汽车设计
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1.5.3 车身形式与轮胎选择

1. 车身形式

(1)乘用车车身形式

乘用车的车身由发动机舱、乘员舱和行李舱三部分组成。乘用车车身的基本形式有折背式、直背式和舱背式三种。三种基本车身形式的主要区别表现在车身顶盖与车身后部形状之间的关系上。折背式车身有明显的发动机舱、乘员舱和行李舱,且车身顶盖与车身后部呈折线连接,如图1-16a所示。直背式车身的特点是后风窗玻璃与行李舱连接,接近平直,如图1-16b所示。直背式车身流线型好,有利于降低空气阻力系数和使行李舱容积增大。舱背式乘用车车身的顶盖比折背式长,同时后窗与后行李舱盖形成一个整体的后部车门,如图1-16c所示,一般情况下行李舱容积小。将折背式车身顶盖向后延伸到车尾,形成两厢式的变型乘用车车身,如图1-16d所示,也受到消费者欢迎。

(2)客车的车身形式

客车车身有单层和双层之分,按照车头形式不同又有平头式和短(长)头式(图1-17)。当单层客车用来长途运送乘客时,考虑到乘客随身携带数量较多的货物或行李以及为了长途旅行提高乘坐舒适性安置空调机构的需要,常将地板高度设计得高些。这虽然给乘客上、下车带来不便,但地板下部空间可用来容纳货物和空调等其他一些附设机构。此时,车身裙部比普通客车的裙部要高,从而影响到车厢内明亮程度和方便观察外部景色的侧窗尺寸略显小。长途客车的车门数少,而且可以窄些。

图1-16 乘用车车身形式

驾驶人一侧应备有安全门,供汽车侧翻时疏散乘客逃生用。

城市客车的乘客随身携带的物品不多,但上、下车频繁,因此地板高度要尽可能设计得低些。为了满足乘客能迅速上、下车的要求,不仅车门数需增多,并且要求加宽。城市客车有尺寸较大的侧窗,且与裙部高度协调一致。足够大的侧窗有利于采光和改善视野。专用客车常根据使用条件和用户要求进行设计。

双层客车有两排平行的裙部和车窗(图1-17b)。双层客车的下层允许乘客坐乘或站立,而上层只供乘坐,因此下层占据的高度尺寸比上层要高。受此影响,上层侧窗尺寸不够大。如果汽车顶盖与侧面车窗之间的过渡部位设计有圆弧形顶窗,则既有利于采光,增加车厢内的亮度,同时也对上层乘客欣赏周围的风光有利。

单层、双层客车的车身形式分别如图1-17a、b所示。有些座位数不多的客车,汽车前下部向前伸出形成短头(图1-17c),其内部布置有发动机及其附件。这不仅对维修发动机有利,当汽车发生正面冲撞时,利用伸出部分的变形可以吸收碰撞能量,以保护前排乘员和满足有关国家法规的要求。这种汽车的车身高度较低,门数较少,有时在后部设有车门。为了满足乘客行走和安装空调机构的要求,有些汽车将车顶抬高,如图1-17c所示。

图1-17 客车车身形式

专用客车常根据使用条件和特殊要求进行设计。例如,用于机场内部迎送乘客的机场摆渡车,因不在公路上行驶,车身外形尺寸不受法规限制,宽度常在3m以上。汽车在停机坪、检票口和乘客出口处之间行驶,地面平坦,对最小离地间隙要求不高,汽车地板可以设计得很低,乘客仅踏一级踏板便可进入车内。这既有利于携带较大物件的乘客上下车,给行动不便的乘客也提供了方便。检票或下机瞬间乘客十分集中,随身还带有行李,这就要求车门数量多,而且宽度足够。考虑到这种汽车运距短,车内座位很少,站立乘客是主流,要求车身有足够高的尺寸供乘客站立,车窗也要足够大,为站立乘客提供良好的视野条件。

2. 轮胎的选择

(1)轮胎与车轮应满足的基本要求

轮胎及车轮用来支承汽车,承受汽车重量,在车桥(轴)与地面之间传力,驾驶人操纵转向轮可实现对汽车运动方向的控制。轮胎及车轮对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、通过性、制动性及行驶安全性和汽车的承载能力都有影响。因此,选择轮胎是很重要的工作。轮胎及车轮部件应满足下述基本要求:足够的负荷能力和速度能力;较小的滚动阻力和行驶噪声;良好的均匀性和质量平衡性;耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性;质量小、拆装方便、价格低、互换性好。

(2)轮胎的分类

轮胎可以按胎体结构、帘线材料、用途、断面形状、胎面花纹、气密方式等进行分类,如图1-18所示。

图1-18 轮胎的分类

(3)轮胎的特点及选用

子午线轮胎具有滚动温升低、阻力小、胎体缓冲性能和胎面附着性能好的特点,装车后能耗低、耐磨损寿命长、高速性能好(图1-19),很好地适应了现代汽车对安全、高速、低能耗的发展要求,是汽车设计时首选的轮胎。但子午线轮胎制造困难、成本比斜交轮胎高且不易翻修。常在高速条件下行驶的汽车,适合选用钢丝帘线轮胎,这种轮胎强度高、导热性好。钢丝帘线仅能做子午线轮胎。相对汽车常在低速条件下行驶时,可以选用聚酯、尼龙、人造丝等人造材料做帘线制造的轮胎。斜交轮胎多用上述材料制作。

低断面轮胎的胎面宽平、侧面刚性大、散热良好、附着能力强、高速行驶稳定性好。无内胎轮胎的平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶安全性能良好。乘用车轮胎既是子午线结构,又是低断面、无内胎轮胎且具备它们的各种优点。商用车轮胎尺寸大、胎体厚、帘线层级多、承载能力强。非公路用轮胎附着性好,胎面耐刺扎,适用于恶劣条件,用于公路行驶时能耗增加,噪声大。轮胎的胎面花纹对滚动阻力、附着能力、耐磨性及噪声有影响。公路花纹轮胎滚动阻力小、噪声小,适合在铺装路面上使用。其中,纵向花纹轮胎适用于良好路面,横向花纹轮胎适用于土石路面。越野花纹轮胎附着性能良好,适宜于在坏路面或无路地带使用。混合花纹轮胎适用于使用路面条件变化不定的场合。图1-20为几种典型胎面花纹示例。

图1-19 子午线轮胎与斜交轮胎的性能比较

整车承载能力随轮胎气压的增加而增加,但轮胎的附着能力下降,振动频率增加,乘坐舒适性和安全性降低,对路面及汽车也有不良作用。标准轮胎不仅对外形尺寸,而且对使用气压也有标准规定。为了使用安全和满足舒适性要求,乘用车轮胎的使用气压不应高于所选轮胎规定负荷下限定气压的80%;而商用车轮胎的使用气压可接近选定轮胎层级所限定的气压。考虑到操纵稳定性的需求,前轮轮胎气压应低于后轮的轮胎气压。帘线层级越高,轮胎的承载能力也越强,并有与轮胎气压增加相似的缺点。

图1-20 轮胎胎面花纹示例

汽车行驶速度对轮胎负荷能力也有影响,车速高,轮胎的发热量增加,温度升高,易使胎面与轮胎帘线层脱落。这不仅使轮胎寿命降低,也会引发交通事故。子午线、低断面、无内胎的轮胎工作时导热好、发热少、散热迅速,因而温升低,有良好的速度特性。选取轮胎时,应使选用轮胎的速度级别所限定的最高使用速度大于所设计汽车的最高车速。为了满足不同乘用车对轮胎速度能力的需求,将轮胎的速度能力分级,例如在70~210km/h之间,按每10km/h分为一级;具有更高速度能力的轮胎,用来分级的速度更大些。