毕业设计（论文）-基于邢襄文化的电动观光车外形设计.doc

毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目：基于邢襄文化的电动观光车外形设计 指导教师： 评阅教师： 2015 年5 月 河北科技大学毕业设计成绩评定表姓 名学 号5成 绩专 业机械设计及其自动化（汽车检测与维修方向）题 目基于邢襄文化的电动观光车车顶设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 设 计 中 文 摘 要随着旅游业的蓬勃发展，电动观光车逐渐普遍了起来。电动观光车可以应用在许多地点，如景区、校园。好的观光车外形不但会吸引游客乘坐，也能起到良好的宣传和美化的效果。在进行车型外形设计时，车顶设计是至关重要的一环，不同形状的车顶会赋予车不同的视觉感受。邢台作为一座历史悠久的文化古城，有必要设计一款独具邢襄文化特色的观光车。设计观光车外形时，要考虑很多问题，传统观光车外形既不能体现城市文化，也不符合空气动力学，本文设计从文化和节能角度出发，参考邢台牛文化和最小空气阻力的水滴外形，设计出美观有内涵且符合空气动力学的外形，起到了宣传城市文化，提升游客兴趣，节能减排的作用。关键词 车顶设计 仿生设计 邢襄文化 电动观光车 毕 业 设 计 外 文 摘 要title xingxiang culture based electric sightseeing car roof design abstract with the rapid development of tourism, electric sightseeing cars becoming increasingly prevalent up. electric sightseeing vehicles can be used in many places, such as the scenic campus. good sightseeing car will not only attract tourists take shape, can also play a good publicity and beautification effect. carrying vehicle exterior design, the roof design is a vital part, and different shapes of the roof would give the car a different visual experience. xingtai as a historic and cultural city, it is necessary to design a unique cultural characteristics xing xiang tourist vehicles. sightseeingcarshapedesign,weshouldconsidermanyissues,traditionalsightseeingcarshapeurbanculturecanneitherreflectnoraerodynamic,designedfromtheperspectiveofcultureandconservation,referencexingtaicattlecultureandminimumairresistancedropshape,designtheaestheticconnotationandaerodynamicshape,playedapropagandaurbanculture,improvetouristinterest,theroleofenergyconservation.key words the body design bionic design xingxiang culture electric sight-seeing carsii本科毕业设计目录1 绪论11.1 电动观光车国内外现状11.2 课题的依据及意义11.3 要解决的问题和解决途径21.3.1 解决的主要问题21.3.2 解决途径22 电动观光车的发展22.1 电动车的概述22.1.1 电动车的发展22.1.2 现代电动车的分类52.2 电动观光车的发展现状52.2.1 国内电动观光车的发展现状52.2.2 电动旅游观光车的发展趋势53 车身设计需考虑的因素53.1 美学53.1.1 车身的美学53.1.2 对设计人员的要求73.1.3 车身的设计风格83.2 空气动力学93.2.1 空气动力学基础93.2.2 车身的空气动力学103.3 车身仿生设计133.3.1 邢襄文化与牛文化133.3.2 基于牛的仿生设计134 车身及车顶架的设计164.1 车身的设计164.1.1 车顶的设计164.1.2 整车的设计184.2 车顶支架的设计及强度校核21结 论24致 谢25参 考 文 献26第 33 页 共 32 页本科毕业设计1 绪论1.1 电动观光车国内外现状电动观光车是属于区域用电动车的一种，是种专为旅游景区，公园，大型游乐园，度假村，别墅区，城市步行街，港口等区域开发的自驾游，区域巡逻，代步专用的环保型电动乘用车辆。根据统计，美国和欧洲市场电动观光车销量自2010年以来逐年上升，各国纷纷出台优惠政策，其中以德国优惠力度最大。日本厂商以新能源为战略核心，大力发展电动车产业，大量出台政策扶持电动车产业，产量自2009年以来出现呈井喷趋势。可以说，从2010年开始，纯电动车时代已扑面而来。我国正处在经济高速发展的时段，随之而来的环境问题也日益严重，借鉴发达国家已有经验，应对环境问题的一个重要手段就是大量启用电动车，2009年初，国家出台“十城千辆”政策，各地积极响应，在上海世博园区已有1100多辆电动观光车运行，这在全世界也是最大规模的。综合来说，我国拥有电动观光车发展的良好土壤，也处在电动观光车发展的黄金时间。1.2 课题的依据及意义近年来，地球环境污染日益严重，温室效应、石油枯竭、雾霾等现象深深影响着人们的生活，也给人们的身体健康带来了严重的威胁。传统的汽车会造成严重的环境污染，因此急需相应的替代品，而电动车则是最好的选择。中国拥有丰富的旅游资源，山川秀美，风光迤逦，邢台更是其中翘楚。邢台是五朝古都，相传是牛郎织女相爱的地方。有国家4a级景区8家，国家级风景名胜区2个，国家地质公园2个，国家森林公园2个，中国历史文化名村2个。天河山，云梦山皆风光秀丽，登之有飘然若仙之感。能源问题是困扰着当今世界的问题，甚至可以说，解决了能源问题，也就解决了环保问题。电力无疑是一种清洁能源，从这个角度来看，未来电动观光车一定会有一个大的发展，抓住机会大力开发新型电动观光车将关系到邢台旅游与经济的兴衰，可能成为未来新的经济增长点。在邢台，存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题，雾霾的天气总是困扰着人们。雾霾不仅仅会阻碍视线，影响交通，更严重的是，空气中的微小颗粒一旦进入人们的呼吸道，就很难再被人体排出，会导致各种呼吸道疾病，严重的还有致癌的风险。在此严峻的形势下，电动观光车更有着独特的市场，国家和政府也是大力扶持，以后必将在景区成为趋势，邢台尤其如此。然而，现有的电动观光车虽然环保可靠，但外观始终没有引起人们的注意。其实，电动观光车的外观也十分重要。美观的外表会使人身心愉悦，也会让人更愿意乘坐。正如现在普及的轿车一样，电动观光车也应该并可以实现多种造型供人们选择。外形，不应该成为人们不选择电动观光车的理由。现在，在政府的大力扶植下，电动车数量呈增长趋势，但我们应该看到，电动观光车的推广依然存在很大问题。虽然已投入市场，但所占比重很小，大量订单都来自于公共部门；从消费者的角度看，及时国家提供消费补贴，大部分电动车价格仍然过高；而电动车的配套设施还不够完善；市场上也还未有一个成熟的机制来新能源汽车的售后及维修报废处理。关于电动观光车的技术也存在较大问题，电池隔膜基本依靠进口，电解液则依赖于日本。我觉得，如果要彻底推广电动车，一个是解决技术难题，另一个就要从人们的日常生活中下手，让人们时刻能感受到电动车的优势。因此，推广电动观光车就显得尤为重要，而电动观光车的外观便是重中之重。外观是人们接触新事物的第一印象，好的外观会让人更易接受。如果外观能与当地的风俗文化相结合，则更能提升城市印象。邢台文化博大精深，坐一辆有邢台文化意义的电动车不但能美化城市，更能体现出邢台人民勤劳勇敢，自强不息的奋斗精神。牛是邢台文化的图腾。邢台也叫牛城，在邢台，随处可见牛的图形。牛勤劳朴实的精神形象影响了邢台人民几千年，而有着牛形象的电动观光车不但能形象的体现出邢台的文化，还能时刻教育青年人，保持住牛的精神，将牛的精神传承下去。1.3 要解决的问题和解决途径1.3.1 解决的主要问题 现在的电动观光车外形普遍较为单一，大多厂家都是相互模仿，没有形成和轿车一样的设计系统。同时，邢襄文化也缺乏有效的传播途径，导致邢襄文化并未普及，不能深入人心。1.3.2 解决途径 通过查阅相关资料，深入了解邢台的历史文化，并根据邢台当地的文化及风俗构想适合的电动观光车基本外形。有了基本外形后，还要考虑风阻等其他要求，设计出观光车的具体外形，并绘制出三维图、零件图以及装配图。2 电动观光车的发展2.1 电动车的概述2.1.1 电动车的发展虽然电机出现的很早，大概在19世纪人们就开始使用电机，但人们在1859年才发明出了核心物件，铅酸电池。与汽油机相比，电动车环保、经济等的特点，让电动车如今也有了一席之地。正如汽车经历了马车型、箱型、流线型、船型、鱼型和楔型，电动车造型的变化也历经了几个时期，主要有诞生期、发展期、鼎盛期和沉睡期、复苏期，大约一百二十年的时间。每个时期的外形都有不同的特点。图2- 1 厢式马车型图2- 2 机械骨架型（1）机械骨架型首次把可多次使用的铅酸电池和直流电机相结合的人是古斯塔夫特鲁夫，他于一八八一年带着他的发明参加了博览会，引起了人们极大的讨论，也标志着电动车的诞生。（2）厢式马车型 莫里森于一八九一年设计并制造了首个电动四轮车。在这之后的电动车都从机械骨架型逐渐转型到了四轮的厢式马车型，看起来就像是马车一样。图2- 3 轻便敞篷型图2- 4 方箱轿车型（3）方箱轿车型 一八九七年展览会，一个貌不惊人的四轮电动轿车被达拉克带上公众的视线，引起了巨大反响。这种电动车与之前完全不同。从外形上看，这种车的外形不再与马车相似，而是更趋向于现在的汽车，水平高度较低，而中间偏高，也逐渐演变成为一种十分重要的外形。（4）轻便敞篷型 轻便敞篷型的电动车由在一八九七年知名的汽车外形设计师安德鲁里克设计出的，与当时流行的方箱轿车型电动车并列，是两大设计代表。与设计马车型的电动车的莫里森不同，安德鲁没有设计过马车，而是直接设计电动车的，因此，马车的外形并没有给他带来多少影响，他并没有沿袭马车的造型，而是创新性的设计出了敞篷型电动车。这种车并没有采用封闭式的车厢，而是用敞篷代替顶棚，新颖又别致，时尚动感，成为了年轻人的最爱。图2- 5 鱼雷流线型图2- 6 改装型 （5）鱼雷流线型 随着时代的发展，在主流的几种外形下，一种新型的电动车外形正在悄悄崛起，那就是像鱼雷一样流线型外观的电动车。虽然这种外形的电动车数量不多，但也逐渐成为一种趋势。相比较方正笨重的外观，流线型的外观更加吸引眼球，还会给人以时尚动感的感觉，飘逸又不失稳重，影响着未来的电动车外形设计，是电动车外形的又一历史性的里程碑。得益于流线型的外观以及科技的进步，这种电动车能达到的时速达到了99.6km/h。 （6）改装型 正如它的名字，改装型电动车是将汽油车改装，即将汽油机中的内燃机等组件用电动机等替换。这种车的外观完全让人看不出来是电动车，而且改装十分经济实用，可以根据用车者的意愿随意改装，节约了成本又方便。但同时，这种车的缺陷也十分明显。由于这种车是由汽油车改装的，所以车的布置等是根据汽油车的特点设计的，当改装成电动车后，会出现重量偏大以及重心较高等缺陷，于是，有些厂家会重新设计方案以改善性能，即降低了成本，又避免了种种不便。现如今，已不是单纯的“改装”，而应该称为“改良”。 （7）概念型 概念型电动车是一种并不进行商业量产，但能预示出未来电动车发展趋势的车型。在石油资源日益紧缺的今天，电动车以及新能源车逐渐显现出了独特的优势，越来越多的汽车制造厂家为电动车设计适应电动系统的汽车外形和布置，大大提高了电动车的性能和实用性。自从石油危机爆发，人们更加意识到了电动车的环保性，而概念则是走在科技前端的车型。概念车虽不进行量产，但却以它新颖的外形和技术，不断推动着电动车的发展。图2- 7 概念型2.1.2 现代电动车的分类 随着电动车的飞速发展，电动车方类型逐渐分化，有了不同的分类。 按动力划分，电动车可分为纯电动车、燃料电池电动车以及混合动力电动车；按类型划分，可分为乘用电动车和商用电动车；按用途不同划分，又可分为电动轿车、电动服务用车、电动改装车和电动观光车，其中电动观光车则是此篇论文着重介绍的。2.2 电动观光车的发展现状2.2.1 国内电动观光车的发展现状中国是个旅游资源十分丰富的国家，而且还是文明古国，无论是自然风光还是名胜古迹资源都很多，因此，旅游业是许多城市的支柱产业。国内设计的电动观光车的外形比较单一陈旧，缺乏新意，视觉效果简陋，不能激起人们的乘坐欲望。缺乏特色，不能体现出景区的特点，不能与景点的景色相呼应，完全不能融入景区。2.2.2 电动旅游观光车的发展趋势我国石油资源缺乏，而尾气污染又是现在及未来城市污染的主要污染源，所以我国发展电动观光车无疑是未来发展的趋势，也符合绿色环保的要求。近年来，我国以构建和谐社会为社会发展主题，旨在为人民提供一个良好的社会环境，而电动观光车正是符合这种趋势。图2- 8 西安景区电动观光车图2- 9 广西景区电动观光车 3 车身设计需考虑的因素3.1 美学3.1.1 车身的美学汽车是人类最伟大的发明之一，生来就伴随着艺术。一方面它展示出了人类社会进步的设计之美，与机动性、速度感、自由感息息相关，另一方面又与美术、绘画、雕塑紧密融合。一些细节的修饰、线条的变化往往让一辆车从同类中脱颖而出。人们对美的追求促进着汽车设计的变化和进步，如今，各式各样的车型穿梭在街头，琳琅满目。那么，什么是美呢？我们身边充满了美丽的事物，小到一株小草，大到一栋楼房，都是美。人们在社会的进步中发现了美，并且一直没有止住探索美的脚步。美是一种公认的事物，一个现象，也有一定的规律。人类对美的追求从古至今都是一样的。英国诗人济慈曾说过：“美的事物是永恒的喜悦”；爱迪生也曾说：“最能打动心灵的还是美。美立刻在想象里渗透一种内在的欣喜和满足”。美是一种能令人心情愉悦的社会现象，专属于人类，也是人类精神生活重要的一部分。美并不是单独存在的，它附属于人类社会，是人类意识的产物，具有四个基本特征：客观社会性、形象性、感染性、功利性，是人类智慧的结晶。自从人类起源，对于美的追求永不停歇，也逐渐成为一种精神活动与社会活动。随着时代发展，电动车已成为一种不可或缺的交通工具，市场对电动车的各方面要求越来越高，而且不再局限于传统的性能方面，更执着于对电动车美学的追求和品味，如果说电动车的性能是产品的生命，那电动车的美学设计就是她的灵魂，如何满足市场和买家对这方面的追求已成为电动车产业的一条新的命脉，而电动车的美学设计，也发展成为一种新的学科。汽车的美是人类将工业和美学完美结合的典范，它既要满足人们的使用要求，又要满足人们的审美需求。汽车车身的美可分为感性美和理性美。所谓感性美，是指人们依据自身的情感给与的视觉评价。汽车通过色彩、造型、质感等建立感性美，从而与人们的情感产生共鸣，使汽车看起来不单单是冷冰冰的交通工具，而是有情感有情怀的艺术品。理性美则是依据科学的理论及实践计算或推理出的美，比如空气动力学在汽车车身设计上的应用。近几年，可以发现，汽车的空气动力学被应用的更加广泛了。理性美具有严谨、科学的特点，构成了汽车的使用基础。感性美和理性美既是矛盾的个体，又相互包容，是汽车设计必不可少的部分，它们共同组成的汽车的美。图3- 1新款甲壳虫 图3- 2老款甲壳虫说到汽车的美，就不得不提到大众的甲壳虫汽车了。甲壳虫的外观设计堪称汽车界的经典，其历史可以追溯到一九三零年。当时希特勒希望能设计出一款车，可以让平民也能享受到驾驶的乐趣，于是，在工程师费迪南的努力下，首量紧凑型轿车诞生了，以它的流线外观和平民情节，迅速占领了市场，在几十年后的今天，它的受欢迎程度也丝毫未减。而这一切，都是因为它的文化内涵和它所包含的美学价值。甲壳虫的成功，一大部分得益于其情趣化的美学设计。一件充满情趣的艺术品会让人觉得心情愉悦，从而产生购买的欲望。在日益重视人文关怀的今天，这显得尤其重要。它圆润的大灯，拱起的背以及有特色的轮拱，已经成为了甲壳虫独特的标志，就像一只俏皮的甲壳虫在街上惬意的爬行。汽车是如今重要的交通工具，同时也是文化的传播者。甲壳虫轿车打破了以往车型给人的冰冷的机械感，取而代之的是活泼温馨的时尚感，充分迎合了现代人对生活品味的追求。甲壳虫对美学的极致追求，不断的向人们证明着，汽车不仅仅是简单的交通工具，还能够传达感情、彰显个性。它已成为人类追求美的程碑。汽车也是美学与现代科学技术完美结合的产物。汽车的造型，外观设计都遵循了一定的规律，这些规律是设计师在前人基础上，结合实际设计经验和现代思想总结而出的。对汽车的设计有重要的指导作用，并成为了汽车设计的标准。我们应该学会并善用这些规律，把它们应用到实际设计中。3.1.2 对设计人员的要求汽车的美是设计师赋予的，设计师赐予了汽车灵魂。同时，汽车造型对设计人员也有相应的要求。首先，设计人员要富有创造性。创新，是设计的灵魂。所谓的“设计”，就是推陈出新，从以往的套路中解放出来，创造一种新的思路的过程。创新是对一个设计人员最基本也是最重要的要求。传统的事物虽然会让人觉得容易接受，但同时也更容易被时间淹没，因为它没有自己的特色，无法在激烈的产品竞争中存活下载。而新颖的事物可能会让人觉得古怪，难以接受，但这却恰恰证明了新生事物的生命力，闪烁着智慧的火花。因此，设计者要时刻保持创新的思维和冷静的头脑，不断提交新颖的设计，不轻言放弃。除了创新能力之外，表达能力也十分重要。设想，一个设计师构想出来了一个完美的设计，但却不会表达，无法将它传达给他人，该是多么尴尬。因此，设计者应该善于使用工具，比如二维软件、三维软件。表现车辆最直观有效的方式就是三维模型。现代社会离不开计算机，熟练掌握计算机技能也是设计者的基本素质。其次，就是较宽的知识面和良好的协作精神。不止是设计者，这两点也是现代社会各类人才的必备素质。知识面的宽广程度决定着所设计的造型的内涵。好的设计能传达出设计者层次和深度。而协作能力直接影响着所设计的车辆能否实现量产。在汽车设计领域，设计大师杰梅斯是当之无愧的“设计明星”，他也是我最崇拜的设计师。他设计的大众“新甲壳虫”、奥迪tt、福特gt等经典车型，都是是汽车设计界的里程碑，也让梅斯在名垂青史。对他而言，它的工作并不是简单的工业设计。梅斯的设计理念在很大程度上借鉴了建筑设计，他认为，好的设计应该与适当的文化环境融为一体，他设计的不是车，而是一种美学。图3- 3梅斯设计的奥迪tt3.1.3 车身的设计风格 车身由多个部件组成，每个部件都是表现车型特征的重要条件。本文着重电动观光车整体外形尤其是车顶外形的设计。汽车的顶棚位于车厢顶部，由于不是主要的受力部件，它的刚度要求并不是很高，因此会给与设计师很大的发挥空间，可以依据设计者的意愿和创意尽量满足人们的美学享受。设计顶棚时，在顾忌空气阻力与刚度的情况下，可以有很多造型创意。本文设计的顶棚是硬顶车，即不可开闭车顶的汽车，比较常见。车顶是连接车头和车尾的部件，也是车头与车尾造型的过渡。现在大多数的车顶都是圆润，可以优美的连接车头和车尾的曲线。根据所设计的车的功用和造型的不同，其车顶的风格也会不同。例如，在女性车上，车顶大多为优美可爱的曲线；在男性车上，车顶则表现为阳刚的较平直的线条；商用车的车顶会显得沉稳大气。车顶的风格会直接影响到人们对车的直观印象。本文设计的观光车，属于浏览客车，专供游览和旅游之用。这种车型最大的特点是两侧不设车门，而且正面的玻璃极大，以便于乘客更好的观赏沿途的风景。因这种车不须要快速行驶，所以它的外形相对于风阻而言显得更重要。流畅的线条和活泼的造型以及明艳的色彩能更好的激发游客的兴致。大部分观光车采用的是平滑的车顶以降低成本。我认为，车顶对整车造型的意义是很大的，甚至可以左右整个车的风格，因此设计造型时不应该仅仅考虑车头而忽略车顶的设计，有个性的车顶往往让人耳目一新。不同的人对美有着不同的理解，但有些美学风格是社会普遍接受的，符合大众的审美，如圆润美学。圆润美学是指造型圆润的物品会让人产生美的视觉感受。圆润美学听起来有些枯燥难懂，但其实一直存在于我们周围，大到建筑，小到桌上的小摆件。而圆润美学应用到电动观光车外型上，主要体现在车身的外形设计上，实际上这也是符合空气动力学的。图3- 4 圆润美学 3.2 空气动力学3.2.1 空气动力学基础就像水一样，空气也是一种流质。当物体穿过流质时，流质会偏离原来的位置，会对物体产生阻力。当物体的速度加快，它受到的阻力也会相应的增加，速度越快，阻力越大，而且是成倍的增长，最终将达到一个平衡点。 图3- 5 汽车风阻仿真当购买汽车时，经常会听到很多厂家将“风阻系数”作为一个宣传点。那么，什么是风阻系数呢？所谓风阻系数，代表的是物体穿过流质的难易程度，即汽车克服空气阻力的难易程度。数字越低，则表示该车克服空气阻力所需的动力越少。其中，空气阻力的公式为：cd = d / (a * 0.5 * r * v2) 注释：cd风阻系数；d阻力；a受力面积；v速度；r密度3.2.2 车身的空气动力学当我们把空气当做薄层时，如果经过车身的气流为流线状态，则表明空气阻力对车身的影响较小。如果形状不好，这种气流就会被打破而产生混乱的气流，增大空气阻力。大量实验，水滴造型的cd风阻系数仅为数据表明，水滴等圆润的造型会将风阻降到最低，理想状态下仅为0.05.图3- 6 外形空气动力学因此，流线型的外形是汽车设计师设计汽车外形的重要因素之一。车身车顶是汽车接触空气较多的部位，设计良好的车顶能帮助汽车更好的克服空气阻力，从而达到节能环保的效果。根据水滴造型的启发，我相信接近流线型的车身和车顶是本文所设计的电动观光车外形的最佳选择。作为流体力学中应用最广泛的学科，空气动力学如今已经在去多领域有了相应的应用。如上所述，水滴形状的造型会将空气阻力降到最低。其实，水滴形会降低空气阻力的结论早在20世纪初就被一位罗马利亚汽车设计师奥罗发现了。 图3- 7 空中的水滴奥罗是一个设计天才，毕业于德国皇家柏林工业高等学院（即现在的柏林工业大学），从小就表现出了惊人的设计天赋。后来，奥罗对汽车空气动力造型研究产生了巨大的兴趣。经过了他不断的观察和研究，它发现汽车最应该采用水滴造型来减少空气阻力，因为雨滴降落时的风阻系数仅为0.04，非常低。基于这个理论，他开始设计水滴型的汽车，而这个水滴型的车身设计也不负众望，获得了德国政府颁发的专利证明。这种“水滴车”仅仅配备了1.4l，动力为20匹马力的发动机，但却能跑出80公里时速的傲人成绩，这也充分证明了奥罗理论的正确性。图3- 8水滴车这款车的风阻系数仅为0.32，就算在现在，也仅有拥有0.32风阻系数的奔驰cla能与之匹敌。但可惜的是，由于种种原因，当时这款车并没有投入生产。于是，这辆具有巨大潜力的汽车仅仅制造了一台，就被静静的安置在了罗马尼亚的一个小博物馆中。罗马尼亚在2010年还发行了邮票来纪念奥罗和他的“水滴车”，以纪念他在汽车设计领域做出的杰出贡献。 图3- 9水滴车邮票2014年。为了向奥罗致敬，美国一家汽车公司依据水滴型也设计了一款两座三轮的混合动力汽车，开启了“水滴型”车型的新时代。图3- 10水滴型车型回首汽车的发展史，我们发现，现在在汽车行业叱咤风云的西欧，也不是从一开始的“零基础”逐渐发展起来的，韩系汽车的崛起也是近十几年的事。我们应该感谢这个时代，因为属于中国设计师的时代才刚刚开始。电动观光车不同于需要高速行驶的汽车，并不需要太多的考虑的空气阻力，因此，我舍弃了繁琐又对观光车没有太大意义的空气阻力计算，选择了依照水滴的外形设计观光车外形。一则是为了向伟大的汽车设计师奥罗致敬，二则是水滴型车顶能够在满足空气动力的要求的同时，兼顾美观性。要让整个车顶满足整个水滴的形状有些不太可能，而半个水滴造型还是很容易实现的。鉴于水滴型汽车风阻系数的良好表现，半个水滴造型的车顶已经完全能够满足电动观光车对风阻的要求。3.3 车身仿生设计3.3.1 邢襄文化与牛文化文化是人类特有的。由于自然环境和地域特征不同，人们对同一事物的思维方式不同，也养成了最能适应当地环境的生活方式，因而后来就形成了各式各样的地域风格。地域文化并不是一朝一夕形成的，也不是一成不变的，但也是相对稳定的，具有独特性，例如中国文化，阿拉伯文化，欧洲文化。不同的地域会形成不同的地域文化，而文化又是影响设计风格的重要因素。俗话说，一方水土养育一方人。同样，一方水土孕育一方文化。在广阔的华夏大地上，不同的自然环境和地理风貌会孕育出不同的民俗习惯或信仰，例如中原文化、湖湘文化、燕赵文化，在邢台，便称为“邢襄文化”，而本文是依据邢襄文化设计车顶，下面着重介绍邢襄文化。邢襄文化，即邢台独有的历史文化，是一种地域文化，也是邢台的城市文化。邢台文化独具一格，其在四千年历史长河中形成自强不息、崇德尚武、慷慨悲歌的文化特征和品行，在中华文化中独树一帜。作为一种地域文化，她与中华文化同源同根，是中华文化不可或缺的重要组成部分。其兼收并蓄的包容性和自成一家的完整性以及绵延不绝的继承性和品质独特的内涵性，在其他文化中是极其罕见的。邢台不仅是我国历史上人口迁居和建城最早的地区之一，而且历代皆被视作战略重地，曾历五朝古都，其生命力从数千年前的商代延续至今，这在国内几乎是唯一的，是当之无愧的历史名城。一个城市，除了其正式的称谓以外，往往还有一个别名，如济南又称为泉城，广州又称为五羊城。邢台市也有一个别名，叫卧牛城。古时，牛是丰收吉祥的象征，邢人祖先以牛名城，概取牛勤劳的精神以自励。要想使观光车传播当地文化，那么它本身的造型必须能体现出当地文化的特点。关于邢襄文化，已经在第五章简要介绍过了。正如前面所说，牛是邢襄文化的图腾，所以我在设计整车外形的时候，采用了仿生设计的手法，模仿了牛的整体外形。牛的背弯曲宽广，身材富有力量感，又富有艺术气息。当人们看到牛身造型的观光车时，很自然的会联想到牛，而牛又是邢台文化的承载者，从而达到宣传邢襄文化的效果。此款观光车适用广泛，主要是邢台景区和校园。邢台的主要景区有云梦山、九龙峡、大峡谷、天河山，去这些景区旅游的人群主要是邢台或是邢台附近城市的居民，因为离景区较近，旅游过程可在一天之内完成。在旅游的过程中，旅游观光车是必不可少的交通工具。游客在乘坐这种造型新颖的观光车时，必然会对其产生浓厚兴趣，从而达到宣传邢襄文化的效果。若是将观光车应用在校园，则面向对象就是大学生。大学生是社会的新生力量，是以后的社会栋梁，而学校是它们学习知识、获取经验的地方，因此，在校园里使用这种观光车，其牛身造型的设计，会直接影响学生们对邢台文化的理解，促进邢襄文化的宣传。3.3.2 基于牛的仿生设计要说明仿生设计，就一定要先介绍仿生学。仿生学是指人类模仿自然界生物的形体特征，来发明创造的科学，研究方向包括生物体的结构、功能以及其工作原理。人类将这些从自然界生物身上学到的理论移植到设计的产品中，从而提高其实用性和功能性。该学科一经问世便引起众多关注，显示出了巨大的发展空间。图3- 11飞机仿生学 仿生学最早是由美国科学家斯蒂尔在一九六零年根据拉丁文“bios”（生命方式的意思）命名的。成立这个学科的原因很简单，就是某些自然界的生物所拥有的技能，比迄今为止人类所设计的机构要简单有效的多，人类在设计机构时往往需要借鉴某些生物。最直观的就是人类依据鸟类流线型的身体和翅膀，设计出了飞机；依据鱼类的身体特征设计出了船身，用桨模仿鱼鳍；依据蝙蝠的声波系统，设计出了雷达。而仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上逐渐发展起来新型学科，而仿生设计学又与传统的仿生学有所不同，它是以自然界的“形”、“音”、“功能”和“结构”为研究对象，根据自然生物的形态特点，与仿生学结合，给与设计师以自然的灵感。自然界的生物多种多样，无一不让人惊叹大自然的鬼斧神工，自古以来，自然界就是人类灵感的源泉。根据所模拟生物系统在设计中的不同应用而分类，仿生设计可分为形态仿生学、功能仿生学、视觉仿生设计学和结构仿生学。本论文主要研究的是对牛的形态仿生学。作为邢台文化图腾的牛，在中国古代是勤劳的象征。牛是最重要的耕作牲畜，和农业的关系紧密，在农业社会中有着崇高的地位。图3- 12 牛的生物特征在中国古代，牛被认为是勤劳的象征。人们喜爱它吃苦耐劳和温和驯良的精神。鲁迅就曾自喻为牛，写下了“横眉冷对千夫指，俯首甘为孺子牛”的名句；当代著名画家齐白石也自称“耕砚牛”。描写牛外观的诗句也很多，如清朝顾绍敏在牧牛词写到“丝杨影里系乌犍，双脚弯环卧溪碧。” 实际上，仿生设计现在已经在汽车设计领域里被广泛应用了。在设计此款车顶之前，我们先来看一看仿生设计在其他车身上的具体体现。图3- 13 电动车仿生学此款电动车是仿生设计的完美体现，它模仿了白鱀豚的背部造型。白鱀豚在漫长的时间里逐渐进化出了独特的身体形态，在大海和湖泊中能够高速前进，完全符合流体力学。根据白鱀豚设计的电动车能够在拥有流线型优美造型的同时，将空气阻力降低到较低程度。图3- 14汽车仿生学这是一款典型的模仿鲨鱼的汽车。车顶竖起的鱼鳍尽显了鲨鱼的霸气外形。无论正面还是侧边，都能很自然的联想到鲨鱼，兼具美观性与实用性。在根据牛的生理特征设计车身外形时，也可以借鉴以上的方法。说到牛的外貌特征，那拱起的牛背可以算是牛最明显的特征之一了。在人们的主观里，更是把这一特征放大到了最大，从人类制造的牛的艺术品中就可见一斑。4 车身及车顶架的设计4.1 车身的设计4.1.1 车顶的设计在根据牛设计车顶时，我采用了仿生设计的方法，着重模仿了牛拱形的背，以达到传神的目的。 为了做到形似以及神似，我认为，车顶的侧视形状应为拱形。图4- 1牛的背部线条侧视同样，正视图的曲线也应该有一定弧度。图4- 2 牛的背部线条主视 综上所述，车顶应该设计成无论主视还是左视都是拱形的造型，以满足对牛进行的仿生设计。基于上述要求，我ug软件绘制了该车车顶的三维图，以便更清楚直观的展示车顶的结构造型。ug是现在应用最广泛的三维绘图软件，能够轻松实现很多复杂实体及其造型，这也是我选择用ug表示的原因。根据上面两个图，可以画出车顶的大致框架，如下图所示：图4- 3 车顶框架有了框架，使用ug曲面网格命令，把车顶拉出来。图4- 4车顶曲面图4- 5车顶三维图如图所示，此为车顶的三维图。下图为主视图和左视图。图4- 6车顶左视三维图图4- 7车顶主视三维图设计的初衷是在基本满足风阻的要求下，兼具美观，又具有牛的象征意义。由于是设计车顶，所以还是要以实用为重点，要设计的简洁大方，不能过于花哨或是难以制造。车顶不但是要满足美观，空气动力学性能也是我设计的一个主要方面。在前面第三章第一节已经介绍了水滴型车身在空气动力学上的优势。本文在依据仿生学设计车顶时，也满足水滴造型理论以满足空气动力学要求。图4- 8水滴型车顶 综上所述，本文设计的车顶即满足仿生学设计，能很好的宣传邢襄文化，又满足空气动力学。 4.1.2 整车的设计有了依据仿生设计的车顶，下面开始整车的设计。首先，先做出车顶的框架。图4- 9车顶框架 然后，使用网格曲面命令，生成车顶。图4- 10车顶曲面 再做出支撑车顶的立柱及玻璃、后视镜。图4- 11立柱、玻璃及后视镜 然后，依据圆润美学的概念，做出圆润造型的车头及车尾，使之视觉表现更加饱满。图4- 12车头车尾造型 最后，添加车架和座椅。图4- 13整车外形整车设计完成，下图为整车的侧视图。图4- 14整车侧视图4.2 车顶支架的设计及强度校核本文所设计的是可载8人的电动观光车，主要应用在校园和景区，车顶架的尺寸要根据8人的乘坐空间设计。根据大量调查，平均一个人所需的横向乘坐空间为35cm，纵向所需的空间为60cm。乘客的分布为：第一排为司机和一位乘客，第二排和第三排分别乘坐三人。由于司机驾驶车辆需要额外的纵向空间，以及车尾处的顶架要适当加长，我将顶架的长设为2420cm，宽度为1050cm，高度为1150cm。在这个尺寸下，不会浪费多余的空间，又不会让乘客觉得拥挤。至此，顶架的基本尺寸已经确定，具体详见所附的零件图。出了尺寸外，还需设计顶架的材料和形状。经过大量的资料查阅，我选定的是冷弯空心型钢，材料为q235.选择冷弯型钢有很多原因。其一，冷弯型钢具有各种特薄、形状合理又复杂的截面。在相同的截面面积的情况下，冷弯型钢的回转半径比热扎型钢大50%，截面惯性矩也大2倍左右，更能合理的利用材料的强度。其次，冷弯型钢也能很好的节约材料。在同样的强度下，冷弯型钢比普通钢节省大约40%的钢材。冷弯型钢是一定宽度的带钢，在常温下经过一组纵向排列的轧辊，逐渐变形，以达到符合要求的形状尺寸。因此，冷弯型钢具有经济、品种多、尺寸精准、外观好等特点。在众多品种中，我选择了闭口方管型，这也是应用最广泛的一种。由于车顶不需要承受太大的力，我选择了壁厚为12mm的冷弯型钢。 图4- 15 冷弯钢冷弯型钢一般使用碳素结构钢q235，其塑性和焊接性能都比较好，同时又兼顾经济性。现在初步设定钢管截面长度均为25mm。下面，我们对所选材料进行强度计算以验证其满足所需要求。由于电动观光车不需高速行驶，因此在这里我们忽略空气阻力对支架的的力，仅需计算轴向载荷作用下，即在车顶及顶架的重力作用下支架杆横截面上的应力。根据所学的材料力学知识，可知应力与轴力的关系为： 其中，为所受应力，f为轴力，a为截面面积。由于已知顶架的尺寸，则四个支架共受顶棚的重力最多为50kg，一个支架受的重力最多为12.5kg，即f=12.5kg。下图表示冷弯管的截面：图4- 16 冷弯管截面其中a为边长，t为壁厚，r为圆弧半径。根据下表可查出边长、壁厚与截面面积的关系。表4- 1边长、壁厚与截面的关系由表可知，边长25mm，壁厚2mm的冷弯钢管的截面面积为1.736cm2，即a=1.736cm2。已知f和a，由应力公式得： =12.5/1.736=7.20mpa而普通碳素钢q235的屈服应力为186216mpa，远远大于7.20mpa。因此，选择边长为25mm，壁厚2mm，材料为q235的冷弯钢作为顶架和支架的材料是满足要求的。结 论 本课题主要目的在于设计一个电动观光车的车顶并使其既美观又安全，同时能体现邢台文化并使其符合空气动力学。本篇论文对传统的电动观光车进行了详细的分析，分析指出了了电动观光车具有节能环保的优点，是城市发展的必需品，在世界能源危机日益凸显和国家旅游业蓬勃发展的今天，具有广阔的发展前景。同时指出现有电动观光车的不足，外形单一，不能体现本地文化，空气动力学设计不合理等缺点。中国文化博大精深，坐一辆能体现中国文化意义的电动车不但能美化城市，更能体现出中国人民勤劳勇敢，自强不息的奋斗精神。 本文的主要研究方向就是通过重新设计电动观光车的车顶外形，达到解决电动观光车外形单一，不能普及城市文化的问题。 本文通过大量查阅资料，首先分