義主要結(jié)構(gòu)的拓?fù)?其結(jié)構(gòu)部件，如接頭、梁和板殼在拓?fù)涠x的節(jié)點處連接 在PBM有限元模型中分別用梁單元、接頭超單元和地板

36、板殼單元的力學(xué)特性表示 單元參數(shù)的確定 通過分析和專家經(jīng)驗，考慮設(shè)計、制造等要求 在進(jìn)行性能優(yōu)化時，不斷適時修改PBM 是用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能和方案評估的有效工具五、車身詳細(xì)模型 精確計算必須用板殼單元模擬 一個轎車車身的單元數(shù)至少有數(shù)萬個，其自由度數(shù)可達(dá)數(shù)十萬個 單元尺寸 多在20mm左右，目前正在向更小的方向發(fā)展 單元邊長之比控制在1:5以內(nèi)為宜 四邊形板單元在平面應(yīng)力狀態(tài)下每個節(jié)點有兩個自由度 四邊形板單元在彎扭應(yīng)力狀態(tài)下每個節(jié)點有三個自由度 四邊形板單元在組合應(yīng)力狀態(tài)每個節(jié)點有三個自由度六、設(shè)計各階段對模型的要求 模型化 把車身結(jié)構(gòu)抽象為一組由力學(xué)單元構(gòu)成的模型，同時給出約束條件和載荷的數(shù)

37、學(xué)描述 模型化的關(guān)鍵在于盡可能真實地反映車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性 模型化技術(shù)關(guān)系到計算成本、計算工作量以及計算結(jié)果的真實性，還受計算機(jī)軟、硬件條件的限制，乃至與分析人員技術(shù)水平、習(xí)慣有關(guān) 不同設(shè)計階段對模型的要求不同 概念設(shè)計階段 可能只有幾個粗略的尺寸草圖，提出幾種概念構(gòu)造方案 計算目的是對設(shè)計構(gòu)思的初步評價，給設(shè)計人員選型提供幫助 分析模型應(yīng)抓住主要構(gòu)造參數(shù)，只求反映各設(shè)計思路之間的差別，規(guī)模不宜大，力求簡單、快速，便于優(yōu)化 設(shè)計中期 構(gòu)造方案已經(jīng)確定，結(jié)構(gòu)處于推敲、研討和與競爭車型比較階段 計算的目的可能是預(yù)測和優(yōu)化車身設(shè)計性能，使設(shè)計達(dá)到目標(biāo)性能和滿足各方面的要求 計算模型隨結(jié)構(gòu)設(shè)計的進(jìn)展逐

38、步細(xì)化，力求真實 設(shè)計后期 是結(jié)構(gòu)完善化的階段，要對結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行全面的平衡和評估，并將仿真計算結(jié)果與樣機(jī)測試結(jié)果進(jìn)行對比 分析模型要求保證計算精度，強(qiáng)調(diào)反映車身結(jié)構(gòu)和性能的全面準(zhǔn)確評估第六章 車身結(jié)構(gòu)抗撞性第一節(jié) 概述 汽車安全性 主動安全性 汽車所具有的減少交通事故發(fā)生概率的能力 研究內(nèi)容包括汽車的操縱穩(wěn)定性能、制動性能、燈光系統(tǒng)和駕駛員視野性能等 被動安全性 汽車所具有的在交通事故發(fā)生時保護(hù)乘員免受傷害的能力 研究內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)抗撞性、約束系統(tǒng)性能、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的防傷性能等 “抗撞性” 汽車結(jié)構(gòu)在碰撞過程中保護(hù)乘員的能力 這種保護(hù)能力主要由車身結(jié)構(gòu)提供一、汽車碰撞的形式 通常將汽車的碰撞形

39、式分為正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞和滾翻 在交通事故中，發(fā)生不同形式碰撞的比例不同 正碰：占總數(shù)67。由于已采取了很多成功措施，人員死亡數(shù)只占汽車碰撞事故總死亡人數(shù)的31 側(cè)碰：占總數(shù)28。由于對乘員的保護(hù)比正碰困難，人員死亡數(shù)占汽車碰撞事故總死亡人數(shù)的34 滾翻：發(fā)生的比例雖很小，但死亡率很高，死亡人數(shù)占碰撞事故死亡總?cè)藬?shù)的33，多數(shù)是由于乘員被甩出乘員艙造成的，在死亡的乘員中只有13系上了安全帶 后碰：發(fā)生的比例也很小，且通常是低速碰撞，死亡比例低，頸部的鞭梢性傷害是經(jīng)常出現(xiàn)的傷害形式二、被動安全性法規(guī)與新車評估程序（一）被動安全性法規(guī) 汽車產(chǎn)品認(rèn)證制度，是國家對汽車產(chǎn)品管理的一種方式，產(chǎn)

40、品只有通過認(rèn)證，才能在市場上銷售。汽車安全法規(guī)已經(jīng)成為推動汽車工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和不斷提高汽車安全性的主要動力之一 汽車安全性法規(guī)中比較有代表性的是美國聯(lián)邦機(jī)動車安全法規(guī)（FMVSS）和歐洲法規(guī)（ECE和EEC），其它如日本、加拿大、澳大利亞等國家的法規(guī)基本上是參考美國和歐洲的法規(guī)制定的 我國汽車安全性法規(guī)的制定工作起步比較晚、起點比較低，但是也陸續(xù)制定了許多強(qiáng)制性汽車安全法規(guī)我國汽車被動安全的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) 以歐洲ECE/EEC汽車技術(shù)法規(guī)體系為主要參考，在具體內(nèi)容上緊跟歐、美、日三大汽車法規(guī)體系的協(xié)調(diào)成果 從技術(shù)要求角度看，內(nèi)容與國際上先進(jìn)的法規(guī)體系基本相同 從1993年第一批強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以

41、來，汽車安全方面的標(biāo)準(zhǔn)共有66項，其中主動安全23項，被動安全24項，一般安全19項（二）新車評估程序 新車評估程序（NCAP）1978年首先在美國開始，主要目的是為消費者提供汽車安全性能準(zhǔn)確和全面的信息，以幫助他們做出購車決定 NCAP通過市場激勵機(jī)制，促使汽車生產(chǎn)廠商自主地開發(fā)出能在碰撞中更好保護(hù)乘員的汽車 與強(qiáng)制性汽車安全法規(guī)相比，NCAP有以下幾個特點1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中立性質(zhì)2. 試驗內(nèi)容更嚴(yán)格和全面3. 對試驗結(jié)果的評價更加細(xì)化 現(xiàn)在，開展NCAP的主要有美國、歐洲、日本、澳大利亞和我國等國家 美國US-NCAP：從1978年開始，由國家公路交通安全管理局負(fù)責(zé)進(jìn)行。所進(jìn)行的試驗包括與

42、剛性固定壁障的正面碰撞試驗、移動可變形壁障與靜止試驗車側(cè)面碰撞試驗和汽車抗?jié)L翻試驗 歐洲EURO-NCAP：從1997年開始，所進(jìn)行的試驗包括與可變形固定壁障40重疊率的正面碰撞試驗、移動可變形壁障與靜止試驗車側(cè)面碰撞試驗、橫向移動試驗車側(cè)面撞擊剛性柱形障礙物試驗和撞行人試驗 我國C-NCAP：第二節(jié) 車身抗撞性設(shè)計要求一、成員傷害的原因和傷害機(jī)理(一) 乘員傷害的原因1）生存空間喪失 乘員艙外部結(jié)構(gòu)的侵入或乘員艙的變形，導(dǎo)致乘員生存空間的喪失，使乘員受到擠壓或撞擊 例： 正碰，轉(zhuǎn)向盤將乘員擠在座椅靠背上 側(cè)碰，受撞擊后侵入乘員艙的側(cè)門直接撞擊乘員 滾翻事故，車頂結(jié)構(gòu)嚴(yán)重擠壓變形使乘員頭部受到

43、擠壓等2）二次碰撞 碰撞中，乘員生存空間未喪失情況下，乘員與汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碰撞或被拋出車外被稱為二次碰撞，這也是造成碰撞中乘員傷害的一類主要原因 措施 座椅和安全帶對乘員的約束 通過內(nèi)部吸能裝置3）碰撞后不能快速逃逸與被救援 汽車發(fā)生碰撞事故后，若乘員不能及時逃逸或被救援，也會使傷害加重 例：碰撞乘員失血，且不能及時逃逸或被救，可能出現(xiàn)由于失血過多而導(dǎo)致死亡的危險 碰撞后不能快速逃逸與被救援的主要結(jié)構(gòu)原因： 乘員逃逸空間喪失了 如：駕駛員被擠住了或安全帶卡住了 碰撞后用于乘員逃逸或被救援的車門難以被打開4）碰撞火災(zāi) 碰撞后，如果燃油系統(tǒng)發(fā)生泄漏，就可能導(dǎo)致火災(zāi)，這也會造成對乘員的傷害（二）乘員

44、傷害機(jī)理 進(jìn)行車身抗撞性設(shè)計的最終目的，是保護(hù)汽車碰撞事故中人員的安全 了解汽車碰撞事故中乘員傷害的機(jī)理，有助于將各種碰撞形式下對乘員保護(hù)的要求，轉(zhuǎn)化為對車身結(jié)構(gòu)碰撞響應(yīng)特性的要求，以有的放矢的進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)抗撞性的設(shè)計1頭部傷害 一般都是由沖擊產(chǎn)生顱骨與腦的相對運動而引起的 腦傷害的主要原因是作用在腦本體的正壓力、負(fù)壓力和由壓力梯度引起的剪切作用，或者說是腦本體相對于顱骨的運動 為了防止碰撞中對乘員頭部的傷害，應(yīng)當(dāng)減小頭部受到的沖擊或頭部的減速度2頸部傷害 汽車碰撞事故中，頸部受碰撞的情況不超過4。但頸部受極輕的沖擊，也容易留下很麻煩的后遺癥。脊髓受到暫時性撞擊或擠壓，也會產(chǎn)生對脊髓的傷害3胸

45、部傷害 嚴(yán)重汽車碰撞事故中，作用在胸部的載荷經(jīng)常大得足以折斷肋骨和胸骨，撕裂胸部大動脈，心臟和肺也會被折斷的肋骨端部割傷。事故死因的3540是胸部大動脈被撕裂。對胸部前面和側(cè)面的撞擊都會導(dǎo)致大動脈的破裂4腹部傷害5骨盆傷害 正碰 對骨盆的傷害通常是由于膝蓋撞擊儀表板造成的 側(cè)碰6下肢傷害 下肢由三個主要人體部位和兩個高度靈活的關(guān)節(jié)組成 三個人體部位分別是大腿、小腿和腳 兩個高度靈活的關(guān)節(jié)是膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié) 正碰： 對駕駛員放腳空間的較大侵入，經(jīng)常造成對下肢關(guān)節(jié)和骨骼的傷害 除非是大出血，這種傷害一般不會危及生命，但往往留下比較嚴(yán)重的后遺癥1）膝關(guān)節(jié)、2）踝關(guān)節(jié)、 3）長骨骨折、 4）腳骨骨折（三

46、）乘降和侵入速度對乘員傷害的影響1“乘降”的概念 在正面碰撞乘員保護(hù)中，乘降是一個重要的概念，它是指碰撞過程中乘員的一部分初始動能在汽車減速過程中被消耗 乘降可以減小約束系統(tǒng)對乘員胸部的作用力，這對減輕乘員胸部、頭部和頸部傷害都有利2車門侵入速度對乘員傷害的影響 以移動可變形壁障（MDB）從側(cè)面撞擊靜止試驗車為例。在碰撞中，將發(fā)生如下的動量交換 主要動量交換發(fā)生在MDB與被撞車輛之間。隨著MDB速度的減小，被撞車輛的剛體速度逐漸增加，直到它們相同為止 車門與MDB之間的動量交換。車門迅速獲得與MDB相同的速度 侵入乘員艙的車門與靜止的側(cè)面碰撞假人（SID）接觸時的動量交換。被快速侵入的車門撞擊

47、后，假人在側(cè)向方向上迅速加速二、抗撞性設(shè)計要求和對結(jié)構(gòu)抗撞性的規(guī)定（一）車身抗撞性設(shè)計要求1正面碰撞 1）確保乘員生存空間，減小乘員艙變形和對乘員艙的侵入 2）減小車身減速度 3）碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開車門2側(cè)面碰撞 抗側(cè)面碰撞設(shè)計應(yīng)當(dāng)以減小乘員艙侵入、維持乘員生存空間為重點 1）減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員艙的侵入量，防止侵入量過大時對乘員的擠壓傷害 2）減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員艙的侵入速度，特別是與乘員接觸時車門的速度，減輕對乘員的撞擊力 3）碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開非碰撞側(cè)的車門3后面碰撞 1）減小乘員艙變形。通常用后排座位R點的前移量來衡量 2）減小碰

48、撞中車身的減速度，減輕乘員的鞭梢性傷害 3）在碰撞中維持油箱的存放空間，減小對油箱、油路擠壓4滾翻 1）減小乘員艙的變形量，特別是車頂?shù)淖冃?2）要求碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開車門5低速碰撞 主要避免汽車重要部件的損壞，減少因撞車帶來的維修費用 要求設(shè)置低速碰撞吸能區(qū)，使低速碰撞車輛的動能主要通過低速碰撞吸能區(qū)的變形被吸收，并盡量不使低速碰撞吸能區(qū)后部的車身主要結(jié)構(gòu)發(fā)生永久變形6行人保護(hù) 撞行人時，汽車對行人的傷害一般包括 一次碰撞時由保險杠、前散熱器罩和發(fā)動機(jī)罩前端等產(chǎn)生的下肢傷害 行人與發(fā)動機(jī)罩、擋風(fēng)玻璃等二次碰撞時的頭部傷害 受撞擊后的行人與路面三次碰撞產(chǎn)生的傷害

49、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)將相關(guān)部位的剛度設(shè)計得軟一些，以緩沖對人體的撞擊 在行人保護(hù)措施中，應(yīng)防止車外凸出物對行人的傷害（二）法規(guī)中有關(guān)車身結(jié)構(gòu)抗撞性的規(guī)定 美國：沒有對車身結(jié)構(gòu)抗撞性性進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定 ECE R33對正面碰撞中被撞汽車結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了規(guī)定，適用于M1類車輛1） 碰撞后，通過座椅R點的橫向平面與通過儀表板最后邊投影線的橫向平面間的距離不小于450mm；2） 碰撞后，通過座椅R點的橫向平面與通過制定踏板中心的橫向平面間的距離不小于650mm；3） 放腳位置空間的左右隔板間的距離不小于250mm；4） 汽車地板與頂棚的距離減少量不超過10；5）碰撞過程中車門被不能撞開；6）碰撞后，側(cè)門應(yīng)能不

50、使用工具被打開 我國被動安全法規(guī)也僅對作為最終指標(biāo)的乘員傷害等內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，沒有詳細(xì)規(guī)定車身結(jié)構(gòu)的碰撞性能（三）NCAP進(jìn)行碰撞結(jié)果評價時對結(jié)構(gòu)因素的考慮 美國的NHTSA對NCAP的試驗結(jié)果進(jìn)行評價時，沒有包括對結(jié)構(gòu)因素的詳細(xì)考慮 歐洲和日本的NCAP 對正面碰撞結(jié)果評價時，都考慮了結(jié)構(gòu)因素的影響，關(guān)心乘員生存空間的保持和碰撞后逃逸和救援的難易度： 儀表板的運動 轉(zhuǎn)向盤的運動 放腳空間的變形 踏板的運動 車門開口的變形 碰撞中車門是否打開和碰撞后車門開啟的難易 在對側(cè)面碰撞結(jié)果進(jìn)行評價時，對結(jié)構(gòu)因素的考慮較少第三節(jié) 車身抗撞性分析方法和模擬技術(shù)一、抗撞性分析方法和模擬技術(shù)的發(fā)展（一）車身抗

51、撞性分析方法的發(fā)展 上世紀(jì)60年代末以前，汽車對障礙物的碰撞試驗是評價汽車抗撞性唯一可用的方法 缺點是研發(fā)周期長、成本高，并且無法在汽車重量和抗撞性方面使設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化 上世紀(jì)60年代以后，大量應(yīng)用汽車碰撞模擬技術(shù) 通過數(shù)值模擬技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，設(shè)計人員實現(xiàn)了對最終設(shè)計的更有效控制，減小了設(shè)計風(fēng)險（二）碰撞模擬技術(shù)的發(fā)展 上世紀(jì)70年代初，美國通用汽車公司的Kamal等人就使用圖66所示的凝聚參數(shù)模型研究汽車的抗撞性 上世紀(jì)70年代中期，顯式非線性有限元技術(shù)解決結(jié)構(gòu)高速撞擊問題 現(xiàn)在，電腦計算能力提高，商業(yè)化軟件功能增強(qiáng)、可靠性提高 常用的顯式非線性有限元軟件 DYNA3D（LS-DYNA3D和OASYS-DYNA3D） MSC/DYTRAN ESI/PAM-CRASH 軟件的核心都以美國Lawrence Livermore國家試驗室在上個世紀(jì)70年代開發(fā)的DYNA公開版的理論為基礎(chǔ)（三）碰撞模擬的應(yīng)用 設(shè)計的不同階段，分析工作的內(nèi)容不同，建模思想也不相同，用于碰撞模擬的模型有時會有較大的差別 碰撞模擬在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)