汽車車身結構與設計(第四章)

1、汽車車身結構與設計北京理工大學機械與車輛學院林程 教授王文偉 副教授陳瀟凱 副教授2016第四章 車身概念設計第一節(jié) 車身美術造型設計一、概述(一) 車身造型設計的特點汽車的造型是科技與藝術的完美結晶，是一個時代工業(yè)水平的綜合反映，也鮮明地折射出這個時代的社會政治、經(jīng)濟和文化形態(tài)。車身造型是汽車設計的先行環(huán)節(jié)之一，也是汽車設計的重要組成部分。車身造型設計屬于工業(yè)設計領域，是工程技術和造型藝術在汽車產(chǎn)品上的有機結合。 車身造型已成為消費者選購汽車的重要參考因素，日益受到汽車生產(chǎn)商的高度重視。(二) 車身造型設計的分類根據(jù)汽車的部位及作用，車身造型設計可以分為以下幾種：1) 外形造型設計：主要設計

2、車身外部的基本形狀和保險杠、前照燈等主要部件的形狀。2) 室內(nèi)造型設計：主要進行車室內(nèi)部空間的整體及儀表板、座椅、內(nèi)飾等的設計。3) 色彩造型設計：車身顏色、室內(nèi)總體色彩的設計，以及內(nèi)飾材料、織物花紋樣式等的設計。4) 零部件造型設計：車輛上的附屬件、功能件及其他零部件的造型設計，如輪輞、后視鏡、手柄等外飾件和轉向盤、音響等內(nèi)飾件。5) 標志設計：汽車所使用的品牌標記、車名標識及室內(nèi)各種裝備等標識設計。(三) 車身造型設計的基本要素 單從造型本身來說，決定車身造型設計的基本要素主要是品牌、車型和風格。1、品牌汽車品牌的重要特征是存在一個清晰的、明確的品牌識別性。汽車品牌是一種基于可識別性的“設

3、計”，稱為品牌基因(Brand DNA)。品牌基因可以通過“幾何特征”和“語義特征”來表達和應用。品牌基因的語義特征表達品牌的“造車”理念，可由一組核心形容詞描述；品牌基因的幾何特征表達一種品牌的造型特征和風格特征。汽車前圍造型是品牌基因的主要載體，許多知名品牌的造型特征都集中在汽車前圍的幾何特征上。一個連貫一致的品牌表達的是汽車品牌構建的核心。汽車品牌是汽車企業(yè)的重大無形資產(chǎn)，品牌價值是汽車最重要的附加值。2、車型車型是以汽車的功能、用途和相應結構形式為基礎的分類，在造型上直接反映了汽車結構布局到汽車造型的映射關系。車型特征是汽車造型識別的感知基礎，是汽車造型最基本的功能屬性和感知屬性。GB

4、/ T 3730.12001 將汽車分為乘用車和商用車兩大類。乘用車最常見的分類是轎車和廣義多用途車。前者可分為兩廂車(掀背式) 和三廂車；后者包括MPV (多用途車) 和越野車及輕型貨車、SUV 等。國際上轎車根據(jù)車長及軸距分為A 級、B級、C 級、D 級、E 級等。不同企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品平臺采用不同的品牌管理和型譜管理策略。車型的發(fā)展趨勢車型是汽車研發(fā)中非?；钴S的因素，其發(fā)展趨勢有：1) 大多數(shù)傳統(tǒng)以轎車為主的汽車制造廠商逐步擴展到多功能車的領域。2) 多功能車尤其是SUV 的種群擴大，且車型界限變得模糊。3) 新的跨界車型不斷出現(xiàn)，如本田CRV 等。車型特征具有造型上的抽象性和具象性，越野車的

5、硬朗和粗獷、跑車的動感和速度感與轎車的舒適溫馨和豪華感，都是車型特征對外觀造型的直接映射，既有車型尺寸和整車布置的幾何特點，又有形面和特征線的造型特點。汽車的側圍造型（側面輪廓）是車型信息的主要載體, 汽車側圍是整車造型設計的基礎和出發(fā)點，稱為側圍包絡設計。3、風格風格是指外觀形式，但更強調(diào)外觀形式所表現(xiàn)的觀念內(nèi)涵。風格的符號性多于理性，如流線形風格就是用風格來表現(xiàn)設計師對空氣動力學和現(xiàn)代航空工業(yè)的直觀感受，因此流線形作為風格，它的符號性遠遠超過嚴格理性意義上的空氣動力學原理。風格是多義的，是對某一類設計的統(tǒng)稱，而不是一個固定的模式，如同樣是流線形風格也可能有傳統(tǒng)和現(xiàn)代之分。風格是汽車外觀造型

6、影響最重要，也是最具時尚性的元素。汽車風格是汽車文化、民族文化、消費文化和審美品位共同作用的結果。汽車風格中有基于車身結構形式分類，有基于造型流派的分類，有民族文化的映射，也有品牌文化。(四) 車身造型設計的要求使汽車具有完美的藝術形象使汽車具有良好的空氣動力性能使汽車車身具有良好的加工工藝性使汽車具有良好的適用性應考慮材料的裝飾效果二、車身造型發(fā)展歷程與趨勢(一) 車身造型發(fā)展歷程1、馬車形車身2、廂形車身（標準化、流水線）3、流線形車身（空氣動力學）4、船形車身（人機工程學）5、魚形車身6、楔形車身奔馳發(fā)明的第一輛汽車戴姆勒發(fā)明的四輪汽車1899年寶馬公司的第一輛車1908年 福特T型車1

7、937年大眾甲殼蟲汽車2011款福特V8 (1949 年)魚形車身甲殼蟲形與魚形車身比較2011富康轎車(二) 現(xiàn)代車身造型發(fā)展趨勢更加注重美學造型和氣動造型的結合更加注重造型的個性化更加注重內(nèi)外造型對乘坐舒適性和安全性的滿足新材料、新工藝將會對汽車造型產(chǎn)生深刻的影響小型化與輕量化將會成為未來汽車發(fā)展的趨勢電動化與智能化將會改變現(xiàn)有車身的造型三、車身造型方法和流程一般的車身造型主要包括以下過程：草圖構思、效果圖設計、膠帶圖設計、計算機輔助造型設計(CAS)、模型制作、模型測量和線圖設計，同時在造型過程中還要進行必要的空氣動力學分析(CFD) 以檢驗車身造型的空氣動力學性能。草圖構思 根據(jù)目前同

8、類車型的對標情況, 總結出造型的發(fā)展趨勢, 并結合假想用戶的審美情趣, 確定主要的造型元素和風格。效果圖設計 效果圖由具有工業(yè)造型技術能力的開發(fā)人員完成, 采用水彩、彩鉛、素描或CAD 等方式繪制，分為車身外形效果圖和車身內(nèi)飾效果圖。膠帶圖設計膠帶圖是指用不同寬度和不同顏色的膠帶在標有坐標網(wǎng)格的白色圖板(一般為薄膜圖)上，粘貼上模型輪廓的曲線和線條，將汽車整個輪廓、布置尺寸、發(fā)動機位置、車架布置及人體樣板都顯示出來。由于膠帶可以隨時粘貼或撕下, 因此膠帶圖也可以隨時修改，十分方便。CAS 設計計算機輔助造型設計(CAS) 的主要工作是對造型表面進行數(shù)學建模，要求CAS 模型能準確表達輪廓線、特

9、征線以及曲面間的相互關系；表面順暢，曲面結構簡潔、準確；根據(jù)模型用途不同進行不同程度的模型細化。模型制作模型制作是造型過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，對于一些特別重要的車型，在前期還要制作小比例模型。模型材料主要采用油泥和樹脂兩類。油泥模型多以手工制作為主，樹脂模型多以數(shù)控銑加工。模型測量和CAD 建模通過三坐標測量機對全尺寸模型進行測量，得到模型上離散的點集，將點集數(shù)據(jù)輸入計算機，通過專門的CAD 設計軟件建立整個車身的表面數(shù)學模型。CAD 曲面建模的一般步驟包括：分析及處理測量數(shù)據(jù)；提取并編輯特征線及主斷面線；確定構造曲面模型的框架、分塊及分縫線；創(chuàng)建四邊界主曲面；對主曲面進行光順檢查；構造造型特

10、征區(qū)域及圓角區(qū)域；對曲面模型進行整體檢查及調(diào)整；對曲面模型進行最終的完善。評判準則主要有三條：一是車身A 級曲面數(shù)學模型與造型模型要具有準確的吻合度；二是車身A 級曲面數(shù)學模型曲面要具有高質(zhì)量的光順性；三是車身A 級曲面數(shù)學模型各部件間結構的準確性要滿足輸入的各項條件及要求。CFD 分析利用CAD 模型進行CFD 分析，能夠及早發(fā)現(xiàn)造型方案中存在的缺陷，獲得最佳的空氣動力學特性，縮短車身開發(fā)時間和成本。四、車身造型的美學基礎汽車造型的藝術性，是通過造型設計師的創(chuàng)作反映到汽車的形體上的，造型設計師需要采取完美的藝術形式去反映一定的思想內(nèi)容。即用高度的藝術技巧把正確的審美觀和思想感情表達在汽車的藝

11、術形象上。(一) 整體感、比例規(guī)律和線形組織整體感：重復表現(xiàn)、主次分明比例規(guī)律：協(xié)調(diào)的比例線形組織：比例曲線重復、有組織的線條(二) 車身造型的動感采用仿生學方法使汽車的外形與自然界的運動物體的外形相似。使汽車具有流暢的線條和光順的車身表面。強調(diào)水平劃分線和削弱垂直劃分線。人的視覺規(guī)律人的視覺常常受物象吸引力的支配而變化，在車身造型時要充分考慮這一點。人會把物象感知為歪曲的形象，形成錯覺。白色的圖形比同樣尺寸的黑色的圖形看起來要大些，光滑的表面比同樣尺寸的粗糙的表面看起來大一些，飽和紅色的圖形比飽和藍色的同樣尺寸的圖形看起來要小一些。淺色車漆可以避免太陽把車身曬得過熱，而且還可以緩和高光點與車

12、身色彩的強烈對比。為了使汽車顯得矮而長和重心低而穩(wěn)，常常將汽車下部噴上深色車漆；如果要使汽車顯得短而輕，其下部可噴上淺色車漆。(三) 車身表面的光學藝術效果車身表面就像一面光亮的鏡子，必須按照球面鏡的光學規(guī)律去分析其反射效果。曲線過渡得不光順的車身，其光學效果差。研究車身的光學規(guī)律，不僅是為了檢驗車身是否光滑，更重要的是賦予汽車合理的形狀。(四) 汽車的色彩設計首先要考慮的是主色調(diào)，即選擇正確的色彩去反映主題思想。汽車其他各部分的色彩，應圍繞主色調(diào)進行變化，以達到多樣統(tǒng)一的效果。室內(nèi)的色彩設計，要在保證駕駛人操作方便的基礎上減少疲勞，并給乘客營造出舒適、閑靜的休息環(huán)境。此外，要注意室內(nèi)色彩和外

13、部色彩的關系，使之圍繞汽車的主色調(diào)進行變化。因此，室內(nèi)色彩的明度和純度都不宜過高，在設計時應注意以調(diào)和為主。為了避免刺目的光線反射，儀表板通常采用黑色或深暗的色彩，并避免裝置會分散駕駛人注意力的飾物。地毯色彩的明度和純度都應較低，紋樣不應層疊累贅，并避免與底色有明顯的對比。頂篷的色彩對人的心理影響較大，既不應一般用中等明度、中等純度或明度稍高、純度稍低的色彩較為適宜。座椅的色彩要與頂篷、地板相互協(xié)調(diào)，但有時可采用純度略高的色彩使室內(nèi)稍微增添活躍的氣氛。采用深色的側窗玻璃會增加室內(nèi)嫻靜的氣氛。五、車身造型特征(一) 車身造型特征在一款車型的開發(fā)中，基于相同的車身結構布置，通過所表現(xiàn)出的不同造型，

14、如腰線、前照燈、尾燈、側面輪廓、輪罩、側窗等，可以表達不同的設計概念與不同的造型方案。車身造型特征認知部位重點(二) 車身造型特征線1、造型特征線 線條既包含了可以聯(lián)系點和面的重要造型信息，又沒有了點的瑣碎及面的冗余，因此線在對造型特征的表達中比點和面都更有優(yōu)勢。汽車草圖的表達主要涉及三種特征線形： 頂端線(Crown Line)：汽車側面輪廓線。 造型線(Form Line)：汽車造型塊面（如側窗、風窗等）的 輪廓線。 區(qū)域線(Area Line)：面與面的邊界線。2、典型車身造型特征線分析頂端線車身的頂端線是從側視角度觀察到的位于車身頂部、體現(xiàn)車型的空間曲線，屬于側面輪廓的一部分，該形線帶

15、有汽車風格造型信息。頂端線是草圖和建模的起點，對車身造型風格與類型產(chǎn)生重要的影響。三廂車中頂端線夾角對造型風格的影響腰線汽車的腰線帶有汽車外觀意象信息，能夠增強車身側圍剛度，它是在側窗下沿線下方與之成一定夾角的空間曲線。在概念草圖中腰線總是會被著重考慮，設計師認為腰線是汽車連通前后圍造型的關鍵，是氣韻和光感流動的表達。因此，一般把腰線歸為主要特征造型。腰線基本類型歸類(三) 車身比例汽車設計是從側面開始的, 側面的車身比例分為：整體比例、前后比例和上下比例，這些比例對汽車的外形有著重要影響。1、整體比例：用軸距除以車高，便可得到汽車的整體比例值。三廂轎車C 柱與行李艙蓋的關系對于三廂車現(xiàn)在普遍

16、采用的方法是將A 柱、C 柱與車頂?shù)慕唤悄：幚恚屧镜娜€條“無縫對接”形成一根長線條，使車頂不再孤立存在，車身更流暢，整體感更強，并從視覺上形成向后的延伸感。(三) 車身比例2、前后比例與發(fā)動機的布置型式有關，與轎車級別和風格有關。(三) 車身比例3、上下比例從發(fā)動機蓋與前窗的交接點引出一條水平線，將車身分為上、下兩個部分即為上、下比例。如今的轎車A 柱和C柱傾角在增大。為了保證車頂有足夠的長度，便將車窗整體上移，但車高不變，軀干的高度也隨之被動增加，上、下比例值由此變小。上下比例的變化示意圖上下比例的變化示意圖大眾捷達車造型如今車窗變窄、軀干加高似乎不可避免。車窗變窄會影響視野，軀干

17、加高則會使車身顯得短。為了解決這對矛盾, 大眾汽車捷達采用了以下辦法：將側窗下沿線降低，使側窗面積得到保證；從前燈到尾燈組之間拉出一條貫穿前后的肩線，從視覺感受上降低軀干的高度，并與車身下方的裙線合力“削薄”車肚。第四章 車身概念設計第二節(jié) 空氣動力學基礎一、概述一、概述 汽車空氣動力學汽車空氣動力學是研究汽車與空氣運動之間相互作用規(guī)是研究汽車與空氣運動之間相互作用規(guī)律以及氣動力對汽車各性能影響的一門學科。律以及氣動力對汽車各性能影響的一門學科。 汽車空氣動力學特性是汽車的重要特性，它直接影響著汽車空氣動力學特性是汽車的重要特性，它直接影響著汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和安汽車

18、的動力性、燃油經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和安全性。全性。 其重要性在于：在確定汽車外形方案的初始階段，就需其重要性在于：在確定汽車外形方案的初始階段，就需要考慮汽車的空氣動力學特性。要考慮汽車的空氣動力學特性。一、汽車空氣動力學的主要研究內(nèi)容一、汽車空氣動力學的主要研究內(nèi)容1 1、汽車行駛中的氣動力（矩）及其對汽車性能的影響汽車行駛中的氣動力（矩）及其對汽車性能的影響 -減小氣動阻力以減少油耗 -減小升力、側向力和橫擺力矩以提高操縱穩(wěn)定性2 2、車身表面及周圍的流譜和局部流場研究、車身表面及周圍的流譜和局部流場研究 -分析氣動機理 -改善汽車表面水流路徑，減小表面塵土堆積、風噪聲和面板顫振汽車

19、空氣動力學的主要研究內(nèi)容汽車空氣動力學的主要研究內(nèi)容3 3、發(fā)動機及制動裝置的空氣冷卻問題研究發(fā)動機及制動裝置的空氣冷卻問題研究 - 減小冷卻通路和散熱器的內(nèi)部空氣阻力以提高冷卻效果。4 4、 汽車內(nèi)部自然通風及換氣問題的研究汽車內(nèi)部自然通風及換氣問題的研究 - 研究車身上進、出風口的合理位置，車內(nèi)進出風量、風速及風路，使汽車具有良好的通風換氣性能以保證良好的舒適性。（一）氣動力與氣動力矩（一）氣動力與氣動力矩基本假設基本假設 空氣相對于地面靜止空氣相對于地面靜止 汽車在水平道路上勻速行駛，根據(jù)相對運動原理，汽車在水平道路上勻速行駛，根據(jù)相對運動原理，把汽車看成是靜止的，空氣繞汽車周圍流過去把

20、汽車看成是靜止的，空氣繞汽車周圍流過去 相對速度小于相對速度小于100m/s100m/s時，空氣不受壓縮，即空氣時，空氣不受壓縮，即空氣密度不受汽車運動影響密度不受汽車運動影響（一）氣動力與氣動力矩（一）氣動力與氣動力矩基本定義基本定義流場流場-將流經(jīng)物體的氣流的屬性如速度、壓力等表示為空間坐標和時間的將流經(jīng)物體的氣流的屬性如速度、壓力等表示為空間坐標和時間的函數(shù)，分別稱為速度場、壓力場，其總合稱為函數(shù)，分別稱為速度場、壓力場，其總合稱為流場流場。n 非定常流場：隨時間變化的流場非定常流場：隨時間變化的流場n 定常流場：不隨時間變化的流場定常流場：不隨時間變化的流場流線流線-氣流中一條假象的曲

21、線，其切線的方向與該時刻氣流質(zhì)點速度向量氣流中一條假象的曲線，其切線的方向與該時刻氣流質(zhì)點速度向量的方向相同。流線所給出的是在同一瞬時，線上各氣流質(zhì)點運動方向的圖形。的方向相同。流線所給出的是在同一瞬時，線上各氣流質(zhì)點運動方向的圖形。流譜流譜-某一瞬時的流場中流線的集合。通過流譜可以描述氣體流動的全貌。某一瞬時的流場中流線的集合。通過流譜可以描述氣體流動的全貌。（一）氣動力與氣動力矩（一）氣動力與氣動力矩 汽車的外形和車速決定著汽車周圍的流譜。汽車的外形和車速決定著汽車周圍的流譜。 利用實車或模型進行利用實車或模型進行風洞實驗風洞實驗等方法，可將等方法，可將流譜顯示流譜顯示出出來。來。 通過對

22、空氣質(zhì)點運動的研究可以發(fā)現(xiàn)，在汽車前面較遠通過對空氣質(zhì)點運動的研究可以發(fā)現(xiàn)，在汽車前面較遠處流線是平行的，空氣質(zhì)點間相對作勻速運動，沒有受處流線是平行的，空氣質(zhì)點間相對作勻速運動，沒有受到干擾。但在汽車附近的流線則呈現(xiàn)出復雜的狀況，形到干擾。但在汽車附近的流線則呈現(xiàn)出復雜的狀況，形成所謂的成所謂的“擾流區(qū)擾流區(qū)”，空氣質(zhì)點間的相對速度變化較大。，空氣質(zhì)點間的相對速度變化較大。氣動力氣動力yySCv221FFFqCSvCSp221FDxSCv221F氣動力氣動力F F：整個汽車外表面上壓力的合力，其在汽車上的作用整個汽車外表面上壓力的合力，其在汽車上的作用點稱為風壓中心（點稱為風壓中心（Cent

23、er of PressureCenter of Pressure，記作，記作C.P.C.P.）。）。氣動阻力氣動阻力FxFx氣動升力氣動升力FzFz側向分力側向分力Fy Fy zzSCv221FC CF F為車身形狀系數(shù)為車身形狀系數(shù)C CD D為阻力系數(shù)為阻力系數(shù)C Cz z為側力系數(shù)為側力系數(shù)C Cy y為升力系數(shù)為升力系數(shù)氣動力矩氣動力矩MxqxSLCpM MyqySLCpM 氣動力矩：氣動力矩：把氣動力的三個分力轉換到汽車的質(zhì)心（記為把氣動力的三個分力轉換到汽車的質(zhì)心（記為C.G.C.G.），則氣動力矩為），則氣動力矩為側傾力矩側傾力矩Mx Mx （以汽車右傾為正）（以汽車右傾為正）

24、CMy為俯仰力矩系數(shù)CMz為橫擺力矩系數(shù)CMx為側傾力矩系數(shù)MzqzSLCpM 俯仰力矩俯仰力矩MyMy（以使汽車抬頭為正）（以使汽車抬頭為正）橫擺力矩橫擺力矩MzMz（以汽車右偏為正）（以汽車右偏為正）1 1、汽車的空氣阻力、汽車的空氣阻力u 汽車的空氣阻力汽車的空氣阻力F Fx x與汽車運動方向相反，其大小與空氣阻力系數(shù)、與汽車運動方向相反，其大小與空氣阻力系數(shù)、迎風面積、空氣密度和車速的平方成正比。包括：迎風面積、空氣密度和車速的平方成正比。包括：形狀阻力形狀阻力（60%60%）：由汽車前部正壓力和后部負壓力的壓力差）：由汽車前部正壓力和后部負壓力的壓力差產(chǎn)生。車身各表面形狀及其交接處轉

25、折方式是主要影響因素。產(chǎn)生。車身各表面形狀及其交接處轉折方式是主要影響因素。摩擦阻力摩擦阻力（9%9%）：由于空氣的粘滯性在車身表面產(chǎn)生的摩擦力）：由于空氣的粘滯性在車身表面產(chǎn)生的摩擦力。車身表面的面積和光滑程度是主要影響因素。車身表面的面積和光滑程度是主要影響因素。誘導阻力誘導阻力（5%-7%5%-7%）：氣動升力的縱向水平分力。）：氣動升力的縱向水平分力。干擾阻力干擾阻力（15%15%）：外部附件引起氣流相互干擾而形成。）：外部附件引起氣流相互干擾而形成。內(nèi)部阻力內(nèi)部阻力（10%-13%10%-13%）：由冷卻發(fā)動機的氣流和車內(nèi)通風氣流）：由冷卻發(fā)動機的氣流和車內(nèi)通風氣流形成。形成?？諝庾?/p>

26、力與最大車速的關系空氣阻力與最大車速的關系在水平路面上作在水平路面上作勻速勻速行駛的汽車，牽引力與滾動阻力及空氣阻力相行駛的汽車，牽引力與滾動阻力及空氣阻力相平衡，即：平衡，即：最大車速為：最大車速為：SvCfFGFDzt221)()(21maxmaxfCCSfGFvzDt 當當F Ftmaxtmax和和G G一定時，減小空氣阻力系數(shù)一定時，減小空氣阻力系數(shù)C CD D、提高升力系數(shù)、提高升力系數(shù)C Cz z可使最可使最大車速提高。但是提高大車速提高。但是提高C Cz z會降低牽引力，且會影響汽車的操縱穩(wěn)定性，會降低牽引力，且會影響汽車的操縱穩(wěn)定性，因此降低因此降低C CD D值是關鍵值是關鍵

27、?？諝庾枇εc汽車加速性能的關空氣阻力與汽車加速性能的關 在上述行駛狀態(tài)下的阻力功率為：在上述行駛狀態(tài)下的阻力功率為： 代入發(fā)動機功率和傳動效率，可以得到：代入發(fā)動機功率和傳動效率，可以得到： 說明：加速度隨阻力系數(shù)的增大而減小。減小空氣阻力和說明：加速度隨阻力系數(shù)的增大而減小。減小空氣阻力和重力都可提高加速能力。重力都可提高加速能力。321)(vSCvfFGPDzr223vSCfGdtdPdtdvDe空氣阻力與燃油消耗量的關系空氣阻力與燃油消耗量的關系百公里油耗表示為：百公里油耗表示為：百公里消耗的功百公里消耗的功W W可以用滾動阻力和空氣阻力來表示，因此，百公里可以用滾動阻力和空氣阻力來表示

28、，因此，百公里油耗又可以表示為：油耗又可以表示為：因此，因此，降低空氣阻力可以降低燃油消耗，高速行駛時則更加明顯。降低空氣阻力可以降低燃油消耗，高速行駛時則更加明顯。試驗統(tǒng)計表明，轎車試驗統(tǒng)計表明，轎車C CD D值下降值下降0.20.2，在公路上行駛可節(jié)油，在公路上行駛可節(jié)油22%22%，在市內(nèi)，在市內(nèi)行駛可節(jié)油行駛可節(jié)油6%6%，在綜合循環(huán)條件下，可節(jié)油，在綜合循環(huán)條件下，可節(jié)油11%11%。102ebWQ3672)(ewfbFFQ空氣阻力的組成由轎車表面凸出的零件引起氣流相互干擾而產(chǎn)生的阻力 車身前部的正壓力和車身后部的負壓力所產(chǎn)生的壓力差而引起的阻力由轎車室內(nèi)通風的氣流和冷卻發(fā)動機的氣

29、流所造成的阻力。 由升力引起的 由于空氣的粘滯性在車身表面所產(chǎn)生的摩擦力 幾種轎車的阻力系數(shù)和迎風面積幾種轎車的阻力系數(shù)和迎風面積車型車型S(m2)CD車型車型S(m2)CDAudi A62.2700.321桑塔納桑塔納20002.0560.38Audi A42.1500.28奇瑞奇瑞2.0790.30Bora2.1320.3夏利夏利20002.1300.29Jetta GiX2.0030.32中華晨風中華晨風2.2180.293Mazida M62.1710.29富康富康2.0510.315Passat 1.8T2.1740.28Audi A82.3240.27Polo2.0540.32Be

30、nz S6002.2790.272 2、汽車的氣動升力、汽車的氣動升力 汽車的氣動升力：汽車的氣動升力： 汽車的氣動升力垂直作用于車身，向上為正。它會降低輪汽車的氣動升力垂直作用于車身，向上為正。它會降低輪胎的附著力，對汽車行駛性能不利，應減小。它影響汽車胎的附著力，對汽車行駛性能不利，應減小。它影響汽車的驅動性、操縱性和穩(wěn)定性，質(zhì)量輕和質(zhì)心靠后的汽車對的驅動性、操縱性和穩(wěn)定性，質(zhì)量輕和質(zhì)心靠后的汽車對升力特別敏感。因此，升力特別敏感。因此，從安全角度考慮，減小氣動升力比從安全角度考慮，減小氣動升力比降低氣動阻力更加重要降低氣動阻力更加重要。 升力系數(shù)升力系數(shù)是汽車上下表面曲率的函數(shù)，也是上下

31、表面壓力是汽車上下表面曲率的函數(shù)，也是上下表面壓力差的函數(shù)。它反映了車身形狀和位置狀態(tài)對升力的影響程差的函數(shù)。它反映了車身形狀和位置狀態(tài)對升力的影響程度。度。zzCSvF221氣動升力產(chǎn)生的機理升力產(chǎn)生的原理（伯努利原理）作用在轎車上的空氣，有3540在車身上部流過，1015從底部流過，兩邊各流過25。如果能設法提高底部氣流的速度而形成一種文氏喉管的氣流，則可由此產(chǎn)生負升力。 2 2、汽車的氣動升力、汽車的氣動升力判斷升力中常用的術語：中線、前緣、后緣、弦線、拱度、迎角。判斷升力中常用的術語：中線、前緣、后緣、弦線、拱度、迎角。p 中線：中線：汽車橫截面中心點的連線。p 中線與汽車前端面和后端

32、面的交點，稱為前緣前緣和后緣和后緣。p 前緣和后緣的連線稱為弦線弦線。p 中線弧線高度與弦長之比稱為拱度拱度。p 迎角迎角指弦線與水平線之間的夾角。減小汽車升力的措施減小汽車升力的措施正迎角正迎角越大升力越大，為了減小升力，越大升力越大，為了減小升力，應使迎角為負值應使迎角為負值。使底部流速使底部流速大于大于上部流速進而產(chǎn)生負升力是最理想的。上部流速進而產(chǎn)生負升力是最理想的。減小升力的措施：減小升力的措施： 采用采用負迎角負迎角造型：減小流入底部氣流，使底部氣流保持一定的流速，造型：減小流入底部氣流，使底部氣流保持一定的流速，從而減小升力從而減小升力 前端底部加擾流板：減小底部氣流并保持流速前

33、端底部加擾流板：減小底部氣流并保持流速 底板尾部上翹一個角度：以引導底部氣流（底板尾部上翹一個角度：以引導底部氣流（A A型減少升力效果較好）型減少升力效果較好） 汽車底板向兩側面略微翹起：側面壓力低于底部壓力，底部氣流向兩汽車底板向兩側面略微翹起：側面壓力低于底部壓力，底部氣流向兩側疏導時加快底部氣流速度側疏導時加快底部氣流速度3 3、汽車的空氣動力穩(wěn)定性、汽車的空氣動力穩(wěn)定性 汽車運動時因自然風、轉彎、讓車、超車等原因會使汽汽車運動時因自然風、轉彎、讓車、超車等原因會使汽車受到側向力的作用；車受到側向力的作用； 汽車的側向力產(chǎn)生橫擺力矩和側傾力矩，嚴重時會使汽汽車的側向力產(chǎn)生橫擺力矩和側傾

34、力矩，嚴重時會使汽車因穩(wěn)定性惡化而造成事故。車因穩(wěn)定性惡化而造成事故。 汽車風壓中心的位置對穩(wěn)定性的影響較大。汽車風壓中心的位置對穩(wěn)定性的影響較大。汽車的空氣動力穩(wěn)定性汽車的空氣動力穩(wěn)定性當風壓中心靠近前軸時，容易失穩(wěn)：橫擺力矩使汽車繞當風壓中心靠近前軸時，容易失穩(wěn)：橫擺力矩使汽車繞Z Z軸順時針轉軸順時針轉動，即順側向風轉動進而增強側向力的作用；動，即順側向風轉動進而增強側向力的作用；當其靠近后軸時，使汽車趨于穩(wěn)定：橫擺力矩減小側向力的作用。當其靠近后軸時，使汽車趨于穩(wěn)定：橫擺力矩減小側向力的作用。造型設計時，應盡量使風壓中心靠近后軸造型設計時，應盡量使風壓中心靠近后軸。汽車轉向的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)

35、響應汽車轉向的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應l 當不考慮氣動側向力時，若前后輪側偏剛度相等，則其轉當不考慮氣動側向力時，若前后輪側偏剛度相等，則其轉向特性由向特性由質(zhì)心位置決定。即：質(zhì)心位置決定。即：a-b=0a-b=0時，中性轉向；時，中性轉向；a-b0a-b0a-b0時，過度轉向。時，過度轉向。l 當考慮氣動側向力時，轉向特性由穩(wěn)定性因數(shù)的變化所確當考慮氣動側向力時，轉向特性由穩(wěn)定性因數(shù)的變化所確定定 2122122212121LdvKKLKKmvKLKdbKaKdabKbKaKKKdakyyy汽車轉向的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應汽車轉向的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應l 當考慮側向力時，穩(wěn)定性因數(shù)取決于風壓中心的位置以當考慮側向力

36、時，穩(wěn)定性因數(shù)取決于風壓中心的位置以及行駛速度。及行駛速度。 k0k0，趨于不足轉向；，趨于不足轉向； k0k0a-d0時，時，vv0k0，趨于不足轉向；當，趨于不足轉向；當vvvvcfcf時時， k0k0，趨于過度轉向。，趨于過度轉向。l 當當a-d0a-d0時，情況正好相反。時，情況正好相反。l 一般說來，當前后輪胎側偏剛度相近時，希望汽車能夠一般說來，當前后輪胎側偏剛度相近時，希望汽車能夠有有a-b0a-b0，a-d0a-d0。即：質(zhì)心靠前（。即：質(zhì)心靠前（L/2L/2之前），而風壓中之前），而風壓中心在質(zhì)心之后心在質(zhì)心之后。a：質(zhì)心到前軸距離，b：質(zhì)心到后軸距離，d：風壓中心到前軸距離

37、（二）汽車周圍的流譜（二）汽車周圍的流譜附面層附面層由于空氣具有粘滯性，在圍繞運動物體的一個相對薄的空氣層內(nèi)，由于空氣具有粘滯性，在圍繞運動物體的一個相對薄的空氣層內(nèi)，氣流速度存在著速度梯度，該氣流層稱為附面層或邊界層。氣流速度存在著速度梯度，該氣流層稱為附面層或邊界層。1. 1. 附面層與分離現(xiàn)象附面層與分離現(xiàn)象1. 1. 附面層與分離現(xiàn)象附面層與分離現(xiàn)象層流和湍流層流和湍流層流：層流：當氣流速度不很大時，附面層內(nèi)各層間速度變化小，各層當氣流速度不很大時，附面層內(nèi)各層間速度變化小，各層間是以不同速度錯動的。間是以不同速度錯動的。湍流：湍流：當附面層內(nèi)各層間速度梯度較大時，整個附面層充滿了渦當

38、附面層內(nèi)各層間速度梯度較大時，整個附面層充滿了渦流流1. 1. 附面層與分離現(xiàn)象附面層與分離現(xiàn)象分離點（分離現(xiàn)象）分離點（分離現(xiàn)象） 由于汽車外表面不平，在凸起的部分，氣流的速度高而氣壓下降，在凹下由于汽車外表面不平，在凸起的部分，氣流的速度高而氣壓下降，在凹下的部分，氣流速度低而氣壓升高。的部分，氣流速度低而氣壓升高。 當氣流從凸起部分向凹下部分流動時，氣壓由低到高，氣流速度變慢，使當氣流從凸起部分向凹下部分流動時，氣壓由低到高，氣流速度變慢，使附面層內(nèi)的氣體堆積變厚，于是在距表面某點上的氣體粒子速度為零，該附面層內(nèi)的氣體堆積變厚，于是在距表面某點上的氣體粒子速度為零，該點稱為點稱為分離點分

39、離點。 而更靠近物體表面的氣流方向變?yōu)樨撝?，空氣發(fā)生倒流，產(chǎn)生一個個渦旋而更靠近物體表面的氣流方向變?yōu)樨撝担諝獍l(fā)生倒流，產(chǎn)生一個個渦旋，渦旋被外層氣流帶走同時又有新的渦旋產(chǎn)生以補充帶走的渦旋，這種現(xiàn)，渦旋被外層氣流帶走同時又有新的渦旋產(chǎn)生以補充帶走的渦旋，這種現(xiàn)象稱為象稱為分離現(xiàn)象分離現(xiàn)象。1 1、附面層與分離現(xiàn)象、附面層與分離現(xiàn)象 由于車身外形在發(fā)動機罩和風窗玻璃處出現(xiàn)轉角，故流速會變慢，此處車身表面氣流在S點出現(xiàn)分離現(xiàn)象，而后氣流壓力逐漸升高，氣流在風窗玻璃上的R點再次附著。由于汽車縱向截面向后逐漸變小，故使氣流速度逐漸變慢，在汽車尾部氣流會再一次分離而形成汽車的尾流。2 2、汽車前部的

40、流譜、汽車前部的流譜 主要影響因素：主要影響因素：發(fā)動機罩和風窗玻璃間夾角發(fā)動機罩和風窗玻璃間夾角：夾角越大，風窗玻璃上的附著點夾角越大，風窗玻璃上的附著點R R越靠上，發(fā)動機罩上的分離點越靠上，發(fā)動機罩上的分離點S S越則靠前。越則靠前。發(fā)動機罩的三維曲率和結構：發(fā)動機罩的三維曲率和結構：發(fā)動機罩在水平方向的曲率越大，發(fā)動機罩在水平方向的曲率越大，分離點越前移。分離點越前移。風窗玻璃的三維曲率和結構：風窗玻璃的三維曲率和結構：風窗玻璃法向曲率越大，附著點將風窗玻璃法向曲率越大，附著點將下移。下移。3 3、汽車尾部的流譜、汽車尾部的流譜汽車尾部常形成湍流尾流。氣流在流線形體尾部的分離線成圓環(huán)形

41、，汽車尾部常形成湍流尾流。氣流在流線形體尾部的分離線成圓環(huán)形，尾流從此處形成。若將形體后部伸入尾流區(qū)的部分去掉，氣動力合力尾流從此處形成。若將形體后部伸入尾流區(qū)的部分去掉，氣動力合力不會改變。因此，在轎車造型中出現(xiàn)不會改變。因此，在轎車造型中出現(xiàn)短尾造型短尾造型。尾流中主要是。尾流中主要是負壓，負壓，產(chǎn)生阻力產(chǎn)生阻力。一般稱后截面為基面。在設計中，應設法一般稱后截面為基面。在設計中，應設法減小基面面積減小基面面積以使尾流負壓以使尾流負壓值減小，從而降低阻力。值減小，從而降低阻力。實際設計中實際設計中首先應避免尾流渦漩造成對路面過大的紊流；其次應考慮首先應避免尾流渦漩造成對路面過大的紊流；其次應

42、考慮引導氣流對后窗玻璃的沖刷引導氣流對后窗玻璃的沖刷。4 4、汽車底部的流譜、汽車底部的流譜車底氣流先是向后運動，汽車駛過后又向前運動，是一種分離氣流，產(chǎn)車底氣流先是向后運動，汽車駛過后又向前運動，是一種分離氣流，產(chǎn)生一種沿地面與汽車一起運動的漩渦。生一種沿地面與汽車一起運動的漩渦。汽車底部流譜是一種復雜的、強汽車底部流譜是一種復雜的、強烈的湍流，并對汽車的氣動力影響很大烈的湍流，并對汽車的氣動力影響很大。底部氣流狀態(tài)的底部氣流狀態(tài)的影響因素影響因素底部的平滑程度。底部的平滑程度。離地間隙：底部粗糙，阻力隨離地間隙的增加而離地間隙：底部粗糙，阻力隨離地間隙的增加而略有略有增大；若底部增大；若底

43、部平滑，阻力則隨離地間隙的增大而減小。平滑，阻力則隨離地間隙的增大而減小。車輛寬度、長度和高度之比以及車身造型。車輛寬度、長度和高度之比以及車身造型。地板的縱向和橫向曲率：縱向曲率使底部平均流速增加，相應使平地板的縱向和橫向曲率：縱向曲率使底部平均流速增加，相應使平均壓力降低而減小了升力；橫向曲率有利于氣流向兩側邊緣流動，均壓力降低而減小了升力；橫向曲率有利于氣流向兩側邊緣流動，壓力從中部向地板兩側逐漸降低而使氣流總擁塞程度減小，有利于壓力從中部向地板兩側逐漸降低而使氣流總擁塞程度減小，有利于減小空氣阻力。減小空氣阻力。轎車底部的流譜離地間隙對氣流阻力的影響光滑底部對氣流阻力的影響 離地間隙對

44、氣動升力的影響 轎車底部的氣流特性：轎車底部的氣流特性：地板形狀對阻力升力的關系：地板形狀對阻力升力的關系：裝有光滑地板的汽車地板的縱向曲率和橫向曲率 地板造型對尾流的影響 5 5、汽車周圍的渦系、汽車周圍的渦系汽車在行駛中，其周圍會產(chǎn)生渦漩。如在發(fā)動機罩和風窗玻璃之間汽車在行駛中，其周圍會產(chǎn)生渦漩。如在發(fā)動機罩和風窗玻璃之間會形成渦漩，并且與側面氣流作用一起后移形成尾渦。底部氣流沿會形成渦漩，并且與側面氣流作用一起后移形成尾渦。底部氣流沿地板曲面流向側面，也與側面氣流形成另一個渦漩，并沿側面后移地板曲面流向側面，也與側面氣流形成另一個渦漩，并沿側面后移。上下兩對渦旋相互作用和吸引，形成隨汽車

45、移動并附在汽車側面。上下兩對渦旋相互作用和吸引，形成隨汽車移動并附在汽車側面的兩對附著渦旋，并逐步合并成一對尾隨渦旋。的兩對附著渦旋，并逐步合并成一對尾隨渦旋。為減小和消除渦流和氣體分離引起的摩擦阻力和動能損失，某些轎為減小和消除渦流和氣體分離引起的摩擦阻力和動能損失，某些轎車在尾部安裝車在尾部安裝導流翼導流翼來改變氣流速度，減輕渦流和分離現(xiàn)象。或者來改變氣流速度，減輕渦流和分離現(xiàn)象?；蛘咴趥让嫘纬删植客蛊?，也有同樣的作用。在側面形成局部凸起，也有同樣的作用。6. 6. 汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布 汽車的內(nèi)部氣流包括使發(fā)動機或制動器汽車的內(nèi)部氣流包括使發(fā)動機或制動

46、器冷卻氣流冷卻氣流及及車廂內(nèi)部車廂內(nèi)部通風氣流通風氣流兩部分。兩部分。 內(nèi)部氣流對車外流譜有兩方面的影響：內(nèi)部氣流對車外流譜有兩方面的影響：由于一部分氣流引入車內(nèi)而降低了外部氣流作用于車身表由于一部分氣流引入車內(nèi)而降低了外部氣流作用于車身表面的壓力；面的壓力；外部氣流在通過內(nèi)部結構時，由于摩擦、渦流及泄露而損外部氣流在通過內(nèi)部結構時，由于摩擦、渦流及泄露而損失了動量。失了動量。以上兩項的綜合結果是形成以上兩項的綜合結果是形成內(nèi)部氣動阻力內(nèi)部氣動阻力。 研究內(nèi)部氣流的目的是有效地通風冷卻，同時對整研究內(nèi)部氣流的目的是有效地通風冷卻，同時對整車氣動性能影響小。車氣動性能影響小。6 6、汽車的內(nèi)部氣

47、流與表面壓強分布、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布 車身表面的壓強用車身表面的壓強用壓強系數(shù)壓強系數(shù)來表示：來表示： 車身表面壓強分布車身表面壓強分布駕駛室前圍板上的正壓力約占車身總寬范圍內(nèi)壓力的駕駛室前圍板上的正壓力約占車身總寬范圍內(nèi)壓力的70%-70%-80%80%，左右對稱斷面附近的壓強系數(shù)為，左右對稱斷面附近的壓強系數(shù)為0.35-0.600.35-0.60。通風入口。通風入口可設置在此正壓區(qū)，出口設置在負壓區(qū)，如后柱、后窗下方可設置在此正壓區(qū)，出口設置在負壓區(qū)，如后柱、后窗下方、車頂后端、地板下方。、車頂后端、地板下方。轎車轎車一般將進風口設在發(fā)動機罩后部，出風口設在后窗柱下一般將進風口設

48、在發(fā)動機罩后部，出風口設在后窗柱下部。部。貨車貨車一般將進風口設在前圍上部或發(fā)動機罩后部，出風一般將進風口設在前圍上部或發(fā)動機罩后部，出風口設在后窗柱下部或后門柱側面?？谠O在后窗柱下部或后門柱側面。大客車大客車的進風口常在前圍的進風口常在前圍或前風窗上部，而出風口設在后窗柱上。或前風窗上部，而出風口設在后窗柱上。2021vppCp不同車型的車身表面壓強分布特性轎車車內(nèi)空氣的流向 貨車駕駛室換氣情況 不同車身的表面壓強分布進氣口開設在側面 6 6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布 發(fā)動機冷卻發(fā)動機冷卻問題主要在于保證其散熱效率。問題主要在于保證其散熱效率。前置發(fā)前置發(fā)動

49、機動機可以利用前部氣流來散熱。冷卻氣流可以從前可以利用前部氣流來散熱。冷卻氣流可以從前圍面罩的格柵、保險杠上部與格柵下條之間的間隙圍面罩的格柵、保險杠上部與格柵下條之間的間隙，以及保險杠上的開口或保險杠下部的間隙進入。，以及保險杠上的開口或保險杠下部的間隙進入。對于對于后置發(fā)動機后置發(fā)動機來說，要考慮散熱和塵土問題?？蓙碚f，要考慮散熱和塵土問題?？梢钥紤]強制散熱。以考慮強制散熱。 散熱的一個關鍵問題是控制水箱氣流入口面積和出散熱的一個關鍵問題是控制水箱氣流入口面積和出口面積。達到既可以有效散熱，阻力又不會太大?？诿娣e。達到既可以有效散熱，阻力又不會太大。（一）轎車車身氣動外形設計（一）轎車車身

50、氣動外形設計p 為使沿車身表面的氣流不分離，車身表面外形不急驟變化，表面外形變化處應平滑過渡，從車身前端至后端的外形曲線連續(xù)。p A柱處氣流的流動是很重要的，應在可能限度內(nèi)保證前風窗兩側玻璃用相同的曲率，保持氣流從前窗向側窗流動的連續(xù)性；p A、B、C柱盡量配置在玻璃內(nèi)側，保證車身表面的平滑化；p 車身尾部外形應使氣流不產(chǎn)生分離，盡量減小尾渦，尾渦應盡量遠離車身；p 避免車身上下左右的氣流混合而產(chǎn)生渦流；p 注意車身底部的光滑程度，最好采用整體平順的地板，并盡量避免零部件的凸起；p 車身外飾件（如后視鏡等）、側面均應保證氣流流暢地通過，不產(chǎn)生氣流分離；輪胎應有適當?shù)膶拵У龋紤谠O計中予以充分

51、注意。最佳氣動外形設計的原則最佳氣動外形設計的原則（一）轎車車身氣動外形設計（一）轎車車身氣動外形設計 在進行轎車的外形設計時，降低空氣阻力系數(shù)是重點考慮的設計目標。圖給出了一種簡單的根據(jù)汽車外形特征估算空氣阻力系數(shù)的方法。 每一行代表了一類車身造型特征，而每一類中又根據(jù)空氣動力性能的優(yōu)劣分為六級，則汽車的空氣阻力系數(shù)可以根據(jù)每行的分級值進行估算：0.160.0095DC 939為所有九行的分級值之和，（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（1）車身前端造型設計的優(yōu)化 前端造型對氣動阻力的影響因素很多，主要有前端形狀、前端邊角、前保險杠形狀與位置、前阻風板形狀與位置、進氣口形

52、狀和格柵形狀等。p 車身前端形狀的棱角圓化可以防止氣流的分離，降低CD值。（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化p 前保險杠的形狀包括整個輪廓形狀和斷面形狀。保險杠前方迎面很容易形成氣流的阻滯現(xiàn)象。阻滯區(qū)會形成壓力，并使其產(chǎn)生渦流。p 前保險杠的斷面形狀應是凸形斷面，過渡部分圓滑化，保證氣流可以順利地分流并轉折到后部，不使氣流產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象，如圖所示。不同剖面的前保險杠前方形成的氣流阻滯區(qū)不同剖面的前保險杠前方形成的氣流阻滯區(qū)（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化p 車身前端的傾斜或直立與阻力系數(shù)密切相關。當傾角為負值（俗稱車頭向后仰）時，有利于氣流通過；而傾

53、角為正值（俗稱車頭前傾）時，容易造成氣流阻滯而致使阻力和升力增加。車身前端面傾角車身前端面傾角（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化p 散熱器進氣口與格柵的形狀，對車頭的阻力有直接而顯著的影響。除格柵本身投影面積、寬度、形狀和位置間隔密度影響空氣阻力之外，格柵后面空間的大小也有影響。p 較為理想的格柵，應當是本身阻力很小，同時在轎車低速和高速行駛時，能調(diào)節(jié)進入散熱器的氣流量。p 相同的格柵在不同形狀的進氣口和不同的安裝位置時，對阻力所產(chǎn)生的影響也不相同。p 在設計格柵或進氣口位置時，應盡可能避開高靜壓力區(qū)域。但在散熱器要求一定進氣效率時，仍要進氣口或格柵位置放在適當?shù)撵o壓力分

54、布區(qū)域內(nèi)。（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（2）發(fā)動機蓋與前風窗造型設計 發(fā)動機蓋的三維曲率與傾角； 風窗的三維曲率與傾角； 發(fā)動機蓋和前風窗間的夾角與結合部位的細部結構。 發(fā)動機蓋與前風窗造型對氣動阻力的影響主要有以下三個方面 發(fā)動機蓋與前風窗一般都具有縱向和橫向曲率?？v向曲率直接影響上緣氣流的流動狀態(tài)；橫向曲率直接影響側向氣流的流動狀態(tài)。設計合理的三維曲率將減少氣流分離和氣動阻力。前風窗傾斜（以前風窗下沿為基點）與水平線的夾角為2530時，風阻系數(shù)最低。l 前窗傾角的最佳化 前風窗傾斜（以前風窗下沿為基點）與水平線的夾角為2530時，風阻系數(shù)最低。（二）轎車外形設計

55、的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（3）車身側面形狀的優(yōu)化 整個車身側面雖然不是迎面產(chǎn)生阻力的區(qū)域，但其形狀和流過它的氣流流型卻會嚴重影響整車的空氣動力性能。u 對側面氣流影響最大的部分，是車身前端與側面的轉角形狀車身前端與側面的轉角形狀，它們可能會引起渦流，致使側面氣流流型受到破壞，因此，應使這部分形狀圓滑過渡，避免形成棱角。u 對側面氣流有影響的，還有發(fā)動機蓋前緣形狀發(fā)動機蓋前緣形狀。此處的氣流將有一部分會流到側面，直接加入側面氣流。發(fā)動機蓋兩側以及前翼子板側邊形狀，將對車身前部氣流流向車身側面的趨勢起到控制與疏導的作用。要盡量避免在這部分產(chǎn)生渦流，否則將使側面氣流受到干擾破壞。（二）

56、轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（3）車身側面形狀的優(yōu)化u A柱形狀及流水槽也是影響側面氣流的因素。如果A柱的外形設計成直角形，則在拐角附近就會因產(chǎn)生氣流分離而使阻力增加，故一般A柱外形均設計成圓滑過渡形。但其上因制造、使用的原因，一般都有凹槽、凸面和小棱角，大多還有凸出的流水槽。它們都會影響到氣流在側窗上的分離，并造成氣動噪聲和對側窗的塵土污染，對 值的影響也很明顯。u 輪口處往往產(chǎn)生渦流，嚴重影響側面的氣流。并且輪口處周圍形狀設計不當還將使車輪濺起塵土、泥污，污染車身。所以，必要時將輪口周圍形狀設計成可以產(chǎn)生正壓的曲面，使部分側面氣流流入輪口，而不是使輪口內(nèi)氣流或渦流流出

57、側面。DC 車身側面形狀的最佳化前支柱型式對側部渦流的影響 輪口外部拱起，控制輪口內(nèi)氣流對側面平順氣流的干擾 對前、側方氣流疏導的外后視鏡造型 車身側面形狀的最佳化l 車身側面形狀的最佳化 車身后部俯仰向內(nèi)收斂使阻力發(fā)生變化的情況 （二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（二）轎車外形設計的局部優(yōu)化（4）車身后部形狀的設計 車身后窗后傾角對尾部流譜有顯著影響。u 當 時，氣流的分離點在B點，一般稱為快背型流譜。u 當 時，分離點產(chǎn)生在A點，一般稱為方背型流譜。u 方背型汽車的后窗處在尾流之中，渦流將雨水、塵土等臟物附著在上面，既難看又影響視野。快背型后窗處在平順氣流中，在氣流沖刷下不易附著臟物，其尾流區(qū)也

58、較小，因而氣動阻力較小。3030車身后部形狀的最佳化后傾角的定義后窗傾斜增加對尾流的影響 0/ll比值不同時，不同后傾角對阻力變化的影響 頂蓋后緣導流板控制局部氣流 車身底部形狀的最佳化車身底部平整，避免湍流和升力后翹起形狀對阻力與升力的影響 減小空氣動力的噪音 （三）加裝氣動附加裝置（三）加裝氣動附加裝置（1）前擾流器u 在前部加裝擾流器目的在于減少流入底部的空氣量，以免在車底不平整處產(chǎn)生過大的渦流強度與阻塞氣流，達到減小阻力系數(shù)與升力系數(shù)的目的。但是擾流器的存在又會加大汽車迎風面積，從而增加氣動阻力。這兩者是矛盾的，因而適當?shù)臄_流器高度和位置非常重要。（三）加裝氣動附加裝置（三）加裝氣動附

59、加裝置（2）后擾流器 在轎車車身后部設置后擾流器的目的在于推遲渦流的產(chǎn)生、減弱渦流的強度并形成局部正壓以降低阻力系數(shù)和升力系數(shù)。在車身后部是否需要裝設擾流器，要視車身后部的形狀及在其上的具體氣流流動狀況而定。 對于具有平順氣流的快背型車，有可能起到較好的作用； 對于階梯背型車，由于氣流早已分離，無需再在尾部加裝擾流器； 方背式車有時在頂蓋后緣裝設擾流板，這有利于降低阻力與升力。（三）加裝氣動附加裝置（三）加裝氣動附加裝置（3）導流罩 貨車和大客車，尤其是半掛車等，車身形式繁多，在駕駛室和貨箱之間還存在間隙，這些給降低風阻和改善氣流增加了難度。目前多在駕駛室頂蓋上面安裝一個導流裝置，使駕駛室與車

60、廂之間成流線型過渡，以此引導流過駕駛室上部的氣流與廂體的上表面“銜接”，使氣流沿封閉車廂頂蓋表面很近的地方流動，從而降低空氣阻力系數(shù)。有的駕駛室與導流罩做成一體，導流罩本身就是駕駛室的車頂。四、汽車空氣動力學試驗四、汽車空氣動力學試驗（一）汽車風洞結構（一）汽車風洞結構 風洞是一種按照一定要求而設計建造的管道，可利用動力裝置等設備在管道中產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)的氣流來模擬大氣流的狀態(tài)以進行空氣動力學試驗。按照氣流速度，風洞可分為低速風洞、亞聲速風洞、跨聲速風洞、超聲速風洞、高超聲速風洞、超高速風洞。汽車風洞屬于低速風洞。 汽車風洞可分為氣動及聲學風洞（模型風洞和實車風洞）和氣候風洞兩類。模型風洞主要用于