第六讲汽车造型设计与空气动力学
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提出车型平台化概念，使开发技术要实现快速和低成本； 实现了以计算机仿真与分析技术为主体的快速开发，并很快实现信息和 知识工程技术为基础的虚拟设计；
继续缩短设计周期 。1999年ford和GM宣布实现全新车型开发周期为22
个月和24个月,最终目标是12—18个月。
汽车车身结构与设计
32
二、汽车造型技术与方法
2.汽车造型遵循的原则
➢满足汽车用户需求：国家、地域、民族文化、时代. ➢法规需求：与造型有关的法规如视野,前后保险杠,灯具,牌 照尺寸和碰撞安全性等. ➢适应技术进步：
造型设计通过数字化曲面构造、数控加工模型,在数控 模型上少量修改便定型是未来汽车开发的主要形式,可以大 大缩短开发时间和提高开发质量. ➢具有完美的形象; ➢良好的空气动力性; ➢良好的工艺性; ➢材料的装饰效果.
汽车车身结构与设计
18
一、汽车的空气动力学性能
5.2 利用附加装置减小风阻 （1）前部扰流器
汽车车身结构与设计
19
一、汽车的空气动力学性能
（2）后部扰流器
可使后窗后部的负压力降低； 又可引导气流将后窗表面清洗， 避免尘土附着而影响后视野
汽车车身结构与设计
20
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计
33
二、汽车造型技术与方法
3.汽车造型技术与方法
（1）收集资料信息形成造型设计概念 ➢借鉴、继承和改进; ➢征得消费者对汽车的意见和期望; ➢每年参加各地举办的汽车展览会; ➢收集市场的信息反馈.
（2）获得造型设计的基本硬点-控制线图 总布置设计、局部改型设计的控制关系
（3）造型构思草图
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 12.1720 .12.17 Thursday , December 17, 2020
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 5:25:35 05:25:3 505:25 12/17/2 020 5:25:35 AM
•
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1705 :25:350 5:25De c-2017 -Dec-2 0
✓ 汽车造型设计的发展过程 ✓ 汽车造型技术与方法
汽车车身结构与设计
2
一、汽车的空气动力学性能
1.汽车行驶时所受到的气动力和力矩
质心C．G． 气动力F：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。 风压中心C．P．：合 力在汽车上的作用点。
F Fx Fy Fz
F
Pq SCF
1 2
29
一、汽车的空气动力学性能
Audi100 C3整体优化设计
1.设计基本形体 多种缩比模型风洞试验。 2.改造为基本汽车外形
按空气动力学原理处理局部细节，如车身底部部 件、冷却系前端保险杠的缝隙等 。 3.精制基本模型 进行结构及工艺设计的详细考虑，使模型车基本 接近于真车。
4.试制产品车
0.17
汽车车身结构与设计
11
一、汽车的空气动力学性能
（4）汽车底部板向两侧略微上翘 使底部气流有一部分流向两个侧面。当气流向两侧疏导
时加快了底部的气流速度而使升力下降。
（5）斜背加”鸭尾”
汽车车身结构与设计
12
一、汽车的空气动力学性能
4.汽车的空气动力稳定性
风压中心在质 心前边不好！
汽车车身结构与设计
•
精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。202 0年12 月17日 星期四 上午5时 25分35 秒05:2 5:3520. 12.17
•
让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2 020年1 2月上 午5时25 分20.1 2.1705:25December 17, 2020
•
这些年的努力就为了得到相应的回报 。2020 年12月1 7日星 期四5时 25分35 秒05:2 5:3517 December 2020
0.25 CD 值
0.29
0.30
汽车车身结构与设计
30
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
31
二、汽车造型技术与方法
1.汽车造型设计的发展过程
（1）造型设计的原始阶段(1950年以前) 汽车造型设计作为一个兼具技术和艺术要求的行业诞生。
（2） 造型设计的发展期(1950-1969)
（3） 造型设计的成熟期(1970-1989) （4） 造型设计的辉煌期(1990年以后) （5） 汽车造型设计技术的发展现状
鱼雷形状
汽车车身结构与设计
25
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
26
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
27
一、汽车的空气动力学性能
（2）流线型化造型阶段（甲壳虫、船形） 降低气动阻力，并获得了可观的进展。
（3）细部优化阶段
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，控制以及防止气流的 分离现象发生，以降低阻力，称为“细部优化法’’(detail optimization) 。 （4）汽车造型的整体优化阶段
•
日复一日的努力只为成就美好的明天 。05:25:3505:2 5:3505:25Thur sday , December 17, 2020
•
安全放在第一位，防微杜渐。20.12.17 20.12.1 705:25:3505:2 5:35De cember 17, 2020
•
加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月17日 上午5时 25分20 .12.172 0.12.17
13
一、汽车的空气动力学性能
使风压中心和汽车重心重合; 形心在质心之后,靠近后轮; 质心在L(轴距)/2之前； 尽量使风压中心和汽车重心 位于同一水平面.
汽车车身结构与设计
14
一、汽车的空气动力学性能
5.改善汽车空气动力性能的措施
5.1 汽车外形的设计 （1）汽车头部的平面和侧面形状轮廓线应尽量圆滑
2SLCMX
汽车车身结构与设计
5
一、汽车的空气动力学性能
2.汽车的空气阻力
Fx
1 2
2SCD
正比：空气阻力系数CD，迎风面积S，空气密度ρ及车速v2
分为5个部分：
形状阻力
摩擦阻力
诱导阻力
干扰阻力
内部阻力
汽车车身结构与设计
6
一、汽车的空气动力学性能
阻力名称 形状阻力
摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力
•
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午5 时25分 35秒上 午5时2 5分05:25:3520 .12.17
•
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 1720.1 2.1705:2505:25 :3505:2 5:35De c-20
•
相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2020 年12月1 7日星 期四5时 25分35 秒Thur sday , December 17, 2020
21
一、汽车的空气动力学性能
（3）导流罩
汽车车身结构与设计
22
一、汽车的空气动力学性能
（4）隔离装置
是沿汽车中心线垂直 地安装在牵引车和半 挂车间的平板。
可改善因侧向风引 起的通过牵引车和 半挂车间间隙的水 平气流；
当与导流罩连用时， 可稳定导流罩的尾 流，从而保证导流 罩的效能。
汽车车身结构与设计
降低升力的措施：
（1）采用负迎角 迎角:汽车前、后 形心的连线与水 平线的夹角。
前高后低为正, 迎角越大,升力越大
造型应前低后高， 产生负升力更好！
汽车车身结构与设计
9
一、汽车的空气动力学性能
（2）在汽车前端底部、后端加扰流板
汽车车身结构与设计
10
一、汽车的空气动力学性能
（3）车尾地板向上翘起一个角度
首先确定一个符合总布置要求的理想的低阻形体，在其发展成 实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格地保证形体的光顺性， 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 ，称之为形体最佳化(Shape Optimization)。
汽车车身结构与设计
28
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
CZ XC )
1 2
2LCMy
式中 Xc，Zc——风压中心到质心的距离； L——特征长度，一般指汽车轴距； CMy——俯仰力矩系数。
横摆力矩Mz (以汽车右偏为正)：
MZ
Fy X C
1 2
2SCy X C
1 2
2SLCMZ
侧倾力矩Mx(以汽车右倾为正)：
Mx
Fy ZC
1 2
2SCZ ZC
1 2
23
一、汽车的空气动力学性能
6.汽车空气动力学的发 展阶段
降低气动阻力
气动升力及侧风稳定性
驾驶室内流、发动机冷却、 空气动力噪声及消除车身 上泥土附着等
汽车车身结构与设计
24
一、汽车的空气动力学性能
（1）基本形状造型阶段（1900——1930） 注意了空气动力特性，直接将水流和气流中的合理外形应 用到汽车上。
第六讲 汽车造型设计与空气动力学
————《汽车车身结构与设计》课程
教 师: 李 迪 专 业：车辆工程 学 院：交通与车辆工程学院
2006年11月6日
1
概要
❖ 汽车空气动力学性能
✓ 汽车行驶时所受到的气动力和力矩 ✓ 改善汽车空气动力性能的措施 ✓ 汽车空气动力学的发展阶段 ✓ 整体优化法设计
❖ 汽车造型设计
产生原因
汽车前后压 差
空气与车身 摩擦 空气升力的 纵向分力 扰动
内循环阻力
影响因素
车身表面形状 及其交接处的 转折方式 车身表面的面 积和光顺程度
气动升力
表面突起和各 种附件
冷却气流和车 内通风
一般轿车 CD=0.45
58%
9%
7% 14%
12%
理想型跑车 CD=0.20
70%
20%
0 5%
5%
汽车车身结构与设计
7
一、汽车的空气动力学性能
3.汽车的空气升力
Fx
1 2
2SCZ
正比
f(x) 上下表面曲率
CZ
上下表面压差
升力产生的原理
反映了车身形状和位置状 态对升力的影响程度，是 评价汽车升力特性的重要 指标。
提示：为安全考虑，减小气动升力比降低气动阻力更为重要!!!
汽车车身结构与设计
8
一、汽车的空气动力学性能
•
爱情，亲情，友情，让人无法割舍。2 0.12.17 2020年 12月17 日星期 四5时2 5分35 秒20.12. 17
谢谢大家！
汽车车身结构与设计
2SCF
迎风面积S
车身形状系数
汽车车身结构与设计
3
一、汽车的空气动力学性能
气动阻力：
Fx
1 2
2SCD
气动升力:
Fz
1 2
2SCy
侧向分力：
Fy
Hale Waihona Puke Baidu
1 2
2SCZ
汽车车身结构与设计
4
一、汽车的空气动力学性能
纵倾力矩又称俯俯仰力矩My，(以使汽车抬头为正)：
My
Fx ZC
FZ X C
1 2
2 (CDZC
（4）造型彩色效果图
汽车车身结构与设计
34
一、汽车的空气动力学性能
（5）油泥模型制作或数字化构造模型-三维数字化过程 手工缩比模型制作、全尺寸油泥模型
（6）数控加工模型
（7）测量与曲面光顺-数字化 反求：Surface 曲面、结构：UG、Proe、Catia
汽车车身结构与设计
35
谢 谢!
36
•
汽车车身结构与设计
15
一、汽车的空气动力学性能
（2）车头前端应尽量低矮
汽车车身结构与设计
16
一、汽车的空气动力学性能
（3）头部与前风窗下缘的交接处,前风窗顶部与顶盖的交接 处以及前风窗两侧的拐角等过渡区域都应尽量地圆滑
汽车车身结构与设计
17
一、汽车的空气动力学性能
（4）汽车中部应呈腰鼓形,汽车纵向的最大横截面不宜过 分地前移,以降低汽车的升力系数值; （5）汽车的底部形状最好采用整体平顺的底板,减小升力. （6）汽车车身的后部采用逐渐缓慢收缩的长尾式. （7）注意驾驶室向后部车厢的过渡,避免形状的突变.
继续缩短设计周期 。1999年ford和GM宣布实现全新车型开发周期为22
个月和24个月,最终目标是12—18个月。
汽车车身结构与设计
32
二、汽车造型技术与方法
2.汽车造型遵循的原则
➢满足汽车用户需求：国家、地域、民族文化、时代. ➢法规需求：与造型有关的法规如视野,前后保险杠,灯具,牌 照尺寸和碰撞安全性等. ➢适应技术进步：
造型设计通过数字化曲面构造、数控加工模型,在数控 模型上少量修改便定型是未来汽车开发的主要形式,可以大 大缩短开发时间和提高开发质量. ➢具有完美的形象; ➢良好的空气动力性; ➢良好的工艺性; ➢材料的装饰效果.
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
5.2 利用附加装置减小风阻 （1）前部扰流器
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（2）后部扰流器
可使后窗后部的负压力降低； 又可引导气流将后窗表面清洗， 避免尘土附着而影响后视野
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计
33
二、汽车造型技术与方法
3.汽车造型技术与方法
（1）收集资料信息形成造型设计概念 ➢借鉴、继承和改进; ➢征得消费者对汽车的意见和期望; ➢每年参加各地举办的汽车展览会; ➢收集市场的信息反馈.
（2）获得造型设计的基本硬点-控制线图 总布置设计、局部改型设计的控制关系
（3）造型构思草图
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 12.1720 .12.17 Thursday , December 17, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 5:25:35 05:25:3 505:25 12/17/2 020 5:25:35 AM
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做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1705 :25:350 5:25De c-2017 -Dec-2 0
✓ 汽车造型设计的发展过程 ✓ 汽车造型技术与方法
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
1.汽车行驶时所受到的气动力和力矩
质心C．G． 气动力F：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。 风压中心C．P．：合 力在汽车上的作用点。
F Fx Fy Fz
F
Pq SCF
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一、汽车的空气动力学性能
Audi100 C3整体优化设计
1.设计基本形体 多种缩比模型风洞试验。 2.改造为基本汽车外形
按空气动力学原理处理局部细节，如车身底部部 件、冷却系前端保险杠的缝隙等 。 3.精制基本模型 进行结构及工艺设计的详细考虑，使模型车基本 接近于真车。
4.试制产品车
0.17
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（4）汽车底部板向两侧略微上翘 使底部气流有一部分流向两个侧面。当气流向两侧疏导
时加快了底部的气流速度而使升力下降。
（5）斜背加”鸭尾”
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
4.汽车的空气动力稳定性
风压中心在质 心前边不好！
汽车车身结构与设计
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精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。202 0年12 月17日 星期四 上午5时 25分35 秒05:2 5:3520. 12.17
•
让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2 020年1 2月上 午5时25 分20.1 2.1705:25December 17, 2020
•
这些年的努力就为了得到相应的回报 。2020 年12月1 7日星 期四5时 25分35 秒05:2 5:3517 December 2020
0.25 CD 值
0.29
0.30
汽车车身结构与设计
30
一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
31
二、汽车造型技术与方法
1.汽车造型设计的发展过程
（1）造型设计的原始阶段(1950年以前) 汽车造型设计作为一个兼具技术和艺术要求的行业诞生。
（2） 造型设计的发展期(1950-1969)
（3） 造型设计的成熟期(1970-1989) （4） 造型设计的辉煌期(1990年以后) （5） 汽车造型设计技术的发展现状
鱼雷形状
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
27
一、汽车的空气动力学性能
（2）流线型化造型阶段（甲壳虫、船形） 降低气动阻力，并获得了可观的进展。
（3）细部优化阶段
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，控制以及防止气流的 分离现象发生，以降低阻力，称为“细部优化法’’(detail optimization) 。 （4）汽车造型的整体优化阶段
•
日复一日的努力只为成就美好的明天 。05:25:3505:2 5:3505:25Thur sday , December 17, 2020
•
安全放在第一位，防微杜渐。20.12.17 20.12.1 705:25:3505:2 5:35De cember 17, 2020
•
加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月17日 上午5时 25分20 .12.172 0.12.17
13
一、汽车的空气动力学性能
使风压中心和汽车重心重合; 形心在质心之后,靠近后轮; 质心在L(轴距)/2之前； 尽量使风压中心和汽车重心 位于同一水平面.
汽车车身结构与设计
14
一、汽车的空气动力学性能
5.改善汽车空气动力性能的措施
5.1 汽车外形的设计 （1）汽车头部的平面和侧面形状轮廓线应尽量圆滑
2SLCMX
汽车车身结构与设计
5
一、汽车的空气动力学性能
2.汽车的空气阻力
Fx
1 2
2SCD
正比：空气阻力系数CD，迎风面积S，空气密度ρ及车速v2
分为5个部分：
形状阻力
摩擦阻力
诱导阻力
干扰阻力
内部阻力
汽车车身结构与设计
6
一、汽车的空气动力学性能
阻力名称 形状阻力
摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力
•
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午5 时25分 35秒上 午5时2 5分05:25:3520 .12.17
•
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 1720.1 2.1705:2505:25 :3505:2 5:35De c-20
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相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2020 年12月1 7日星 期四5时 25分35 秒Thur sday , December 17, 2020
21
一、汽车的空气动力学性能
（3）导流罩
汽车车身结构与设计
22
一、汽车的空气动力学性能
（4）隔离装置
是沿汽车中心线垂直 地安装在牵引车和半 挂车间的平板。
可改善因侧向风引 起的通过牵引车和 半挂车间间隙的水 平气流；
当与导流罩连用时， 可稳定导流罩的尾 流，从而保证导流 罩的效能。
汽车车身结构与设计
降低升力的措施：
（1）采用负迎角 迎角:汽车前、后 形心的连线与水 平线的夹角。
前高后低为正, 迎角越大,升力越大
造型应前低后高， 产生负升力更好！
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（2）在汽车前端底部、后端加扰流板
汽车车身结构与设计
10
一、汽车的空气动力学性能
（3）车尾地板向上翘起一个角度
首先确定一个符合总布置要求的理想的低阻形体，在其发展成 实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格地保证形体的光顺性， 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 ，称之为形体最佳化(Shape Optimization)。
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
CZ XC )
1 2
2LCMy
式中 Xc，Zc——风压中心到质心的距离； L——特征长度，一般指汽车轴距； CMy——俯仰力矩系数。
横摆力矩Mz (以汽车右偏为正)：
MZ
Fy X C
1 2
2SCy X C
1 2
2SLCMZ
侧倾力矩Mx(以汽车右倾为正)：
Mx
Fy ZC
1 2
2SCZ ZC
1 2
23
一、汽车的空气动力学性能
6.汽车空气动力学的发 展阶段
降低气动阻力
气动升力及侧风稳定性
驾驶室内流、发动机冷却、 空气动力噪声及消除车身 上泥土附着等
汽车车身结构与设计
24
一、汽车的空气动力学性能
（1）基本形状造型阶段（1900——1930） 注意了空气动力特性，直接将水流和气流中的合理外形应 用到汽车上。
第六讲 汽车造型设计与空气动力学
————《汽车车身结构与设计》课程
教 师: 李 迪 专 业：车辆工程 学 院：交通与车辆工程学院
2006年11月6日
1
概要
❖ 汽车空气动力学性能
✓ 汽车行驶时所受到的气动力和力矩 ✓ 改善汽车空气动力性能的措施 ✓ 汽车空气动力学的发展阶段 ✓ 整体优化法设计
❖ 汽车造型设计
产生原因
汽车前后压 差
空气与车身 摩擦 空气升力的 纵向分力 扰动
内循环阻力
影响因素
车身表面形状 及其交接处的 转折方式 车身表面的面 积和光顺程度
气动升力
表面突起和各 种附件
冷却气流和车 内通风
一般轿车 CD=0.45
58%
9%
7% 14%
12%
理想型跑车 CD=0.20
70%
20%
0 5%
5%
汽车车身结构与设计
7
一、汽车的空气动力学性能
3.汽车的空气升力
Fx
1 2
2SCZ
正比
f(x) 上下表面曲率
CZ
上下表面压差
升力产生的原理
反映了车身形状和位置状 态对升力的影响程度，是 评价汽车升力特性的重要 指标。
提示：为安全考虑，减小气动升力比降低气动阻力更为重要!!!
汽车车身结构与设计
8
一、汽车的空气动力学性能
•
爱情，亲情，友情，让人无法割舍。2 0.12.17 2020年 12月17 日星期 四5时2 5分35 秒20.12. 17
谢谢大家！
汽车车身结构与设计
2SCF
迎风面积S
车身形状系数
汽车车身结构与设计
3
一、汽车的空气动力学性能
气动阻力：
Fx
1 2
2SCD
气动升力:
Fz
1 2
2SCy
侧向分力：
Fy
Hale Waihona Puke Baidu
1 2
2SCZ
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一、汽车的空气动力学性能
纵倾力矩又称俯俯仰力矩My，(以使汽车抬头为正)：
My
Fx ZC
FZ X C
1 2
2 (CDZC
（4）造型彩色效果图
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（5）油泥模型制作或数字化构造模型-三维数字化过程 手工缩比模型制作、全尺寸油泥模型
（6）数控加工模型
（7）测量与曲面光顺-数字化 反求：Surface 曲面、结构：UG、Proe、Catia
汽车车身结构与设计
35
谢 谢!
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汽车车身结构与设计
15
一、汽车的空气动力学性能
（2）车头前端应尽量低矮
汽车车身结构与设计
16
一、汽车的空气动力学性能
（3）头部与前风窗下缘的交接处,前风窗顶部与顶盖的交接 处以及前风窗两侧的拐角等过渡区域都应尽量地圆滑
汽车车身结构与设计
17
一、汽车的空气动力学性能
（4）汽车中部应呈腰鼓形,汽车纵向的最大横截面不宜过 分地前移,以降低汽车的升力系数值; （5）汽车的底部形状最好采用整体平顺的底板,减小升力. （6）汽车车身的后部采用逐渐缓慢收缩的长尾式. （7）注意驾驶室向后部车厢的过渡,避免形状的突变.