大型城市客车车身总布置设计.doc

JIANGSUUNIVERSITY本科毕业设计大型城市客车车身总布置设计Thepackagingoflarge-scalecitybus学院名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程013班学生姓名：张振华指导教师姓名：张敏中指导教师职称：副教授2005年6月江苏大学本科毕业设计说明书-1-大型城市客车车身总布置设计专业班级：车辆工程013班学生姓名：张振华指导教师：张敏中职称：副教授摘要汽车车身总布置是汽车概念设计阶段的一项相当重要的方案设计工作。在车身总布置过程中，需要确定的特征参数繁多，空间关系和约束条件复杂，设计方案具有多解性、经验性和综合性。如何高效的进行汽车车身总布置，应当是整个汽车设计周期中急需解决的一个环节。本文介绍了某大型低地板城市客车总布置设计，详细叙述了总布置方案设计的全过程，特别是利用人体工程学进行了驾驶员和乘客的位置确定。关键词城市客车、车身总布置、人体工程学Thepackagingoflarge-scalecitybusAbstractAuto-bodypackagingisaveryimportantschemedesigntaskduringtheautomobileconceptualdesignphase.Therearesomanyfeatureparameterstobedeterminedintheprocessofauto-bodypackaging；whilespatialrelationsandconstraintconditionsarecomplex,implementationmethodsandevaluationindicesarefuzzy.Itresultsinthedesignschemebeingmultiresolution,experientialandcompromising.Sohowtoprocesstheauto-bodypackaginghighlyefficientlyisabigproblemtobesolvedimmediatelyintheautomobileoveralldesigncycle.Thispaperhasreferredthepackagingdesignofthelarge-scale,lowfloorcitybus,andintroducedthewholeprocessofpackagingschemedesignindetail,especiallyutilizingtheErgonomicstodesignthepositionofthedriversandpassengers.KeywordsCitybus，Auto-bodyPackaging，Ergonomics江苏大学本科毕业设计说明书-2-目录第一章车身总布置设计概述.1第二章设计简介.2第三章车身总布置的设计、计算及绘图.23.1车身坐标系的确定.23.2确定地板高度.33.3确定驾驶员座椅位置.33.4眼椭圆（Eyellipse）.63.5布置各种操纵杆件、踏板的位置.83.6仪表板的布置.103.7前轮罩的设计.113.8乘客区座椅的布置.113.9乘客门的布置设计.133.10踏步的设计.13总结和体会.14致谢.15参考文献.16附表.17江苏大学本科毕业设计说明书1第一章车身总布置设计概述在扩大汽车的服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车三大总成之一的车身，已经后来居上越来越处于主导地位。据统计，客车、轿车和多数专用汽车车身的质量约占整车质量的4060，货车车身质量约占整车质量的1630，其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还略超过以上给出的上限值。因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其它两个总成。综观世界汽车工业改革，可以看出，现代汽车是沿着“底盘”“发动机”“车身”逐步发展完善过来的。这个发展过程不以人的主观意识为转移，而在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件。车身设计造型涉及诸如空气动力学，人体工程学、制造工艺学、美学、计算机图形学、结构学、材料学等学科，它是一种技术和劳动密集型相结合的产品，它的制造成本约占汽车总成本的一半，其设计成本比重在整车总设计中已属最大部分，所以车身设计成为制约着汽车制造和新车型开发的关键。由于汽车使用功能的多样性，车身设计、结构和体制等均有其特点，其有关设备投资费用较高，技术难度也较大，所以发达国家历来都极为重视车身技术的开发，虽然车身属于汽车上的三大总成之一，但除了只在整车总布置受制于汽车上的其它总成部件以外，很多方面(如：外形，制图与结构设计计算方法，制造与装配工艺以及所采用的材料等)均与其它总成大相径庭。汽车车身是载运乘客或货物的活动建筑物，相当于一个临时住所或流动仓库，但又受到质量和空间的限制。其涉及面很广，如：车身造型艺术，内部装饰，取暖通风，防震隔音，密封，照明，座椅设计，人体工程等方面；车身材料有逐渐扩大非金属的趋势。车身零部件的加工方法也是各式各样(如：冷冲压，各种型式的焊接、喷漆、电镀、塑料成形等)。综合起来看，由于汽车车身的独特性，使得生产工艺、结构力学、人体工程、技术美学、用户心理、交通运输工程、企业管理乃至供销等各种彼此分别很大的学科甚至很多非技术领域的知识紧密结合在一起。车身总布置属于汽车设计工作的一部分，它是在整车总布置的基础上进行的。整车的总布置提供了汽车长、宽、高、轴距、轮距等控制尺寸。轴荷分配以及水箱、动力总成、前桥、后桥、传动轴与车轮等的轮廓尺寸和位置。据此再参考同类车型的有关数据作为参考，即可以初步确定前悬和后悬的长度，前后风窗位置和角度，发动机罩的高度，前围板位置，座椅位置，内部空间控制尺寸，方向盘位置角度与操纵机构江苏大学本科毕业设计说明书2和踏板的相互位置等。然后在此基础上按满载情况绘制1：5车身总布置图。第二章设计简介本次设计的要求是以6110型11米低地板城市客车底盘（具体参数见附表，结构见附图）为基础，改装为用于城市公交客运的大型客车。设计11米低地板城市客车，初步定位市区主干道的客运市场上。因为市区主干道宽敞，路况较好，同时也是城市的窗口，人流量大，市场前景可观。作为城市客车，它要求：座位数在40座左右；车身空间充裕，给人以视觉舒适感；乘客区有较多的扶手及站立空间；地板高度应尽可能的降低，方便乘客上下车；驾驶区安排合理，驾驶员操纵灵活、安全。基于以上几点，本着“自下而上、从前到后、由内向外、以人体为中心”的原则，进行设计。在设计过程中，充分应用了人体模型去模拟坐姿以定出符合人体生理要求的座椅位置。主要控制尺寸：总长：11177mm总宽：2480mm总高：3200mm轴距：5700mm轮距：前：2020mm后：1860mm接近角：8°离去角：7°第三章车身总布置的设计、计算及绘图3.1车身坐标系的确定关于坐标系，汽车车身制图（QC/T490-2000）有如下的规定：1)坐标系的确定：用右手定则确定坐标系，X为汽车的长度方向，Y为汽车的宽度方向，Z为汽车的高度方向。2)零平面的确定：（按汽车满载时确定）零平面平行于图样的边框线。高度方向的零平面：一般取沿车架纵梁上缘上表面平直且较长的一段所在的平面，无车架的车辆可沿车身地板下表面平直且较长的一段所在的平面作为高度方向的零平面。记作0Z，0Z上方为正，下方为负。宽度方向的零平面：取汽车的纵向对称中心平面。记作0Y，0Y的右侧为正，左侧为负。（顺着汽车行驶的方向）长度方向的零平面：取过前轮理论中线心并垂直于高度零平面的平面。记作0X，0X的后方为正，前方为负。江苏大学本科毕业设计说明书33)坐标平面：平行于零平面的平面，它是用来确定车身各部分相对位置关系。4)坐标线：坐标平面在投影平面上积聚而成的直线，用细实线表示，间隔为100mm或其整数倍。5)坐标线的标记：每一根坐标线的一端（在0#图纸幅面以下的图样中）或两端（在0#图纸幅面及其以上的图样中）都应注有表示该坐标线距离零平面距离百分之一的数值标记和表示该坐标线方向的字母标记。数值和字母标记的字号为7号字且一律水平书写。例如“-4X”表示该坐标线为位于长度零平面之前，距离0X为400mm的长度方向坐标线。6)图面布置：主视图按汽车自右向左行驶方向布置图面3.2确定地板高度原则：在保证必要的间隙条件下尽量减小地板高度。设计：要求过道处地板离地高度为650mm。已知轮胎的规格为10.002016层级，车轮型式为7.520（10孔）。查GB9744-97载重汽车轮胎，可知，车轮的静力半径为502mm，自由半径为527.5mm。又已知车轮的轴心位置，即可以确定地面的位置。再根据过道地板离地高度为650mm，可得到过道地板平面在车身坐标系中的位置，从而进行下一步的设计。3.3确定驾驶员座椅位置这是本次设计的重点：驾驶员座椅与操纵机构的相对位置关系称为驾驶员位置（drivingposition）。在进行车身总布置设计时，重要的一环就是驾驶位置，确定坐在驾驶员座椅上的人与汽车操纵机构之间的位置关系，它是汽车人体工程学中的一个重要研究课题。在行使过程中,油门踏板是经常需要踩的,驾驶员总是脚放在它上面,油门踏板与地板的支点在行使过程中几乎总是与驾驶员脚后跟点相一致.在人体工程学上通常就将此点作为人体的踵点(A.H.P),在汽车人体工程学上,由于对不同车型,驾驶姿势不同,人体身躯与大腿活动的铰接点胯点(H.P)也将发生变化,因此在确定人车的关系时胯点也将发生变化,因而在确定人车的关系时把胯点(H.P)作为人体的基准点.一般说来,将A.H.P作为H.P的基准点,也就是说,如果用H.P将人体与人体舒适性联系起来,那么A.H.P就将汽车与人体联系起来。H.P以及方向盘中心W.P相对A.H.P在水平和垂直两个方向上的距离hx,hz,wx,wz,及体腿角、座椅靠背角、方向盘倾角等江苏大学本科毕业设计说明书4尺寸是相互关联的,它们之间按人体工程学上的某些关系紧密结合在一起。也就是说，驾驶位置是一个整体的有机整体，并不是象一个简单函数那样由几个独立因素简单决定的。所有参数互相关联，确定了驾驶员的位置。设计方法：由人体工程学的理论可知，车身布置不能以适合中等身材的人体尺寸为依据。采用“平均人”的设计方法，既不能准确地确定车身的最大或最小尺寸边界，也不能确切地回答"某一车身布置是否适合大多数人的身材"的问题。新的设计观点，车身布置应适合不同身材的一群人80%或90%的大多数人。由数理统计可知，可引入“百分位”的概念，它表示对应于每一种身材尺寸都可以求得小于该尺寸的人数所占的百分数，如95%百分位身高是182cm，表示有95%的人的身高低于在182cm。首先确定H.P与A.H.P在进行工作空间、操作位置的综合设计和分析时，常常不仅需要单一的某项人体尺寸，并且需要同时考虑和应用多个相互关联的人体尺寸。于是人们将人体尺寸进行分析整理，合理归并，并将人体关节实际的复杂转动简化为绕固定轴的简单几何学转动。并将人体体表轮廓尺寸按一定的比例换算成人体关节点的尺寸。从而设计制作出各个关节均可活动的二维人体模板。二维人体模板是H点人体模型的平面表达，是一种理想的辅助设计工具。人体模板一般由躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿、脚（带鞋）等几个板块组成，通过模拟人体各关节的平面铰接相连，各板块均可绕铰接点转动，以便摆成各种姿势。在车身布置设计中通常需要用到第95、50、5百分位三种人体模板。分别代表大、中、小身材的人体。并且为适应车身总布置图的比例还要制成各种比例（如11、12、15等）。借助人体模板，使人车界面在初步设计阶段就可以得到模拟，能够比较详细地观察分析人车的相对位置关系。以便尽早识别和排除错误的和不合理的设计位置。由GB/T15759-1995人体模板尺寸可查得并计算出人体模板各部尺寸（见附表）为了更合理的进行驾驶位置的设计布置，采用女子第5百分位、男子第95百分位的尺寸制作人体模板。