车身总布置设计

车身总布置设计车身总布置车身总布置设计是围绕人机工程学原理并充分考虑到制造工艺、材料特性、安全特性，在满足车身造型的要求下，对各种机构、电器设备、车身内饰总成和部件(仪表板、座椅、操纵机构等)的所在位置，以及车身室内空间大小和车身主要技术参数进行设计、确定的过程。其目的就是要使车辆在其子自重的条件下具有最大的室内空间，或者说是要在有限的车身外形尺寸内布置所有的总成、机构，并获得最大的室内空间，提高产品的市场竞争力。一、车身总布置设计的内容及设计原则车身总布置设计是车身概念设计的重要内容。由于车身总布置设计是否合理，将直接影响着整车的使用性能。因此设计人员在进行车身总布置设计之前，应充分了解或考虑以下各方面的内容：整车的主要性能参数、尺寸参数、以及车身布置及结构型式；发动机的布置型式、悬架机构、转向机构、变速机构等，以及各总成、机构间的相互关系(位置关系、连接关系)；车身构造，以及车身结构强度、刚度、安全性等方面的内容；人体工程学知识，即室内居住性、驾驶操纵性、视野性、上下车方便性。特别是对于多用途车辆的车身设计，如何以人的需要进行布置则显得更为重要；车身造型及空气动力特性；车内各总成部件及附属设备；车身材料，开发变型车系列的要求，系列化设计及通用部件；产品继承性、生产继承性及制造成本。1、车身总布置设计的内容：车身总布置设计通常是由一个总布置部门的专家队伍采用CAD的方法来进行。这支设计队伍中应包括来自其他部门，如车身、底盘、发动机和电器等部门的专家。由于在车身总布置设计的同时，车身的造型设计也同时产生，而且两者之间相互影响很大，因此这两者之间的合作应非常密切。设计中每一方的设计人员必须了解对方在干什么．而其他合作伙伴也应加入这一设计工作。大批量生产计划人员准备其组装程序，提出建议，零部件供应商和其材料专家在认可的目标成本和质量的情况下，开始探讨零部件批量生产的可行性。车身总布置定型以及造型的确定，标志着概念设计完成。其中车身总布置与造型互相修改，不断完善，我们称这一阶段的布置过程为初步总体布置，初步总体布置主要确定车身外形硬点，造型人员利用胶带在主图板上绘制1：1车身断面图称为胶带图。胶带图作为油泥模型制作的重要基准。初步总体布置是油泥制作时期的人机工程设计，第二阶段为详细总布置阶段，在这过程中需确定驾驶员坐姿，即H点（胯点）的确定，这是总布置设计的重要一步，然后以H点为基准展开地板、前围、车门、侧围、仪表板、座椅、变速机构、雨刮机构等的详细布置，布置的同时要根据法规校核乘坐舒适性、视野校核、操作舒适性、乘坐安全性。流程如下图：2设计原则空间问题是车身总布置设计的一个重要方面。车身内部空间被分隔，通常零部件总是在与乘坐者争夺空间。在总布置设计中必须找到一个妥协的解决方案。从满足驾驶员操作和乘员乘坐的要求出发，现代车身设计中必须以人为中心。显然，车身总布置设计的重点应放在确定室内空间大小和人体的活动空间上，又称车身室内人体工程布置设计，以改善乘坐舒适性和提高产品实用性。具体方法是利用人体工程学知识来确定乘员所必须的室内空间及操纵件、控制件装备等的布置位置，保证驾驶员操纵轻便、准确、视野宽阔和乘坐舒适、安全等。在此基础上进行总成、部件等的布置，以确定车身室内尺寸，从而得到保证室内空间需求的具有最小外形尺寸的车身、满足车身轻量化的要求。二、车身外表面特征位置点及作用在车身总布置设计中，根据总布置方案首先应确定出车身外表面各部分的特征位置点和外形及特征尺寸，见图2，并使之符合车身布置尺寸要求和造型要求。这些特征位置点是进一步完成车身布置设计、内部设计、外形设计及结构设计的基本参考位置。图2车身外形表面的特征点位置及外形特征尺寸1—全长；2—全宽；3—轴距；4—前悬；5—后悬．6—车身外板前悬长；7—车身外板后悬长；8—车高点；9—H点；10—眼点；11—头部问隙；12—保险杠高；13—保险杠突出量；14—保险杠两端处(转折处)突出量；15—前风窗玻璃下端点；16—顶盖前端点；17—顶盖后端点；18—后风窗玻璃下端点；19—轮罩高点；20—前裙板下端点；21—后裙板下端点；22—后部转角点；23—侧窗曲率半径；24—流水槽高点；25—窗台部高点；26—车身横断面最宽点．27—门槛下端点；28—发动机罩缝线；29—前门前端点；30—腰线位置应指出的是，这些特征位置点是在进行车身布置设计的过程中，逐步被加以确定的，随着这些点的确定，符合设计要求的车身形状也就基本确定了。而各部分的表面曲线和曲面的具体设计，可根据整车的造型特点及概念，在特征位置点的控制下加以确定，使得车身整体表面形状协调、流畅和美观。在车身外形的油泥模型雕塑中，应以这些外表面特征位置点为雕塑基准，其空间位置要加以控制，而车身表面的几何形状、尺寸参数，则在雕塑造型中自然形成。三、车身总布置图的绘制（车身总布置的过程）1、车身总布置主图板设计主图板是车身设计的总布置设计图。在车身外表面(线图)设计的基础上，进行车身及与车身相关总成的总布置设计，进行车身有关标准、法规的校核，车身主要结构分块及有关零件设计等工作。作为车身总布置对各有关总成、计划图设计提供技术要求及主要设计参数的依据。目前主要采用三维手段布置。2、技术要求(1)视图布置合理侧视图布置一般按自右向左行驶方向布置。曲线、曲面应光滑平顺，线条准确、清晰、粗细均匀。为了充分利用图板板面及方便投影作图，通常将车身外形的俯视投影部分地或全部地重叠在侧视图上。两个视图投影线最密集的部分应错开布置。侧视图的z方向坐标线可与俯视图Y方向坐标线共用。车身前部和后部投影各画一半。汽车前视投影图布置在左侧，后视图布置在右侧。(2)坐标零线的确定按汽车满载时确定(车身制图标准JBl449)。长度方向X：通过汽车前轮理论中心．并垂直于高度方向零线所画的直线为X方向零线．顺汽车前进方向观察，向前为负，向后为正。宽度方向零线Y：以汽车纵向中心线作为宽度方向坐标零线(变型车零线采用基本车型的零线)。汽车右侧为正，左侧为负。高度方向零线Z：对于非承载式车身(有车架)定为车架纵粱上表面较长一段直线，对于承载式车身(无车架)定为车身地板下表面较长一段直线。Z零向上为正，向下为负。(3)线图精度、比例：主图板上一般不标注尺寸，具体结构尺寸直接从主图板上量取。机助法绘制的坐标网格和线、图精度为±0.1mm，手工绘制的应保持在±0.25mm。绘制比例最好是1:1，大型客车采用1:2。坐标间距为100mm或200mm网格线。绘制时,应该用坚而细的5H铅笔绘制在不变型的画好坐标网格的涤纶薄膜上，以便于保存和复制。3、设计内容：(1)线图绘制——手工绘制或机助法绘制车身表面手工绘制主要是利用几何元素在空间的投影特性，利用柱面、柱状面、锥面、锥状面等规律曲面投影特性，或利用比例曲线、梯形解图法、比例三角形解图法等制取表面，或采用逐渐近似法，借助曲线板、样条等，用目测法徒手画出系列截面曲线的投影，并在三个视图中反复多次校正这些截面曲线投影，直至使这些曲线上任何一点在三向视图上都符合对应的投影关系，使线图的表面达到满意为止。线图(计算机绘制或徒手绘制)应包括如下内容：①车身外覆盖件的最太轮廓线(控制外形的主要纵向、横向样板线)。②体现工艺性的结构分块线。其中包括门洞和门口线，前、后窗口线，车门窗及侧窗窗口线、大灯、转向灯、雾灯灯口轮廓线等三向视图投影。③外形特征线：腰带凸凹线、外手柄凹槽、流水槽凹槽、嵌镶件凹槽、体现空气动力性侧面凹形线轮廓线；侧拉门凹槽轮口线、保险杠、大灯、转向灯、雾灯的凸凹纵向和横向样板线。(2)相关总成边界条件的绘制①发动机、风扇、散热器、空滤器的外形轮廓线(三向视图)。②离合器、变速器、传动部分、后桥(后两部分仅对面包车、客车、轿车用)的轮廓线。③转向盘、转向柱、万向节等总成的最大轮廓线。④离合器、油门及刹车踏扳的装配位置及最大行程位置。⑤手刹手柄、变速操纵手柄、出风口手柄的各档位置、真空助力机构的轮廓形状等。(3)车身结构件及主要断面的绘制：①最大轮廓线(零断面)内外结构件主要断面配合关系。②车身及车身附件中运动件的装配关系、运动轨迹(玻璃升降器、玻璃中心线、门锁及其连接机构、门铰链、驾驶室及车身翻转机构等)。③驾驶室及车前板制件的悬置、固定机构。④根据从外向内的原则，按车身内部布置图的结构要求绘制各截面的投影图。⑤利用投影变换、作图法(或机助法)绘制各内板零件的外形轮廓线。⑥绘制各内板制件的不同截面投影线，完成内外板、加强板部分的结构设计。以解放CA141驾驶室主图板为例，应绘制如下截面：1)风窗玻璃法向断面实形。2)顶盖、上盖板、内上粱及加强板、上盖板、盖板、仪表板加强粱、前上盖板、发动机拉板、发动机挡板与地板、地板与后围、顶盖与后围截面图(纵向零断面)。3)与风窗玻璃成法向的上支柱截面图。4)与前围下支柱成法向的水平截面图(最大轮廓截面，铰链连接处截面)。5)车门后支柱截面图(上后支柱，门锁连接处)。6)门上梁、门上粱内板、门上梁加强板截面。7)地扳、地板粱、门槛截面图。8)车门沿周断面的截取，应与3)、4)、5)、6)、7)相对应的位置截取，6)与7)截面为宽度方向最大轮廓处。总之，凡有焊接或装配关系的主要节点出均应以截面图表达清楚，在完成外形及主要截面图的绘制之后，可分别进行各总成（前围、地板、车门、后围等分总成）计划图的设计。(4)法规、标准和性能的校核工作：①绘制眼椭圆。眼椭圆代表了驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上，其眼睛所在位置的分布范围。是通过对驾驶员眼睛所在位置的测量、统计分析得到的，由于驾驶员眼睛的位置分布图形呈椭圆状，故称之为“眼椭圆”。在车身设计中一般采用眼椭圆样板来描述驾驶员的眼睛分布范围，见图3：图3眼椭圆已被列为国际标准ISO4513—2003《道路车辆——视野性能——关于驾驶员眼睛位置——眼椭圆确定方法》，被众多会员国承认，其中包括美国、日本等国家。标准ISO4513来源于美国的“SAEJ941”。眼椭圆的位置是由H点确定的，眼椭圆的绘制可参考《汽车设计手册•车身电器卷》（长春汽车研究所编制），由于作图法绘制眼椭圆较繁琐，目前UG软件中已包含了眼椭圆绘制程序，使设计人员得以从作图法这一繁琐的工作中解脱出来，集中精力于校核工作。眼椭圆作为校核视野、除霜系统、雨刮刮扫面积的基本依据，并为头部包络线的绘制提供基准，是校核工作的基准。②视野性校核(前视野、侧视野、后视野、前风窗玻璃刮水区域、前风窗玻璃除霜面积、方向盘的位置、组合仪表的视认性及表面反光)。1．前方视野参考标准GB11562－1994汽车驾驶员前方视野要求及测量方法在车身布置图上，确定了代表驾驶员眼睛分布位置的眼椭圆后，即可作出驾驶员的实际前方视野范围，见图4。显而易见，驾驶员的前方视野不仅要考虑人眼自身的视野范围，更重要的是车身设计，如前风窗开口面积，风窗倾角和位置，窗柱尺寸和位置等的设计将直接影响着前方视野性。一般最小垂直上视角设计应保证能观察到车辆前方12m远、5m高的信号灯，则最小上视角为：α＝arctan[(5-h)/(12+L)]式中h——眼睛距地面的高度，米；L——眼睛距车辆前端的距离，米。最小下视角不应在车辆前端产生大于6米（长头车）的盲区。图42、侧视野：侧视野校核不能产生超过下图阴影部分以外的盲区。侧视野国标未作规定，按汽车设计手册的要求必须符合下图3、后视野：参考标准GB15084-2006机动车辆后视镜的性能和安装要求内后视镜视野：要求驾驶员能看到阴影部分向后直至地平线范围内，我厂生产的工程车因货箱帽沿遮挡无法取得任何后视野，根据国标可以不装。外后视镜视野:外后视野要根据车辆的种类选择合适的后视镜种类校核,下图为Ⅲ类主外后视镜的视野要求，阴影部分为必须看到的区域。4、以眼椭圆为基准校核前风窗刮水器刮扫面积参考法规GB/T11565-1989轿车风窗玻璃刮水器刮水面积SAEJ903C乘用车前风窗刮水系统汽车标准中规定刮水器的刮扫面积应在1800cm2以上，而且刮扫的部位也有严格的要求，同时还要求不同刮扫区域应具有不同的清