C级轿车车身总体参数、总布置设计

C级轿车车身总体参数、总布置设计摘要车身总布置设计在车身设计中占有很重要的地位,需要在车身概念设计阶段完成。车身总布置设计是依据整车总布置参数，围绕人机工程学原理对车身的地板、前围、室内空间、车门、发动机舱、行李舱及车身主要参数进行设计。其目的是在有限的车身外形尺寸内布置各总成和机构，并获得最大的乘坐空间和最舒适的驾驶姿势。车身总布置设计的合理性，直接影响着整车的使用性能。本次 C 级轿车车身总布置设计主要是利用人机工程学的基本知识，参照目标车型奥迪 A6 的各项性能参数，布置车身的外形和内部，并绘制车身总布置图。通过本次毕业设计，自己可以参与车身的开发过程，理解和掌握轿车的车身总布置设计过程和方法，扩展自己的专业知识，并为以后的车身设计工作打下基础。关键词：车身总布置设计;车身总参数布置;人体工程学;车身室内布置C-class Car Body General Parameters and General Layout DesignAbstractCar body general layout design is a very important constituent during car body design, it should be finished during the body conceptual phase .The general layout of car body design, on the basement of vehicle general layout parameters, includes car floor arrangement、front fender arrangement、the interior space layout、door arrangement、 engine module and luggage compartment arrangement and the body general parameters design, relating to ergonomics. The car body general layout aims at arranging all assemblies and institutions within the limited car body dimensions, and gaining the largest living space and the most comfortable driving posture. The rationality of body design directly affects the using performance of vehicle. During this C-class car body general layout design my work is using the infrastructural knowledge of ergonomics to design sedans external and interior arrangement, with reference to the performance parameters of target model, and drawing the body general layout. Through this graduate design I can participate in the development process of car body, know and master more steps and methods of car body general design, expand my expert knowledge and lay the foundation for my future car body design work.Key words:car body layout design;car body layout parameters;ergonomics body;interior layout目录1 绪论 .11.1 课题背景和目的 .11.2 国内外研究现状 .11.3 课题研究方法 .21.3.1 总体参数设计方法 .21.3.2 总布置设计方法 .21.3.3 总布置设计流程 .41.4 论文构成及研究内容 .42 汽车总体参数设计 .52.1 汽车形式的选择 .52.2 汽车主要尺寸的确定 .52.2.1 汽车轴距 .62.2.2 前后轮距 B1 和 B2.62.2.3 汽车外廓尺寸 .62.2.4 前悬 Lf 和后悬 Lr.72.3 汽车质量参数的确定 .82.3.1 整车整备质量 m0.82.3.2 载客量和装载质量（简称载质量） .92.3.3 汽车总质量 ma.92.3.4 汽车的轴荷分配 .92.4 汽车性能参数的确定 .102.4.1 动力性参数 .102.4.2 燃油经济性 .112.4.3 通过性几何参数 .112.4.4 机动性参数 .122.4.5 轮胎的选择 .123 车身总布置设计 .143.1 车身底板的布置 .143.1.1 轮罩的大小和形状 .143.1.2 车身底板的布置 .153.2 踏板的布置 .163.3 车身室内人体模型布置 .173.3.1 车身内部布置已知条件 .173.3.2 确定拇趾参考点（BOF） .183.3.3 确定 H 点位置线 .193.3.4 人体模型的定位 .203.4 车身顶盖及前后风窗的布置 .213.5 车门布置及上下车方便性 .233.6 方向盘和仪表盘的布置 .243.7 仪表板、后视镜、油箱和备胎的布置 .254 结论 .27致谢 .281 绪论1.1 课题背景和目的中国已成为汽车大国，但是和汽车强国的差距依然很大，有些方面的差距还有扩大的趋势，提高汽车自主研发的能力已成为我国汽车行业发展最为迫切的任务。据公安交通局统计，截止到 2010 年九月底，我国机动车的保有量达1.99 亿辆，其中汽车 8500 多万辆，工信部副部长苏波预计，2015 年我国的汽车保有量将达到 1.5 亿辆，汽车生产量与需求量之间还存在着巨大缺口。汽车行业的产业链很长，可以带来很多的工作岗位和巨大的经济效益。早在改革开放初期，我国政府就非常看好汽车行业的发展契机，大力吸引国外技术投资，建造汽车生产车间。三十多年过去了，我国的汽车保有量有了很大的提高，但是我国的汽车自主研发能力却依然落后。经过一代代汽车人的艰苦奋斗，我国终于拥有了自主品牌的汽车公司，但是大多只能生产低档汽车，高档轿车的设计研发依然是我国汽车产业的盲点。本次毕业设计选择 C-级高档轿车的车身研发项目，旨在增强我们对于车身开发的感性认识，扩展自己的车辆专业知识，为自己以后从事车身总布置设计工作打下基础，也为我国的汽车行业培养具有自主设计研发能力的人才。1.2 国内外研究现状汽车车身总布置设计特别需要设计经验，国外的汽车行业发展较早，车身总布置领域已非常成熟。随着空气动力学在车身外形设计的应用，汽车的行驶阻力越来越小，车身外形越来越流畅。逐步发展起来的人机工程学，是进行车身内部布置时的辅助工具，参数化人体模型的建立和应用，使得车身布置更人性化，操作界面的布置也更友好。计算机辅助设计的发展，优化了车身的开发过程，大大地缩短了车身的开发周期。我国汽车行业起步较晚，严格说来目前国内还没有真正意义上的车身自主开发能力，大多数汽车设计公司都是基于“BenchMark”的理念在开发新车型：首先选定一款成功的车型作为设计目标，修改目标车型的参数和造型，然后投入建模和零件试制，整车的开发周期（从目标车型选定到试制样车）一般是一年左右。在进行总布置设计时，将前人总结的改善车身空气动力学性能的措施：弯曲顶盖，翘起尾部，增大前后风窗的倾角，降低车身地板高度等应用到车身外形的总布置中。对车身进行内部布置时，需要充分考虑到人机工程，所以需要使用参数化的人体模型，本次毕业设计主要利用标准 GB11559-89汽车室内尺寸测量用三维 H 点模型规定的 95%百分位的 SAE-3DM 模型，并参考同档次的车身总布置数据，对设计车身进行内部总布置设计。1.3 课题研究方法本设计为 C 级轿车总体参数、总布置设计。一直以来我国高档轿车领域都被国外的几大品牌牢牢的占据，高档轿车都以奥迪、宝马等国外品牌定义，高档轿车既要有华丽的外表来体现驾驶者的尊贵身份，又要有足够的内涵为驾驶者提供操纵和乘坐的舒适性，所以其总布置设计要综合考虑其外形特点和内部空间。1.3.1 总体参数设计方法一般情况下汽车的总体参数需要底盘总布置给出，但是本课题组缺少底盘总布置环节，所以总体参数只能根据同等级车型来标定。经过小组探讨最后选择 C 级轿车的经典车型-奥迪 A6 作为目标车型，提用其各项参数作参考，在满足相关法规的条件下确定设计车身的总体参数。1.3.2 总布置设计方法车身总布置设计是根据车身总体参数、整车形式、造型特点等约束条件，对各个部件进行布置优化的过程。一般采用“以人为本”的设计思想，确保乘员的舒适性和安全性，驾驶员的视野性和操纵稳定性，并尽量减小整车质量和外形尺寸，获得最大的室内空间。车身总布置设计时用到的布置工具：人体尺寸和人体模型人体尺寸是布置车身内饰和车身室内有效空间的重要依据，车身内部布置设计应“以人为本” ，采用“百分位分布值”作为设计的尺寸依据。 “百分位”是指人体身高分布值的百分位，例如 95%百分位的 SAE-3DM 模型人体标准身高为 186.8mm，95%百分位表示身高低于 186.8mm 的人数所占的百分率。5%、50% 、和 95%三种百分位的人体尺寸，分别代表身材矮小、中等和高大的人体尺寸。人体模型是严格按照人体尺寸制作的，包括二维人体设计样板（HPD）和三维 H 点人体模型（HPM ） 。二维人体设计样板是车身布置时使用的最基本的工具，用于辅助绘制车身室内布置设计图和乘员乘坐空间布置。二维人体设计样板（HPD）是三维点人体模型（HPM ）的 CAD 模型简化形式，它使用人体的各关节点把人体躯干、背靠角基准杆、大腿、小腿等部件连接起来，可以用来布置乘员和驾驶员的关键点和尺寸。与车身设计相关的人体特征点：胯点（人体躯干与大腿之间的关节点，俗称 H 点） 、脚心点（ PRP） 、踵点（人体的脚跟着地点 AHP，车身布置的初始基准） ，这些点是进行车身室内布置的重要基准。眼椭圆眼椭圆是指不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的分布统计图形。左右各一分别代表左右眼的分布图形，形状如椭圆，所以称作眼椭圆。眼椭圆在车身总布置设计中，主要用于仪表盘的布置和驾驶员视野的校核。眼椭圆是通过对驾驶员眼睛所在位置的测量、统计分析得到的数据绘制的。眼椭圆的定位主要包括确定椭圆中心位置和倾角，其影响因素主要包括：转向盘中心与脚心点的前后方向距离（L6） 、座椅高度（ H30） 、座椅行程(TL23)等。头廓包络头廓包络是指不同百分位身材的驾驶员和乘员以正常姿势坐在适宜的位置时，其头部位置轮廓线的包络。在车身设计中主要用头廓包络线来布置最小头部间隙，头部间隙是指车身室内顶部内饰表面的突起点到头部位置包络线的最小距离。头廓包络与眼椭圆都是通过统计分析得到，二者有直接关系，可以同时定位。SAE 定义了两个关键尺寸：前排座椅有效头部空间 H61、后排座椅有效头部空间 H63。根据其经验值范围：有效头部空间 H61=940-980mm、H63 比 H61略小 20mm、顶盖内饰板厚度（15-25mm） ，然后进行由内到外的顶盖设计。此次车身内部总布置设计使用的主要工具是集二维人体模型样板、眼椭圆、头廓包络为一体的 H 点设计工具，它的创建满足 SAE J4002(2004 年 2 月)的标准，其主视图如图 1-1 所示。图 1-1：人体模型主视图1-PRP 2-AHP 3-小腿线 4-大腿线 5-H 6-躯干线 7-眼椭圆 8-头廓包络1.3.3 总布置设计流程根据车身总体参数确定的最小离地间隙和轮胎规格，确定地板离地高度、绘制车轮转向跳动图得到轮罩轮廓，布置车身底板；然后根据德国 DIN73001标准推荐的踏板布置间隙尺寸布置踏板；根据加速踏板踵点坐标定位人体模型，确定座椅参考点；在满足驾驶员视野性、操纵稳定性和乘员乘坐舒适性、安全性的前提下，布置车身的前后风窗、车身顶盖、车门开口形状、仪表盘和后视镜；油箱和备胎的布置需要满足安全性、方便性和空间性的要求。1.4 论文构成及研究内容本设计论文主要包括四部分:绪论、车身总参数设计、车身总布置设计和结论。绪论篇概括叙述了毕业设计的开题背景和目的、国内外的车身总布置现状、车身总布置设计需要用到的辅助工具等。车身总体参数设计主要介绍了 C 级轿车的质量参数、性能参数以及车身外形尺寸的设计过程。车内总布置设计主要介绍了根据相关法规，应用人机工程学的原理，对车身内部构件和空间进行布置的过程。结论部分主要对整个论文做最后综述，并列出了整个毕业设计的缺点。设计轿车的总体参数主要参照目标车型-奥迪 A6 的参数来确定，然后“以人为本”对车身进行总布置设计，最后再根据 QC/T490-1999汽车车身制图标准绘制车身总布置图。2 汽车总体参数设计本设计车型为一辆外表尊贵大气，内部宽阔舒适的 C 级高档轿车，所以在车身总体参数设计时，选择目标车型为高档轿车领域的不朽神话-奥迪 A6。参照奥迪 A6 的各项性能参数，车身总参数的设计过程如下所示。2.1 汽车形式的选择汽车形式的差别主要体现在轴数、驱动形式和布置形式上。汽车的轴数是根据汽车的总质量、道路法规规定的轴载质量、汽车结构和轮胎的负荷能力来确定的，二轴、三轴和四轴是比较常见的轴数。本次 C-级轿车的轴数与大多数轿车一样，选择为二轴。汽车的驱动形式主要有 42、44、62、64，在轿车中主要选用的是42 和 44，即四轮两驱和四轮四驱。影响汽车驱动形式的主要因素有：汽车用途、总质量和汽车通过性。四轮四驱的轿车通过能力较好，但是结构复杂、整备质量和制造成本较高，所以本次 C-级轿车选用结构简单成本低廉的四轮两驱的驱动形式。汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的空间位置关系，主要形式有前置前驱（FF） 、后置后驱(RR)、前置后驱（FR） 。前置前驱的轿车：车内地板的凸包比较低，室内布置设计比较简单；散热器在车身前部，发动机冷却效果较好；但是其前轴负荷较大，轴荷分配不合理，前轮寿命短；在路况差的道路行驶时，前驱动轮易打滑，操纵稳定性差。前置后驱的轿车：地板下有传动轴通过，所以地板高度很难降低；但是轴荷分配合理，车轮使用寿命长；上坡时后驱动轮的附着力加大，爬坡能力强；车身的总长和轴距较大，乘坐空间宽敞，行驶平稳。经过比较本 C-级高档轿车选用前置后驱的布置形式。轿车形式的选择为两轴、四轮两驱、前置后驱。2.2 汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸包括:外廓尺寸、轮距、轴距、前悬、后悬等。2.2.1 汽车轴距汽车轴距 L 影响整车质量、车身总长、传动轴长度、转弯半径、轴荷分配和传动轴夹角等。轴距短时上述指标都较小，如果轴距过短车身乘坐空间会不足；汽车制动、上坡或加速时轴荷偏移过大，制动性和操纵稳定性变差；车身的纵向角振动增大，影响平顺性；万向节传动轴的夹角增大。一般情况下，发动机排量大的货车和客车，轴距宜长，机动性较强的轿车，轴距宜短。2.2.2 前后轮距 B1 和 B2汽车前后轮距 B1、B2 影响着车身总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯半径，轮距增加上述参数随之增加。车宽和侧倾刚度增加，汽车横向稳定型变好；总质量和转弯半径的增加使得汽车的比功率、比转矩下降，机动性变坏。轮距的布置会受到车身总宽、发动机、前悬架和前轮转向间隙的影响。发动机排量 V/L 轴距 L/mm 轮距 B/mmV 1.0 20002200 110013801.0V1.6 21002540 115015001.6V2.5 25002860 130015802.5V4.0 28503400 14001580乘用车V 4.0 29003900 15601620奥迪 A6 2.4T 2796 1540/1569奥迪 A6L 2.4T 2945 1612/1622奥迪 A8 3.0 3074 1620/1607表 2-1：乘用车的轮距与轴距本次设计 C 级轿车发动机排量（2.4T）及其布置形式与上述车型相似，结合乘用车的轮距和轴距范围，轴距 L 定为：3000mm ，前后轮距B1/B2：1560mm/1566mm。2.2.3 汽车外廓尺寸汽车的长、宽、高又称为汽车的外廓尺寸，在市内行驶的轿车其外廓尺寸要根据相关的法规来确定。GB1589-1989 汽车外廓尺寸规定如下：除去后视镜车宽小于等于 2.5m；空载、车顶窗关闭，车高不超过 4m；后视镜等单侧外伸量不得超出车宽 250mm；顶窗、换气装置开启时不得超出车高 300mm。车型 总长（mm）总宽（不包括后视镜 mm） 总高(mm) 前/后悬（mm）奥迪 A6 4886 1810 1475 1001/1089奥迪 A6L 5035 1855 1485 1001/1089奥迪 A8 5192 1894 1455 1020/1100表 2-2：市场上 C 级轿车主打车型的外廓尺寸轿车总长 La 包括轴距 L、前悬 Lf 和后悬 Lr，即 La=L+Lf+Lr。轿车总长与轴距的关系：La=L/C ，C 是比例系数，其值为 0.520.66,前置前驱的汽车 C 值为 0.620.66，后置后驱的汽车 C 值为 0.520.56，前置后驱的汽车 C 值为0.560.62，设计 C 级轿车的轴距 L=3000mm，则轿车总长 La=3000/(0.560.62)mm, La=48385357mm。结合上述车型的长度尺寸，设计车身的车长为La=5046mm。轿车车宽 Ba 与车长 La 的近似关系为：Ba=(La/3) +19560mm。车身总长La=5056mm,则 Ba=18201940mm，结合上述车型的宽度尺寸，设计车身的车宽 Ba=1880mm。轿车车高 Ha 的主要影响因素：轴间底部离地高 hm、地板及下部零件高hp、室内高 hb 和车顶造型高 ht,车顶造型高 ht 值为 2040mm,室内高 hb 由座位高、乘员上身长及头部空间构成，hb 值为 11201380mm。结合上述车型的高度尺寸，设计车身的车高为 Ha=1480mm。为了提高乘员的乘坐舒适性，体现 C-级轿车的大气尊贵和高档，车身的外廓尺寸应尽可能增大。但是过大的车身尺寸会影响车身的轻量化及制造成本，也会降低轿车的机动性、动力性和经济性。综合各方面影响因素、结合上述车型的外廓尺寸，设计车身的外廓尺寸选定为：5046mm1880mm1480mm。2.2.4 前悬 Lf 和后悬 Lr前悬尺寸影响汽车的通过性、碰撞安全性、驾驶视野、上下车的方便性及汽车造型等。增加前悬，汽车的接近角减小，通过性变差，驾驶员的视野变坏。前悬的尺寸范围内要布置保险杠、发动机、转向器等部件，故不能过短。后悬尺寸影响汽车的通过性、追尾时的安全性、行李箱长度、汽车造型等。后悬增加，汽车的离去角减小，通过性变差；后悬减小，行李箱的尺寸降低，追尾时吸能减小。参照上述车型的前后悬尺寸，综合考虑各个影响因素，设计车型的前后悬尺寸选定为：1000mm/1046mm。2.3 汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量 m0、载客量和装载质量、质量系数、汽车总质量 ma、轴荷分配等。2.3.1 整车整备质量 m0汽车带上所有装备（包括随车工具、备胎等） ，加满燃料和水，但是没有装载乘员和货物是的整车质量称为整车整备质量。整车整备质量会影响汽车的制造成本和燃油经济性。减少整车整备质量的目的：增加载客量或装载质量，抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准带来的整备质量的质量，节省燃料。减少整车整备质量的主要措施：设计车型的结构应尽量合理，采用高强度的轻质材料，如铝合金和塑料等。轻质塑料代替金属材料应用在仪表板和油箱等大型结构件上，减重效果非常明显，目前已经得到非常广泛的应用。减少整车整备质量是汽车设计工作中必须遵守的一项基本原则。在设计阶段需要估算整车整备质量，乘用车的整备质量可以按照每位乘员所占汽车整备质量的统计平均值进行估计。乘用车 人均整备质量/t人-1V1.0 0.150.161.0 V1.6 0.170.241.6 V2.5 0.210.292.5 V4.0 0.290.34发动机排量 V/LV 4.0 0.290.34车型 发动机排量 V/L 整车整备质量(Kg)奥迪 A6 2.4T 1530奥迪 A6L 2.4T 1716奥迪 A8 2.8L 1740表 2-3：乘用车人均整备质量值轿车的设计乘员数为 5 位，发动机排量为 2.4T，根据人均整备质量值（0.290.34） 、参照上述车型的整备质量、综合考虑轿车的燃油经济性，现将轿车的整备质量设计为 1560kg。2.3.2 载客量和装载质量（简称载质量）M1 类汽车即乘用车的载客量包括驾驶员在内不超过 9 座。本设计车型的装载质量即载客量，最多乘坐人数以座位数表示，轿车的座位数通常为 4+1。2.3.3 汽车总质量 ma汽车总质量指装备齐全，并按照规定装满乘客和货物时的整车质量。乘用车总质量包括整备质量、乘员和驾驶员质量以及行李质量，其中乘员和驾驶员的质量按照每人 65kg 计算,则 ma=m0+65n+n(kg)，式中 n 为包括驾驶员在内的载客数； 为行李系数，其数值由发动机排量 V 来决定：V2.5L ，=5 ；V2.5L， =10。设计车型 =10，设计载客量 n=5,整备质量m0=1560kg,代入上式可得设计车型的总质量为 1935kg。2.3.4 汽车的轴荷分配汽车的轴荷分配指汽车在空载和满载静止的情况下，各车轴对支撑平面的垂直负荷，也可以用各车轴上占整车总质量的百分比来表示。轴荷分配影响轮胎的寿命和汽车的很多使用性能。为保证轮胎的磨损均匀和相近的使用寿命，车轮的负荷应该相近；为保证汽车的通过性和动力性，驱动轴上的负荷应该足够大，从动轴上的负荷可以适当减小，从而减小从动轮的滚动阻力；为保证汽车的操纵稳定性，转向轴的负荷又不能过小。各使用性能对轴荷分配的要求是相互矛盾的，在设计的时候要综合考虑整车的使用性能和使用条件，合理选择轴荷分配。汽车的传动形式不同其轴荷分配也有很大的差别，其范围表 2-4满载 空载传动形式 前轴 后轴 前轴 后轴前置前驱 47%60% 40%53% 56%66% 34%44%后置后驱 40%46% 54%60% 38%50% 50%62%前置后驱 45%50% 50%55% 51%56% 44%49%表 2-4：乘用车的轴荷分配汽车在现实行驶过程中，经常遇到拐弯、加速等工况。一般前后轴荷比在48:5240:60 之间，汽车拐弯、加速比较灵活，但是爬坡性能较差；如果前轴负荷大于后轴负荷，汽车拐弯、加速会比较迟钝，爬坡能力有所提高。设计 C 级高档轿车主要在路况较好的公路上行驶，对其爬坡能力要求不高，再结合表 2-4的轴荷分配数据，汽车的轴荷分配初定为，满载：前轴 48%，后轴 52%；空载：前轴 52%，后轴 48%。2.4 汽车性能参数的确定汽车的主要性能包括汽车的动力性、燃油经济性、汽车的通过性、机动性以及操纵稳定性。2.4.1 动力性参数汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车动力性的评价指标：汽车的最高车速，汽车的加速时间，汽车的最大爬坡度，比功率，比转矩等。比功率越大，汽车的加速性能和速度性能越好，比转矩反应的是汽车的牵引能力。汽车的动力性参数范围见表 2-5乘用车 最高车速 Vamaxkmh-1比功率 PbkWt-1比转矩 TbNmt-1V1.0 110150 3060 501101.0 V1.6 120170 3565 801101.6 V2.5 130190 4070 901302.5 V4.0 140230 5080 120140发动机排量 V/LV 4.0 160280 60110 100180奥迪 A6 2.4T 220 65 130奥迪 A6L 2.4T 230 70 140奥迪 A8 2.8L 250 70 140表 2-5：乘用车的动力性参数范围随着道路条件的改善，大排量汽车的最高车速也得到了逐步提高。为了体现 C-级轿车的卓越动力性，最高车速定为 250km/h，比功率为 70kW/t,比转矩为 140Nm/t。轿车的设计最大质量为 1.935t，则该车的最大输出功率为：135kW,最大输出扭矩为：270 Nm。2.4.2 燃油经济性在保证汽车动力性的前提下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作燃油的经济性。汽车的燃油经济性常用一定工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）来评价。随着道路条件的改善，汽车制造技术的提高，汽车的百公里油耗量将持续减少。乘用车的百公里燃油消耗量见表 2-6发动机排量 V/L 百公里油耗量/L(100km)-1V1.0 4.47.51.04.0 18.023.5奥迪 A6 2.4T 8.0奥迪 A6L 2.4T 8.4奥迪 A8 2.8L 9.3表 2-6：乘用车的百公里燃油消耗量为达了节能减排，目前正在研制目标百公里油耗为 3L/100km 的超经济型乘用车。汽车的尾气排放必须满足欧的标准，结合上述车型的燃油经济性参数，设计车型的百公里油耗量初定为 8.0L/(100km)。汽车的续驶里程为（200600km ） ，则油箱容积初定为 80L。2.4.3 通过性几何参数最小离地间隙 hmin、接近角 1、离去角 2、纵向通过半径 1等通过性几何参数，需要在总体设计时确定。汽车的通过性参数因车型和用途而异：车型 hmin/mm 1/() 2/() 1/m42 乘用车 150220 2030 1522 3.08.344 乘用车 210250 4550 3540 1.73.642 货车 180300 4060 2545 2.36.044、66 货车 260350 4560 3545 1.93.642、64 货车 220370 1040 620 4.09.0奥迪 A6 130 - - -奥迪 A6L 142 14 18 -奥迪 A8 125 - - -表 2-7：汽车通过性的几何参数汽车的最小离地间隙越大，车身的通过性越好，但是高速时的稳定性越差，C-级轿车基本在市内公路上行驶，道路条件较好，为了提高汽车高速时的稳定性，设计汽车的最小离地间隙选择为 130mm，接近角为 14，离去角为 16。2.4.4 机动性参数汽车的最小转弯半径 Dmin 是衡量汽车机动性的主要指标。最小转弯半径是指转向盘转至极限位置时，汽车外转向轮中心在支撑平面上的轨迹圆的直径。转向轮最大转角越大，轴距越短，轮距越小和参与转向的车轮数越多，汽车的最小转弯直径越小，汽车的掉头和通过弯道的能力越强。乘用车的 Dmin 范围如下：车型 发动机排量 V/L Dmin/mV1.0 7.09.51.0 V1.6 8.511.01.6 V2.5 9.012.02.5 V4.0 10.0140乘用车V 4.0 11.015.0奥迪 A6L 2.4T 12.1表 2-8：乘用车的最小转弯直径 DminGB7258-1997机动车运行安全技术条件规定：机动车的最小转弯直径不得小于 24m。为了增大设计轿车的灵活性，提高其通过弯道的能力，设计汽车的最小转弯直径取为 12m。2.4.5 轮胎的选择轮胎对汽车的很多性能，如动力性、经济性、通过性、行驶安全性以及汽车的承载能力都有影响，其尺寸和型号也是绘制总布置图的重要依据，所以轮胎的选择非常重要，需要在总布置阶段完成。轮胎选择基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；耐磨损、耐老化、良好的气密性等。相关车型的轮胎规格如表 2-9 所示车型 前胎 后胎 备胎奥迪 A6 225/50 R17 225/50 R17 全尺寸奥迪 A6L 225/55 R16 225/55 R16 全尺寸奥迪 A8 255/45 R18 255/45 R18 全尺寸表 2-9：相关车型的轮胎规格根据车型、使用条件、轮胎负荷以及汽车的行驶速度，设计汽车的轮胎规格定为 255/45 R18。3 车身总布置设计车身总布置设计是在满足整车布置的要求下对车身内外形、底板、车窗、车门、仪表板、备胎和油箱等进行尺寸控制和布置，其目的就是在最小自重的条件下得到最大的室内空间，其重点是保证室内乘坐空间和驾驶员操纵空间，满足乘员乘坐舒适性和驾驶者操纵舒适性。空间问题在车身总布置设计中非常重要，通常零部件总是跟乘员争夺空间，为满足驾驶员操作和乘员乘坐的要求，总布置设计必须以人为本，确定室内空间的人体活动空间，改善乘坐舒适性。具体方法是利用人体工程学的知识确定乘坐空间及操纵件和控制装备的位置，保证驾驶员操纵稳定、准确、视野开阔和乘坐舒适、安全等。车身总布置设计的原则：市场目标性原则；从内到外的人体优先性原则；协调性原则；“见缝插针”原则；座位优先性原则；“大多数人”原则；准舒适性原则；方便性原则；最重要性原则。3.1 车身底板的布置3.1.1 轮罩的大小和形状轮胎的规格为 255/45R18，根据国标规定新胎充气后的尺寸为：轮胎断面宽度为 255mm,轮胎外径为 688mm，汽车前轮的内外转向角为25，按照规定橡胶缓冲块压缩量为 1/3，车轮向上跳动 30mm，根据这些数据绘制前轮的转向跳动图如下所示： 图 3-1：前轮转向跳动图根据前轮的转向跳动图可以确定翼子板的开口形状和轮罩轮廓。非转向后轮，只需根据车轮的跳动极限位置来设计轮罩的形状，为保证车身造型的协调统一，后翼子板的开口形状与前轮的保持一致。3.1.2 车身底板的布置设计车身的传动形式为前置后驱，因为传动轴的存在，车身地板中间会形成凸包，地板凸包与传动轴之间的最小间隙通常为 10-15mm，为降低地板凸包高度、增大后座凸包上坐垫的厚度，传动轴一般采用 U 形的布置，既可以降低了传动轴的轴线，又保证了万向节轴线间的夹角在允许范围内。为降低车身重心，提高轿车高速稳定性，车身地板高度应尽量降低。地板高度取决于离地间隙和车身下骨架的截面高度，为降低地板高度，简化地板结构，设计车身承载选择周边式车架。本次毕业设计课题未涉及车身底盘的布置，所以前后舱布置的相关硬点坐标参考了车型比亚迪 F3 的钣金维修车体尺寸，结合设计车身的外廓尺寸及车架的布置形式，绘制的车身整体框架图如图 3-2 所示:图 3-2：车身整体框架尺寸表 3-1：孔位的用途及其坐标3.2 踏板的布置踏板的空间位置受到地板凸包和车身内侧壁的限制，离合踏板的左侧必须留出可容纳驾驶员左脚的空间，以便于在离合器非工作时驾驶员脚部的放置。按照从左到右的顺序依次布置离合踏板、制动踏板、油门踏板。油门踏板略低坐标序号 备注X Y Z1 发动机散热器总成安装孔 -248 864 2002 前纵梁安装孔 470 730 1503 前减震器安装孔 600 0 4604 发动机前副车架总成安装孔 445 -82 705 地板加强板焊接安装孔 744 816 -706 前地板焊接安装孔 744 1916 -1207 后副车架安装孔 746 2515 -1008 后地板焊接点 450 2525 1709 后减震器总成安装孔 590 3002 31010 后纵梁安装孔 570 3810 230于制动踏板且与地板夹角为 40。德国 DIN73001 标准推荐的踏板布置间隙尺寸如下：图 3-3：DIN73001 标准推荐的踏板布置尺寸d-离合器踏板空间 e-制动器踏板空间 f-油门踏板空间 g-转向管柱推荐尺寸：a=130mm b=60mm c=70mm d=260mm e=200mm f=170mm根据踏板推荐布置尺寸，结合设计车身的基本尺寸，踏板布置见总布置图。3.3 车身室内人体模型布置3.3.1 车身内部布置已知条件车身内部布置是根据整车的性能要求，确定车身内部尺寸、乘员乘坐空间、驾驶员操作空间、以及车身内部各部件和附件的位置参数。内部布置需要满足相关法规和整车性能的要求，最常用的布置方法是 SAE 推荐的车身内部布置方法。内部布置过程大体可分为三个步骤：第一步：确定人体模型的适宜 H 点、座椅参考点 SgRP 和座椅调节行程。第二步：调用 UG 中带头部包络和眼椭圆的人体模型，结合内部空间控制尺寸，确定顶盖的位置和内部宽度；根据眼椭圆确定视野，定出前后风窗的倾角；调用手伸界面设计仪表盘的断面形状、仪表盘平面角度。第三步：根据人机工程及 SAE 推荐的硬点控制尺寸布置方向盘和操纵机构。进行内部布置的已知条件：车高 1480mm，车长 5046mm，车宽 1880mm，轴距 3000mm，前悬 1000mm，后悬 1056mm，踵点位置根据踏板的位置布置确定的坐标为 AHP（640，-282，-120） ，根据高档轿车座椅高度 H30 的经验值范围（240mm300mm） ，选择为 H30=300mm。根据地板高度和加速踏板位置从上到下对人体模型进行布置，内部布置已知条件如下图所示图 3-4:内部布置已知条件3.3.2 确定拇趾参考点（BOF）座椅参考点的位置根据 SAE 推荐的 H 点位置线法来确定。图 3-5： AHP 加速踏板踵点 BOF 拇趾基准点踵点 AHP 的坐标是拇趾基准点 BOF 的定位基准，踵点坐标参考同类车型来确定，BOF 的坐标可根据拇指基准点和踵点的几何关系推出。设 AHP 的坐标为（X1，Y1，Z1） ，BOF 的坐标为（X2，Y2， Z2） ，踏板装置角为 =55，踏平面角为 ，H 点高度 H30=300mm，根据 SAE 统计的踏平面角与 H 点高度H30 的经验公式：=77 0.08H30,可得 =54=55，如图 3-5 所示实际踵点落在踏板平面与地板平面交点 AP 的后方，AP 到 BOF 的距离为 203mm，则BOF 的坐标公式如下所示：X2=X1203cosctg ；Y2=Y1；Z2=Z1+203sin将 =54、=55 、AHP （640，-282 ，-120）带入上式可得 X2=521，Y2=-282，Z2=68。所以 BOF（521，-282，68） 。3.3.3 确定 H 点位置线SAE J1517 标准推荐的 H 点适宜位置线分为 A 类车和 B 类车，本设计车型为 H30=300mm 介于 127405mm，方向盘直径 W9=380mm450mm 的 A 类车。其水平位置的数学表达式如下：X97.5936.60.613879Z 0.00186247Z；X95913.70.672316Z 0.00195530Z；X90885.00.735374Z 0.00201650Z；X50793.70.903387Z 0.00225518Z；X10715.90.968793Z 0.00228674Z；X5692.60.981427Z 0.00226230Z；X2.5687.10.895336Z 0.00210494Z；式中 Xi 表示第 i 百分位身材的驾驶员的 H 点在 X 方向上距 BOF 的水平距离，单位 mm。Z 表示 H 点距踏板踵点的高度，单位 mm。设计 SgRP 点指满足第 95 百分位驾驶员乘坐、操纵舒适性要求的最后设计H 点，即 SgRPx=X95。在 UG 的车身总布置系统中输入 BOF 的长度坐标L1、SgRP 的宽度坐标 W20、AHP 的高度坐标 H8，操作界面如图 3-6 所示，系统便根据上述原理绘制出座椅适宜线如图 3-7 所示。图 3-6：输入 L1、W20、H8图 3-7：侧视图中座椅适宜线及 SgRP 点坐标值座椅调节行程：最后设计 H 点即第 95 百分位驾驶员的 H 点，与第 5 百分位驾驶员 H 点的位置差。座椅的垂直调节升程 H58，根据经验值范围3464mm，设计值为 H58=40mm。把 Z95=H30=300mm 带入公式：X95913.70.672316Z 0.00195530Z ，求得 X95=1459mm；再根据升程H58=40mm 得 Z5=340mm，代入公式：X5692.60.981427Z 0.00226230Z得 X5=1301mm，所以座椅的水平调节行程 L23=X95X5=158mm,如图 3-7 所示。3.3.4 人体模型的定位人体模型是车身内部布置的总要辅助工具，其定位原理见参考文献3。本设计选用的是使用较广泛的 SAE 人体模型，选择合适的靠背角度，并根据SgRP 坐标（1459，-282， 180）和座椅的调节行程 H58=40mm、L23=158mm，定位眼椭圆和头廓包络面，定位原理见参考文献3，驾驶员人体模型、眼椭圆和头廓包络的定位如图 3-9 所示。图 3-8：定位人体模型时的参数输入图 3-9：驾驶员人体模型的定位侧视图和前视图前后座椅参考点的水平距离 L50 的范围 750850mm，为提高 C-级高档轿车后排乘员的乘坐舒适性，L50 设计为 850mm。因为传动轴的 U 型布置会在前后地板间形成不大的高度差，所以前后 SgRP 在垂直方向上也会存在高度差H50，其经验值范围 020mm，选择 H50=10mm。前排座椅参考点的坐标为SgRP（ 1459， -430，180） ，计算后可得后排右座椅参考点坐标SgRP（ 2309， 430，190） ，后排左座椅参考点坐标 SgRP（2309，-430，190） 。按照驾驶员人体模型建立和定位的步骤来布置乘员人体模型，其定位侧视图和前视图如图 3-10 所示：图 3-10：人体模型定位侧视图和前视图3.4 车身顶盖及前后风窗的布置车顶盖高度必须满足上视角 L124 的视野要求、前后排有效头部空间H61、H63 的高度要求，在车身侧视图上车身顶盖和前后风窗的形状由视角点A，前、后排有效头部空间点 B、D，发动机罩 C 点和后背舱面 E 点控制。高档轿车的头部有效空间经验之范围：上视角范围 1015，H61=960 1000mm、H63=940980mm，为提高轿车的舒适性，车身的内部空间应尽量宽阔，视野区域应尽量开阔，所以可取 H124=15，H61=996mm，H63=980mm。前后排座椅参考点的坐标分别为 SgRP1（1459，-430，180） 、SgRP2 （230