汽车车身结构与设计的核心内容

车身总布置的第一阶段与车身概念设计同时进行，主要任务是考虑整车形式和车身与整车总布置的关系，而后根据各总成形式和整车总布置的要求确定车身的形式。对于轿车，主要是确定乘员人数、车门数量、座椅数量以及车身造型风格、车身级别等。

1.车身总布置与整车总布置的关系

车身总布置设计与底盘、发动机及电气设备等布置有密切关系。车身总布置设计是在整车总布置和底盘总布置的基础上进行的，主要包括车身内外形、发动机舱、行李箱、前后围、地板、车窗、内饰总成和部件、备胎、燃料箱和排气系统的布置设计等。整车总布置需要考虑以下内容。

（1）汽车总长La、总宽Ba，总高H a、轴距L、轮距B、前悬LF、后悬LR等控制尺寸。

（2）轴荷分布范围。

（3）底盘各总成的位置和轮廓尺寸——包括动力总成、散热器、前后桥、传动轴、车轮、悬架、转向系统等。

（4）车身承载形式、类别、级别、乘员数量、车门数量等。

（5）使用要求及操纵机构的相互位置等。

整车总体方案确定后要进行整车总布置的有关计算工作，并要在整车方案布置草图及各总成匹配的基础上正式绘制和布置整车总布置图。整车总布置图包括侧视图、俯视图、前视图、必要的断面布置图和局部布置图。在绘制整车总布置图的过程中，要随时配合、调整和确认各总成的外形尺寸、结构、布置形式、连接方式、各总成之间的相互关系、操纵机构的布置要求，悬置的结构与布置要求、管线路的布置与固定、安装与调试的方便性等。

整车总布置基本完成后，即可进入车身总布置设计阶段。驾驶人群体的人体尺寸是车身总布置设计的基本依据。

2.车身总布置的基准线（面）

确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，绘图时应将汽车前部绘在左侧。

车身总布置设计的坐标基准线（面）包括以下几部分。

（1）车架上平面线（非承载式）。车架上平面即纵梁翼面上较长的一个水平面或承载式车身中部底板或边梁的上缘面。它在侧视图上的投影线称为车架上平面线，作为垂直方向尺寸的基准线（面）。

（2）前轮中心线。通过左、右前轮中心并垂直于车架上平面线所在平面在侧视图上的投影线，称为前轮中心线，它作为纵向尺寸的基准线（面）。

（3）汽车中心线。汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线称为汽车中心线，它作为横向尺寸的基准线（面）。

（4）地面线。地平面在侧视图和前视图上的投影线称为地面线，此线是标注汽车高度、接近角、离去角和离地间隙等的基准线。

（5）前轮垂直线。通过左、右前轮中心，并垂直于地面的平面，在俯视图和侧视图上的投影称为前轮垂直线，它是标注汽车轴距和前、后悬架的基准线。当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合。载货汽车的车架上平面在满载静止位置时，通常设计成对地面倾斜一个小的角度a F（一般为0.5°～1.5°），可以在汽车驱动时使车厢接近水平。为方便制图，常将车上平面画成水平的，而地面线画成倾斜的（与水平线成a F角）。

3.总布置设计的主要内容

（1）动力总成的布置

发动机和传动系统的布置形式，以及各总成和部件的布置位置、空间尺寸等，决定整车的轴荷分配，影响整车动力性、乘坐舒适性、操纵稳定性、安全性，以及整车长宽高、车身布置的位置和空间。在确定发动机布置形式和驱动方式时，应考虑以下两个因素。

①减小传动轴夹角：发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成1°～4°夹角，轿车为3°～4°。

②前纵梁之间的距离：发动机前置后轮驱动的轿车，必须考虑吊装在发动机上的所有总成（如发动机、空调装置的压缩机等），以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性，还应保证在修理和技术维护情况下，考虑从上方安装发动机的可能性。

（2）发动机舱和前、后围布置

发动机舱需要根据发动机、变速器、排气系统、散热器和蓄电池等的尺寸和布置来确定其空间，并据此进行结构设计。对于前置发动机，根据发动机及空气滤清器的高度确定发动机舱盖的高度和倾角。发动机舱盖前端高度取决于散热器布置的高度，在保证油底壳离地间隙、发动机等部件与发动机舱内表面间隙的条件下，降低发动机舱盖高度有利于车身前部造型和驾驶人前下方视野。

前围板将发动机舱与驾驶室隔开。在前围上部固定前风窗玻璃，驾驶室内侧安装仪表板，外侧支撑发动机舱盖，安装刮水器。前围板到发动机后端应保证有足够的间隙，以布置转向系统机构、制动系统和离合器的管路与附件，以及暖风系统的风道，也便于拆卸气门罩壳和接近气门。假如有分电盘安装在发动机后面，车身前围板位置则要根据分电盘来决定。当车身通风系统的进气口和导管布置在前风窗玻璃前面时，车身前围板还应适当后移。根据发动机舱盖后端的高度以及仪表板上表面的位置，可确定前围上部的高度和形状。前围下部常采用倾斜面与地板连接，倾斜面一般与前轮罩面相切，以利于前排乘员保持良好的搁脚姿势。将发动机位置前移，前围板可相应前移以加大前排乘员搁脚空间。前围布置完毕后，可根据前围和地板位置初步确定加速踏板的位置。

对于三厢轿车，利用后围将车室与行李箱隔开。后围上部应保证后窗玻璃下沿的安装位置。在风窗与靠背之间设置杂物搁板，风窗下沿的外部为行李箱盖支撑位置。一般情况，后围的布置与后排座椅靠背的背面齐平，以增加行李箱容积。后背下部与地板连接。

（3）地板布置与轮罩形状(www.xing528.com)

最小离地间隙对汽车的舒适性和通过性有较大影响。开始设计时，轿车最低凸出部位所要求的最小离地间隙可取240 mm为参考值。

地板平面位置在保证必要的离地间隙的情况下应尽可能低，以降低汽车重心，提高汽车高速行驶的稳定性。地板的高度取决于离地间隙、车架纵梁或底架中梁和横梁（加强地板用）的截面高度。在有车架的情况下，还必须计入大梁横截面及其上平面与车身地板之间的距离。

前面已经分析了发动机和传动系统布置形式对地板高度的影响和应对措施。对于传统布置形式的轿车，根据车身承载形式不同可绘出地板总成的横截面。图3-2是各种车架形式轿车上的地板截面。除了减小车架纵梁高度，后桥上面的一段梁做成向上弯曲的形状，也可降低地板平面，如图3-3所示。驱动桥采用准双曲面齿轮也是为了降低传动轴位置的高度。

图3-2 各种车架形式的地板总成截面

图3-3 降低车身底板平面的措施

设计微型轿车时，在保持外形小巧紧凑的同时，还要尽量增大车身内部空间，提高乘坐舒适性。轮罩会在地板的前后端产生凸包，前轮罩将会影响前排乘员的搁脚空间和踏板布置；后轮罩将会影响后排座椅的布置。如果将轮罩做成圆滑的外形，可加大前座搁脚空间或使后座加宽。车轮在转向时不占用轮罩中部，为充分利用空间，可将其做成嵌入轮罩内的凹部，节省出的空间可用来布置离合器踏板或安放坐垫的最宽部分，这样可将座椅降低或前移，如图3-4所示。轮罩空间在满足车轮转向和跳动所需空间的前提下应尽可能减小，轮罩最好不凸出到室内。

图3-4 允许增加坐垫宽度的轮罩外形

设计轮罩时，要考虑轮胎可能会有的最大尺寸、车轮跳动的极限位置和最大转向角，以及轮胎根据悬架的弹性相对于车身的位移。轮罩表面形状不仅要包含车轮在跳动和转向过程中占据的空间，还要考虑悬架—车轮系统的装配误差、导向机构和各铰接点的弹性、轮胎旋转时离心力和汽车制动力引起的弹性变形，以及安装防滑链所需的空间等，有时还应考虑轮胎表面粘接杂物导致直径增大，以及轮胎能方便地从轮罩中取出等情况，需要在车轮跳转包络面的基础上加一定的间隙空间。如图3-5所示，非转向轮的轮罩高度取决于汽车悬架的最大弹性和行程限位块的位置，轮罩的宽度b取决于汽车侧倾时车轮相对于车身横向摆动的可能性，车轮最外点与轮罩之间的间隙l应不小于50 mm，轮罩的外边缘应保证可以更换车轮。对于转向轮的轮罩设计，先确定车轮跳动到极限位置（一般情况下，规定橡胶缓冲块压缩到约为自由高度的2/3，对于只在良好道路上行驶的高级轿车，可以允许缓冲块压缩到自由高度的1/3）和最大转向角（可取±25°）时占用的空间，其步骤如图3-6所示。

图3-5 非转向轮轮罩横截面尺寸

图3-6 轿车转向轮轮罩外形与翼子板开口的确定

首先，在侧视图上画出车轮跳动前后的位置；其次，在俯视图上画出绕主销轴线转至最大转角的车轮（如果忽略主销后倾角与主销内倾角的影响，可认为主销轴线就是车轮中心线）；然后，将侧视图上的车轮极限位置用水平截面A—A、B—B、C—C、D—D划分，并将每一截面的轮胎外形画在俯视图上，便得到各截面上车轮最大直径处的运动轨迹，这些轨迹所包络的空间就是车轮转向、跳动所必需的最小空间。在轮胎截面运动轨迹周边做一条间隙为30 mm的轮廓线，它与俯视图上翼子板外廓线的一系列交点投影到侧视图上，即可确定翼子板的开口形状。

（4）行李箱、燃油箱和备胎的布置

在轿车上，油箱和备胎的布置对车身内部的有效容积和汽车的轴荷分配有很大的影响。现代轿车普遍将行李箱布置在车尾。设计时，根据整车造型、空气动力学要求和后窗下沿高度，可确定行李箱盖的高度和轮廓线，进而确定行李箱的长度和容积。行李箱的有效容积在中级轿车上为0.4～0.7 m3，高级轿车为0.7～0.9 m3。

为安全起见，燃油箱不应布置在发动机舱内，通常将它和备胎同时布置在行李箱内。燃油箱的布置应确保必要的燃油箱容积和燃油箱最小离地间隙；加油口位置要方便加油操作；油道要合理，装配方便。

备胎布置应做到尽量少占用行李空间，且保证在装满行李的情况下，仍能方便地取出备胎，因此常将备胎紧贴侧壁或后壁垂直放置。对于FF形式的轿车，后桥取消了主减速器，可有更大的空间来布置燃油箱和备胎，行李箱容积也将增大。

（5）散热器和风扇的布置

进行散热器和风扇的布置时，需要满足以下要求。

1）尽可能降低它们的高度尺寸（降低发动机舱盖的高度，改善驾驶人的视野）。

2）风扇直径的圆周速度≤110 m/s，要求特别舒适的轿车其圆周速度应为80～90 m/s。散热器厚度一般为60～100 mm，散热器宽度尺寸与高度尺寸相等。风扇叶片到散热器的距离过大则冷却效果下降，过小则风扇易碰到散热器，一般为50 mm左右。风扇轴线与动力总成同时倾斜，可以用导流罩来增加冷却效果。散热器高度位置的上边缘不低于风扇边缘。百叶窗主要用于保持温度，且能美化外观。

（6）硬点和硬点尺寸

车身布置主要是确定车身对整车及总成的位置关系，以及车身各部分之间的尺寸，实际上是确定车身内部硬点之间的尺寸关系。设计硬点是总布置设计过程中，为保证各部件之间的协调和装配关系，以及产品造型风格要求所确定的控制点（或坐标）、控制线、控制面及控制结构的总称，通常称为硬点（Hard Point）。硬点对整车性能、车身造型和车内布置具有重要意义。硬点尺寸是指连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间以满足使用要求的空间尺寸，这些尺寸关系必须满足汽车的各项要求。通常，外部尺寸与造型和空气动力性能密切相关，并影响汽车的重量和轴荷分配、整车性能等；而内部尺寸的确定将直接影响乘员的乘坐舒适性、操作方便性、安全性以及上下车的方便性等；车身与总成之间的间隙应考虑安装空间、运动干涉、维修空间及部件散热等因素。

硬点尺寸之间的约束数目繁多，关系复杂；很多硬点之间的关系是依据大量统计资料和设计者的经验来确定的。美国汽车工程师协会（Society of Automotive Engineers，SAE）推荐实施的SAE J1100标准专门定义了整车和内部尺寸，列出了硬点、硬点尺寸代号、定义和测量方法。硬点尺寸代号采用前缀加数字加后缀的形式表示。字母前缀的L代表长度尺寸，W代表宽度尺寸，H代表高度尺寸，A代表角度尺寸，TL代表H点位置和行程的长度尺寸，TH代表H点位置和行程的高度尺寸。数字代号的1～99代表内部尺寸，100～199代表外部尺寸，200～299代表行李箱尺寸，400～599代表货车、厢式货车和运动车尺寸。