汽車(chē)車(chē)身節(jié)能技術(shù)課件

第五章汽車(chē)車(chē)身節(jié)能技術(shù)

車(chē)身造型的發(fā)展車(chē)身造型設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)車(chē)身造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)車(chē)身造型第二節(jié)車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化車(chē)身輕量化技術(shù)概述車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)車(chē)身造型

一、車(chē)身造型的發(fā)展馬車(chē)狀汽車(chē)

廂型車(chē)

船型

“甲殼蟲(chóng)”型

魚(yú)型

楔型

子彈頭型二、車(chē)身造型設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)概念

1.汽車(chē)空氣阻力系數(shù)圖5-8汽車(chē)受到的氣動(dòng)力和力矩示意圖—合成氣流相對(duì)速度；

—縱向氣流相對(duì)速度；

—側(cè)向氣流相對(duì)速度（側(cè)風(fēng)速度）；β—橫擺角，；D—車(chē)身縱向氣動(dòng)阻力(x軸方向）；

S—車(chē)身側(cè)向氣動(dòng)阻力(y軸方向）；

L—車(chē)身垂直方向的氣動(dòng)阻力（z軸方向）；PM—縱傾力矩（繞y軸）；RM—側(cè)傾力矩（繞x軸）；YM—橫擺力矩（繞z軸）；a—軸距。2.汽車(chē)阻力特性空氣阻力所消耗的功率與車(chē)速的三次方成正比，在車(chē)速高的時(shí)候，空氣阻力將是主要的阻力。圖5-9行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系1）汽車(chē)阻力分類(lèi)總的空氣阻力外部阻力內(nèi)部阻力形狀阻力誘導(dǎo)阻力發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系阻力駕駛室內(nèi)空調(diào)阻力汽車(chē)部件冷卻阻力圖5-10氣動(dòng)阻力組成圖5-11氣動(dòng)阻力成分及其隨車(chē)尾傾角的變化CD—總阻力系數(shù)CR*—摩擦阻力系數(shù)CK*、CS*、CB*—分別為各部分阻力系數(shù)的貢獻(xiàn)度3）誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力是伴隨升力而產(chǎn)生的阻力成分：式中:CL—誘導(dǎo)阻力系數(shù)；CDi—升力系數(shù)；λ—寬長(zhǎng)比（總寬／總長(zhǎng)）；β—修正系數(shù)。圖5-12不同尾部外形的汽車(chē)的尾流流態(tài)圖圖5-13改變尾部?jī)A角對(duì)氣動(dòng)阻力系數(shù)CD及后軸升力系數(shù)CLR影響的一例3.降低空氣阻力系數(shù)CD的措施改善轎車(chē)前端形狀改善后窗傾角和車(chē)頂拱度正確選擇離地間隙放置擾流板優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng)2）改善后窗傾角和車(chē)頂拱度圖5-16改善后窗傾角圖5-17改善車(chē)頂拱度3）正確選擇離地間隙圖5-18離地間隙e對(duì)CD以及升力系數(shù)CL的影響4）放置擾流板圖5-19車(chē)尾部擾流板對(duì)CD的影響圖5-20后視鏡對(duì)CD的影響冷卻氣流流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙各部位的示意圖序號(hào)氣流通過(guò)形式空氣阻力系數(shù)1沒(méi)有冷卻空氣（前部封閉）0.2262有冷卻空氣（下部無(wú)障礙流出）0.2543只從下部專(zhuān)門(mén)出口流出0.2444只從下部帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.2365只從側(cè)面帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.2356只從上部帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.223表5-2不同形式氣流流過(guò)冷卻系統(tǒng)后對(duì)汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)的影響

冷卻氣流流經(jīng)冷卻系統(tǒng)的壓力損失有:

冷卻空氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣格柵的壓力損失為△PG；流向散熱器過(guò)程中沿程摩擦阻力和渦流而造成的壓力損失為△PE；流過(guò)散熱器壓力損失為△PK；流經(jīng)風(fēng)扇的壓力升高△PV。某轎車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)中壓力變化場(chǎng)和冷卻空氣流場(chǎng)示意圖三、車(chē)身造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)車(chē)身造型進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)空氣動(dòng)力化。發(fā)動(dòng)機(jī)的布置形式。設(shè)置前、后擾流板等氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，改善氣流的流動(dòng)狀況。車(chē)身乘員艙仍要處于前后輪之間，地板要盡量降低，以獲得較大的室內(nèi)空間及開(kāi)闊的視野，保證乘員的舒適性和安全性。優(yōu)化車(chē)身細(xì)部外形，以減少車(chē)身表面的凹凸面和突起物。目前世界上較為普遍的改善汽車(chē)造型的空氣動(dòng)力性能方法主要有：二、車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑

（一）車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

1.變截面薄板及其在車(chē)身制造中的應(yīng)用

用于車(chē)身制造的變截面薄板分為兩種，一種是激光拼焊板（TailorWeldedBlanks，TWB），另一種是通過(guò)柔性軋制生產(chǎn)工藝得到的連續(xù)變截面板（TailorRollingBlanks，TRB）。

TWB是根據(jù)車(chē)身設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度要求，采用激光焊接技術(shù)把不同厚度、不同表面鍍層甚至不同原材料的金屬薄板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。TWB可以根據(jù)需要任意進(jìn)行拼接，因而具有極大的靈活性，并且能按照等強(qiáng)度的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)一些原來(lái)是等厚度的車(chē)身零部件，把它們由原來(lái)的鍛造加工轉(zhuǎn)換為沖壓加工，既提高加工效率，又節(jié)省加工能源。

TRB通過(guò)一種新的軋制工藝―柔性軋制技術(shù)而獲得的連續(xù)變截面薄板。TRB連續(xù)變化的截面提供了有利于后續(xù)成型加工的可能性。TWBTRB減重效果較好較好機(jī)械性能和應(yīng)用效果TWB在沿長(zhǎng)度方向上的硬度有跳躍式的變化,使后續(xù)的成型加工不便；焊縫無(wú)法徹底掩蓋，不適宜用作車(chē)身外覆蓋件材料，一般只用來(lái)制作內(nèi)覆蓋件或支承結(jié)構(gòu)件。TRB具有較好的機(jī)械性能，沿長(zhǎng)度方向硬度變化平緩，具有更佳的成型性能；零部件厚度可以連續(xù)變化，以適應(yīng)車(chē)身各部位的承載要求；其表面變化是連續(xù)、光滑，可制作車(chē)身外覆蓋件。工藝復(fù)雜程度可通過(guò)激光焊接工藝進(jìn)行任意拼接；焊縫及其附近會(huì)產(chǎn)生局部硬化，需要一道熱處理工藝來(lái)消除硬化效應(yīng)，從而加大了工藝復(fù)雜程度。TRB不存在TWB的焊縫問(wèn)題，但受軋制工藝和軋機(jī)設(shè)備的限制，其厚度變化只能發(fā)生在板料的初始軋制方向上；此外，無(wú)法把不同金屬材料的板料“軋制”在一塊整板上。2.TWB與TRB的比較3.TRB應(yīng)用中尚需解決的問(wèn)題車(chē)身覆蓋件壓模具的設(shè)計(jì)

對(duì)于變截面薄板來(lái)說(shuō)，原來(lái)基于等厚度板材所建立的力學(xué)本征模型、數(shù)值仿真模型及三維幾何模型都不再完全適用了。需要花大力氣重建這些模型，針對(duì)變截面薄板的具體變化特征來(lái)重新設(shè)計(jì)車(chē)身覆蓋件沖壓模具。變截面薄板在沖壓過(guò)程中的變形和材料流動(dòng)性

變截面薄板的引入使車(chē)身覆蓋件的沖壓成型過(guò)程變得更為復(fù)雜，在同樣的壓邊力和拉伸力條件下，板料各部位的變形不均勻，覆蓋件的成型更難以控制。板料回彈問(wèn)題：

對(duì)于TRB來(lái)說(shuō)，由于其本身結(jié)構(gòu)的特殊性，即沿軋制方向連續(xù)變化的截面形狀及由此引出的材料機(jī)械性能的非均一化，將會(huì)使工件回彈問(wèn)題變得更為復(fù)雜。三、車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)

（一）我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題

需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識(shí)體系；必須要由國(guó)家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其關(guān)鍵