汽车车身结构与设计(第三章)

1、汽车车身结构与设计北京理工大学机械与车辆学院林程 教授王文伟 副教授陈潇凯 副教授2016第一节车身总体布置第三章 车身总体设计1、车身总布置车身总布置设计是对车身内外形、发动机舱、行李舱、前后围、地板、车窗、内饰总成和部件（仪表板、座椅和操纵机构等），以及备胎、燃油箱和排气系统等，在满足整车布置和造型要求下进行尺寸控制和布局的过程，是在整车总布置的统一要求下进行的，通常由整车总布置的、车身、底盘、发动机、电气以及附属设备等部门的设计人员协同完成。车身坐标系车身坐标系中，X 指汽车的前后方向，Y 为左右方向，Z 为上下方向。车身坐标系车身坐标系按车身坐标系按QC/T 490-2013QC/T

2、490-2013汽车车身制图汽车车身制图中的中的规定：规定： 1 X1 X为汽车的长度方向，为汽车的长度方向，Y Y为宽度方向，为宽度方向，Z Z为高度方向；为高度方向； 2 2 坐标零平面的确定；按汽车满载时确定零平面；变型车零平面坐标零平面的确定；按汽车满载时确定零平面；变型车零平面采用基本车型零平面。采用基本车型零平面。 3 3 通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。 4 4 把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向

3、坐标的零平面，零平把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向坐标的零平面，零平面左侧为负，零平面右侧为正。面左侧为负，零平面右侧为正。 5 5 取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长一段所在平面作为高度方取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较向坐标的零平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。零平面上方为正，长一段所在平面作为高度方向坐标的零平面。零平面上方为正，零平面下方为负。零平面下方为负。二、车身总布置设计辅助工具人体尺寸百分位用以表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分

4、比。以95th 百分位人体尺寸为例，表示人群中有95% 的个体，该尺寸小于此值；有5% 的个体，该尺寸大于此值。最常用的是5th、50th 和95th 三个百分位人体尺寸，它们分别表示小、中等和大尺寸。(一) H点装置人体模型是汽车设计必备的一种测量和模拟分析工具，根据用途的不同可分为布置用人体模型、测量用人体模型、动力学分析人体模型和碰撞人体模型等，既有物理人体模型，也有数字人体模型。早期的车身布置使用的人体模型是人体设计样板，常用塑料板材等按1:1、1:5、1:10等常用制图比例制成，用于辅助制图、乘员乘坐空间的布置和测量、校核空间尺寸等。SAE J826 人体设计样板早期的车身布置使用的

5、人体模型是人体设计样板，常用塑料板材等按1:1、1:5、1:10等常用制图比例制成，用于辅助制图、乘员乘坐空间的布置和测量、校核空间尺寸等。布置和测量用人体模型H 点装置HPM 是用于建立车内布置的关键基准点和尺寸的物理工具。H 点装置的主要用途:1) 在车身布置时, 用于建立车身内部的基准点和尺寸。2) 对这些关键基准点和尺寸进行物理验证。3) 进行对标时测量竞争车型的布置参数。4) 用于座椅的设计、审核和对标。H 点装置上的基准点和关键尺寸H 点: 是H 点装置上躯干与大腿的铰接点, 模拟人体躯干和大腿的铰接中心。H 点行程路径、乘坐基准点（R点）、D点、K点、AHP、(二) 眼椭圆眼椭圆

6、(Eyellipse) 是指不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的统计分布图形。眼点(Eye Points) 简称E 点, 代表眼睛位置，是视野设计过程中视线的出发点。眼点有左右两个，分别代表左右眼睛的位置，左右眼点的距离为65mm。头部转动点(Neck Pivot Points) 摇简称P 点，是驾驶人头部水平转动的中心点，与E点等高，位于左右眼点连线中点后方98mm处。P1 点和P2 点，分别用来计算驾驶人左、右侧A 柱的双目视野障碍角。P3 点和P4 点，分别用来计算驾驶人左、右侧后视镜的间接视野。眼椭圆尺寸和定位最常用的A 类车可调节座椅的眼椭圆尺寸和定位方法（SAE J94

7、1） (1) 眼椭圆的尺寸：主要是指长轴、短轴和竖轴的尺寸, 其数值与人体尺寸的数值有很大关系。 (2) 眼椭圆的定位：包括确定椭圆中心位置和倾角。眼椭圆尺寸和定位 1）椭圆倾角的计算：眼椭圆的三个轴线互相垂直。轴线Ay方向平行于汽车坐标系y 轴方向。对于A 类车可调节座椅的眼椭圆，长轴轴线Ax与水平面的夹角应根据H 点调节轨迹倾角A19 计算。 2）椭圆中心的计算：椭圆中心的三个坐标分量Xc、Yc (分别以Ycl和Ycr代表左、右眼椭圆中心的Y 坐标) 和Zc，分别以PRP、OY 和过AHP 的水平面为定位基准。 3）适合美国人的A 类车可调节座椅眼椭圆定位公式95 百分位眼椭圆(座椅行程大

8、于133mm) 中P1、P2、P3、P4 位置影响眼椭圆定位的布置参数眼椭圆的应用以SAE眼椭圆为理论依据，可进行内外视镜布置、驾驶人前方视野的设计和校核、车身A/ B/ C柱盲区的计算、仪表板上可视区的确定、刮水器布置和刮扫区域校核和遮阳带位置的确定等。利用眼椭圆进行驾驶人前方下视野设计的方法电动客车人机工程学优化(三) 头廓包络头廓包络指不同身材的乘员以正常姿势坐在适宜的位置时，其头廓的包络，用于在设计中确定乘员所需的头部空间。通过对人头部尺寸进行测量和统计，SAE 制定了平均头廓线来描述侧视和后视方向头廓的平均尺寸。将平均头廓线样板上的眼点沿着眼椭圆轮廓上半部分运动，平均头廓线随之平动，

9、描绘出的各个位置平均头廓线的包络就是头廓包络面。SAE 平均头廓线及包络面头廓包络面的尺寸和定位对于驾驶人和前排乘客，头廓包络在Y 方向的尺寸要向外延长23mm。行程可调节座椅的头廓包络面只在侧视图有向前下方的12度的倾角，其他视图倾角都为零。对于固定座椅，头廓包络在各个视图方向的倾角都为零。SAE J1052 标准中，对应各种座椅水平调节行程的乘员头廓包络面尺寸(距离头廓包络中心的距离)A 类车座椅可调节的驾驶人头廓包络面(TL23 133mm)头廓包络面的尺寸和定位头廓包络面可以利用眼椭圆的位置直接进行定位，也可以在整车坐标系中进行定位。1) 利用眼椭圆的位置定位。无论是固定座椅还是行程可

10、调节座椅，当定位眼椭圆之后，可以直接根据左右眼椭圆中心连线中点(双眼中心) 来定位相应的头廓包络。2) 在整车坐标中定位。头廓包络还可以直接在整车坐标中进行定位。头廓包络的应用乘员头部与车身结构之间的空间对于保证乘员头部活动，以及在颠簸和翻车等情况下头部拥有必要的缓冲具有重要意义，但这个空间设计过大会浪费空间，并增大汽车正面迎风面积而使空气阻力加大，必须科学合理地选取头部空间尺寸。(四) 驾驶人手伸及界面当驾驶人操纵汽车行驶时，其神经总是处于较为紧张的状态，必须保证驾驶人在身体躯干部位不大变动的情况下，能方便地操纵转向盘、踏板以及各种附件。为此，SAEJ287 给出了驾驶人手伸及界面的含义及其

11、应用程序。概念：驾驶人手伸及界面是指驾驶人以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上以及一手握住转向盘时，另一手所能伸及的最大空间界面。通用布置因子：G 因子，反映乘坐环境布置的代数式：HR 基准面：用于定位驾驶人手伸及界面的平面。它平行于汽车坐标系YZ 平面，位于AHP 后方，到AHP 的距离为：d =786 -99G驾驶人乘坐环境布置尺寸驾驶人手伸及界面的描述驾驶人手伸及界面数据是在手伸及界面测量台上测得，再经统计分析后得到的。将在测量台上测得的数据根据G 因子和男女比例进行分类，对于三点式安全带和两点式安全带各列成21 张数据表格，用来构造手伸及界面。G 因子分成G -1.25、-1

12、.24 G -0.75、-0.74 G -0.25、-0.24 G 0.24、0.25 G 0.74、0.75 G 1.25 七档；驾驶人男女比例分为50:50、75:25 和90:10 三种。每张表格对应着一定范围的G 因子值、确定的驾驶人男女比例和安全带形式。驾驶人手伸及界面数据表格驾驶人手伸及界面在车内的定位 要建立驾驶人手伸及界面, 首先要定位HR 基准面。然后, 根据表格中的数据就可以构造出手伸及界面。HR 基准面的定位方法如下：1) 确定驾驶室内部的设计尺寸和驾驶人的男女比例, 并计算G 值。2) 计算HR 基准面X 方向的位置。如果786 -99G L53， HR 基准面位于Sg

13、RP 处；反之，HR 基准面位于AHP 后方786 -99G 处(五) 数字人体模型以人体参数为基础建立的数字人体模型，是描述人体形态和力学特征的有效手段，是研究、分析、设计和评价人机系统不可缺少的测量和模拟工具。借助数字人体模型，以往要在现实环境中完成的实验，在CAD 虚拟环境中就能完成，而且还能够模拟更多的人的特征，例如人的力量、活动、与物体接触时身体的变形等三、车身硬点尺寸硬点(Hardpoint)，是指对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键点。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。轿车的硬点尺寸包括外部尺寸和内部尺寸。外部尺寸包括总长、总

14、宽、总高、轴距、前/ 后悬长、前/ 后轮距、接近角、离去角和最小离地间隙等；内部尺寸包括车室内长、宽、高，以及发动机舱和行李舱容积等。车身的硬点尺寸关系必须满足汽车的各项要求。硬点尺寸前缀和编号在SAE J1100 中给出了硬点、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, 部分前缀和数字的含义见表3-9。后缀用“ -1”、“ -2”的形式表示该尺寸为第一排、第二排座椅车身外部尺寸 u长度方面的尺寸主要有轴距、车长、前悬、后悬等；车身外部尺寸 u宽度方向的尺寸主要有轮距、车宽、翼子板间距等；车身外部尺寸 u高度方向的尺寸主要有车高、最小离地间隙、门槛高度、保险杠高

15、度、车灯高度等；车身外部尺寸 u角度方向尺寸主要有风窗倾角、侧窗倾角、接近角、离去角、通过角等。车身内部尺寸 u车身内部尺寸主要包括长度、宽度、高度和角度等方面的尺寸，SAE J1100对内部尺寸给出了详细的规定。u车身内部尺寸主要影响驾驶员和乘客的乘坐空间和驾驶员操控转向盘、变速杆、仪表板操纵按钮等的方便性，这些尺寸数值的确定一般是借助于H点装置、眼椭圆、头廓包络等车身布置工具。车身内部尺寸 车身内部长度尺寸车身内部长度尺寸车身内部尺寸 车身内部宽度尺寸车身内部宽度尺寸车身内部尺寸 车身内部高度尺寸车身内部高度尺寸四、车身部件布置设计 发动机舱需根据发动机、变速器、进气系统、散热器、蓄电池及

16、其他各种附件、电器系统等的尺寸和布置来确定其空间。在进行发动机舱布置时最核心的问题是确定动力总成的位置及动力总成及附件与车确定动力总成的位置及动力总成及附件与车身零部件之间的合理间隙身零部件之间的合理间隙。（一）车身前端（一）车身前端（Front-EndFront-End）布置）布置1. 1. 发动机舱布置发动机舱布置1、发动机舱布置u发动机的上、下位置：影响造型、视野、离地间隙等等发动机的上、下位置：影响造型、视野、离地间隙等等u发动机的前、后位置：发动机的前、后位置：影响汽车轴荷分配和离地间隙，前悬架和转向传动机构的布置。对于发动机前置后驱的汽车，为减小传动轴夹角，一般将发动机布置成倾斜的

17、形式，动力总成的位置可由曲轴中心线与发动机缸体前端面的交点交点k和曲轴中心线的倾角倾角（一般为34）两个参数来确定。u发动机的前、后位置应与上、下位置一起进行考虑，前后位置确定以后，就可以确定汽车前围板和冷却模块的位置。发动机动力总成布置1、发动机舱布置u发动机舱在进行布置时要充分考虑各种正向碰撞的要求，如56km/h正碰和64km/h偏置碰撞。发动机布置是否合理，直接的表现就是前围板变形和发动机舱内零件对乘员的伤害，因此在进行总布置时要确保发生碰撞时发动机舱内的零件不能侵入乘客舱。u在汽车与行人发生碰撞时，还要减少对行人的伤害，包括小腿、大腿、成人头部和儿童头部等主要的身体部位。在进行发动机

18、舱布置时要特别注意保险杠的高度及与舱内部件的距离、发动机盖与舱内部件的距离的设计。1、发动机舱布置u Euro NCAP根据包络线距离（Wrap Around Distance，WAD）把发动机盖进行了碰撞区域的划分。所谓包络线距离，是指从地面开始计算，围绕汽车前端沿发动机罩向后，所得的包络线的距离。10001500mm包络线之间的区域代表儿童头碰撞区域，要求该区域发动机盖和舱内部件的距离大于70mm，15002000mm包络线之间的区域代表成人头碰撞区域，要求该区域发动机盖和舱内部件的距离大于80mm，发动机盖前沿1000mm包络线以下区域，发动机盖和舱内部件的距离大于170mm。2、 前围

19、布置u 前围将发动机舱与车室隔开。在前围上盖板上固定前风窗玻璃，其车室内侧安装仪表板，外侧支撑发动机罩、安装刮水器，前围下部与地板连接。前围车室外侧还装有隔热和减振、离合器和转向盘等的支架，以及暖气设备等。u 在前围布置时应保证前围板到发动机后端有足够的间隙应保证前围板到发动机后端有足够的间隙，以布置转向系机构、制动系和离合器的管路和附件，以及空调系统的风道。u 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，以利于前排乘员调整搁脚姿势和布置加速踏板。将前轮前移或发动机位置前移，前围可相应前移以加大前排乘员的搁脚空间和便于布置踏板。u 根据发动机盖后端的高度以及仪表板上表面的位置，可

20、确定前围上盖板的表面高度和形状，初步确定前风窗玻璃的下沿位置，并设置玻璃的安装止口。3、转向轮罩形状设计u 作前轮转向跳动图和后轮跳动图，可以确定前、后轮罩的空间大小及形状。车轮跳动图需要根据车轮跳动的极限位置和最大转向角来求作。u 车轮跳动的极限位置与悬架的结构形式、参数以及橡胶缓冲限位块的允许压缩量有关。车轮跳动过程包络的空间便是车轮转向、跳动所必需的最小空间。在此基础上在考虑必要的间隙就可确定前轮轮罩形状和翼子板开口尺寸了。u 对于车身后部的非转向车轮，只需根据车轮的跳动情况来确定轮罩形状。前轮运动轨迹包络面的求取（双横臂独立悬架）前轮运动轨迹包络面的求取（双横臂独立悬架）4、踏板布置踏

21、板尺寸（后视图）踏板尺寸（后视图）踏板尺寸（侧视图）踏板尺寸（侧视图）4、踏板布置p 在进行踏板布置时，首先要确定踏板基准点（首先要确定踏板基准点（PRPPRP）的位）的位置置。为保证驾驶员长时间操作的舒适性，应确保加速踏板未踩下时踝关节角度A46不小于78，踩到底后A46应不大于105。p 踏板表面的倾斜角度踏板表面的倾斜角度参照踏平面角来确定，使驾驶员鞋底脚掌处很好地与踏板表面贴合。p 为保证紧急制动时，驾驶员不会误踩到加速踏板，制动制动踏板和加速踏板表面要错开一定距离踏板和加速踏板表面要错开一定距离（一般情况下加速踏板要比制动踏板低）。p 确定所有踏板高度和前后位置后，还要确定踏板的侧向

22、踏板的侧向位置位置，包括离合踏板与驾驶员中心线的距离、制动踏板与驾驶员中心线的距离、以及制动踏板与加速踏板之间间距。5、转向盘布置p 转向盘布置包括确定中心位置及调节范围、倾角和轮缘中心位置及调节范围、倾角和轮缘直径直径。p 确定转向盘位置要证转向盘与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘前后位置在保证与驾驶员之间安全距离的情况下，还要保证驾驶员打转向时的伸及性。转向盘高度的确定要考虑驾驶员上肢的舒适性。转向盘位置一般设计成可调节的，使得大多数人都能够通过调节获得舒适的转向盘操作位置。p 转向盘倾角的选定应该使转向盘轮缘所在平面尽量与驾驶员观察仪表时的接近视线垂直，以获得最佳的仪表视野；还要与手

23、部抓握轴线的方向相适应。p 轿车转向盘直径通常小于450mm。太小则操纵不稳定，且影响仪表视野；太大则会浪费布置空间。6、仪表板布置 仪表板是汽车操纵控制与显示的集中部位，是汽车的操纵中心和信息传递中心，随时反映汽车的运行状态和接受驾驶员操控。它还是车室内部最引人注目的装饰部件。仪表板布置必须以驾驶员为中心，满足驾驶员对视野、操纵和空间的要求。布置合理的仪表板会使驾驶员感到方便而舒适，反之则可能影响行车的安全。仪表板高度的确定 仪表板高度不仅受高个驾驶员腿部空间要求的制约，还受矮小驾驶员前方下视野要求的制约，设计时要综合考虑。 根据驾驶员前方地面盲区大小的要求作前方下视野线Ld ，同时与发动机

24、罩和眼椭圆下方相切，则Ld与水平面所成的角度即为驾驶员前方下视野角。为保证前方下视野的要求，应该使仪表板上方最高点和转向盘轮缘都低于下视野线Ld。仪表盘布置 仪表盘应是驾驶员最容易观察到的地方，但驾驶员在观察时，转向盘轮缘、轮辐和轮毂都会在仪表板上形成盲区。仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。仪表罩布置 仪表罩（遮光罩）的功能是防止光线对驾驶员造成眩目。仪表罩要有足够的深度，以遮住射向仪表盘玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交，就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野，并且其厚度要适中，以少占用布置仪表盘的空间。1-眼椭圆；2-入射

25、光线；3-入射光线（射到仪表盘玻璃下边界）；4-被仪表罩遮挡的入射光线；5-仪表罩；6-仪表玻璃；7-入射光线3的反射线；8-入射光线2的反射线；9-法线操纵件和按钮布置u 仪表板断面形状和位置时应考虑驾驶员的手伸及能力，确保驾驶员在不需要大动身体躯干部位的情况下，就能方便有效地操作仪表板上的操纵钮件，从而满足驾驶员的生理要求和减缓疲劳，确保操作有效、迅速而方便。u 作出驾驶员手伸及界面后，即可检验操纵件布置。当操纵件在手伸及界面的内侧（靠近驾驶员一侧）时，认为其满足手伸及性的要求。（二）车身地板布置1. 1. 地板通道布置地板通道布置u 根据前后轮罩位置和形状、离地间隙要求、发动机和传动系布

26、置形式以及地板和门槛下沿线高度，可初步确定地板高度及布置形式。u 对于FF或者RR布置形式，由于地板下部没有传动轴通过，地板可以降低，有利于座椅布置和提高居住性。u 对于FR布置形式，应尽可能减小由于传动轴通过地板下部所需的地板通道（凸包）高度，提高舒适性并降低地板高度和车身总高，通常在垂直平面上将传动轴呈U形布置。（a）单万向节传动轴 （b）装有中间支撑的双万向节传动轴2、排气系统布置u 排气系统布置影响车身地板的布置。在地板下面装有双排气管、主消声器和在主消声器前后布置两个辅消声器，是最理想的消声器布置方案，能高效吸收噪声。地板和消声器间应留有足够的间隙（至少50mm），以避免地板过热。为

27、有效利用车身底部的通风来降低排气管温度，排气系统和消声器应沿着空气的流动方向布置，而在其周围要用隔热隔声材料层将其与车身其他部分隔开。1. 1. 后围布置后围布置u 对于三厢式轿车，利用后围将座舱与行李箱隔开。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。为使行李箱增大，一般后围的布置与后排座椅靠背的背面手齐，下部与地板连接。u 对于两厢式轿车，后一排座椅通常都具有向前翻转折叠的功能，以形成很大的载物空间。（三）车身后部布置2. 行李箱布置u 现代轿车普遍将行李箱布置在车尾。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

28、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 40.7m3，在高级轿车上约为 0.70.9m3。（a）两厢式轿车 （b）三厢式轿车3、燃油箱和备胎布置u 燃油箱和备胎燃油箱和备胎的布置，对车身有效容积和整车轴荷分配都有很大影响。燃油箱和备胎往往同时布置在行李箱内；对于发动机前置前轮驱动轿车，后桥取消了主减速器，可有更多空间来布置燃油箱和备胎，且行李箱容积较大。（四）车室内部布置u 车室内部布置的核心思想是以乘员为中心，使室内布置适应人的需要，创造出一个操纵方便、安全可靠和美观舒适的驾驶和乘坐环境。u 车室内部布置包括车室长、宽、高的空间设计，以及等内容，车室内部布置是

29、进行车身总布置的重要内容，一般是借助于H点装置、眼椭圆、头廓包络等车身布置工具进行尺寸设计和座椅、仪表板和操纵件的布置。（五）车身总布置图u通常要画出侧视、俯视和前后视图，各视图上只需将要表达的部分画出。长度和高度方向的布置主要借助侧视图表现，宽度方向的结构形状和间隙尺寸借助前后视图体现。u侧视图按车辆自右向左行驶的方向绘制。前后视图一般分开绘制，有时左半部为前视图，右半部为后视图。（五）车身总布置图u 对于全新开发的产品，其总布置图上应绘出：车身外形，主要部件（发动机总成、动力传动系总成、行驶系、转向系、后视镜、排气系统、备胎、座椅和仪表板等）外形和内饰轮廓曲线，室内布置工具图形（眼椭圆、头

30、廓包络面、人体模板、视线和安全带固定点布置区等），驾驶员座椅、变速杆、驻车制动杆和踏板在其整个活动范围内的若干主要位置，空载、设计载荷和满载状态的车轮和地面线，立柱盲区，最大开度时的车门、发动机罩和行李箱罩，行李箱容积，主要外形和内部关键尺寸等。（五）车身总布置图u 为方便查看和量取尺寸，总布置图上要按一定间隔绘出网格线（坐标线），通常间隔大小取100mm或其整数倍、网格线的一端或两端应标注上坐标值，其标注方法随不同标准会有所不同。u 标题栏中填写必要的信息，如产品名称、内部代号和制图人信息等。有的总布置图上还包含尺寸明细栏，其中注明主要尺寸的代号和数值。u 总布置图上还常常注明所参照的标准，

31、以及最后一次更新的日期等。（五）车身总布置图车身总布置图（侧视图）车身总布置图（侧视图）（五）车身总布置图车身总布置图（俯视图）车身总布置图（俯视图）（五）车身总布置图车身总布置图（前视图）车身总布置图（前视图） 车身总布置图（后视图）车身总布置图（后视图）第二节人机工程学在车身总布置设计中的应用第三章 车身总体设计一、车室内部布置 车室内部布置应车室内部布置应以乘员为中心以乘员为中心，满足操纵方便、乘坐舒适和安全可，满足操纵方便、乘坐舒适和安全可靠等要求，主要任务是借助辅助工具（靠等要求，主要任务是借助辅助工具（H点装置、眼椭圆等）确定车室点装置、眼椭圆等）确定车室内部尺寸。进行车室内部布置

32、时，应重点考虑以下几方面要求：内部尺寸。进行车室内部布置时，应重点考虑以下几方面要求：u 乘员坐姿和座椅布置符合目标乘员群体舒适乘坐的要求乘员坐姿和座椅布置符合目标乘员群体舒适乘坐的要求。u 保证车内必需的空间保证车内必需的空间（如腿部空间、头部空间以及转向盘与驾驶员躯干之间的空间等），以保证驾驶员操作灵活、准确，增强舒适性和安全性。u 操纵装置的布置位置和作用力大小符合人体操纵范围和操纵力特点操纵装置的布置位置和作用力大小符合人体操纵范围和操纵力特点，使驾驶员操纵自然、迅速、准确而轻便，降低操纵疲劳。u 驾驶员视觉信息系统适合人眼视觉特性和驾驶员视野要求，驾驶员视觉信息系统适合人眼视觉特性和

33、驾驶员视野要求，且能及时获得正确的驾驶信息。u 具有被动安全措施，具有被动安全措施，这些措施要符合人体运动特点和车内环境。例如，正确地设置安全带铰接点位置和对人体的约束力，可以降低车辆正碰时二次碰撞的伤害程度。 1、H点布置设计 H点布置是进行车室内部布置的基础和前提。乘员座椅的布置，通过确定不同百分位乘员的设计H点位置来实现。对于驾驶员座椅，不仅要确定设计H点的位置和行程，还需确定合理的设计H点调节方式和调节轨迹，为座椅调节机构设计提供参考。 所确定的H点位置，是驾驶员下肢舒适的乘坐位置，它与驾驶员坐姿密切相关。舒适乘坐姿势 人体乘坐的舒适和疲劳程度与坐姿关节角度有关。舒适关节角度通常因车型

34、而异。舒适乘坐姿势 硬点尺寸H30是与座椅高度密切相关的重要尺寸。统计分析表明，对于不同类型的汽车，H30的取值不同，驾驶员姿势随着H30的增大呈一定的变化规律。对于A类车，H30通常在127405mm之间，对于B类车，H30则通常在405530mm之间。不同类型汽车不同类型汽车H H点高度（点高度（H30H30）和乘坐姿势）和乘坐姿势H30：SgRP到AHP或FRP的垂直距离人体坐姿分析人体样板在车身布置上的应用2、驾驶员设计H点布置 驾驶员座椅的布置对驾驶员安全性、坐姿舒适性、视野和操作方便性都具有重要的影响，是车室内部布置中的重要内容。 座椅调节行程主要包括座椅调节行程主要包括3 3种种

35、：两向调节行程、四向调节行程和六向调节行程。u 对于具有两向对于具有两向H H点调节行程的座椅，点调节行程的座椅，正常驾驶时有两个重要的设计H点位置：最前位置最前位置和最后位置最后位置。为保证驾驶员乘坐区域能容纳90的驾驶员乘坐，应以95th百分位男子的设计H点作为正常驾驶时的最后H点，以5th百分位女子的设计H点作为正常驾驶时的最前H点。设计H点的调节范围（包括水平调节量TL23和垂直调节量TH17），根据5th百分位女子和95th百分位男子的设计H点位置确定。驾驶员驾驶员H H点布置原理点布置原理1-95th百分位男子；2-5th百分位女子；3-95th百分位H点；4-H点调节轨迹；5-5

36、th百分位H点；6-AHP 2、驾驶员设计H点布置u对于具有四向对于具有四向H H点调节行程的座椅点调节行程的座椅，正常驾驶的设计H点调节行程需要根据四个设计H点位置确定：最前最高位置、最前最低位置、最后最高位置和最后最低位置。u六向调节行程座椅六向调节行程座椅主要用于一些高级轿车上，其调节行程需要根据六个设计H点位置确定。2、驾驶员设计H点布置3、后排乘客H点布置 乘客座椅多为行程不可调节座椅。乘客的H点布置需将选定的H点装置根据地板线（考虑压塌量）和前排座椅来定位。以第二排乘客的H点布置为例，后排乘客的H点布置过程：u 将前排座椅定于最后、最低位置，并选定合适的H点装置。u 根据乘坐时的D

37、点高度画出D点高度线。u 在保持踝关节角A47不大于130的条件下，将H点装置的鞋沿地板线前移，并保证在D点始终位于D点线上的同时躯干也相应前移，直至鞋或小腿与前排座椅接触。此时的点作为SgRP。 乘客的搁脚位置和脚的姿势，对前后座椅的间距影响很大。考虑到舒适性和腿部空间的要求，一般将乘客的脚布置在前排座椅下面，并使乘客的膝盖与前排座椅靠背的后面保持必要的间隙。采用阶梯地板布置可保证前排座椅的下部留有足够的搁脚空间，且前后座椅的间距变小，有利于小型轿车的布置。座椅靠背的厚度对乘坐空间的影响很大，应根据车的级别合理选择。3、后排乘客H点布置顶盖和前后风窗的布置 前后座SgRP点确定后，可将头廓包

38、络面定位。根据有效头部空间尺寸H61-l、H61-2的经验值，考虑头部间隙尺寸 L38、H41-1、 L39和H41-2可确定顶盖的高度。（a）有效头部空间尺寸H61 （b）前排头部间隙尺寸 （c）后排头部间隙尺寸顶盖和前后风窗的布置p 根据发动机罩高度和前围位置，考虑造型上的要求，可确定前风窗下边缘前风窗下边缘发动机罩发动机罩C C点点位置。p 根据行李箱盖高度和后围位置，考虑造型上的要求，可确定后风窗下边缘后风窗下边缘后背舱面后背舱面D D点点位置。p 发动机罩C点决定了车头长度，后背舱D点决定了车尾长度，二者之间的长度决定了乘员车室的大小。发动机罩发动机罩C C点、后背舱面点、后背舱面D

39、 D点和长度尺寸点和长度尺寸p 确定前后风窗角度和开口大小时，需要兼顾驾驶员视野、造型和空气动力学等方面的要求，其关键尺寸如图所示。（a）前后视野参数 （b）前后风窗倾角图图3-65 3-65 前后风窗的布置参数前后风窗的布置参数 顶盖和前后风窗的布置车身宽度方向的布置p 车身宽度方向的尺寸要保证乘员头部与侧窗、肩部与车门以及肘部与车门之间的间隙。车身外表面的各点则与顶盖厚度、玻璃下降的轨迹、门锁和玻璃升降的尺寸以及车门厚度等因素有关。在横截面上布置门槛梁和顶盖梁，可以确定门槛和门框的高度。车身宽度方向的布置尺寸车身宽度方向的布置尺寸车身宽度方向的布置p 确定车身侧壁倾斜度时，在满足乘员所需空

40、间的基础上，还应考虑上下车的方便性。当K值（车门上下边缘的水平距离）为零时，乘员的上身必须倾斜30以上才能进入车内，入座非常不便；如果取K=100150mm（，则人的上身稍许倾斜即可入座。K值也不能过大，否则将由于上下比例失调而影响汽车外观，内部空间的利用也不好；下车不方便；而且玻璃升降占用车门内腔的空间太大，使车门增厚。K K值和车身侧壁倾斜度对上下车方便性的影响值和车身侧壁倾斜度对上下车方便性的影响二、视野校核（一）（一）概述驾驶员视野驾驶员视野是指驾驶员处于正常驾驶位置，并且当其眼睛和头部在正常活动范围内时，能直接或借助于辅助设备看到的范围，可分为直接视野和间接视野。驾驶员直接视野，是指

41、驾驶员直接看到的范围；驾驶员间接视野，是指驾驶员借助后视镜等辅助设备看到的范围。阻碍驾驶员视线的物体称为视野障碍视野障碍。被视野障碍挡住而驾驶员看不见的区域，称为盲区盲区。按照眼的使用情况，盲区有单眼盲区和双眼盲区之分。所谓单眼盲区，是指左眼或右眼单独观察时，由于视野障碍的阻挡而看不见的区域；双眼盲区是由于视野障碍的阻挡而两眼不能同时看见的区域。二、视野校核（一）（一）概述 以驾驶员环绕视野为例，驾驶员在驾驶位置向周围地面观察时，由于立柱、车门、发动机罩和行李箱盖等的阻挡，会形成盲区，盲区之外的地方就是可见区域。 视野校核必须选定合适的眼点，而眼点的选定又要以眼椭圆为根据。眼点的选取原则是：选

42、取眼椭圆轮廓上，视野性能最差的眼点。二、视野校核（二）前方视野校核（二）前方视野校核 风窗开口上沿应该具有足够的高度，以使驾驶员能够方便地观察车头前方12m远、5m高的交通灯。 前风窗开口下沿高度与前方下视野有关，其高度的选取应保证地面盲区长度在许可范围内。 设计时，需要做出各种条件下的上、下视野线，以检查前风窗的布置。1. 1. 前风窗开口视野校核前风窗开口视野校核1-观察交通灯的眼椭圆视切线（最小为14）；2-过前风窗玻璃挂扫区域上边界的眼椭圆视切线（通常为10）；3-过V1点的前风窗玻璃透明区上边界视线（7）；4-过V2点的前风窗玻璃透明区下边界视线（5）；5-过V2点的转向盘轮缘上切线；6-V1点；7-V2点；8-SgRP二、视野校核（二）前方视野校核（二）前方视野校核 驾驶员一侧的A柱（包括所有能够阻挡驾驶员视线的附件、玻璃密封条等）盲区，是驾驶员前方视野盲区中最主要的部分。由于A柱对驾驶员视线的阻挡，驾驶员常常需要转动眼睛和头部观察驾驶员一侧前方的交通状况，容易引起疲劳，对安全行车不利。 国标GB/T 11562采用双目障碍角表示A柱盲区，其大小与A柱本身的结构尺寸和驾驶员眼睛到A柱的距离有关，每根A柱的双目障碍角不能超过