车身总布置.ppt

第三章车身总布置设计 概述 车身总布置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的长 宽 高 轴距 轮距等的控制尺寸 轴荷分布范围以及水箱 动力总成 前后桥 传动轴与车轮等的轮廓尺寸和位置 据此再参考同类车型有关数据作为借鉴 即可初步确定前悬和后悬的长度 前后风窗位置和角度 发动机罩高度 地板平面高度 前围板位置 座椅布置 内部空间控制尺寸 方向盘位置角度与操纵机构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 3 1轿车车身的布置 车身总布置的原则 1 由于轿车是供人乘坐的 主要满足人的乘坐要求 2 从整车的经济型和行驶稳定性出发 要有良好的空气动力性 3 具有对底盘各总成 发动机及电气设备的良好的接近方便性 维修保养方便性 4 尽量减轻车身质量 并具有良好的冲压 焊接 装配及涂装工艺性 5 在满足性能要求的前提下 尽量减少车身的外形尺寸 6 确保良好的密封 通风换气 隔音 隔热及防振等性能 7 满足国际 国内有关的各种法规和标准要求 8 充分考虑车型的系列化 通用化 发动机前置后轮驱动 FR 分为 发动机前置前轮驱动 FF 发动机后置后轮驱动 RR 发动机中置后轮驱动 MR 一 轿车的布置形式 1 发动机前置后轮驱动 FR a 轴荷分配合理 整车的前后重量比较平衡 b 有利于减少制造成本 c 操纵机构简单 操纵稳定性好 特点 d 采暖机构简单 且管路短供暖效率高 e 发动机冷却条件好 f 轮胎的附着利用率高 爬坡能力强 g 行李箱空间大 h 变形容易 主要缺点 a 传动部件多 传动系统质量大 地板上有凸起的通道 占据了座舱的空间 影响了乘坐舒适性 b 汽车正面与其它物体发动碰撞易导致发动机进入客厢 会使前排乘员受到严重伤害 c 汽车的总长较长 整车整备质量增大 影响汽车的燃油经济性和动力性 应用 中高级和高级轿车 客厢较长 乘坐空间宽敞 行驶平稳 2 发动机前置前驱动 FF a 有明显的不足转向性能 b 越过障碍的能力高 c 动力总成结构紧凑 特点 d 车内地板凸包高度可以降低 有利于提高乘坐舒适性 e 轴距可以缩短 有利于提高汽车的机动性 f 有利于发动机散热 操纵机构简单 g 行李箱空间大 h 变形容易 不足转向和过度转向 不足转向 UnderSteer 当车辆行驶时 由于车辆转弯时发动机功率过大致使车辆前轮打滑 此时ESP计算机会作制动前轮内侧车轮 而使车轮向内侧移动 使车辆依据驾驶员行驶路线行驶 转向不足是指车辆转向时 实际转向角度还没有达到转向盘所转的角度就侧滑出去了 出现这种情况的原因有车速过快 路面湿滑以及前轮轮胎破裂等 前轮驱动的车辆更容易出现转向不足 这是因为猛踩加速踏板时 车辆的重心会向后移 从而导致车辆前部向上微仰 前轮附着力降低 造成转向不足 一般来说 当出现转向不足时 应收油门降低车速 严禁猛踩制动踏板或继续转动转向盘 否则车辆很容易发生侧滑 当车速降低后 车身的重量就会比较平均地分配到4个车轮上 重新产生足够的侧向摩擦力 以消除侧滑现象 举一个转向不足的极端的例子 一辆车 我们暂且假设这辆车上没有装备ESP 并且驾驶员非常没有经验 在冰天雪地里以80km h的车速拐入一个90 的弯道 我们可以想象这辆车的后果 但千万不要去实践 这位没有经验的驾驶员会很纳闷 我明明已经在转向盘上转了90 的弯 为什么车会几乎没有转弯直直地冲了出去 这就是因为这里存在着一个转向不足的外因 地面摩擦力小而车辆入弯速度太高 这些外因直接导致了车轮的附着力降低 一般来说 应付转向不足的情况要先将车速稍微降低 略收油门 视车速而定 但切记千万不要猛踩制动踏板或是认为转向盘没转够而继续转 否则你就会在马路上表演360 转圈 这样 当车速降低后 车身的重量就会比较平均地分配到四个轮子上 重新产生足够的侧向摩擦力 以消除侧滑现象 转向过度 OverSteer 所谓转向过度现象 其实与转向不足类似 只是反过来而已 导致转向过度的原因很多 如速度过快 或是转向盘操作失误等 转向过度是指车辆转向时 实际转向的角度大于转向盘所转的角度 出现这种情况的原因有车速过快或转向盘操作失误等 后轮驱动的车辆转向过度通常是因为转向时油门过大或突然松开加速踏板所致 一旦加速踏板踩下 后轮的侧向力会降低 车辆前方的侧向力会增大 从而导致转向过度 如果转向过度发生在前驱车上 通常是因为在转弯时 突然猛踩制动 导致车身重心前移 使前轮侧向摩擦力增大 后轮上扬而减少了其附着力 造成转向过度 因此前驱车应避免转弯时急踩制动 如果发生在后轮驱动的车辆上 通常是因为转弯时油门踩得太大或突然松开油门导致的 一旦油门踩下 后轮的侧向力会突然降低 使车辆前方侧向力增大 而导致转向过度 一般的处理方法是 慢慢松开油门或微踩制动 以降低车速 并尽快修正转向盘 向反方向扭转 在进行转向盘修正时 不要一次修正得太多 可分为几次修正 当车子开始朝原先行驶方式移动时 立即回轮 但也不要回得过猛 以免车辆摆动过大 ESP ESP 车身电子稳定系统 ElectronicStabilityProgram 简称ESP 是博世 Bosch 公司的专利 ESP系统实际是一种牵引力控制系统 与其他牵引力控制系统比较 ESP不但控制驱动轮 而且可控制从动轮 如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况 此时后轮失控而甩尾 ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子 在转向过少时 为了校正循迹方向 ESP则会刹慢内后轮 从而校正行驶方向 ESP系统包含ABS 防抱死刹车系统 及ASR 防侧滑系统 是这两种系统功能上的延伸 因此 ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式 ESP系统由控制单元及转向传感器 监测方向盘的转向角度 车轮传感器 监测各个车轮的速度转动 侧滑传感器 监测车体绕垂直轴线转动的状态 横向加速度传感器 监测汽车转弯时的离心力 等组成 控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断 进而发出控制指令 有ESP与只有ABS及ASR的汽车 它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应 而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误 防患于未然 ESP对过度转向或不足转向特别敏感 例如汽车在路滑时左拐过度转向 转弯太急 时会产生向右侧甩尾 传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力 产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上 当然 任何事物都有一个度的范围 如果驾车者盲目开快车 现在的任何安全装置都难以保全 主要缺点 结构与制造工艺均复杂 采用等速万向节 前轮驱动兼转向 结构复杂 工作条件恶劣 轮胎寿命短 前桥负荷较后轴重 附着利用率小 汽车爬坡能力降低 发动机和传动系统集中在发动机舱内 布局拥挤 发生正面碰撞事故 发动机及其附件损失较大 维修费用高 应用 绝大部分微 小 中型轿车采用 如Audi100 Santana2000 CA7220 Buick Passat 富康 英格尔 南汽 夏利等轿车 均采用发动机前置前轮驱动的布置形式 等速万向节 等速万向节 英文名称 CVJoint ConstantVelocityJoint 等速万向节 是主动轴与从动轴的转速 角速度 相等的万向节 在前轮驱动的汽车上 其前桥都装有等速万向节传动轴 驱动兼转向 等速万向节是把两个轴线不重合的轴连接起来 并使两轴以相同的角速度传递运动的机构 是轿车传动系统中的重要部件 其作用是将发动机的动力从变速器传递到汽车的驱动轮 满足轿车传动轴外端转角的要求 将发动机的动力平稳 可靠的传递给车轮 补偿轿车内端悬架的跳动 驱动轿车高速行驶 前轮驱动汽车的动力 要从由发动机 变速器和主减速器组成的动力总成直接传送到前轮 而前轮既是驱动轮 又是转向轮 转向时偏转的角度很大 这时 就不能采用传统的 偏转角很小的普通万向传动轴了 因为普通万向节在偏转角大时 会产生转速和扭矩的较大波动 所以 必须应用偏转角大 角速度均匀的等速万向节传动轴才行 等速万向节的原理和圆锥齿轮啮合的道理相似 由于传力点的位置总是处于两轴夹角的平分面上 因而保证了等速运动 等速万向节的缺点是结构比较复杂 制造工艺精密 成本较高 因此还不能完全代替普通万向节 用于轿车的等速万向节类型很多 其中应用最多的是球笼式等速万向节和三角架式等速万向节 由于等速万向节传递繁重的驱动力矩 随受负荷重 传动精度高 需求量很大 又是安全件 因此其主要零件均采用精锻件加工而成 3 发动机后置后驱动 RR a 结构紧凑 没有沉重的传动轴 发动机 离合器 变速器和主减速器布置成一体 b 改善了驾驶员视野 汽车前部高度有条件降低 特点 c 整车整备质量小 d 客厢内地板比较平整 e 乘客座椅能够布置在舒适区内 f 爬坡能力强 g 汽车轴距短 机动性能好 主要缺点 a 后桥负荷重 使汽车具有过多转向的倾向 b 前轮附着力小 高速行驶时转向不稳定 影响操纵稳定性 c 行李箱在前部 行李箱空间不够大 d 操纵机构复杂 f 变形困难 应用 较少 4 发动机中置后轮驱动 MR 发动机放在前 后轴之间或前轴之后 乘客之前 后轮驱动 前中置 属于FR型 但能达到理想的轴荷分配 提高操纵性 宝马3系列 本田S2000 特点 a 轴荷均匀b 具有中性的操纵特性 缺点 发动机占了座舱的空间 降低了空间利用率和实用性 应用 大都用在追求操控表现的跑车 四轮驱动 无论发动机前置 中置还是后置 都可以采用四轮驱动 四个轮均有动力 附着利用率最高 但重量大 占空间 动力流失率比单轴驱动大 四轮驱动过去只用于越野车 近年来随着限滑差速器技术的发展和应用 四驱系统已经能够精确的调配扭矩在各车轮之间分配 出于提高操控性的考虑 采用四轮驱动的高性能跑车也越来越多 二 动力总成的布置 确定动力总成相对于前轮轴线的位置 1 估算轴荷分布 FR轿车满载时最理想的轴荷分布为前轴48 49 后轴52 51 FF的轴荷分布正好相反 2 还与离地间隙值及轴荷分布有关 3 考虑前悬架和转向传动机构的布置 在总布置草图上 动力总成的位置可由曲轴中心线与发动机气缸体前端的交点k和曲轴中心线的倾角 3 4度 两个参数来确定 影响 布置 发动机的前后位置 汽车的轴荷分配轿车前排座位的乘坐舒适性传动轴长度和夹角 a 减小传动轴夹角 前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状 使曲轴中心线与水平线之间形成1 4 夹角 轿车多在3 4 之间 b 前纵梁之间的距离 发动机前置后轮驱动的轿车 必须考虑吊装在发动机上的所有总成 如发动机 空调装置的压缩机等 以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性 还应保证在修理和技术维护情况下 从上面安装发动机的可能性 动力总成布置图 三 地板凸包 传动轴通道 和传动轴的布置 图3 4U型布置万向节传动 为了保证车身地板凸包的高度最小以及后座凸包上的座垫有足够的厚度 通常采取在垂直平面内将传动轴布置成U形的方案 图3 4 这样可以降低传动轴的轴线 同时又能保证动力总成的外廓不致减小离地间隙 而且万向节叉轴线之间的夹角也不致超过允许值 凸包与中间传动轴部分之间的最小间隙一般可取 10 15mm 在绘出传动轴的最高轮廓线之后 即可据此决定传动系以上的凸包线 进一步即可确定地板平面 在FR的轿车上 根据车身承载型式的不同 可绘出地板总成的横截面 由于传动轴作前述布置 所以前后地板往往形成不大的阶梯 确定地板平面 车架或地板总成的形式取决于纵梁沿宽度方向的布置 地板高度取决于离地间隙以及纵梁和横梁的截面高度 降低轿车的地板平面的措施 1 减小纵梁高度2 后桥上面的一段纵梁做成向上弯的形状3 后桥采用双曲面齿轮传动以降低传动轴等 车身中部仍免不了出现凸包 以致影响后作成员的舒适性 其他两种布置形式 FF RR 就不存在这个问题 图3 7降低车身地板平面的措施a x形车架b 周边式车架c 双曲面齿轮传动 传动轴分为两段d 前置前驱动e 后置后驱动 四 轮罩外型尺寸的确定和踏板的布置 为了绘制前轮表面 应先确定车轮跳动到极限位置和最大转向角时所占有的空间 一般情况下 规定橡胶缓冲块压缩约为自由高度的2 3 对于只在良好道路上行驶的高级轿车而言 可以允许缓冲块仅压缩为自由高度的1 3 由于车轮转向时并不占用轮罩中部 为了充分利用空间 可以将其做成嵌入轮罩内的凹部 腾出来的这一部分空间就可以用来布置离合器踏板或安放坐垫的最宽部分 这样就容许座椅降低或前移 踏板的布置 布置踏板所需空间受凸包外廓和车身内侧壁二者宽度的限制 离合器踏板左侧应留出位置以容纳司机的左脚 因此 轮罩最好不凸出乘客室内 离合器踏板制动踏板油门踏板 布置在地板凸包与车身内侧壁之间 在离合器踏板左侧 应当留出离合器不工作时可以放下左脚的空间 油门踏板一般比制动踏板稍低 要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度 60mm 的距离 德国推荐的确定踏板布置的尺寸关系 d 离合器踏板所占空间e 制动器踏板所占空f 油门踏板所占空间g 转向管柱推荐的尺寸 a 130mmb 60mmc 70mmd 260mme 200mmf 170mm 五 车身内部布置 车身的内部布置要保证安全性又要考虑舒适性 因此 要充分利用人体工程学的知识 除专用车以外 一般车辆内部布置均可按成年人的人体尺寸来考虑 人体基本尺寸见表3 1 百分位的概念 由于人的人体尺寸有很大的变化 它不是某一确定的数值 而是分布于一定的范围内 如亚洲人的身高是151 188厘米这个范围 而我们设计时只能用一个确定的数值 而且并不能象我们一般理解的那样用平均值 如何确定使用那一数值呢 这就是百分位的方法要解决的问题 百分位的定义是这样的 百分位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比 大部分的人体测量数据是按百分位表达的 把研究对象分成一百份 根据一些指定的人体尺寸项目 如身高 从最小到最大顺序排列 进行分段 每一段的截至点即为一个百分位 例如我们若以身高为例 第5百分位的尺寸表示有5 的人身高等于或小于这个尺寸 换句话说就是有95 的人身高高于这个尺寸 第95百分位则表示有95 的人等于或小于这个尺寸 5 的人具有更高的身高 第50百分位为中点 表示把一组数平分成两组 较大的50 较小的50 第50百分位的数值可以说接近平均值 但绝不能理解为有 平均人 这样的尺寸 统计学表明 任意一组特定对象的人体尺寸 其分布规律符合正态分布规律 即大部分属于中间值 只有一小部分属于过大和过小的值 它们分布在范围的两端 一般都设了第5百分位和第95百分位 第5百分位表示身材较小的 有5 的人低此尺寸 第95百分位表示高 即有5 的人高于此值 在设计上满足所有人的要求是不可能的 但必须满足大多数人 所以必须从中间部分取用能够满足大多数人的尺寸数据作为依据 因此一般都是舍去两头 只涉及中间90 95 或99 的大多数人 只排除少数人 应该排除多少取决于排除的后果情况和经济效果 车身设计师可根据表3 1所列人体基本尺寸 制作由赛璐珞或有机玻璃 密实的纸板或胶合板裁制成的人体外形 侧面 样板 图3 12 其比例为1 5和1 1 在外形样板各段连接处装有铰链 以便于使该样板在相同比例的图板上能处于各种不同位置 如操纵方向盘的坐姿 仰靠的坐姿等等 借以在图纸上校核内部布置尺寸是否合适 实际感受和试验都表明 乘客座椅靠近车身的中部振动最小 一般可取后座控制点 即座垫与靠背的拐点 到后轴的距离m作为评价其乘坐舒适性的指标之一 座椅尺寸基本上定下来以后 即可确定顶盖的初步轮廓 顶盖后端可由后座中间乘客头部来控制 亦即按上述座椅至顶蓬的距离i加上隔热材料层20 30mm 驾驶姿势对人体各部分夹角的合理范围 人体样板 第95百分位的A 460mmB 456mm 图3 14座椅在中间位置时驾驶员最适宜的几何比例关系 转向装置的布置 1 转向盘的位置 布置应考虑的问题 保证驾驶员能舒适地进行转向操作 考虑转向盘平面与水平面之间的夹角 以取得转向盘前部盲区距离最小为佳 转向盘不应影响驾驶员观察仪表 照顾到转向盘周围 如风挡玻璃等 有足够的空间 布置应考虑的问题 避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象 转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近 防止转向盘后移伤及驾驶员 要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5 影响踏板的布置和驾驶员腿部的操纵动作 较高的传动效率 转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵杆之间的夹角布置 2 转向器的位置 制动系布置 制动踏板的位置 更靠近驾驶员 且制动踏板操纵轻便 传力杆件 运动无干涉和死角 不能车轮跳动时自行制动 制动管路布置 平行管之间的距离不小于5mm 或者完全束在一起 交叉管之间的距离应不小于20mm 不要将管子布置在车架纵梁内侧下翼上 积水 六 轿车外廓尺寸的确定 a H点和R点 H点定义 实车测得躯干与大腿相连的旋转点 胯点 位置 H点的位置决定了与驾驶员操作方便 乘坐舒适相关的车内尺寸的基准 R点定义 座椅调至最后 最下位置时的 胯点 以R点作为设计参考点 测定的H点不超出以R点为中心的水平边长30mm 铅直边长20mm的矩形方框内范围 靠背角与设计值之间差值不大于3 要求 b 顶盖轮廓线的确定 首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平均位置处 然后确定H点 并引出一条与铅垂线成8 的斜线 再从H点沿8 斜线方向截取765mm的F点 F点相当于第50百分位驾驶员的头部最高点 从F点垂直向上截取100 135mm为车顶内饰线 车顶内饰线确定 车顶 包括钢板 隔离层 蒙面等 厚度为15 25mm 顶盖的纵向轮廓线 汽车顶盖横剖面上的最高点 再增加20 40mm 因顶盖轮廓是上凸的曲面 并对称于汽车的纵轴线 用同样的方法找出后排座椅上方最高点 前 后座椅上方两点连线即为顶盖的纵向轮廓线 c 车身横截面 形成 轿车车身横截面由顶盖 车门和地板的外形来形成 车身内部主要的轮廓点取决于驾驶员头部和顶盖之间 肩部和玻璃之间 肘部与车门内表面之间的间隙 车身外表面上的各点则决定于顶盖厚度 玻璃下降的轨迹 门锁和玻璃升降的尺寸等 之后再在横截面上布置门槛梁和顶盖梁 从而定下门框高度 轿车车身横截面 如果将顶盖做成凹形 图3 23b 或是将顶盖梁装在横截面以外 图3 23c 从工艺性和结构的观点来看 不致明显地减小顶盖的弧高 凹形顶盖较好地改善侧向视野性和将车门高度增大dHD值 见图3 23b 顶盖梁装在横截面以外时 可将顶盖表面做成局部鼓起 图3 23c 这样既能在外观上给人以浮雕式的美感 又能在结构上达到提高顶盖刚度的目的 确定 将在确定顶盖纵向轮廓时求得的左 右座椅乘员头部上方顶盖上的点 画到横截面图上 再加上顶盖纵向轮廓线上的点 共三点即可画出顶盖横向轮廓线 d车门立柱的布置 布置车门立柱时 应首先考虑上下车的方便性 图3 16a为轿车车门立柱与座椅相对位置的推荐值 对两门车身 应保证后座入座的最小通道尺寸 对四门车身 应在保证入座最小通道尺寸的情况下 尽量改善入座的方便性 如将立柱适当倾斜 a前座不能翻倒的四门轿车车身b前座靠背或前座可以翻倾的两门轿车车身c前座不能翻倾的两门轿车车身 在四门车身中 当车门立柱直立时 如图3 18a所示 前 后座入座都会感到很别扭 如果将门立柱适当倾斜 图3 18b 则可大大改善入座的方便性 车身侧壁倾斜度的确定 考虑上 下车的方便性 车门上 下槛边缘之间的间距为100 150mm时 上窄下宽 乘员上身只倾斜0 10 即可入座 但此间距过大会使汽车上下比例失调 影响外观 且玻璃升降占用车门内空间大 并影响肩部和玻璃之间的间隙 要求大于100mm 肘部和车门内表面之间的间隙 要求大于70mm e 车身侧壁倾斜度 当k值过大时 将由于上下比例失调而影响汽车的外观 同时内部空间利用也不好 下车时不方便 而且玻璃升降占用车门内腔的空间太大 使车门增厚 七 视野性 在驾驶员座椅上具有良好的视野性是保证汽车操纵方便和行驶安全的重要条件之一 对于乘客来说 也应提供良好的视野 视野性取决于座椅的布置 高度以及座垫和靠背的倾角 车窗的尺寸 形状和布置 立柱的结构 发动机罩和翼子板的形状等等 升高座椅和减小座垫与靠背的倾角 布置驾驶员座椅接近汽车前端 加大车窗 主要是前风窗 降低窗台