汽车造型与设计

1、2汽车造型设计的技术基础目目录录2.12.1汽车车身结构汽车车身结构2.22.2人机工程学基础人机工程学基础2.32.3空气动力学基础空气动力学基础2.42.4材料与工艺材料与工艺2.12.1汽车车身结构汽车车身结构 产品设计的前提是必须了解该产品的典型结构，否则造型设计就成了虚无缥缈的空想。汽车设计也是如此，本节主要对轿车车身结构进行简要分析，这是汽车造型设计的重要基础。（1 1）发动机前置发动机前置前置后驱：即发动机前置、后轮驱动，这是一种最传统的驱动形式。大多数货车、部分高级轿车和部分客车都采用这种驱动形式，但采用该形式的小型车很少。前置前驱：即发动机前置、前轮驱动。货车和大客车基本上不

2、采用该形式。全轮驱动：全轮驱动在吉普车和越野车上运用较多，最近也有部分新式轿车采用了全轮驱动形式（图2-1）。 2.1.1 2.1.1 汽车布置形汽车布置形式式 轿车车身的布置在很大程度上受底盘布置形式的制约。常见的车身布置形式有发动机前置与发动机后置两种形式，其中发动机前置又包括前置前驱、前置后驱和全轮驱动，发动机后置一般采用后置后驱的形式。图2-1全轮驱动 2.1.1 2.1.1 汽车布置形式汽车布置形式（2）发动机后置）发动机后置 发动机后置的主要形式是后置后驱。早期广泛应用在微型车上，现在多应用在大客车上，轿车上很少使用。优点是：结构紧凑，没有沉重的传动轴，也没有复杂的前轮转向兼驱动结

3、构。缺点是：后轴负荷较大，在操控性方面略差。 在实际设计中应根据汽车的类型和用途合理选用驱动形式。通常来说，以动力性为主的货车常采用传统的前置后驱的驱动形式；强调低地板、结构紧凑和操纵稳定性的轿车，常采用前置前驱的驱动形式；注重车厢内面积利用率和低地板的客车倾向于采用后置后驱的驱动形式；而强调越野性的车型，应优先选用全轮驱动的布置形式。 2.1.2 2.1.2 汽车承载类型汽车承载类型 汽车车身的作用主要是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境。好的车身不仅能带来更佳的性能，也能体现出车主的个性。汽车车身结构从形式上说，主要分为非承载式和承载式两种。非承载式车身和承载式车身按照有无刚性车架划分。

4、 车架就是支承车身的基础构件，一般称为底盘大梁架，发动机、变速器、转向器及车身部分都固定其上。车架有边梁式、钢管式等形式，其中边梁式是采用最广泛的一种车架。（1）承载式车身）承载式车身承载式车身也称无车架式车身。它没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾、地板等部位，以及发动机、前后悬架、传动系统的一部分总成部件在车身上的连接强度。车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。大部分轿车都采用这种车身结构。（2）半承载式车身）半承载式车身半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接，是介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构。 2.1.2 2.1.2 汽车承载类型汽车承

5、载类型（3）非承载式车身）非承载式车身 非承载式车身是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。非承载式车身的汽车有刚性车架，又称底盘大梁架。车身对车架的加固作用不大，大部分载荷主要由车架承受，车身主要承受本身的重力、承载的客货的重力及汽车行驶时产生的各种阻力。而发动机及底盘各部件的重力以及汽车行驶时由路面通过悬架传来的力则由车架承受。 非承载式车身和承载式车身都有优缺点，使用在不同用途的汽车上。 一般而言，非承载式车身用在货车、客车和越野车上；承载式车身用在轿车上，现在一些客车也采用这种形式。 2.1.32.1.3汽车造型主要参数图解汽车造型主要参数图解 汽车的整车尺寸（图2-2）也称外形尺寸或

6、外廓尺寸。这些尺寸参数直接影响汽车的机动性、操纵性、舒适性、平顺性和通过性等性能。A.高度；B.轴距；C.车身总长度；D.轮胎外径；E.接近角；F.离去角；G.前悬；H.后悬；I.轮距；J.最大宽度图2-2 汽车的整体尺寸 2.1.3 2.1.3汽车造型主要参数图汽车造型主要参数图解解（1）车身总长度）车身总长度 总长度是垂直于车辆纵向对称平面，并分别抵靠在汽车前、后最外端凸出部位的两垂面之间的距离，即沿着汽车前进的方向，最前端到最后端的距离。总长度是对汽车的用途、功能影响最大的参数。（2）最大宽度）最大宽度 最大宽度是指平行于车辆纵向对称平面，并分别抵靠车辆两侧固定凸出部位的两平面之间的距离

7、，即汽车最左端到最右端的距离。（3）高度）高度 高度是车辆支撑平面与车辆最高凸出部位相抵靠的水平面之间的距离，即从地面到汽车最高点的距离（通常指汽车在空载加满燃料和冷却液情况下的高度）。车身高度直接影响车的重心、操控性和空间。（4）轴距）轴距 轴距是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点，并垂直于车辆纵向对称平面的两条垂线之间的距离，即汽车前轴中心到后轴中心的距离。轴距的长短直接影响汽车的长度和乘坐空间的舒适性。（5）轮距）轮距轮距是车轮在地面上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距直接影响汽车的总宽、机动性以及横向稳定性。 2.1.3

8、2.1.3汽车造型主要参数图解汽车造型主要参数图解（6）前悬）前悬 前悬是通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端（包括任何固定在车辆前部的刚性部件）并垂直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离，即汽车前轮中心到汽车最前端的水平距离。（7）后悬）后悬 后悬是通过车辆最后车轮轴线的垂面与抵靠在车辆最后端并垂直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离。后悬的长度主要决定于车厢的长度、轴距和轴荷分配的情况。（8）最小离地间隙）最小离地间隙 最小离地间隙，也称离地距，是地面到中间区域内最低点之间的距离。汽车上离地间隙最小的部位通常有：前、后桥壳，发动机防刮板，消音器等。（9）接近角）接近角 接近角是水平面与切于前

9、轮轮胎外缘（静载）平面之间的最大夹角。前轴前面任何固定在车辆上的刚性部件都不得在此平面的下方。（10）离去角）离去角 离去角是水平面与切于车辆最后车轮轮胎外缘（静载）平面之间的最大夹角。位于最后车轮后面的任何固定在车辆上的刚性部件都不得在此平面的下方。 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解 轿车车身是指车身覆盖件焊接或铆接在车身骨架上形成的完整壳体，由车身焊接总成（又称为白车身）及其附件组成，具体包括地板、顶盖、前后围板、侧围板（包括立柱）等几个子总成。以下主要介绍与汽车造型设计密切相关的几个重要车身造型构件（图2-3）。A.发动机罩；B.A柱；C.前挡风玻璃；D.前挡风玻璃

10、顶；E.B柱；F.顶盖；G.后挡风玻璃顶；H.C柱；I.后挡风玻璃；J.行李舱盖；K.后车灯；L.翼子板；M.后保险杠；N.侧裙；O.前保险杠；P.进气格栅；Q.前车灯图2-3 车身造型构件 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解（1）发动机罩）发动机罩 发动机罩属于车身覆盖件，是最醒目的车身构件，其主要功能是保护发动机，覆盖发动机舱。发动机罩在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。（2）顶盖）顶盖 汽车顶盖同样属于车身覆盖件，其主要功能是遮风挡雨，还能使整车形成箱体结构，增加车身的刚性，提高汽车的安全性能

11、。（3）行李舱盖）行李舱盖 常见的两厢轿车与三厢轿车的行李舱盖设计略有不同，两厢车的行李舱盖一直向上延伸包括了后挡风玻璃，这样设计增大了开口空间，可以容纳更大尺寸的物品。（4）翼子板）翼子板 翼子板是遮盖车轮的车身外覆盖件，主要功能是在汽车行驶过程中，防止被车轮卷起的砂石、泥浆溅到车厢底部（图2-4）。图2-4 福特老爷车的翼子板 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解（5）立柱）立柱 立柱是指汽车车顶与车身之间的柱子，轿车一般有六根，从前往后依次为一对A柱（前柱）、一对B柱（中柱）和一对C柱（后柱）。A柱、B柱与C柱都是支撑车辆结构强度的主要部分。图2-5 Volvo镂空的A

12、柱设计（6）车门车门 轿车车门一般由门体、车门附件和内饰盖板三部分组成，要求密封性好、防水、防尘、隔音。 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解 在现有的汽车当中，车门的形式是多种多样的，根据车门的开启方式可分为顺开式车门、逆开式车门、水平移动式车门、上掀式车门、折叠式车门等（图2-6）。图2-6 各种车门类型 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解（7）保险杠）保险杠 汽车保险杠是汽车受到冲撞时，吸收和缓和外界冲击力，防护车身前后部的安全装置。 早期的保险杠是以金属材料为主的独立部件，用钢板冲压成U形槽钢，表面镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有一段较大

13、的间隙。 塑料保险杠的材料主要是聚酯系和聚丙烯系两类，采用注射成型而制造。近年来还出现了一种名为聚碳酯系的塑料，可掺进合金成分，采用合金注射成型方法制造。（8）车灯）车灯 车灯是汽车上的照明、指示和警示装置，可分为前车灯、后车灯、转向灯、车牌照明灯等。 车灯的功能与结构对造型的限制较小，是设计师最容易发挥的部件之一，一些造型独特的汽车设计往往就是将车灯作为重要的造型特征而塑造，还有一些汽车企业也将车灯的识别特征作为其产品识别的一项重要内容而长期保留与演化。例如宝马轿车无论是3系列、5系列、7系列还是X系列，双圆形照明灯（图2-7）已成为其造型设计的重要DNA之一。 2.1.4 2.1.4车身主

14、要构件图解车身主要构件图解图2-7 宝马轿车车灯识别特征（9）后视镜）后视镜 后视镜设计的关键是视界问题，也就是指通过镜面能看到的范围，业界称之为视界三要素，即驾驶者眼睛与后视镜的距离、后视镜的尺寸大小、后视镜的曲率半径。 后视镜的造型设计要与整车的设计风格保持一致，同时还应充分考虑空气动力学的要求，外形尽量使用圆滑的形态以减小风阻。 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解（10）进气格栅）进气格栅 进气格栅对散热器的气流进行导流和整流，以保证其散热效果。它是汽车前脸的重要组成部分，与其他部分仪器构成了汽车前部的艺术面貌。（11）挡风玻璃）挡风玻璃 挡风玻璃包括前挡风玻璃、侧窗

15、玻璃和后挡风玻璃，直接关系到汽车的安全性能、外观造型和车内舒适性。（12）牌照板）牌照板 牌照板被放置在汽车的前后两端，板的设计应符合白天眼睛的读取或晚上电子设备的读取。（13）排气管）排气管 排气管安装于发动机排气歧管和消声器之间，使整个排气系统呈挠性连接，从而起到减震降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用。 2.1.4 2.1.4车身主要构件图解车身主要构件图解（14）车顶天窗）车顶天窗 汽车车顶天窗是利用负压换气的原理，依靠汽车行驶时气流在车顶快速流动形成车内的负压，将车内污浊的空气抽出。（15）侧裙）侧裙 侧裙为地板以下的侧围，也指改装车下部的裙状覆盖件。（16）镀铬饰条）镀铬饰条

16、 汽车镀铬饰条有强调汽车的动感、作为两种色彩的分界等几个作用。（17）迎宾踏板）迎宾踏板 迎宾踏板是一种用于装饰汽车门槛部位，起到保护车体、美化车体作用的汽车配件。（18）轮眉）轮眉 轮眉是汽车的装饰件，一般装在轮毂外的翼子板上起装饰和挡泥的作用。轮眉的幅度是根据轮鼓包来定的，主要出于装饰作用及驾驶者的个性化需求而装备。同时，出于空气动力学的考虑，轮眉同样有减少阻力的作用。 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解内饰主要构件如图内饰主要构件如图2-8、图、图2-9所示。所示。A.方向盘；B.仪表板；C.导航器；D.空调出风口；E.仪表台；F.门内饰板；G.手套箱；H.中控面板区

17、及中控台；I.膝盖挡板；J.安全气囊图2-9 内饰部件说明 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解A.方向盘；B.仪表板；C.导航器；D.空调出风口；E.仪表台；F.门内饰板；G.手套箱；H.中控面板区及中控台；I.膝盖挡板；J.安全气囊图2-9 内饰部件说明 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（1）仪表台及副仪表台）仪表台及副仪表台 仪表台也称仪表板总成，是内饰很重要、也是结构和制造工艺最复杂的组件之一，位于前排座椅和前挡风玻璃之间。 由于仪表台直接面对驾驶员或者乘客，与座椅、安全气囊等一起保护着人员的安全，是车厢内最引人注目的部分，直接影响驾乘人员对内饰

18、的评价，因此对它的造型、质感、舒适性以及对成员的保护方面都有较高的要求。（2）中控面板区及中控台）中控面板区及中控台 中控面板（图2-10）是位于仪表板中央区域、遮盖电子或空调零件安装结构的饰板。中控台就是方向盘右侧、驾驶舱中间部分前面的控制面板，集中了汽车除驾驶之外的大部分控制按钮。图2-10 中控面板区及中控台中控面板区及中控台 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（3）方向盘）方向盘 方向盘的功能，首先是实现转向的操作机构，驾驶员通过直接操作方向盘来实现汽车的转向运动；第二，方向盘也属于安全件. 在设计方向盘时，一般要从性能、人机工程、外观配合几个方面进行考虑。（4）仪

19、表板）仪表板 仪表板（图2-11）位于驾驶员正前方，上面一般配有行驶里程表、车速里程表、发动机转速表、燃油表以及警告灯等灯光信号指示灯等。图2-11 仪表板仪表板 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（5）排挡杆）排挡杆 传统上，接续在中控台后方的，就是负责传输引擎动力的排挡杆（图2-12）。图2-12 排挡杆（6）手刹）手刹 汽车手刹是车辆制动系统的辅助制动系统，主要用于停车时防止车辆自行溜车。其原理是控制后轮的制动，而不控制前轮。（7）扶手箱）扶手箱/肘靠肘靠 扶手箱分为旋转型和滑动型两种。（8）遮阳板）遮阳板 遮阳板总成（图2-13）给驾驶员和乘客提供了一道可以调节的用

20、于挡住太阳光和刺眼光线的屏障。般在基板上可以附加很多其他功能，比如化妆镜、票夹、地图袋、可折叠加长板和侧抽板等。图2-13 遮阳板 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（9）安全气囊）安全气囊安全气囊（图2-14）是避免乘员与汽车内构件发生直接碰撞的有效手段，目前主要有防正撞和防侧撞（含翻车）气囊两大类。图2-14 安全气囊（10）出风口出风口（图2-15）是调节空调系统吹往车内的风流方向的零件，一般包括前导风叶片、后导风叶片、出风口座、风门叶片、旋钮开关总成。图2-15 空调出风口 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（11）手套箱）手套箱 手套箱（图2-

21、16）是仪表板系统的主要部件之一，一般位于仪表板乘员一侧的中下位置，主要起到存放物品以及保护乘员膝部的作用。图2-16 手套箱（12）仪表罩）仪表罩 仪表罩（图2-17）是位于仪表处、遮盖仪表安装结构的饰板。汽车仪表由于有维修要求，需要在车内对其进行安装与拆卸；同时由于仪表有一定的质量，需通过螺钉固定连接到仪表板本体及仪表板横梁上，为了遮盖由此产生的螺钉头以及维修所需的不美观的空间间隙，因而设计仪表罩。图2-17 仪表罩 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（13）内门饰板）内门饰板 门饰板（图2-18）的主要功能是包覆金属门板，提供优美外观，并满足人机工程、舒适性、功能性和

22、方便性等要求。图2-18 门饰板 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（14）座椅）座椅 座椅系统（图2-19图2-21）是用来在车内给驾乘者支撑，并且在保证方便进出和驾驶操作的前提下对驾乘者提供有效的约束。座椅系统应该提供驾乘者预期的可调节性和长途驾驶的舒适感。图2-19 汽车座椅布置1.面料；2.泡沫；3.头枕；4.结构和悬架；5.塑料装饰；6.与地板间的滑轨、操纵等机构左侧为聚氨酯发泡垫，右侧为棕榈纤维覆盖橡胶图2-21 座椅面料及填充物图2-20 座椅结构 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解（15）门内扶手）门内扶手 门内扶手的形式可以分为整体式和

23、分离式两种。整体式扶手一般与门饰板或嵌饰板一起成型。（16）安全带）安全带 汽车座椅安全带（图2-22）是重要的乘员约束系统配置之一，在减轻碰撞事故中乘员的伤害程度方面起着重要的作用。图2-22 安全带结构 2.1.5 2.1.5内饰主要构件图解内饰主要构件图解 (17) 内顶盖内顶盖 内顶盖（图2-23）通常由织物或仿皮革（通常是PVC）组成，与车体内顶缝合连接，车体内顶盖的内部结构可通过金属线材，有时也填充棉质或海绵材料等材料体现柔软的感觉。图2-23 内顶盖2.2人机工程学基础人机工程学基础 2.2.1 2.2.1人机工程学概述人机工程学概述（1）人机工程学的定义）人机工程学的定义 人机

24、工程学是从20 世纪50 年代开始迅速发展起来的新兴边缘学科, 它是从人的生理和心理特点出发, 研究“人机环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系和相互作用的规律,为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论和方法的科学。（2）汽车人机工程学的研究内容）汽车人机工程学的研究内容 汽车人机工程学主要研究“人汽车环境”系统中人、汽车、环境的关系以及该系统中人的效能、健康、舒适性等问题。人机工程学问题是汽车造型设计中的重点和难点，汽车人机工程学的研究内容涉及多个学科。（3）汽车界面设计）汽车界面设计 人与机器共同工作，人有人的特性，机器有机器的特性，要设计出能最大限度与人协调工作的机器，就要充分研究两

25、者的特性，这样才能设计出良好的人机系统。人机工程学在对人的特性进行详细研究的基础上设定了一系列的设计准则，用来指导机器产品的设计，主要是人和机器之间的界面设计，其中与汽车设计相关的主要有：基于人体感官的界面设计基于人体感官的界面设计基于人体形态的界面设计基于人体形态的界面设计基于力特性的界面设计基于力特性的界面设计基于人脑特性的界面设计基于人脑特性的界面设计 2.2.1 2.2.1人机工程学概述人机工程学概述（4）汽车人机工程的应用前景）汽车人机工程的应用前景可以毫不夸张地说，现代社会中，凡是成功的机器产品，都不能缺少人机工程学的理念。随着数字化设计应用的不断深入，人机工程应用在汽车设计中的方

26、法也更加精确，人机工程学将更注重人的信息处理能力，更注重“人机环境”的完整研究，并运用系统论、信息论等新兴科学来研究这个新的系统，以创造出更适合于人类使用的汽车，使人机系统的综合效能达到最佳水平。 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置 在汽车的开发设计中，人机工程设计与车内空间的确定占有重要地位，必须在汽车的开发设计中，人机工程设计与车内空间的确定占有重要地位，必须根据新产品的实际情况进行合理的布置设计。汽车的设计开发，必须围绕以人为根据新产品的实际情况进行合理的布置设计。汽车的设计开发，必须围绕以人为中心的人性化前提展开。因此，汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感中心的人性化

27、前提展开。因此，汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感到操纵方便、高效、不易疲劳，使乘坐者感到舒适、安全的汽车产品。到操纵方便、高效、不易疲劳，使乘坐者感到舒适、安全的汽车产品。（1）人体模板及百分位的应用）人体模板及百分位的应用 人体模板（图2-24）是目前人机工程设计最常用的一种物理仿真模型。这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸。在汽车人机工程设计中，设计师根据设计对象的结构特点和设计参数来选用适当百分位的人体模板。图2-24 美国标准SAE J826人体设计模板 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置（2）汽车人机设计测量工具）汽车人机设计测量工具

28、汽车汽车H点装置点装置 H点，即胯点（hip point），指人体身躯与大腿的铰接点，在人体模板中为髋关节。确定汽车车身或驾驶室内部人机界面几何尺寸关系时,常以此点作为人体的定位基准。图2-25 ETD公司开发的符合SAE标准的汽车H点装置 目前,美国有关标准法规要求采用的是95百分位的SAE-3DM，欧洲法规要求采用的是50百分位的SAE-3DM，日本法规根据目的的不同要求采用50百分位的JSAE3DM或SAE-3DM。我国标准GB11559-89汽车室内尺寸测量用三维H点模型要求与日本JSAE-3DM相同。 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置H点二维人体模板点二维人体模板 汽车

29、车身设计中也采用H点二维人体设计模板，常用塑料板材等按1:1、1:5、1:10等比例制成，用于辅助设计制图、乘员乘坐空间布置和测量、校核空间尺寸等。 常用的人体设计模板还有德国工业标准DIN33408定义的Kieler Puppe人体设计模板（图2-26），宽度方向布置用人体设计模板，常常由汽车公司根据不同要求制定。图2-26 Kieler Puppe人体设计模板 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置汽车碰撞试验用人体模型汽车碰撞试验用人体模型 模拟人，又称为标准假人或人体物理模型，在汽车碰撞试验中替代真人，以便于技术人员分析汽车在碰撞瞬间的各项技术数据。最初，模拟人是用于飞机座椅弹

30、出试验的。美国于1972年开发出了混合II型假人Hybrid II，并于1973年在FMVSS 208标准（乘员碰撞保护）中将Hybrid II 50th假人作为评定汽车碰撞试验中乘员碰撞保护性能的标准设施。1976年美国对Hybrid II进行了改进，开发出了更接近人体特性的Hybrid III型假人（图2-27）。 图2-27 Hybrid III型模拟人 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置 国际上至今已研制出许多种先进的计算机仿真模型及商品化软件,这些仿真模型中都包含有二维或三维的基于多体系统动力学的人体模型（CAL 3D和MADYMO 3D）（图2-28）。 图2-28 应

31、用MADYMO仿真程序开发的人体模型 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置（3）汽车座椅设计的人机分析）汽车座椅设计的人机分析 汽车中的座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要设施，而驾驶员的座椅就更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅可以减轻驾驶员的疲劳程度，降低故障的发生率。汽车驾驶员座椅设计的优劣与否直接关系到驾驶质量。汽车驾驶座椅人机工程学的设计目的，就是使设计出来的座椅能够满足人机工程学标准。 运用人机工程学原理研究汽车座椅，驾驶员及乘客具备良好坐姿的必要条件是将最适当的压力分布于各脊椎骨之间的椎间盘上，并将最适当、最均匀的静负荷量分布于所附着的肌肉组织上。 人坐在座椅上最舒适的姿势

32、，是臂部离开靠背略向前移动，上体胸肩部位与大腿下平面之间的夹角为115，使腰背肌肉放松，双腿能舒适地搁置于地面，使腹部通向大腿的血管不受压迫，血液正常循环，符合人体坐下休息时的生理要求（图2-29）。图2-29 用于调查坐姿舒适度的测试座椅 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置 坐姿人体测量尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。与座椅设计相关的人体测量主要尺寸（图2-30、图2-31）有：坐着的高度；膝盖的高度；坐着的臀部高度；肘高；大腿净高；臀部至膝盖的距离；臀部至小腿的距离；肘至肘的宽度；臀部宽度。图2-31 美国标准SAE J826要求的车内人体坐姿测量尺寸 除了要考虑座椅的舒适度

33、外，还要考虑其保证人的视野开阔，手部与方向盘的关系和角度、腿部与脚踏板的距离、脚和离合器、刹车的距离等（图2-32）。图2-32 脚踏板、方向盘等部件的人机尺寸要求图2-30 与座椅设计相关的人体测量尺寸及百分位 2.2.2 2.2.2汽车人机布置汽车人机布置 现代汽车座椅的优点有：驾驶员、副驾驶员座椅配有一套机械式咬合定位机构，可向上拉动操纵杆，沿纵向（前后）调整座椅位置。如图2-33所示，通过位于座椅外侧操纵杆的“泵式运动”，可将座椅在高度方向上调到最理想位置。图2-33座椅调整 缺点有：我国汽车大都是引进国外的设计参数，对我国人民的身体情况考虑很少，随着汽车消费量的增加，驾驶室中不符合人

34、机工程原理的缺点不断显现出来，成为影响驾驶员身体健康、发生车祸的隐患。现在座椅虽然都有调节机构，但也只能进行有限的机械式调节。比如大多数经济型轿车的腰靠部分只能进行简单的弹出和落下的操作，实现的作用仅仅是座椅腰靠有无的问题，并不能按照不同身高尺寸的脊椎特征来进行高低调节。 2.2.3 2.2.3显示装置显示装置 显示装置的设计是汽车造型设计中人机工程学的重要问题，下面我们来看看在显示装置的设计是汽车造型设计中人机工程学的重要问题，下面我们来看看在显示装置设计中要关注哪些内容。显示装置设计中要关注哪些内容。（1）仪表的设计）仪表的设计仪表布局设计仪表布局设计仪表照明设计仪表照明设计（2）信号灯设

35、计）信号灯设计 对于汽车设计，信号灯主要用来指示汽车工作的一种状态或要求信号灯的设计必须适合于它的使用目的和使用条件，保证信息传递的速度和质量。 2.2.3 2.2.3操纵装置操纵装置 操纵装置是指作业者用来改变机器状态的装置，其功能是将作业者的输出指令转换为机器的输入信号，是人机界面重要的组成部分。人发出的指令主要有两种形式：四肢活动和声音。汽车上的控制器大多数依靠人的手足来操纵，而手足操纵的实质就是力与位移。（1）分类与设计原则）分类与设计原则 根据用力的大小可将操纵装置分为两类，按键、旋转开关、旋钮等用手操纵的控制器属于操纵力小的操纵装置；手轮、操纵杆、油门等用手或脚操纵且用力较大的操纵

36、装置属于操纵力大的操纵装置。 处理操纵装置与操纵人的空间位置关系时可以参照以下设计原则：操纵装置应符合人体四肢的生理解剖结构和功能。手和手指适合精确和迅速的操纵动作，手臂和脚适合用力较大、精度较低的操纵动作。用手操纵的操纵装置应容易定位和抓握，位置应在肩关节和肘关节之间的空间，并完全可见。操纵装置之间的距离应适应人体尺寸和控制活动的要求。手指操纵的操纵装置之间的距离不得小于15毫米，手操纵的操纵装置之间的距离不得小于50毫米。操纵装置必须设计有一定的阻力和行程，防止误操作。 2.2.3 2.2.3操纵装置操纵装置（2）与汽车有关的常用操纵装置的人机设计原则）与汽车有关的常用操纵装置的人机设计原

37、则按键按键 按键是一种用手或手指操作、所占面积较小的操纵装置，可以用色彩和符号进行有效编码。 旋钮旋钮 根据其运动特性，旋钮可分为连续转动的旋钮和定位转动的旋钮两类。常见的旋钮形态有圆形、箭头形、复合形。保证操作时手感舒适、转动灵敏是旋钮设计的主要目的。控制杆控制杆 当控制转臂的长度超过50毫米，就可以称之为控制杆或操纵杆。操纵杆的自由端装有把手或手柄，另一端与机器的受控部件相连。足踏器足踏器 足踏器可分为直动式、摆动式和回转式（包括单曲柄式和双曲柄式）三种。对于操纵力较小的足踏器（如汽车的油门控制），其操纵力和操作阻力都较小，脚的重量应主要落在地面或支撑面上，用前脚掌或脚尖控制踏板。2.3空

38、气动力学基础空气动力学基础2.3.12.3.1空气动力学四个发展阶段空气动力学四个发展阶段（1）基本形状化造型阶段 从20世纪初期开始的人们从外形上注意了空气动力特性.（2）流线型化造型阶段 在这一阶段人们开始用空气动力学的观点指导汽车造型。（3）车身细部优化阶段 到20世纪70年代，汽车空气动力学进入了最优化阶段。在这个阶段，汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部如圆角半径、曲面弧度、斜度及扰流器等逐步或同时进行修改，以防止气流的分离现象发生及降低阻力，称为“细部优化法”。 （4）汽车造型的整体优化阶段 随着空气动力学基础研究的不断发展及风洞试验技术的发展，汽车空气动力学

39、进入了汽车造型的整体优化阶段。汽车整体优化设计的方法是采用具有极低气动阻力系数的优秀空气动力学设计的原型，在不改变其整体流场的条件下，使其逐步形成具有低气动阻力系数的实车（图2-34）。图2-34 符合空气动力学要求的汽车造型及底盘结构 2.3.2 2.3.2汽车气动造型设计规律汽车气动造型设计规律 通过对历史上各种符合空气动力学的汽车理想造型的研究成果分析，我们可以总结出优异的汽车气动造型设计规律如下：（1）车头设计）车头设计 车头设计中在满足各方面要求的前提下尽可能地接近流线形状，并获得最小的车头正面投影面积，这样就能获得较好的空气动力学效果（图2-35）。图2-35 车头空气动力学测试（

40、2）发动机罩与挡风玻璃设计）发动机罩与挡风玻璃设计 风洞试验发现，挡风玻璃与发动机罩的夹角越小，空气动力学效果就越好，但是实际设计中，挡风玻璃如果倾斜得太厉害，不仅不利于车内乘坐空间的设计，还会影响驾驶员的视野，因此就必须寻找一个“性价比”最佳的夹角值。（图2-36）。图2-36 发动机罩及前挡风空气动力学测试 2.3.2 2.3.2汽车气动造型设计规律汽车气动造型设计规律（3）车顶造型）车顶造型 将车顶设计成一定的上鼓曲面，有利于气流的顺利流过，从而降低风阻系数，功能上也有利于车内人员顶部空间。但这在另外一方面却带来了汽车正投影面积的增加，又使风阻变大。在实际设计时，应综合考虑这两方面矛盾的

41、因素，在满足车内空间要求的同时，选择最佳气动外形（图2-37）。图2-37 车顶空气动力学测试（4）汽车后窗与后备箱设计）汽车后窗与后备箱设计众所周知，在各种车型当中，三厢轿车在我国的汽车消费市场最受欢迎。但从空气动力学的角度分析，三厢造型的后窗与后备箱是气动性能最差的区域。在实际设计时，应当考虑减小后窗与水平面的夹角，提升后备箱的高度，从而减小尾涡区域，达到降低风阻的目的（图2-38）。图2-38 后窗空气动力学测试 2.3.2 2.3.2汽车气动造型设计规律汽车气动造型设计规律（5）车身侧面设计）车身侧面设计 由于车身侧面外形弯曲，会使正面投影面积增大，所以不能盲目追求车身侧面外形的弯曲。

42、（6）车尾扰流板）车尾扰流板 扰流板的作用主要是为了减少车辆尾部的气动升力。利用扰流板的倾斜度，可以通过气流运动产生向下的压力，有效地提升了赛车的抓地性能。但由于扰流板是车身凸出的造型，同时也增加了风阻，因此在实际设计时也要将这两方面矛盾因素同时进行考虑（图2-39）。（7）最佳造型的设计规律最佳造型应是以机械工程学、人机工程学、空气动力学和美学全面恰当地糅合在一起并有独特风格的造型。确定高速、安全、舒适的汽车外形，最重要的是如何减小气动阻力和升力的影响，即空气动力学的问题。机械工程学和人机工程学的因素虽然限定出汽车外形设计的边界，然而空气动力学的要求同时也为汽车外形的多样变化打开了一扇门。图

43、2-39 车尾扰流板空气动力学测试 2.3.3 2.3.3汽车造型发展趋势汽车造型发展趋势 目前，车身造型作为汽车设计的一个重要环节，受到汽车制造者前所未有的关注。现代风洞技术的发展以及计算机、数控机器在汽车车身设计中的应用，为车身造型实现空气动力性最优化提供了有力保证。同时，新材料、新工艺在汽车车身上的应用使汽车制造者以较少的投资实现产品的小批量、多梯化成为可能。面对日趋激烈的市场竞争，在充分满足空气动力性要求的前提下，车身造型更注重视觉效果，显现出艺术化、多样化和个性化的发展趋势。一辆辆美轮美奂的车型应运而生，或激烈浪漫，或古典含蓄，或粗犷豪放，最大限度地满足不同年龄、不同层次的购车族的要

44、求。可以预见，随着汽车技术的发展及个性化消费时代的到来，未来汽车的造型将更为平滑、流畅，富有个性，同时将向着更具简洁、方便和快速性的方向发展。 为节能的需要，新动力车如电力汽车、太阳能、氢气和风力等多种能源汽车不断出现，如德国奔驰公司设计的太阳能汽车、电瓶汽车等。此外，采用兼用太阳能与燃油、太阳能与电瓶、风帆与发动机、风力与发动机的技术是人类的智慧向沙漠和草原的挑战。为使汽车脱离传统的路面，诸如气垫车、水陆两用车以及高越野性汽车等多种车型不断出现。 未来汽车将具备多种适应能力和多种功能。可以预见，为摆脱驾驶员的高度紧张状态，电脑将广泛地用于汽车的各个系统。新的发展要求设计师具有更丰富的想象力和

45、创造力，以创造出千变万化的更简洁、方便及快速的新车型。2.42.4材料与工艺材料与工艺2.4.12.4.1钢板钢板（1）材料特性）材料特性 车身最主要的材料是钢板。钢板零件的重量占轿车车身总成的60，占货车驾驶室总成的45。 对于车身用钢板的主要要求有：有好的冲压性能和焊接性能，并且有防锈、防蚀能力以及良好的表面质量。图2-40 车身钢架（2）钢板零件的成型）钢板零件的成型 大批量生产的车身零件都采用冲压设备经过压力加工成所需的形状。剪切工序在剪床上实施；而冲裁、弯曲、拉延、成型工序在压床上借助于模具实施。运用现代化的计算机辅助设计和计算机辅助制造（CADCAM）一体化的方法，可以根据车身零件

46、的数字化形面设计冲模及冲模加工程序，再用数控铣床制造出模具，其质量很高，并且缩短了制造周期。2.4.22.4.2铝合金铝合金（1）材料特性）材料特性 汽车车身铝合金材料的使用由来已久，可以说，车身铝合金材料的设计与制造技术借鉴自飞机。纯铝材料的性能不够理想，所以都加入铁、铜、硅、镁等成分而制成合金，加入铁、硅等能提高材料的强度和硬度，加入铜、镁等能提高材料的工艺性能。（2）铝合金车身零部件的制造）铝合金车身零部件的制造 车身零部件的制造可选用铝合金板材。铝合金材料的制造难点是其焊接性能较差。因此，在设计铝车身时应尽量考虑减少焊接的工作量和焊缝长度。近年来，铝制车身零部件（图2-41）的数量不断

47、增加。例如，我国小红旗轿车的前后车门内板和窗框以及保险杠骨架就是用铝制成的。国内采用铝板作为大客车的蒙皮，采用铝材料制造货厢的例子更是不胜枚举。但是，铝车身的价格比钢车身的价格高得多，而且在制造时需要解决焊接、特殊处理防锈等许多技术问题。此外，铝制车身的碰撞安全性问题仍需仔细研究探讨。图2-41 铝合金轮毂2.4.32.4.3玻璃玻璃（1）材料特性）材料特性 玻璃具有透明、隔声和保温等作用。汽车用玻璃一般约占整车质量的4。汽车门窗用玻璃是在普通无机平板玻璃基础上加工制成的，但对性能和强度的要求比普通平板玻璃高得多。它们既要有良好的视野性，又要有高度的安全性。为了保证有良好的视野，汽车用玻璃必须

48、光滑平整、厚薄均匀、光学变形小、透光率高（不小于82），即使在前挡风玻璃破碎时，仍应保证给驾驶人员提供一个安全驾驶的视区。 从安全性要求出发，汽车玻璃必须有足够的强度，而且当玻璃被撞击碎裂时，也不会形成尖角碎片而伤及乘员。（2）材料成型及加工工艺）材料成型及加工工艺 随着对汽车安全性要求的提高以及人们对汽车多功能和舒适性的追求，在车用玻璃方面研制开发出的新产品也越来越多。例如，用真空溅射法将金属离子溅射到玻璃上而形成一层反射层的镀膜玻璃，能将65的太阳能反射，不仅可控制车内的温度，而且还能起到防眩及保护汽车内的塑料装饰、仪表板不因长期被紫外线照射而老化的作用。此外，采用聚甲基丙烯酸甲酯做成的车

49、用有机玻璃，实际是一种高度透明的热塑性塑料。常用它制作某些车身承载壳体的构件和有一定透明度和强度要求的零部件，如油杯、油标、标牌、透明管道、遮阳板、后灯灯罩等。2.4.42.4.4塑料塑料（1）塑料的特点）塑料的特点 随着21世纪科技的发展、新材料及新成型技术的不断进步，时下人们对汽车提出了一系列高标准要求,塑料制品因具备抗腐蚀、隔热、耐磨、减震、消声等优良性能及低廉的价格、简单的加工工艺，正逐步替代传统金属及一些合金材料，用作汽车内饰件、外饰件、车体和机罩下部件（图2-42）。 目前一些新型车除座椅外，顶饰、仪表板等内饰件几乎全部采用塑料制造。采用轻质材料，尤其是塑料及其复合材料是实现汽车轻量化的重要手段。图2-42 汽车材料组合2.4.42.4.4塑料塑料（2）汽车用内饰塑料的发展趋势）汽车用内饰塑料的发展趋势 随着汽车向小型化、轻量化方向的发展，塑料在汽车上的用量日益增加，特别是汽车内饰件（图2-43）对材料提出了更高的要求。从世界各国对汽车内饰材料的研究情况来看，主要有下面几个方面的发展趋势。 图2-43 汽车内饰发展2.4.42.4.4塑料塑料开发复合型材料 汽车上使用复合材料的零件主要是仪表板、门护板、顶盖内护板、地毯、座椅及包裹架护板，它们基本上是由表皮（塑料、织物、地毯）、隔声减震部分（泡沫或纤维）和骨架部分组成（图2-44）