毕业设计（论文）-轿跑车车身侧围内饰的结构设计.doc

上海工程技术大学毕业设计(设计)B型轿跑车车身侧围内饰的结构设计摘 要X-PILLAE作为车身板金件的重要覆盖装饰件。在造型确定的情况下，本文从X-PILLAR内饰板的美观性和舒适性出发，对X-PILLAR内饰板的各个部分进行设计布置。设计的主体除了包括X-PILLAR的主要零件（A-PILLAR，A-PILLAR-W，B-PILLAR，C-PILLAR）。在设计的过程中，不但考虑到各种法规的要求，还要满足工艺上的规定，而且还需参考各种设计工具。以下是在设计过程中的几个重要因素：（1）A-PILLAR安装在车辆的驾驶室的前部，会对前视野造成影响，使其前视野减小。在设计的过程中应当尽可能的减小对驾驶员前视野的影响，并且满足各地区的法规要求。（2）安全带固定点是安装在车身侧围上的重要被动安全设施，在设计B-PILLAR时应当合理的确定其位置，以确保满足各地区的法规。（3）X-PILLAR为塑料件，其的制造工艺为注塑成型。因此在设计的过程中，应当注意制造工艺的可行性（拔模角度和拔模方向）。关键词：车身侧围，工艺，材料，前视野 ABSTRACTThe Design of X-PILLAR in B Vehicle InteriorX-PILLAR is an important part of vehicles internal ornament. X-PILLAR is combine with four parts as A-PILLAR，A-PILLAR-W，B-PILLAR and C-PILLAR. X-PILLAR is also a important ornament to cover the vehicles body. After the mould is determined, this paper did the design and packaging of X-PILLAR and every assembly in it from the point of view of the prettiness and comfort of X-PILLAR。The major parts of X-PILLARs designation are A-PILLAR A-PILLAR-W B-PILLAR C-PILLAR. Through the designation, we shall consider the regulation about technics as well as law and designing tool. Such points which are written below should be considered:(1) Because of the position where a-pillar stall, it is evitable to interfere the front vision. We must decrease this interference in order to avoid driving problem. The design must fulfill the law requirement.(2) Safety belt anchorage which is stalled on the B-PILLAR is important passive safety equipment. When designing this part, it is a must which to consider its position and fulfill law requirement.(3) X-PILLAR is made by plastic. The way to produce X-PILLAR is molding. During the design, we should consider the feasibility about its produce.KEY WORDS: X-PILLAR, technical process, material, visionB型轿跑车车身侧围内饰的结构设计杨开远 0611031310 绪论0.1 B级轿跑车简介轿跑车研究开发在我国还是处于起步阶段，轿跑车是一个比较新的概念，它是集跑车与轿车的特点于一身的车型，其既具有跑车的运动性与豪华性，又具有轿车的舒适性与空间感，能满足驾驶者的全方位需求，造价适宜，尤其是那些性能卓越的轿跑车，更能充分体现驾驶者的个性。目前，在我国轿车市场细分日益加剧，竞争日趋激烈的形势下，这是一种很有发展潜力的车型。目前我国汽车市场上已经出现在很多品牌的轿跑车但大多数为进口产品其价格相对较高。如入门级轿跑车韩国现代Coupe，售价为21万元；奥迪TT，有着概念车般外形和精致内饰，是眼下最时髦的小型轿跑车之一，售价65万元；被公认是中型轿跑车中外形最漂亮的奔驰BMW Z4，它的敞篷款售价为72万元，硬顶款68万元。按照国内惯用的欧洲分级标准，综合排量、车型大小、平台等因素将汽车分为A00级、A0级、A级、B级、C级、D级，其中A00级、A0级、A级基本上可以归为小型车。字母顺序越靠后，该级别车的轴距越长、排量和重量越大，轿车的豪华程度和车辆性能也不断提高。而此次设计B级中档轿车轴距约在2.45米至2.6米之间，排量从1.6升到2.4升，近年来B级车市场逐渐成为国内汽车企业拼杀的主战场，奥迪A4、帕萨特、中华、东方之子等众多车型均属于B级车阵营。0.2车身侧围产品简介 车身侧围是车辆内饰件中重要的组成部分。车身侧围主要包括4部分A-PILLAR，A-PILLAR-W，B-PILLAR和C-PILLAR。这2部分分别在各自的位置覆盖车辆的板金件。同时车身侧围也是车辆内饰外观的重要体现。设计优良的产品可以有效的体现整车的设计风格，同时良好的与车顶和仪表板相连接。本次设计的是中高级轿跑车车身侧围，强烈的运动感与流线造型将被充分体现。0.3 车身侧围设计概述车身侧围设计是离不开车身总布置的。现在的车身总布置一般基于法规的从内而外的设计。从内到外设计方法简单地说，即是从人的位置定义到车身定义(Postural Definition to Vehicle Definition)。SAE 有关标准推荐的眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等都说明了从内到外的布置方法。这些标准都是基于一个思想：从一些布置工具(如眼椭圆等)的创建和定位来一步一步地定义驾驶员和乘员的乘坐空间和车内部件的布置，这也是从内到外布置方法的基本思想。具体实现如下：(1) 由SAE推荐的适意线或区域法来确定不同百分位人体模型的H点位置；(2) 确定座椅参考点(SgRP)的位置、座椅靠背角和座椅调节行程；(3) 调用头廓包络线，结合内部空间控制尺寸，确定顶盖的位置以及完成对车身内部宽度的确定；(4) 调用眼椭圆、手伸及界面等设计布置工具设计仪表盘的断面形状及其操纵件的布置；(5) 而后进行方向盘、操纵机构、踏板等的布置；(6) 进行驾驶员的视野设计；(7) 前后风窗及后围的布置等。对于上述的步骤，并不是严格的、固定不变的过程，在真正的布置中，它们往往是反复交叉进行。在整车选型 (确定各个分总成型式)定型以后，为保证产品开发的平行推进，避免过度或无谓的反复，随着车身和整车的总布置的进行，车身侧围设计也同时开始，并反馈其信息，供总布置调整结构作为依据。同时，按总布置的要求，设计上与其同步进行。0.3.1 概念设计 首先，须根据车型和用户不同，按照车身侧围的造型，确定车身侧围的类型，选择相应的档次。其次，应根据工况的不同，确定车身侧围的受力状况、载荷分布情况、易受损区域，设计相应结构，保证相应的强度。对车身侧围而言，承担强度的主要结构是在B-PILLAR上的安全带固定点。设计中所采用和依据的是复杂的结构设计和工艺的主观经验，辅以严格的工程力学计算，采用相应的CAE（有限元）技术非常有效。其三，在车身侧围框架确定之后，综合其它因素，可以确定其蒙皮、填充材料等附件。由于车身侧围在汽车碰撞中，可能直接与乘员接触，故它的安全性要求相当高。包括如下几项：(1) 填充材料必须能够吸收冲击能量，在车辆发生碰撞时，保护乘员，各国都相应作出规定，当直径165mm，有效质量6. 8kg的头部模型，以20km/h的速度撞到车身侧围的碰撞范围时，头部模型产生的减速度在3ms以内不得超过280g(日本安全标准20条4项、美国FMVSS201项、欧洲ECE21项、EEC74/60项，澳大利亚ADR21项)。(2) 车身侧围的材料应具有阻燃性，美国FMVSS302项明文规定车内应使用阻燃材料。0.3.2 确定车身侧围的工艺结构对于车身侧围来说，达到其工艺要求的难度不高，不言而喻。应首先达到的是，必须满足强度和功能要求。此外，在整个车身侧围的设计过程中，每一环节、每一结构都必须考虑其制造、安装，对于易损件、需维修件，还要考虑它的维修保养。0.4汽车CAD/CAM的技术应用CADCAM技术的应用水平是衡量一个国家汽车工业水平的重要指标之一。汽车工业作为国家支柱产业，一直是CADCAM技术应用的先锋和大户。CADCAM技术的不断发展和广泛应用，不仅仅在于它能提高产品的质量和缩短产品的周期，更主要的是：CADCAM技术是当代最杰出的工程技术成就之一，它从根本上改变了过去用手工绘图、依靠图纸组织整个生产过程的技术管理模式。因此,它对传统产业的改造、新兴技术和产业的兴起和发展、我国汽车工业国际竞争力的增强等方面，均能产生巨大的推动作用。进入90年代后国际市场的竞争更加激烈，汽车公司对CADCAM技术的需要更加迫切。为此，世界上很多国家和汽车公司都把发展CADCAM技术集成化作为它们的战略目标。国际上，美国福特汽车公司在CADCAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站力主体的环形网络系统,1985年己经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现，1986年新开发的TAURUS和SABLE 轿车,大约70的外板件采用CADCAM设计,90年代初全面实行产品开发的CADCAM应用可达100%、福特公司1990年工作站己达2000台，以FGS作站(约占70%)和CV工作站(约占18)力主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM。1993年以后，福特汽车公司提出了C3P（CAD/CAM/CAE/PDM）概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为其主流核心软件。美国通用汽车公司应CAD/CAM技术的情况与福特类似，其硬件主要为APPLO、SUN、HP、IBM、DEC 的产品；软件主要为自行开发的CGS（Corporate Graphics System），CADAM公司的CADAM系统和MCD公司的Unigraphics 系统，这三种软件系统构成公司的三维CAD/CAM 数据库基础，以供全部设计、工程和制造使用。该公司采用CAD/CAM 进行产品的设计制造，CAD软件与CAM软件用以太网相连。日本三菱汽车公司1960年从冲模的数控加工着手，以CAD/CAE/CAM为动力，对从设计到制造的各项工程踏踏实实地进行了改革至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统。法国雷诺汽车公司应用EUCLID软件系统作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成。雷诺公司在EUCLID主导软件的基础上，开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision，用于钣金成型分析的OPTRIS 等。德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件。1994 年，德国大众集团决定用CATIA 和Pro/E作为其将来开发新车型的主导CAD 系统。1 车身侧围的设计方法1.1汽车人机工程学概述汽车人机工程学（Ergonomic）主要研究“人车环境”之间的关系，“人机环境”是指导汽车内部总布置设计的核心。“人”是指做主体工作的人，对应的为乘员；“机”乘员操作控制的对象，例如，方向盘，脚踏板，变速杆，制动手柄以及按键等；“环境”对应为影响乘员驾驶和乘坐行为的汽车室内室外因素。汽车内部总布置设计中提出的性能要求，例如乘坐舒适性、视野性、操作方便性、手脚部的伸及性、上下班的方便性等，都是以“人”为中心提出的。传统的汽车人机工程学设计的内容主要包括如下方面：确定H点舒适范围，继而完成乘员布置；确定眼椭圆位置；确定头部包络空间；确定膝部包络空间；确定手伸界面；继而检验操作控制件布局的合理性；通过作图法，求出驾驶员前方视野、立柱盲区和仪表板盲区。1.2人体模型的概述以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、人机系统不可缺少的辅助手段。用于车身设计的H点人体模型是车身总布置设计的工具之一。汽车车身总布置的核心理念就是以人为中心的设计，指导设计的理论基础是人机工程学。因此，人体模型在汽车车身总布置中起着举足轻重的作用。利用人体模型可以进行乘坐舒适性校核，可以检查踏板、方向盘、座椅等部件布置的合理性。驾驶员的视野检查、手伸及性检查等也与人体模型有关。人体尺寸因地区和民族发展历史不同而千差万别的，受到环境、气候、生活状况的影响，必须从测量统计中寻找规律。大量的数据证明：人体各部分的数据是呈正态分布的。目前人体尺寸多是以百分位的形式给出的。最简单的百分位分为三档：第5百分位，第50百分位，第95百分位，分别对应于小个子身材，中等个子身材，大个子身材。在车身设计中，常把第95百分位人体尺寸作为设计上限，第5百分位人体尺寸作为设计下限，因此设计就可以满足90%的人的需要。中国人体模型的研究起步比较晚，但也做了一些统计和分析工作。这些都对与研究中国人机工程学的研究起到了推动作用。中国成年人人体尺寸的国家标准GB10000-8812的制定并实施为人机工程设计提供了基础数据，GB/T15759-199513国家标准中规定了人体模板设计和使用要求，为车身设计中人体模型的应用提供了有力的依据。1.3人体模型的分类1.3.1 SAE 人体模型它是根据北美地区的人体数据建立的。共分为三档:5th,50th和95th分别对应为小个子身材，中等个子身材，大个子身材。SAE人体模型的基础数据如表1.1所示：表1.1 SAE 人体模型基础数据(单位 mm)项目躯干长度大腿长度小腿长度上臂长度下臂长度手的长度踵点间的距离95th4804524453002768115150th442407398275244752445th404362351250221691201.3.2. 欧洲人体模型它是适合德国等欧洲人，其特点是身材差别大，第5百分位的身材特别小，而95th位的身材有特别大。其基础数据见表1.2.表1.2 SAE 欧洲人体模型基础数据(单位 mm)项目躯干长度大腿长度小腿长度上臂长度下臂长度手的长度踵点到踝点的距离95th4804524453002768115150th442407398275244752445th404362351250221691201.3.3 中国人体模型中国人体模型分为四个身高等级，分别为女子5th，男子5th（相当于女子50th），男子50th（相当于女子95th）,男子95th1.4 H点及座椅参考点（SgRP）概述“H”点是一个概念性的点的位置，它是指两个髋关节连线的中点，是二维人体模板上躯干线与大腿中心线的交点。根据不同的应用场合，H点的表达也不同。汽车的实际H点是指H点机按规定步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右两髋关节点连线的中点。它表示汽车乘员入座后髋关节点在车身中的实际位置，是决定乘坐舒适性、操作方便性、手伸及性等特性的基准点。“设计H点”是汽车总布置时的设计基准点。“最后设计H点”表示的是第95百分位男性人体模型在最后位置时的髋关节点。“最前设计H点”表示的是第5百分位女性人体模型在最前位置时的髋关节点。 “座椅参考点（SgRP）”是指座椅上的一个设计参考点，它是座椅制造厂规定的设计基准点。考虑到座椅的水平、垂直和倾斜方向上的所有调节形式，它确定了在正常驾驶或乘坐时座椅的最后位置。当第95百分位的H点假人模型按规定摆放在座椅上时，“实际H点”与座椅参考点重合。1.5 眼椭圆1.5.1 概论 眼椭圆是由美国汽车工程师协会制定成标准SAEJ941,国际标准组织引用该标准制定了国际标准ISO 4513.汽车驾驶员眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置，并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形，即等概率密度线（见图1.1）。眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准（图1.2）。 1.1 三维眼椭圆示意图 1.2 眼椭圆视切比的意义1.5.2 眼椭圆的意义眼椭圆的建立为汽车视野设计和校核提供了科学依据，在汽车概念设计中起着重要的作用。其主要应用有：汽车前风挡玻璃及除霜部位的确定；汽车风窗遮阳带位置的确定；汽车后视镜位置设计及视野校核；计及眼睛与头部转动时车身A、B、C 立柱盲区的求作；汽车仪表板盲区。1.5.3 眼椭圆的含义在实际应用中只有和视线(眼椭圆的切线)一起使用才有意义，下面简单介绍视切比的含义。设O为目标点，过O作眼椭圆的切线，它将图形分为两部分，不含眼椭圆的一方称为区，含眼椭圆的一方称为区视切比p 的定义为： 理论证明，视切比p 实际上就是落在视切线的包含眼椭圆一侧的眼睛的概率。故从(1.3)可知，落在区的眼睛的概率为p ，即可以看到目标O 的驾驶员眼睛数为眼睛总数的p 100%；落在区的眼睛的概率。 图1.3 驾驶员眼椭圆理论证明，视切比p 实际上就是落在视切线的包含眼椭圆一侧的眼睛的概率。故从(1.3)可知，落在区的眼睛的概率为p ，即可以看到目标O 的驾驶员眼睛数为眼睛总数的p 100%；落在区的眼睛的概率为1 p ，即看不到目标O 的驾驶员眼睛数为眼睛总数的 (1 p)100%。以第95百分位的眼椭圆为例，此时p = 0.95，即有95%的驾驶员可以看到目标点，另有5%的驾驶员看不到目标点。1.5.4 眼椭圆的样板眼椭圆样板的尺寸与人体百分位及座椅水平调节行程（L23）有关，根据座椅水平调节行程的不同，将其分为两套。一套为L23 在100mm 和133mm 之间时的眼椭圆，另一套为L23大于133mm 时的眼椭圆。眼椭圆的尺寸数据如表1.3 所示。表1.3 眼椭圆的三维尺寸（单位mm）项目第95百分位100L23133L23133100L23133L23133长轴173198241267短轴俯视105105149149侧视86861221221.5.5 眼椭圆的定位眼椭圆的定位分为A 类车和B 类车的定位， A 类车眼椭圆具体定位步骤如下：(1) 选定SgRP 的位置，可用第二章所述的方法来选取，其坐标在SAE J1100中定义为(L31,W20,H70) ；(2) 选定座椅靠背角L40，一般由座椅厂家给定；(3) 选定L23 以及眼椭圆的百分位，这样就确定了眼椭圆；(4) 确定眼椭圆定位中心，假设左眼椭圆中心坐标为(XLC,YLC,ZLC),右眼椭圆中心坐标为(XRC,YRC,ZRC),则:当L23 133时 （1.1）当100L23 133mm 时 （4.2）PX=L31-228.01472+10.281641- 0.032032(mm)P1y=W2O一2O (mm)P2X=PX+28 (mm)P2y=W20+47 (mm)PmX=PX+8.36 (mm)Pmy=W20 (mm) P1Z=P2z=Pmz=H7O+654.11757+0.398747-O.059301 (mm)式中L31、W20、H70分别为坐椅参考点的X、Y、Z坐标、L23为座椅水平调节量，为靠背角。4.1 A柱水平截面示意图按图4.1所示，在A立柱上做两个水平截面，即A立柱S1截面：从Pm 点向前作与水平面成的平面，过此平面与A柱相交的最前点1作水平截面；A立柱S2截面：从Pm点向前作与水平面向下成的平面，过此平面与A柱相交的最前点PT2作水平截面；将两截面所切得的A柱截交线C1、C2投影在P点所在的平面上如图4.2所示。各点纵坐标为P2.。 4.2 双目障碍角测量示意图E点为驾驶员眼睛的中心点即眼点。E1、E2、(E3、E4)分别为头部中心点在P1、P2位置时的左右两眼点 E点与P点构成一个等腰三角形如图4.3，其各角度计算如下：图4.3 E点和P点相对位置A立柱双目障碍角是在视线调整时转头到左右极限位置时测定的。现以右A立柱为例：当转头到右极限位置，右眼视线与C4的右缘相切，且与E3、E4的连线成9O度夹角，左眼睛切线与C3的左缘相切，左右视线所夹的角即为双目障碍角。投影平面为XOY平面，踵点HL选为坐标系原点，R位于X轴上，坐标轴正方向如图4.4示：图4.4 右A立拄双目障碍角计算示意图计算左眼在C3上的最大的障碍角max计算左眼在C4上的最小的障碍角min则所求右A立柱的双目障碍角:右=max -min同理求出左A立柱的双目障碍角左要求右和左均小于许用，GBl1562-94规定。4.3.2 A柱双目障碍角校核根据国标（GB11562-1994）法规的规定，汽车不得有两根以上的A柱，每根A柱双目障碍角不得超过6若两柱相对汽车纵向铅垂面是对称的，则右柱不需要再测量。根据法规要求，确定A柱双目障碍角，其驾驶员侧角度为4.23，乘客侧角度为1.99，满足法规要求（见图4.5）。图4.5 双目障碍角校核图4.3.3内后方视野校核由于欧标ECER46-1998与国标GB15084-2006法规要求相同，内容为驾驶员借助内后视镜必须能在水平路面上看见一段宽度至少为20m的视野区域，其中心平面为汽车纵向基准面，并从驾驶员的眼点后60m处延伸至地平线（见图示）。根据以上要求，经校核，以目前的内后视镜尺寸和位置可以满足国标、欧标法规的要求（图4.6和 4.7）。 图4.6 法规要求的后视野 图4.7 实际校核的后视野 根据FMVSS 111的规定的要求为：（1）双眼水平后视角最小值为20；（2）垂直方向视角应能看见最后H点后方60 m处水平路面上一段宽度至少为20m的视野区域。根据以上要求，经校核，双眼水平后视角为21.01满足法规20的要求。60m处的宽度为21.67m。满足要求。4.4 安全带固定点的布置因车祸不断增多，在主动安全性和被动安全性方面都要采取有效措施，减少车祸中乘员、行人受到的伤害。汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后汽车速度迅速下降，车内驾驶员和乘员受惯性力作用，然后继续以原有速度向前运动，并与车内物体碰撞，称为二次碰撞，并受到伤害。实践证明，驾驶员和乘员受到伤害的主要原因，是他们在二次碰撞中与车身上的风窗玻璃、风窗上梁、转向盘、转向柱管、后视镜、前立柱、仪表板、前座椅靠背、顶盖等十多种部件发生接触，甚至甩出汽车而造成从轻伤到致死的各种伤害。为了保护驾驶员和乘员，一方面容厢内不应有使人致伤的尖锐突出物，在头部可能触及的区域应尽量软化，如采用软化仪表板，前排座椅靠枕、靠背表面包装要软化；另一方面就是设置安全带。安全带对乘员的保护作用主要体现在正面撞车时，它能减少撞车瞬间人体运动的加速度值，从而降低了引起二次碰撞的相对速度和位移，使伤害指数下降。安全带能有效地保护乘员，尽管它有使用麻烦、使人体活动受到约束等缺点，但因安全带能减轻乘员在车祸中的伤害程度这一事实，已使包括我国在内的越来越多的国家用法令形式强制装设和使用，特别是对前排乘员。安全带有两点式安全带、三点式安全带和四点式安全带之分。两点式安全带能防止汽车碰撞时乘员下身有过大的相对位移，防止乘员被甩出车外，但它不能约束乘员上身运动，因此只在后排座椅和货车中间座椅上使用。三点式安全带由腰带和肩带组合而成。它既能防止乘员上半身有过大的位移，又能阻止上身向前运动。目前轿车前排和货车前排驾驶员座位及其相对座位均采用三点式安全带。安全带固定装置在车内固定点的位置，对佩带方便性和安全保护作用有重要影响。下固定点位置选择不当，汽车碰撞时乘员下半身可能向下前方滑移。肩带固定点位置选择不当，乘员上半身可能脱出安全带。因此，安全带固定点的位置十分重要，各国均有相应的规定。下面介绍欧美的规定（见图4.8） 图4.8 欧美安全带固定点要求4.4.1 安全带固定点的分析内容安全带有效固定点 effective belt anchorage.用于确定4.3规定的安全带各部分相对于使用者的角度的点；将织带系于该点可获得与预期设计相同的安全带佩带状态。它可以是也可以不是安全带实际固定点，主要取决于与固定点相连接的安全带金属接头的形状。如：若安全带刚性构件与下固定点连接，对在座椅调节范围内的所有位置，不论是固定式还是自由旋转式，安全带有效固定点为织带与刚性构件的连接点；如果在车身构架或座椅构架上设有织带的导向件，则应将织带朝向使用者一侧的导向件中点作为安全带有效固定点；如果安全带经使用者直接通向卷收器而不带导向件，则应以卷轴与通过织带中心线卷收平面的交点作为安全带有效固定点。前排座椅采用三点式安全带，其中两个锚点在侧围上，另一个在座椅上。在图4.9中可以确定安全带有效固定点的位置A.1.1 H点为基准点，必须按所GB 115512003附录C规定的程序确定。H点为对应座椅每一正常使用位置确定的，对应于H点的参考点。R点为座椅基准点。A.1.2 L1和2点为安全带下有效固定点。A.1.3 C点位于R点铅垂上方450mm处，如果按A.1.5定义的距离S不小于280 mm，且制造商选用4.3.3.3规定的换算公式BR260mm+0.8S，则C和R之间的铅垂距离应为500mm。A.1.4 a1和a2为R分别通过L1点和L2点，且垂直于车辆纵向中心面的平面与水平面之间的夹角。A.1.5 S为安全带上有效固定点至平行于车辆纵向中心平面的基准平面P的距离（mm），P平面的位置规定如下：A.1.5.1 如果乘坐位置是由座椅形状确定的，P平面即为座椅的中心平面；A.1.5.2 在不能确定乘坐位置的情况下：对于驾驶员座椅，P平面为通过的方向盘中心且平行于汽车纵向中心面的铅垂平面（可调式方向盘应位于正中位置）；对于前排外侧乘员座椅，P平面应为与驾驶员座椅的P平面对称的平面；对于后排外侧乘员位置的P平面，应为车辆纵向平面的距离为A的平面，由制造商按下述条件确定：A200mm（仅供2人乘坐的长条座椅）A300mm（供2人以上乘坐的长条座椅）图4.9 前排座椅安全带上锚点要求(1) 前排座椅安全带上锚点校核由于GB 14167 2006对安全带锚点位置定义同ECE R14，故仅对欧标和美标进行校核。图4.10 前排座椅安全带上锚点校准在图4.10中的红框和绿框分别表达欧洲标准和美国标准。从图中可以看出安全带固定点处于2个框中，既是表达了本安全带固定点满足以上的2个法规规定(2) 前排座椅安全带下锚点校核图4.11 安全带下锚点的欧洲标准校核 图4.12 安全带下锚点的美国标准校核由图4.11和4.12可以看出，红色的安全带下锚点都处在绿色的范围内。说明本安全带固定点符合法规的要求。前排座椅安全带在座椅上的一个锚点（待定），要求供应商把此锚点在国标、美标、欧标公共区域内安装位置即可。根据前面分析可知：前排座椅安全带上锚点都在法规（GB 14167 2006、ECER14 、FMVSS210、SAEJ383）安装位置定义公共区域范围之内，符合GB、ECE、FMVSS、SAE要求。(3) 后排座椅安全带布置校核：后排两侧座椅采用三点式安全带，一个锚点在侧围上，一个锚点在地板上，另一个在座椅上，现对其进行校核：(4) 后排座椅安全带上锚点校核图4.13 安全带上锚点的安装位置美国标准和欧洲标准的校核在图4.13中的红框和绿框分别表达欧洲标准和美国标准。从图中可以看出安全带固定点处于2个框中，既是表达了本安全带固定点满足以上的2个法规规定(5) 后排座椅安全带下锚点校核 图4.14 安全带下锚点的欧洲标准校核图4.15 安全带下锚点的美国标准校核由图4.14和4.15可以看出，红色的安全带下锚点都处在绿色的范围内。说明本安全带固定点符合法规的要求(6) 后排座椅安全带锚点在座椅上的一个锚点，要求供应商把此锚点在国标、美标、欧标公共区域内安装位置即可。根据以上的分析，后排座椅安全带上锚点都在法规（GB14167 2006、ECER14 、FMVSS 210、SAEJ383）安装位置定义公共区域范围之内，符合GB、ECE、FMVSS、SAE要求。4.4.2本章小结依据国标GB141672006、ECER14、FMVSS210、SAEJ383的分别要求对B23安全带布置进行校核，校核结果显示B23安全带满足以上法规一般要求。4.5 前安全带固定点的强度分析本章应用ABAQUS软件对B23安全带安装点进行非线性强度分析。通过受力分析，确保安全带固定点在汽车发生紧急制动时能有效的发挥其将乘员固定在座位上的作用4.5.1 CAE技术的应用随着科学技术的发展，越来越多的新技术应用到了汽车制造的过程中。除了在绪论中提到的CAD/CAM技术外，CAE的惯犯使用也大大提高了汽车设计的效率，有效的减少了汽车设计过程的周期。统计结果表明，应用CAE技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80%90%下降到8%12%。例如：美国福特汽车公司2000年应用CAE后，其新车型开发周期从36个月降低到1218个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50%；投资收益提高50%。汽车行业是一个高速发展的行业，其竞争也日趋激烈，在这种情况下，新产品推出的速度也越来越快，这也对行业的CAE应用提出了越来越高的要求。CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障，可以为企业带来巨大的技术经济效益。在本章中将使用ABAQUS进行有限元分析。ABAQUS公司成立于1978年，总部位于美国罗德岛州博塔市，是世界知名的高级有限元分析软件公司，其主要业务为非线性有限元分析软件ABAQUS的开发、维护及售后服务。ABAQUS软件在技术、品质以及可靠性等方面具有非常卓越的声誉，对于工程中各种线性和非线性问题，无论简单还是复杂，它都能够提供完美的解决方案，并不断吸取最新的分析理论和计算机技术，领导着全世界非线性有限元技术的发展。ABAQUS软件现已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群，是国际上最先进的大型通用非线性有限元分析软件。4.5.2 前安全带固定点的模型，材料，工况及边界条件 根据CAD数模，建立车身的有限元模型，采用shell单元，单元基准长度5mm，局部细化3mm。该模型基本结构如图5.16所示：图4.16安全带分析模型表4.1 材料参数与性能材料弹性模量（MPa）泊松比屈服极限（MPa）拉伸强度（MPa）密度(t/mm3)B340/590DP2.1E50.283405005907.85E-9DC54D+Z1002.1E50.281402202703507.85E-9DC53D+Z1002.1E50.281402602703807.85E-9B340LA2.1E50.283405006007.85E-9根据汽车安全带安装固定点国标GB14167-93，确定安全带安装固定点工况和边界条件如图4.17，4.18，4.19：SPC 16沿安全带拉伸方向加载13000N图4. 18 前安全带卷收器安装点工况SPC 16沿安全带拉伸方向加载13000N图4.19 前安全带上安装点工况SPC 16沿安全带拉伸方向加载13000N图4.20 前安全带下安装点工况4.5.3 分析结果Max .Stress=331MPaTarget350MPaMax .Stress=394MPaTarget590MPa图4.21 侧围内板应力图 图4.22 加强板应力图Max. Stress=304MPaTarget350MPaMax .Stress=447MPaTarget590MPa图4.23 侧围内板应力图 图4.24加强板应力图Max .Stress=361MPaTarget600MPaMax .Stress=218MPaTarget380MPa图4.25 门槛连接板应力图 图4.26加强板应力图图4.21 是侧围内板应力，实际应力（331）小于许用应力（350）。满足设计要求。图4.22是加强板应力，实际应力（394）小于许用应力（590）。满足设计要求。图4.23是侧围内板应力，实际应力（304）小于许用应力（350）。满足设计要求。图4.24是加强板应力，实际应力（447）小于许用应力（590）。满足设计要求。图4.25是门槛连接板应力，实际应力（361）小于许用应力（600）。满足设计要求。满足设计要求。图4.26是门加强板应力，实际应力（218）小于许用应力（380）。满足设计要求。在现有条件下根据分析结果可以得出，各安全带安装点满足强度要求。4.6 X-PILLAR的拔模分析 X-PILLAR中的各个主要部件都是塑料件.他们主要依靠注塑模具成型,所以在设计过程中,首先要确定拔模的方向.然后在设计过程中注意给模型确定一定的拔模的斜度.从而确保工件在成型以后,能顺利的从摸具中脱出.4.6.1 注塑工艺的简介注塑成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注射成型，通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融（这一过程又称塑化）。然后再借助于柱塞或螺杆向熔化好的聚合物熔体施加压力，则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经冷却定型就可开启模具，顶出制品，得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。因此，在设计的过程中，应该首要考虑到以下的几点：（1） 制品壁厚 制品厚度大小影响制品的力学性能、尺寸精度、成型周期、材料和能量消耗，决定了生产效率和生产成本。 设计原则：满足制品力学性能和良好充模流动前提下，尽量减小制品厚度 工艺要求：最小制品厚度必须保证聚合物熔体在模具型腔内流动，所以要考虑聚合物熔融粘度、制品大小、流动长度及注塑工艺条件等，壁厚尽量均匀。如：喇叭网部位易出现熔胶不良现象。由于X-PILLAR都为薄壁件，故在设计过程中不是考虑的重点。 （2） 脱模斜度和开模方向 制品在型腔中冷却后和凸模之间要产生很大的内摩擦力，强制顶出会造成制品变形，内应力也会使表面擦伤，影响表观质量，因此制品的内外表面应有一定的斜度，以方便脱模。斜度值的选择要考虑制品用料的粘度、成型收缩率等，还要注意对制品的几何形状和尺寸精度的影响。 此外开模的方向也是注塑工艺中重要的环节，关系到模型是否能顺利的从模具中取出。此点是本章讨论的重点。（3） 圆角过渡设计 制品的薄厚壁交接部位和外形两个面的转角处，一般都采用圆弧过渡，目的是为了改善或消除转角部位的应力集中现象，特别是需喷涂加工的产品。X-PILLAR是车辆的内装饰件，所以其表面不会有尖锐的突起，表面均为光顺的曲面，所以此点也不是本章考虑的重点。4.6.2 X-PILLAR的拔模方向分析 图4.27 A-PILLARA- PILLAR的拔模分析图中的红色直线为拔模方向 图4.28 拔模颜色分析表绿色区域表示拔模角度大于2，红色区域表示拔摸角度大于0小于2，蓝色区域表示拔模角度小于0(不符和制造的要求)。从图中可以看出A-PILLAR中主要的区域均为绿色, 加强径的侧面为红色,整体没有出现蓝色区域.符合注塑件的制造要求。图4.29 A-PILLAR-WA-PILLAR-W的拔模分析图中的红色直线为拔模方向 图4.30 拔模颜色分析表绿色区域表示拔模角度大于2，红色区域表示拔摸角度大于0小于2，蓝色区域表示拔模角度小于0(不符和制造的要求)。从图中可以看出A-PILLAR-W中主要的区域均为绿色,螺纹孔周围区域为红色,整体没有出现蓝色区域.符合注塑件的制造要求图4.31 B-PILLARB-PILLAR的拔模分析图中的红色直线为拔模方向图4.32 拔模颜色分析表绿色区域表示拔模角度大于2，红色区域表示拔摸角度大于0小于2，蓝色区域表示拔模角度小于0(不符和制造的要求)。从图中可以看出B-PILLAR中主要的区域均为绿色, 加强径的侧面为红色,整体没有出现蓝色区域.符合注塑件的制造要求。图4.33 C-PILLARB- PILLAR的拔模分析图中的红色直线为拔模方向图4.34 拔模颜色分析表绿色区域表示拔模角度大于2，红色区域表示拔摸角度大于0小于2，蓝色区域表示拔模角度小于0(不符和制造的要求)。从图中可以看出C-PILLAR中主要的区域均为绿色,与板金相连接的部分为红色,整体没有出现蓝色区域.符合注塑件的制造要求。4.7 X-PILLAR和其他附件的配合与安装 X-PILLAR 车辆内部重要的内装饰护板，同时也是重要的板金覆盖件。整车的内饰系统要求美观大方，各个部件的连接处不能有连接不均匀的地方，更不能出现缝隙露出板金件。同时还要保证车辆内部的相对封闭性和安装在车身板金件上的线束不干涉。A-PILLAR与前风挡玻璃的配合由于在行车的过程中车辆会受到各种各样的震动(发动机工作所产生的震动,地面反馈的震动)的影响,风挡玻璃也会产生震动,为了防止风挡玻璃与A-PILLAR的接触,故A-PILLAR和风挡玻璃的设计要求间隙为3-5mm.SECTION-A和SECTION-B中的间隙分别达到了mm和mm满足了设计要求 Section-A Section-B 图4.34 A-PILLAR与前风挡玻璃的配合A柱护板与顶棚的配合校核A、B、C柱护板要压住顶棚一般不小于10mm，护板压顶棚的干涉量一般为1mm，顶棚和护板的配合一般是在顶棚上做出凹的台阶，同时护板的边缘也要有平滑的过度，不能有比较徒的倒角. 图4.35 A柱护板与顶棚的配合校核A柱护板与仪表板的配合 A柱护板为包布立柱护板.(1) A柱护板与左前扬声器面罩配合间隙为0,符合要求.(2) A柱护板与仪表板本体配合为两插销定位.插销过尖,易伤手.插销与孔配合间隙不能过小,应留有调节及装配合间隙.避免因误差引起装不上. 图4.36 A柱护板与仪表板的配合A-PILLAR和密封条的配合在车辆的行驶过程中不可避免的会碰到各种天气状况和外部环境所以车身有一定的密封要求在和密封条配合时，要求密封条必须可以均匀覆盖住至少mm。 图4.37 A-PILLAR和密封条的配合A-PILLAR-W的固定方式校核1.A-PILLAR-W由一个紧固螺钉十字槽盘头自攻螺钉,一个A型通孔式嵌装塑料螺母固定.与门槛压板配合处搭在弹簧卡扣上定位.(1) SECTION A 中钣金孔为8.5mm,塑料螺母的最大直径为9.2mm.卡扣与钣金配合间隙为0.5mm.(2) SECTION B中螺钉及固定座的连接状态(3) SECTION C中A柱下护板与弹簧卡扣间隙为02. A-PILLAR-W与钣金的配合校核A-PILLAR-W与钣金最小距离4mm.3. A-PILLAR-W与仪表板的配合校核 图4.38 A-PILLAR-W的固定方式校核A- PILLAR-W和密封条的配合在车辆的行驶过程中不可避免的会碰到各种天气状况和外部环境所以车身有一定的密封要求在A-PILLAR-W和密封条配合时，要求密封条必须可以均匀覆盖住A-PILLAR-W至少mm图4.39 A-PILLAR-W和密封条的配合B-PILLAR的固定方式B柱护板以A型通孔式嵌装塑料螺母 螺钉以及十字槽凹穴六角头螺栓固定图4.40 B-PILLARB-PILLAR与后角窗配合校核A柱护板与前风挡的设计间隙为35mm图4.41 B-PILLAR与后角窗配合校核B-PILLAR与侧围护板配合校核B-PILLAR与侧围护板的间隙为0mm.图4.42 B-PILLAR与侧围护板配合校核B-PILLAR与顶棚配合校核B-PILLAR与顶棚的过盈量为2mm 图4.43 B-PILLAR与顶棚配合校核B- PILLAR的安装配合(1)金属卡扣过盈量为约1mm; 下端为0间隙配合.顶端为间隙配合间隙量为0.4mm左右.由SECTION A 护板在纵向上有-2+2mm的调节量.(2)塑料螺母下端与钣金安装面间隙为0,由SECTION D螺钉与护板孔径间隙为1mm,满足要求. 图4.44 B-PILLAR的安装配合C-PILLAR与安全带处的配合校核C柱护板与盖板卡子处间隙如左图所示，满足要求。 图4.45 C-PILLAR与安全带处的配合校核C-PILLAR与顶棚的配合校核C-PILLAR压顶棚的干涉量一般为1mm2mm，同时护板的边缘也要有平滑的过度.图4.45 C-PILLAR与顶棚的配合校核以上的校核表明X-PILLAR与其他各个内饰部件的连接符合美观平滑的安装要求。5 全文总结 X-PILLAR作为车身侧围的板金覆盖件。再设计的过程中有以下几个重要因素：首先作为内饰件，首要的要求就是美观大方，特别是X-PILLAR在装配的过程中要保证和其他部件的平滑连接。在连接处不能出现线缺和面缺，以防车主可以看到被X-PILLAR所覆盖的板金件，此外还要结合的饱满美观。A-PILLAR安装在车辆的前部。在设计的过程中A-PILLAR要满足法规：汽车不得有两根以上的A柱，每根A柱双目障碍角不得超过6度。根据上文的校核，A 柱双目障碍角，其驾驶员侧角度为4.23，乘客侧角度为1.99满足法规的要求。安全带的固定点也是在设计B-PILLAR和C-PILLAR时重要的考虑对象，本次设计安全带固定点要求满足欧洲标准和美国标准。从上文的图4.10到4.15表明起设计位置满足法规要求。此外，X-PILLAR是通过注塑来生产的。在设计的初期，首先就要确定拔模方向，其次在设计的整个过程中都要时刻的考虑制造的可行性。本次设计的X-PILLAR的拔模角度一般在0-2之间，部分部位为0，无小与0的地方。故其满足生产制造的要求。参考文献1 周一鸣,毛恩荣.车辆人机工程学M. 北京：北京理工大学出版社,1999.2 刘诏书等.汽车内饰设计中材质交互式设计模块的开发J,现代制造工程, 2006,6:56583 姚和平等 汽车内饰合成革的开发应用及发展J.汽车与配件,2006,32:123124.4 黄天泽,黄金陵.汽车车身结构与设计M.北京:机械工业出版社2002.5 GB 11562-1994汽车驾驶员前方视野要求及测量方法S.19946 王春雨,黄世霖. 应用有限元法分析汽车结构在碰撞重的变形A中国汽车工程学会95年汽车碰撞安全性试验与测试分析技术专题学术会议论文集,1995.7 李彦龙.概念车与自主开发M.北京:中国汽车工程学会造型年会论文,2004.8 柳冠中,王旨明.设计的文化M.北京:展示设计协会编印,1987.9 碰撞安全法规美国法规302 内饰材料易燃性C(flammability of interior materials)10 黄英,张以枕.人机工程学在工程机械司机室布置与设计中的应用J.研究机械设计与制造,2000,6:2930.11 国炳.汽车车身制造工艺M.长春:吉林人民出版社,1998.12 温吾凡.汽车