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气动最优化：具有符合空气动力学规律的良好的气动外形；轻量化：不仅是节能减排的需要，而且是技术发展的要求；人性化：以人机工程学为基础的汽车结构和功能设计；安全化：主动安全性和被动安全性；虚拟化：运用VR技术，即利用计算机模拟色彩、质感、纹理、阴影、背景以及立体视角的原理，生成虚拟的1:1模型效果，可以省去造型设计阶段物理模型的制作，并能够进行旋转和修改，供观察、检验、校核及评审。绿色化：设计阶段考虑对环境的影响因素和预防污染的措施。4.1现代汽车车身设计概述4.2汽车车身材料车身用材料可分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。金属材料：包括钢板、铸铁等重金属材料和铝、镁、钛等轻金属及其合金材料，此外还有泡沫金属等材料；非金属材料：包括工程塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶和泡沫非金属材料等。除玻璃外，非金属材料已占到车身自重的25%左右；复合材料：包括玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属和纤维增强陶瓷等。车身外板零件如挡泥板、发动机罩、车顶盖、保险杠、行李箱盖等都是用复合材料；车室内零件如换挡操纵杆、侧门框装饰、风窗窗框等也都采用复合材料制造。车身材料的最新发展研究表明若汽车质量降低10%，燃油经济性可提高6%~8%高强度钢板：用高强度钢板制造的外板构件，质量可下降10%~15%；制造内部构件时，质量可降低20%左右B柱和门框使用高强度钢板；为保护车外行人，汽车前部的发动机托架使用强度略低的材料车身材料的最新发展铝合金材料：铝合金具有密度小、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可再生利用等许多优点全新奥迪A8使用了性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，这种结构不仅使车身质量减少50%，而且其扭转刚度也提高了60%左右。由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保人士的欢迎。车身材料的最新发展镁合金和钛合金材料：镁的密度为1.74g/cm3，仅为铝材密度的66%，且镁的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，早期应用于航空工业，近年来在汽车工业中也得到了广泛的应用；钛的比重为4.6g/cm3，但强度和硬度均超过了钢材，且不易生锈。钛合金车身能够承受更大的冲击力。车身材料的最新发展泡沫合金板：由粉末合金制成，其特点是密度更小，仅为0.4~0.7g／cm3，且弹性很好；蜂窝夹芯复合板：在两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝。根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；工程塑料：可实现轻量化和节能，且材料能够回收和循环利用复合材料：是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属和金属等原材料复合而成。车身结构：车身是容纳乘客和货物的场所。按照受力情况的不同，可以把车身分为非承载式、半承载式和承载式车身。车身结构直接决定汽车碰撞时车身的安全性。车身安全性的主要内容：主动安全性和被动安全性两大类。主动安全性是指汽车避免发生意外事故的能力；被动安全性则是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效保护的能力。4.3现代汽车车身的安全性汽车碰撞的类型(a)正面碰撞；(b)侧面碰撞;(c)倾斜碰撞;(d)偏移碰撞;(e)杆式碰撞;(f)钻撞1-汽车；2,2a,2b,2c,2d,2e-碰撞障碍物汽车碰撞的研究内容发生碰撞时，汽车的运动实际上由两个不同的过程组成，即动量交换过程和停止过程。第一个过程是碰撞本身，汽车与汽车（或与其它物体）相互接触而进行动量交换；第二个过程是碰撞结束后，汽车以新获得的速度为初始条件开始运动直至停止。发生碰撞时车内乘员的运动过程造成乘员伤害的是第二个过程中乘员与车内结构件发生碰撞的剧烈程度，而伤害程度则由汽车碰撞过程中的加速度直接决定。汽车碰撞的研究内容1）安全带研究：安全带是一种系拌式被动安全装置，有两点式、肩带式、三点式和四点式等类型。安全带的类型汽车碰撞的研究内容2）安全气囊研究：安全气囊主要有控制系统、气体发生器和气囊组成；3）安全结构研究：通过对汽车结构的改进和研究，以达到吸收碰撞能量、保证碰撞后乘员生存空间从而达到保护乘员生命安全的目的；4）吸能结构和吸能材料研究：吸能结构可保证碰撞时吸收较多的冲击能量，而碰撞后可恢复原来形状；吸能材料作为汽车的内饰材料以减少乘员二次碰撞过程中的伤害；5）新型保护技术与装置的研究：基于现代科学技术研究成果的综合应用。车身主动安全性车身主动安全性：也称预防安全性，是防止人为错误造成安全事故所进行的研究，其主要研究内容包括汽车造型、操纵稳定性、制动性、人机环境以及汽车视觉识别等内容。汽车造型：主要包括驾驶员视野、车身颜色、室内环境以及驾驶员和乘员的舒适性、疲劳程度等；操纵稳定性的主动安全性研究：主要包括两方面的研究内容，即汽车行驶稳定性和转向稳定性；制动性能的主动安全性研究：ABS、制动力辅助系统BAS、电子制动力分配系统EBD、电子差速锁等；人机环境：座椅自动调节系统、车辆内部的总布置、仪表板、门把手等汽车视觉识别：高性能前照灯（一般有白炽、卤素、氙气等类型）、高位制动尾灯、夜间视觉装置（有防炫目装置和提高夜间视觉电子显示的综合系统装置）、防止视觉降低装置（前风窗玻璃高效除霜装置、防雾装置、超排水性能的前风窗玻璃）、清除视觉盲区装置（主要有智能型后视镜和消除视觉盲区综合装置）等车身主动安全性车身被动安全性车身被动安全性：事故发生时汽车保护乘员和行人的能力。可靠的被动安全系统是保护乘员生命安全的最重要系统，而安全的车身结构是所有被动安全装置的基础，也是驾驶员和车内乘客的最后一道防线。安全车身具备三个基本特征：驾驶室必须始终保持完整性和小变形性、保证乘员与汽车内部构件之间的相对运动速度较小、车身结构具有合理的分段碰撞特性车身被动安全性车身结构优化：①正面碰撞时的保护措施：在前后碰撞变形区域进行合理改进，利用汽车前部的压溃变形吸收能量，以缓解碰撞加速度，汽车前部（尤其是纵梁）常设计成S形纵梁或Y形纵梁；②侧面碰撞时的保护措施是增加车门强度。具体办法有增加钢板厚度或增加防撞横梁；增加侧围构件的强度，包括增大A柱、B柱和C柱的截面形状及钢板厚度；增加门槛强度，增强措施包括增大承载面积；在车身顶部B柱附近增加连接横梁，在仪表板下面以及后风窗下面安装加强横梁；门锁及门铰链的合理设计有利于将车门所受的撞击力有效地传递到立柱。车身被动安全性安全车身设计必须满足三种情况：①发生碰撞后驾驶室的变形量极小或者不变形，但车身前部变形明显，发动机舱盖可向上翘曲，翼子板可向两侧弯曲，发动机舱内的构件也可向两侧或向上移动，唯独不能向驾驶室方向变形；②碰撞后车门能够顺利打开；③吸能装置应能够降低对乘员的二次撞击力。进行安全车身设计时，结构上应尽可能采用切断、吸收或转移等措施将撞击力分散，使车身骨架的各部分均匀承载；现代汽车设计中，多采用自我牺牲的方式，即汽车损坏而保护乘员。外部保护装置保险杆：其作用是当汽车受到前、后方向意外的轻度低速冲撞时，缓和冲击力，吸收冲撞能量，降低汽车的损害，保证乘员的安全。前保险杆：弹性型、阻尼型、弹性-阻尼型、波纹管型、柔性型、能量耗散型、主动作用型；后保险杠：车身后部的防撞装置，减轻倒车时对行人的碰撞伤害，与障碍物碰撞以及其它车辆追尾碰撞时保护车身后部；侧围保险杠：车身侧面的防撞装置，以防止会车以及与侧面障碍物之间的擦伤。救护网：设置在车身前部，以防止撞击行人后行人跌下路面而继续被车轮碾压；减轻撞击行人的弹性装置：在发动机上部及前风窗玻璃周围设置弹性材料，以减轻行人撞击后再次碰撞的程度。内部防撞装置安全转向柱：转向柱除了满足常规功能外，当汽车发生正面碰撞时，还能够有效地吸收碰撞能量座椅系统：首先，座椅应保证事故中乘员处于自身的生存空间之内，并防止其他车内载体穿入这个空间；其次，应保证乘员在事故发生过程中保持一定的姿态，以便其它的约束系统能够充分发挥其保护作用；内饰系统安全玻璃：常用的汽车安全玻璃主要有调质玻璃、局部调质玻璃和夹层玻璃等。乘员约束系统乘员约束系统主要有安全带、安全气囊和安全座椅等。安全带：有多种不同的形式，其主要区别是预收紧功能；安全气囊：在一次碰撞后、二次碰撞前迅速展开，当乘员因惯性而向前移动时“扑在气囊上”而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度；安全座椅：安全座椅是指发生碰撞时，座椅的头托（也叫头枕）能在瞬间向前移动一定距离（如5cm左右），以防止驾驶员的头部猛烈后撞，并且座椅靠背上的金属板也同时动作，不让身体突然靠上去，保护头部不致受伤。车身被动安全性数值仿真与经验设计和试验研究相比，数值仿真具有以下特点：①弥补由于设计、制造以及材质等导致的差异和缺陷而影响试验结果的不足；②在汽车的设计阶段对其进行安全性评价，以便早期发现问题、解决问题；③重复性好，可以根据计算结果对模型进行快速修改，提出改进方案；④能够获得比较完整的数据信息，如全车身、某一剖面以及各个零部件的变形、应力和应变分布情况等，同时还可以得到乘员动态响应以及被动安全防护装置的作用过程等信息；⑤在更宽广的范围内进行模拟计算，以提供更多的选择方案；⑥避免试验中主客观因素对试验结果的影响，如试验条件、试验经验等。车身被动安全性数值仿真技术路线和方法：①理论基础：多刚体系统动力学、动态大变形非线性有限元法②有限元模型：③车身被动安全性数值仿真：Designofautomobilebody(2)CrashandcompatibilityofvehiclesLightweightdesignofvehicleStampformationofbodypanelsLateralcrashCrashcompatibilityTubecompressionBeforecrashaftercrashStampsimulation不同碰撞条件下模拟得到的最低CIR（综合伤害指标)值混三型假人5th50th95th碰撞速度/km.h-1254856254856254856泄气孔径/mm50405050充气压力与参考气囊压力的百分比(%)1208080160120160安全带载荷极限333乘坐位置正常正常正常CIR0.220.40.410.140.620.640.130.630.68如果安全气囊的参数能够根据具体情况自动变化，则车辆乘员就能够得到较好的保护。因此，车身零部件数值模拟可以为智能化的安全气囊设计奠定基础.车身的空气动力学设计作用在汽车上的气动力和气动力矩2)(21faWWvvACFCw为空气阻力系数；CD为气动阻力系数；CL为气动升力系数；CZ为气动侧力系数。可见，降低气动阻力的有效措施是降低气动阻力系数和汽车迎风面积A车身的空气动力学设计气动阻力汽车的气动阻力由压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干涉阻力和内循环阻力等压差阻力：也叫形状阻力，是由于运动空气的粘性而导致汽车前后产生压力差而形成的阻力。压差阻力与汽车的前、后正投影面积有关，对现代汽车而言，压差阻力约占总气动阻力的50%~65%气动阻力摩擦阻力：由于空气粘性使空气与汽车车身表面产生摩擦所形成的阻力，约占总气动阻力的6%~10%诱导阻力：由于车身上部和底部的空气压力存在差值，引起横向气流以及车辆的升力，导致车身表面产生涡流分离现象而产生汽车的诱导阻力气动阻力干涉阻力：由于汽车外表面上的各种附件所引起的气流干涉而产生的阻力。汽车的干涉阻力约占气动阻力的12%~16%a)流水槽和风窗玻璃框气流干涉（b）后视镜气流干涉气动阻力内循环阻力：流经散热器、发动机舱及乘员区通风和空调气流引起的阻力，是由于动量损失而形成的。约占总气动阻力的12%~20%。气流流经不同截面时的内循环阻力Designofautomobilebody(3)AerodynamicsofautomobilebodyPressuredistributionStreamlinesaroundacarwiththeeffectofcrosswindVelocityfieldaroundacarwithawingVelocity