第六章 汽车人机工程设计

21世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材《汽车人机工程学》配套课件课件制作：任金东2010年9月第六章汽车人机工程设计目录6.1汽车产品开发过程概述6.2汽车概念设计6.3汽车人机工程设计6.4汽车座椅设计6.1汽车产品开发过程概述汽车分类汽车产品开发的一般过程36.1.1汽车分类1.我国汽车的分类•我国GB/T15089标准中将汽车主要分为M、N和G类（挂车和汽车列车等除外）46.1.1汽车分类1.我国汽车的分类•又可根据用途分为乘用车和商用车两大类–乘用车：主要用于载运乘客及其随身行李和临时物品，其座位数最多不超过9个（含驾驶员）–商用车：主要用于运送人员和货物，又分为客车和货车两大类56.1.1汽车分类2.美国对汽车的分类•美国汽车工程师学会（SAE）标准根据驾驶员乘坐空间尺寸的差异将汽车分为A、B两大类•A、B类车乘坐空间尺寸范围6汽车类别H30-1/mmTH17/mmTL23/mmW9/mmA40-1/（°）A类127~4050~501004505~40B类405~5300100450~56011~186.1.1汽车分类2.美国对汽车的分类•A类汽车：主要指乘用车，包括–轿车–旅行车–多功能车（MPV）–轻型货车•B类汽车主要是商用车，包括–中、重型货车–大客车76.1.2汽车产品开发的一般过程•现代汽车产品设计过程是一种并行的、协同的、面向全生命周期的设计模式•为保证企业具有持久的竞争力，必须合理安排产品流程86.1.2汽车产品开发的一般过程•一个完整的产品开发项目流程包括四个主要的阶段：项目策划、概念开发、系列开发、批量准备•项目策划是任何一个产品前期必须精心完成的重要工作，对后续开发工作起着指导性的作用，决定产品开发的胜败•概念开发包括造型和布置设计。造型设计最终要和布置设计相结合•系列开发是具体的平台和车型的开发。系列开发结果确认后进入批量准备阶段，各种市场投放工作也开始展开•当进入批量生产（SOP）阶段，产品开发过程就随着市场投放而结束96.1.2汽车产品开发的一般过程•产品开发流程是一个循序渐进、步步相关的环节链•在整个开发流程中，对每一个阶段的开发进程都设有一个审查、验收的关键里程碑，从项目开始、战略意向，到设计完毕、批量投产，在每个里程碑都必须对新车型的所有指标进行严格考核10某国外公司的开发流程116.2汽车概念设计126.2.1汽车概念设计概述•概念设计是创造性思维的体现，其主要工作是确定方案和参数，在设计活动历程中占重要地位•汽车概念设计包括总布置、造型、结构可行性研究三方面136.2.1汽车概念设计概述•概念设计包括–动力总成布置–整车和车身布置–整车主要硬点尺寸和性能参数确定–人机工程布置–造型效果图制作、CAS数据制作、造型模型制作、测量和线图制作–主要结构断面和分块确定、前期CAE分析–结构和工艺可行性分析等•概念阶段应充分考虑新技术、新材料、新工艺的应用146.2.2汽车总体布置•汽车总体布置设计是概念设计的重要内容，是整车开发周期中至关重要的阶段•汽车总体布置设计是否合理，将直接影响着整车的使用性能•汽车总体布置设计的同时，造型设计也在进行。汽车总体布置定型以及造型的确定，标志着概念设计完成156.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•在总体布置设计之前，需要对市场信息和产品开发目标进行研究，包括–目标市场（销售地区和相关法规）–产品面向的用户群体及其特点–价格区间–竞争车型–生命周期和产量–产品级别和豪华程度–整车造型风格等166.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•通过对竞争车型进行对标分析，确定整车的基本基调、总体布置的基本概念和约束、主要特征和配置、主要参数的取值和重要装备的描述等，作为本产品开发的目标176.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•市场信息和产品开发目标研究–产品的总体定位–整车整备质量，轴荷分配–基本尺寸（总长、总宽、总高、轴距、轮距、前后悬大小），乘员空间，行李箱和货箱容积–整车基本构造（两厢式还是三厢式，车门数，乘员数，座椅排数，以及动力总成、传动系、制动系、转向系、前后悬挂、前后桥、车轮、水箱等的轮廓尺寸和质量参数）–驱动方式和发动机布置形式（发动机前置、中置还是后置，前轮、后轮还是全轮驱动等）–结构强度、刚度和整车的性能要求等内容186.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•整车基本概念示例19车身类型4门C级轿车、三厢蓄电池尺寸280×170×170mm3总长4714mm乘员数目5总宽1819mm行李箱容积490L轴距2700mm前后座头部空间994/932mm整车整备质量1350kg前后座腿部空间1043/894mm驱动形式前轮驱动前后座肩部空间1512/1522mm发动机类型3L，V6变速器自动、手动前悬挂麦弗逊式前后轮胎尺寸195/60R15后悬挂扭杆弹簧式燃料箱容积65L转向系齿轮齿条式备胎—排气系统单回路发动机悬置系统3个单点散热器面积0.252m26.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•对标分析（Benchmarking）是获取同级别车型技术指标水平的快捷途径•对于车身方面，对标分析的主要内容通常包括：–主要尺寸对标–形状和造型风格对标–布置方案对标（发动机舱，行李箱，油箱、备胎和散热器等布置方案）–结构形式对标–性能指标（质量及其分配、空气动力学性能、车身低阶振动模态、噪声、排放、动力和经济性指标等）对标206.2.2汽车总体布置1.总布置的前期工作•整车基本定义完成后，即进入总体布置设计阶段•从产品策划到造型冻结是总布置设计的主要工作阶段•本阶段是产品开发过程中最重要、最具创造性的一个阶段216.2.2汽车总体布置2.总布置的内容•汽车总体布置设计是将市场的信息输入，转化成某一具体车型的最前期工作•是对汽车外形和内部形式，发动机舱，底盘系统（动力传动系统，行驶、转向和制动系统，以及其它底盘总成），乘员舱和驾驶员操控系统（仪表板、座椅、操纵机构等），车身结构总体型式（底架、立柱、骨架等承载结构），行李箱和货箱，以及备胎、燃料箱和排气系统等，在满足整车性能和造型要求下进行尺寸控制和布局的过程226.2.2汽车总体布置2.总布置的内容•汽车的级别是反映整车目标定位的重要指标•轿车级别的划分主要以发动机排量为依据，同时考虑轴距和车身装备的豪华程度236.2.2汽车总体布置2.总布置的内容•发动机和传动系的布置形式，以及各总成和部件的布置位置、空间尺寸等，决定整车的轴荷分配，影响整车动力性、操纵稳定性、安全性，整车长、宽、高，以及车身布置位置和空间246.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•总体布置图从布置草图开始•经过布置设计过程，并和整车总布置、底盘、造型等部门的人员对布置方案确认之后，得到所有用于造型和结构设计的硬点和控制尺寸（硬点尺寸），绘出正式的总布置图•总体布置图随着设计过程的进行不断丰富和完善•通过对总布置图上各总成、部件装配尺寸链的计算，也进一步校核它们的位置和尺寸256.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•在绘制布置草图之前，需要根据总成和部件的资料绘出它们的外形轮廓，并依据所执行的标准选择合适的制图基准（即三维坐标系原点，通常由汽车制造厂在最初设计阶段确定）–制图基准的零点由三个正交基准平面来确定。y基准平面为汽车纵向对称面。x基准平面是垂直于y基准平面的铅垂平面。z基准平面是同时垂直于y基准平面和x基准平面的水平面–x、z基准平面的位置，不同的标准可能有不同的规定266.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•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–长度和高度方向布置主要借助侧视图表现，宽度方向结构形状和间隙尺寸借助前后视图体现–侧视图按车辆自右向左行驶方向绘制–前后视图中，通常左半部为前视图，右半部为后视图276.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•对于全新开发的产品，总布置图上应绘出：–汽车外形，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、仪表板、货箱等）外形和内饰轮廓曲线–室内布置工具图形（眼椭圆、头廓包络、人体模板、视线、安全带固定点布置区等）–驾驶员座椅、变速杆、驻车制动杆、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286.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•绘制时应注意以下几方面：–为方便查看和量取尺寸，总布置图上常常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不同；–标题栏中填写必要的信息，如：产品名称、内部代号、制图人信息等。有的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；–总布置图上还常常注明所参照的标准，以及最后一次更新的日期等296.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•示例1-总布置草图306.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•示例2-某轿车布置侧视图316.2.2汽车总体布置3.总体布置图的绘制•示例3-大客车总体布置326.2.3硬点和硬点尺寸1.布置硬点•硬点是对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键基准；这些基准在总布置方案确定之后就固定下来，不能够随便改动•经过整车、底盘和人机工程学布置之后，就得到了一些作为造型设计输入的硬点，造型设计中必须严格遵守硬点所限定的尺寸和形状336.2.3硬点和硬点尺寸1.布置硬点•常用的硬点34硬点名称含义C/LO（CenterlineofOccupant）乘员在指定乘坐位置的y向中心线CowlPoint即发动机罩C点，是汽车中心线处，发动机罩的最高点DLO（DaylightOpening）在布置图上，用于定义风窗透光区域边界的线DeckPoint即后备箱D点，是汽车中心线处，后备箱的最高点DepressedFloorCovering地板覆盖物（如地毯）上，受到载荷之后的表面位置UndepressedFloorCovering地板覆盖物上表面没有任何载荷作用时的位置DesignatedSeatingPosition汽车制造商指定的乘员乘坐位置FrontofDash驾驶员中心线处，前围板最前端的垂直切线位置NormalTopofFrame-Truck货车车架上平面位置CargoFloor承载货物的表面位置SgRP乘员乘坐基准点6.2.3硬点和硬点尺寸2.硬点尺寸•硬点尺寸指连接硬点之间、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356.2.3硬点和硬点尺寸3.SAEJ1100硬点尺寸•硬点尺寸代号采用前缀+数字+后缀的形式表示•后缀用“-1”、“-2”形式表示该尺寸为第一排、第二排，等等，依此类推36前缀LWHATL、THPL、PW、PHS、V含义长度尺寸宽度尺寸高度尺寸角度尺寸H点位置和行程的长度、高度尺寸踏板布置尺寸面积和容积尺寸编号1~99100~199200~299400~599含义内部尺寸外部尺寸行李箱尺寸货车、厢式货车和运动车尺寸6.2.3硬点和硬点尺寸3.SAEJ1100硬点尺寸•室内尺寸137代号含义代号含义L31SgRP点x坐标H14眼椭圆上缘到内后视镜下缘垂直距离W20SgRP点y坐标H17转向盘中心到AHP的垂直距离H70SgRP点z坐标H30SgRP到AHP或FRP的垂直距离L8AHP点x坐标H35后视图上，头廓包络线垂直移动到与顶盖零件接触时，头廓包络线中心移动的距离W8AHP点y坐标H41头廓包络线到顶盖的最小距离H8AHP点z坐标H56乘员中心面内，D点到地板的距离L1PRP点x坐标H61SgRP沿后8°线到头顶线的距离加上102mmW1PRP点y坐标H74转向盘中心y平面内，转向盘到未受压座垫距离H1PRP点z坐标A18转向盘倾角6.2.3硬点和硬点尺寸3.SAEJ1100硬点尺寸•室内尺寸238代号含义代号含义L98FRP点x坐标A19H点调节轨迹倾角H98FRP