《汽车车身结构与设计》1工学院车辆与交通工程系二〇一〇年六月主讲：江发潮第五讲车身造型与空气动力学《汽车车身结构与设计》2《汽车车身结构与设计》3一、汽车造型设计1.1 汽车造型设计的特点和要求汽车造型设计是指汽车总布置和车身总布置基本确定之后进一步使汽车获得具体形状和艺术面貌的过程，它包括外形设计和室内造型设计。
汽车造型设计师的工作：参与汽车总布置设计和车身总布置设计，绘制效果图，塑制模型，将外形形体上的曲线表达在主图板上，制订室内造型和覆饰设计方案，最后协同结构设计师将造型形象体现在具体的车身结构上。
《汽车车身结构与设计》4汽车造型设计的特点：1、独特的综合创作。
2、科学技术与艺术技巧的高度融汇。
3、不仅包含结构性能，工艺等科学技术因素，也包含艺术因素和社会因素，需要加以综合分析，权衡各种因素的作用和影响。
汽车造型设计应满足要求：1、使汽车具有完美的艺术形象2、使汽车具有良好的空气动力性能3、使汽车车身具有良好的工艺性4、应保证汽车良好的适用性5、应考虑材料的装饰效果《汽车车身结构与设计》51.2 汽车外形的影响因素汽车的外形取决于三个因素：形体构成、线形构成、装饰和色彩构成。
形体构成指汽车的基本形状和整体分块，取决于汽车总布置和车身总布置。
线形构成指赋予汽车外形覆盖件具体的形状。
装饰和色彩构成是指散热器面罩、保险杠、灯具，车轮装饰罩，标志、浮雕式文字等的造型设计和位置布置以及车身的色彩设计。
《汽车车身结构与设计》6汽车仪表及警告指示灯流行仪表式样是：黑底、白字、红针、蓝灯仪表一般两大两小：两大：发动机转速表和车速表两小：水温表和燃油表《汽车车身结构与设计》71.3、汽车造型的艺术性1、整体感，比例规律和线型组织(1)整体感统一完整是汽车造型首要的标准。
统一的整体由各个局部构成，所有局部都必须有机地联系起来，相互呼应，反映一定的主题和思想内容，具有美的感染力。
(2)比例规律应使汽车的三度空间具有均衡的比例，如长、宽、高的比例关系，头部与尾部的比例关系，门窗的比例关系，虚与实，宽与窄以及凸和凹等关系。
《汽车车身结构与设计》8在古典装饰理论中，划分已知线段成两段的最佳方法是“黄金分割”方法，因为这样能产生统一性与多样性。
①尺寸的多样性兼有形状和方向的统一性。
②形状的多样性兼有尺寸的统一性。
③黄金分割比值的重复性。
《汽车车身结构与设计》9《汽车车身结构与设计》10(3)线型组织方法1：采用重复的形样和线条。
《汽车车身结构与设计》11方法2：采用有组织的线条：放射的，相互平行的、相互垂直的，曲率相等的以及几何形状相似的等等。
《汽车车身结构与设计》12《汽车车身结构与设计》13《汽车车身结构与设计》14《汽车车身结构与设计》152、汽车造型的动感和视觉规律使汽车具有动感的方法有下面几种：方法1：使汽车的外形与自然界运动物体的外形相象。
《汽车车身结构与设计》16《汽车车身结构与设计》17《汽车车身结构与设计》18《汽车车身结构与设计》19《汽车车身结构与设计》20F1赛车整体设计机械概念上更接近喷气机《汽车车身结构与设计》21方法2：使汽车具有活泼流畅的线条和光顺的车身表面。
《汽车车身结构与设计》22方法3：强调水平划分线和削弱垂直划分线的方法。
2、在汽车侧面的覆盖零件上刻出前后直通的浮雕线。
强调水平划分线的方法有如下三种：1、在汽车的侧面镶上水平的装饰条。
3、用两种不同的色彩水平地划分汽车车身表面。
《汽车车身结构与设计》23《汽车车身结构与设计》24《汽车车身结构与设计》25《汽车车身结构与设计》261、为了使汽车显得较大，就应使汽车表面十分光滑并涂浅色漆。
2、浅色漆可以避免太阳把车身晒得过热，而且还可以缓和高光点与车身色彩的强烈对比。
3、为了使汽车显得矮而长和重心低而稳，常常将汽车下部喷上深色，如果要使汽车显得短而轻，其下部可喷上浅色。
4、如果汽车的各个总成和构件的比例由于汽车结构的限制而无法协调，则还可以巧妙地用不同的深或浅的色彩区域的对比纠正不匀称的感觉。
视觉影响举例：《汽车车身结构与设计》27左边图中心的圆比较大吗？《汽车车身结构与设计》28这是一个螺旋吗？《汽车车身结构与设计》29数数看有几个黑点！《汽车车身结构与设计》30这些水平线都是平行的吗？或是彼此之间是有角度的呢？《汽车车身结构与设计》31圆环是否在转动？《汽车车身结构与设计》323、车身表面的光学艺术效果《汽车车身结构与设计》33《汽车车身结构与设计》34《汽车车身结构与设计》35《汽车车身结构与设计》364、汽车的色彩设计1）考虑汽车的用途①高级轿车多数采用较稳重的色彩(明度、纯度都较低)，例如黑色、深蓝色，深灰色等；②中级及小排量轿车则可采用较活跃的浅色(明度较高)，如淡蓝、淡绿，淡黄，灰白色等等。
2）考虑气候及地理条件北方的汽车应采用暖的色彩，南方的汽车应采用冷的色彩。
3）考虑城市及道路的美化色彩的三个基本属性：色相、明度、纯度。
《汽车车身结构与设计》37《汽车车身结构与设计》38《汽车车身结构与设计》39《汽车车身结构与设计》40《汽车车身结构与设计》41《汽车车身结构与设计》42《汽车车身结构与设计》43《汽车车身结构与设计》44《汽车车身结构与设计》45《汽车车身结构与设计》46吉普广告动画《汽车车身结构与设计》47《汽车车身结构与设计》48《汽车车身结构与设计》49《汽车车身结构与设计》50《汽车车身结构与设计》51《汽车车身结构与设计》52《汽车车身结构与设计》53《汽车车身结构与设计》54 1.4、汽车设计三大流派1、实用主义流派2、名贵艺术流派3、概念风格派博通公司（Bertone）宾尼法连那公司（Pininfarina）意大利设计公司（Italdesign）《汽车车身结构与设计》55二、汽车的空气动力性能2.1、汽车空气动力学的研究内容（Aerodynamics ）主要研究怎样使汽车具有较小的气动阻力以减少油耗，怎样使汽车具有较小的升力、侧向力和横摆力矩，以保证良好的操纵稳定性。
以分析作用在汽车上的气动力机理。
同时，有利于改善汽车表面雨水流的路径，减小表面尘土堆积、风噪声和面板颤振。
1)汽车行驶中的气动力和力矩的研究。
2)汽车表面及周围的流谱和局部流场的研究。
《汽车车身结构与设计》56主要研究车身上进、出风口的合理位置，车内进出风量、风速及风路，使汽车具有良好的通风换气性能，以保证良好的舒适性。
目的是为了减小冷却通路和散热器的内部空气阻力，提高冷却效果。
3)发动机和制动装置的空气冷却问题的研究。
4)汽车内部自然通风和换气问题的研究。
《汽车车身结构与设计》572.2 汽车行驶时所受到的气动力和力矩在空气动力学中，可把流经物体的气流的属性，如速度u ，压强p ，密度ρ等，表示为空间坐标(x ，y ，z)和时间t 的函数，例如：v=v(x ，y ，z ，t)，p =p (x ，y ，z ，t)，ρ=ρ(x ，y ，z ，t)等。
分别称为速度场、压强场和密度场。
所有这些场的总合，称为“流场”。
《汽车车身结构与设计》58因此，流线所给出的，是在同一瞬时，线上各气流质点运动方向的图形。
而在某一瞬时的流场中，许多流线的集合，称为该瞬时气流的流谱。
可通过流谱来描述气体流动的全貌。
为了研究气流的运动，可在气流中引入一条假想的曲线，认为它任何一点切线的方向都与该时刻气流质点速度向量的方向相同。
该曲线称为“流线”。
《汽车车身结构与设计》59将整个汽车外表面上压力合成而得到作用在汽车上的合力，称为气动力F 。
合力在汽车上的作用点称为风压中心，记作C ．P ．。
气动力F 分解成气动阻力Fx ，气动升力Fz 及侧向分力Fy 。
阻力系数C D ，侧力系数Cy 及升力系数Cz1、气动力和气动力矩《汽车车身结构与设计》60横摆力矩Mz俯仰力矩My侧倾力矩Mx《汽车车身结构与设计》612、汽车的空气阻力它是由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力，其数值取决于车身表面的面积和光滑程度，约占气动阻力的9%左右.(1)形状阻力它又称表面压差阻力，是由汽车前部的正压力和车身后部的负压力的压力差而产生的。
它占气动阻力的60%左右，是气动阻力的主要部分。
(2)摩擦阻力《汽车车身结构与设计》62又称内循环阻力，是由冷却发动机等的气流和车内通风气流而形成的阻力，约占气动阻力的10%～13%。
(3)诱导阻力它是气动升力所产生的纵向水平分力，约占气动阻力的5%～7%。
(4)干扰阻力又称附件阻力，是由暴露在汽车外部的各种附件引起气流相互干扰而形成的阻力，约占气动阻力的15%左右。
(5)内部阻力《汽车车身结构与设计》633、汽车的气动升力负面影响：降低轮胎的附着力从而影响汽车的驱动性，操纵性和稳定性。
中线指的是汽车横截面中心点的连线。
中线与汽车前端面和后端面的交点，称为前缘和后缘。
前缘和后缘的连线称为弦线。
迎角系指弦线与水平线间的夹角。
一般规定：前高后低的弦线，其迎角为正，反之为负。
显而易见，在正迎角下，迎角越大升力越大。
《汽车车身结构与设计》64前缘后缘弦线水平线《汽车车身结构与设计》65在F1赛车上所使用的扰流翼基本原理与飞机的机翼相同，只不过飞机的机翼是产生向上抬升的力量，而赛车的扰流翼则是要产生向下压制的力量。
图示是飞机机翼的剖面，当空气流经机翼时，由于通过机翼上方的气流所行走的距离较长，下方的较短，因此翼面上方的空气压力降低，相对的翼面下方较大，所以产生向上抬升的力量，而且速度越快压差越大；所以如果把机翼倒过来，就是简单的赛车扰流翼了，效果相反，产生向下压制的力量，称为下压力（Down force ）。
克服升力方法：扰流板《汽车车身结构与设计》66当赛车高速行驶时，其前、后定风翼可以获得上千公斤的下压力，有了这么大的下压力，F1赛车可以4G的向心加速度转弯，而普通轿车则不可能超过1G。
对于总重只有605kg的F1赛车，其获得的巨大下压力，理论上可使它能够在天花板上行驶。
F1赛车车速能够大幅提高也应主要归功于赛车空气动力学研究的进步，而绝非动力性能的提升。
《汽车车身结构与设计》67《汽车车身结构与设计》684、空气动力稳定性《汽车车身结构与设计》692.3、空气粘滞现象、汽车流谱和表面压强分布1、附面层与分离点《汽车车身结构与设计》70《汽车车身结构与设计》712、汽车前部的流谱《汽车车身结构与设计》72影响发动机罩和风窗玻璃转角部位气流的主要因素为：1)发动机罩和风窗玻璃间的夹角γ。
2)发动机罩的三维曲率和结构。
3)风窗玻璃的三维曲率和结构。
《汽车车身结构与设计》733、汽车尾部的流谱《汽车车身结构与设计》74《汽车车身结构与设计》75《汽车车身结构与设计》76《汽车车身结构与设计》774、汽车底部的流谱2)车辆宽度，长度和高度之比以及车身造型。