【文章內(nèi)容簡介】 表32圖312駕駛員的眼橢圓圖 第4章 車身設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的汽車車身設(shè)計(jì)方法的整個(gè)過程是基于手工設(shè)計(jì)完成的。分為初步設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。其特點(diǎn)是整個(gè)過程是通過實(shí)物、模型、圖紙、樣板等來傳遞信息，至少進(jìn)行1:5油泥模型、全尺寸油泥模型和樣車制作等階段。 還要進(jìn)行1:5油泥模型、1:1全尺寸油泥模型、實(shí)車三次風(fēng)洞試驗(yàn)。 還要進(jìn)行車身原始數(shù)據(jù)保留的車身主圖板、車身主模型制作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高速圖形終端和工作站的出現(xiàn)，引進(jìn)了繪圖軟件等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。這種方法的一個(gè)主要工作是利用計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行車身幾何造型設(shè)計(jì)，即要在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)車身表面模型以取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的三維實(shí)體模型。但是傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法，免不了進(jìn)行車身效果圖繪制、車身油泥實(shí)物型模型制作等步聚，這就大大增加了設(shè)計(jì)開發(fā)的周期和成本。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法由于傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)方法的缺陷，我們利用繪圖軟件提供的強(qiáng)大的復(fù)合建模功能，探索了一種車身設(shè)計(jì)新方法，為縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本作了一些努力，也為我們進(jìn)行車身新方法、新手段的探索，提供基礎(chǔ)性的借鑒。首先在汽車產(chǎn)品規(guī)劃提出的產(chǎn)品參數(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的車身總布置設(shè)計(jì)，確定汽車總長、總寬、總高、離地間隙、接近角、離去角、輪距、車門形狀、位置等基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，建立車身三視圖。在此基礎(chǔ)上，利用軟件的建模功能展開設(shè)計(jì)、建模。具體的方法是：汽車新產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃→車身總布局設(shè)計(jì)（三視圖）→曲線建模設(shè)計(jì)（三視圖）→車身各視圖按輪廓線拉伸實(shí)體→作取交集的布爾運(yùn)算→提取擬合車身曲面所需線條→線條轉(zhuǎn)換和修改樣條線→車身結(jié)構(gòu)骨架設(shè)計(jì)。軟件技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，不僅僅在于它能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品的研制周期，更重要的是軟件技術(shù)是當(dāng)代最杰出的工程技術(shù)成就之一，它從根本上改變了過去用手工繪圖、依靠圖紙組織生產(chǎn)過程的模式。因此它對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展，對(duì)增強(qiáng)企業(yè)在國際市場的競爭力等方面，都有著巨大的作用。正在受到極大的關(guān)注和飛速的發(fā)展。 車身總布置內(nèi)容汽車車身總布置設(shè)計(jì)總布置設(shè)計(jì)(又稱初步造型)，是將汽車各個(gè)總成及其所裝載的人員或貨物安排在恰當(dāng)?shù)奈恢?，以保證各總成運(yùn)轉(zhuǎn)相互協(xié)調(diào)、乘坐舒適和裝卸方便。為了保證汽車各部分合理的相互關(guān)系，需要定出許多重要的控制尺寸。在這個(gè)階段，需要繪制車身的總布置圖，繪出駕駛操作場所、乘員以及邊界形狀。經(jīng)過汽車車身總布置設(shè)計(jì)，就可確定汽車的主要尺寸和基本形狀。汽車總布置應(yīng)完成車身內(nèi)外尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車身的懸置形式、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、車架和汽車車身的總布置以及一些附件如電瓶、油箱、備胎的置。汽車車身總布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮整車型式、車身與整車總布置的關(guān)系，然后根據(jù)各總成型式和整車性能的要求基礎(chǔ)上，確定車身內(nèi)、外尺寸，駕駛員與乘客的操縱與乘坐空間，以及對(duì)車室各種部件和附件的位置參數(shù)的確定，以滿足相關(guān)的各項(xiàng)性能及法規(guī)要求，并協(xié)調(diào)各種性能指標(biāo)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)總體優(yōu)化的布置過程；，空間關(guān)系和制約因素復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)具有模糊性、多解性、經(jīng)驗(yàn)性等特點(diǎn)。汽車車身總布置是其它設(shè)計(jì)階段的前提和基礎(chǔ)，是汽車設(shè)計(jì)的最初始的步驟，車身總布置的好壞，在很大程度上決定著車身設(shè)計(jì)的成敗。 人機(jī)工程學(xué)在汽車車身總布置上的應(yīng)用機(jī)動(dòng)車的種類很多，其用途和使用條件各不相同，對(duì)其性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、人機(jī)關(guān)系匹配等方面的要求差別很大。然而各種機(jī)動(dòng)車輛說面臨的人機(jī)工程問題，在很大程度上卻是相同的。目前，車輛工程領(lǐng)域的人機(jī)工程問題可大致歸納為一下6個(gè)方面。(1)機(jī)動(dòng)車輛駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配機(jī)動(dòng)車輛駕駛操縱系統(tǒng)是一種有駕駛員參與的反饋控制系統(tǒng)，其人機(jī)界面是典型的第一類人機(jī)界面。這類人機(jī)界面的優(yōu)化匹配問題，在人機(jī)工程科學(xué)領(lǐng)域最有代表性，是人機(jī)工程學(xué)應(yīng)當(dāng)研究和解決的基本技術(shù)問題之一。因?yàn)轳{駛操縱是機(jī)動(dòng)車輛駕駛員最基本、最頻繁、最重要的操作，所以駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面匹配的合理程度，對(duì)車輛行駛的安全性、對(duì)駕駛員的身心健康、駕駛操作的舒適性以及在正常工作時(shí)間內(nèi)繼續(xù)駕駛車輛所能保證的工作效率等，都有重大的影響。（2）機(jī)動(dòng)車輛乘員的乘坐舒適性機(jī)動(dòng)車輛駕駛員和乘員的乘坐舒適性，主要取決于座椅與人體的人機(jī)界面能否為人提供舒適而穩(wěn)定的坐姿、駕駛員(乘員)座椅車輛系統(tǒng)能否有效地隔離或衰減來自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的震動(dòng)，以使駕駛員（乘員）所承受的全身振動(dòng)負(fù)荷低于規(guī)定的限值：駕駛員座椅駕駛室系統(tǒng)的幾何位置關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野和相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)與顯示裝置的舒適位置。（3）機(jī)動(dòng)車輛的噪聲控制機(jī)動(dòng)車輛噪聲控制的目的是保證車內(nèi)駕駛員和乘員的耳旁噪聲滿足人的聽力保護(hù)允許標(biāo)準(zhǔn)，車外噪聲滿足動(dòng)態(tài)環(huán)境噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。具體的標(biāo)準(zhǔn)限值因車輛類型、使用條件、運(yùn)行環(huán)境的不同而異。（4）機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)小環(huán)境氣候的宜人化控制對(duì)車內(nèi)小環(huán)境氣候宜人化控制的具體要求也因機(jī)動(dòng)車輛的類型、使用條件和運(yùn)行環(huán)境的不同而異。小環(huán)境氣候宜人化的科學(xué)依據(jù)是人的舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。（5）機(jī)動(dòng)車輛駕駛員的駕駛適宜性駕駛員是引起事故的主要因素。所謂駕駛適應(yīng)性，是指人具備圓滿，不出差錯(cuò)的完成駕駛工作的素質(zhì)。開展駕駛適應(yīng)性研究并制定科學(xué)的駕駛適宜性檢查方法，對(duì)于駕駛員的選拔和科學(xué)化管理具有重要的指導(dǎo)意義。（6）人車路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化綜合運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)、車輛工程學(xué)、交通工程學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、圖形圖像技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本理論，吸收國內(nèi)外最新研究成果提出一種科學(xué)的、以“駕駛員車輛道路一體化設(shè)計(jì)概念”為指導(dǎo)的、基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的評(píng)價(jià)體系，研究駕駛員車輛道路交通環(huán)境系統(tǒng)的綜合優(yōu)化方法，將是擺在人機(jī)工程、車輛工程、交通工程三大科學(xué)領(lǐng)域科技工作者面前的共同課題。 車身承載方式的確定 車身的承載方式汽車的車架 就像人的身體由骨架來支持一樣，汽車也必須有一幅骨架，這就是車架。車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等。現(xiàn)有的車架種類有大梁式、承載式、鋼管式及特殊材料一體成型式等。 1）大梁式車架在港臺(tái)汽車刊物中常稱作“陣式車架”，是最早出現(xiàn)的車架類型（從全世界第一部汽車開始一直沿用至今）。大梁車架的原理很簡單：將粗壯的鋼梁焊接或鉚合起來成為一個(gè)鋼架，然后在這個(gè)鋼架上安裝引擎、懸架、車身等部件，這個(gè)鋼架就是名附其實(shí)的“車架”。大梁式車架的優(yōu)點(diǎn)是鋼梁提供很強(qiáng)的承載能力和抗扭剛度，而且結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)容易，生產(chǎn)工藝的求也較低。致命的缺點(diǎn)是鋼制大梁質(zhì)量 沉重，車架重量占去全車總重的相當(dāng)部分；此外，粗壯的大梁縱貫全車，影響整車的布局和空間利用率，大梁的厚度使安裝在其上的坐廂和貨廂的地臺(tái)升高，使整車重心偏高。綜合這些因素可見，大梁式車架適用求有 大載重量的貨車、中大型客車，以及對(duì)車架剛度要求很高的車輛，如越野車。傳統(tǒng)越野車在良好道路上行駛時(shí)表現(xiàn)出重心過高的不良操控性，就是 由大梁式車架所致。2）承載式車架也稱作整體式或單體式車架。針對(duì)大梁式車架質(zhì)量重、體積大、重心高的問題，承載式車架的意念是用金屬制成堅(jiān)固的車身，再將發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等機(jī)械零件直接安裝在車身上。這個(gè)車身承受所有的載荷，充當(dāng)車架，所以準(zhǔn)確稱呼應(yīng)為“無車架結(jié)構(gòu)的承載式車身”（采用大梁車架的汽車車身則稱為“非承載式車身”）。承載式車架由鋼（較先進(jìn)的是鋁）經(jīng)沖壓、焊接而成，對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的要求都很高，這也是中國目前的車身設(shè)計(jì)開發(fā)難以突破的大難點(diǎn)。成型的車架是個(gè)帶有坐艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底板的骨架（圖32），我們所能看到的光滑的汽車車身則是嵌在骨架上的覆蓋件（圖33）。 圖42 圖433）鋼管式車架顧名思義，鋼管式車架就是用很多鋼管焊接成一個(gè)框架，再將零部件裝在這個(gè)框架上。它的生產(chǎn)工藝簡單，很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè)，5070年代英國有很多小規(guī)模的車廠生產(chǎn)各式各樣的汽車，都是用自行開發(fā)制造的鋼管車架，是鋼管車架的全盛時(shí)期。時(shí)至今日仍采用鋼管車架的都是一些產(chǎn)量較少的跑車廠，如LAMBORGHINI和TVR，原因是可以省去沖壓設(shè)備的巨大投資。由于對(duì)鋼管車車架進(jìn)行局部加強(qiáng)十分容易（只須加焊鋼管），在質(zhì)量相等的情況下，往往可以得到比承載式車架更強(qiáng)的剛度，這也是很多跑車廠仍樂于用它的原因。 圖444）鋁合金車架奧迪A8的車架是用鋁合金做的，但那是沖壓成型的結(jié)構(gòu)，只是材料不同了，仍屬于承載式車架。這里說的鋁合金車架是另一種類型，將鋁合金條梁焊接、鉚接或貼合在一起組成一個(gè)框架，可以理解為鋼管車架的變種，只是鋁合金是方梁狀而非管狀。鋁合金車架最大優(yōu)點(diǎn)是輕（相同剛度的情況下）。 圖455）碳纖維車架亦即是開頭所提到的“特殊材料一體成型式車架”。制造方法是用碳纖維澆鑄成一體化的底板、坐艙和引擎艙結(jié)構(gòu)，再裝上機(jī)械零件和車身復(fù)蓋件。碳纖維車架的剛度極高，重量比其它任何車架都要輕，重心也可以造得很低。但是制造成本是它的致命傷，因此目前都只用于不計(jì)成本的賽車和極少數(shù)量產(chǎn)車上。 圖46碳纖維的剛度不僅有利于操控，對(duì)提高安全性也有很大的作用。典型例子是在95年，寶馬的總裁駕駛一部MCLAREN F1（街道版）滿載3人在德國的公路上以280公里時(shí)速失控，沖出公路后再翻滾無數(shù)圈后才停車，車上3人居然只受了輕傷。當(dāng)時(shí)全車外殼盡毀，但車架和坐艙仍保持完好的形狀，如非碳纖維車架肯定是招架不住的。這也是一級(jí)方程式賽車至今沿用它的原因之一。 6）“副車架”最后要補(bǔ)充“副車架”的概念，這是常常在車書中出現(xiàn)的新名詞。副車架并非完整的車架，只是支承前后車橋、懸架的支架，使車橋、懸架通過它再與“正車架”相連，習(xí)慣上稱為“副架”。副架的作用是阻隔振動(dòng)和噪聲，減少其直接進(jìn)入車廂，所以大多出現(xiàn)在豪華的轎車和越野車上，有些汽車還為引擎裝上副架。 福田風(fēng)景承載方式的確定車身是汽車的基本骨架，也是最大的部件，它決定汽車的基本形狀、大小和用途。汽車車身是運(yùn)送乘客、貨物和駕駛員工作的場所。車身應(yīng)具備使乘客和貨物免受塵土、雨雪、振動(dòng)、噪音、廢氣侵襲、使駕駛員工作便利的條件。福田風(fēng)景輕型客車的車身是非承載式車身。 動(dòng)力總成的布置 動(dòng)力總成布置的原則初步設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定車身與動(dòng)力總成相對(duì)于前輪軸線的位置。在確定各總成相對(duì)于前輪的縱向位置之前，應(yīng)預(yù)先估算軸荷分布。因此，車身總布置與整車總布置工作是很難截然分開的，往往需要反復(fù)交叉進(jìn)行。車身的布置在很大程度上受底盤布置形式的制約。目前多采用傳統(tǒng)式布置（發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)）和前驅(qū)動(dòng)布置（發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng)）。由于發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng)的布置型式缺點(diǎn)較嚴(yán)重，實(shí)際上已被逐漸淘汰。傳統(tǒng)式布置型式有利于車室內(nèi)部（包括行李艙）布置，而且可以提高操縱穩(wěn)定性、行駛平順行和乘坐舒適性，所以長期以來被廣泛采用于中、高級(jí)轎車上。但其缺點(diǎn)在于地板中部出現(xiàn)凸包，影響踏板布置、整車高度的降低和質(zhì)量的減輕。對(duì)于前驅(qū)動(dòng)布置型式，由于取消了傳動(dòng)軸，可以降低地板和整車高度，如果采用橫置式發(fā)動(dòng)機(jī)，則更方便于車室內(nèi)部布置。此種布置型式對(duì)車身總布置、降低風(fēng)阻、整車輕量化等都是很有利的。發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)前置、前輪驅(qū)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)后置、后輪驅(qū)動(dòng) 福田風(fēng)景動(dòng)力總成的布置圖圖413福田風(fēng)景動(dòng)力總成的布置動(dòng)力總成包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器，初步設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定車身與動(dòng)力總成相對(duì)于前輪軸線的位置。為減少萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角，曲軸中心線相對(duì)于車架上平面有一個(gè)夾角，一般為1176?！?176。本車采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)。前置后輪驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在則主要應(yīng)用在中、高級(jí)轎車。它的優(yōu)點(diǎn)是軸荷分配均勻即整車的前后重量比較平衡，因此操控穩(wěn)定性比較好。 內(nèi)部座椅的布置及座椅的設(shè)計(jì)內(nèi)部座椅的布置：本車是運(yùn)送乘客的，其車身的內(nèi)部布置應(yīng)考慮人的因素第一，也就是說，既要保證安全性又要考慮舒適性。這就需要人體工程學(xué)的知識(shí)。人體工程學(xué)是描述塑造適宜于人的工作場所的科學(xué)，其基本要求是操縱方便。車身前部為駕駛員區(qū)，前方座椅的后面有折疊小桌，座椅本身有頭部、腰部、大腿部的兩側(cè)靠墊、另有腰部支撐。座椅的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在于座墊底部的托墊，它可以向外擺出來支撐小腿，提高乘坐舒適性。 圖414座椅設(shè)計(jì)：汽車座椅用于:支撐乘員的質(zhì)量。緩和和衰減由車身傳來的沖擊和振動(dòng)。給駕駛員提供良好的工作條件。并為乘客創(chuàng)造舒適和安全的乘坐條件。由此可見，座椅設(shè)計(jì)的好壞，將對(duì)汽車的乘坐舒適性、安全性及操縱方便性等產(chǎn)生很大的影響。掌握汽車座椅的特性和設(shè)計(jì)方法，也是汽車設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。1）汽車座椅的設(shè)計(jì)方法應(yīng)滿足如下要求:(1)應(yīng)有良好的靜態(tài)特性，即:座椅的尺寸和形狀應(yīng)使人體具有合適的坐姿，良好的體壓分布，觸感良好，并能調(diào)整尺寸與位置，以保證乘坐穩(wěn)定、舒適，操作方便，視野良好。(2)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，以緩和與衰減由車身傳來的沖擊和振動(dòng)，保證駕駛員能較時(shí)間工作而不感到疲勞:乘客能感到乘坐舒適愉快。(3)有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和壽命，并能在發(fā)生交通事故時(shí)盡量減少乘員的受傷程度，辦即具有足夠的安全性。(4)結(jié)構(gòu)緊湊，外形與色彩應(yīng)美觀、大方，與車身內(nèi)飾相協(xié)調(diào)，并盡可能減輕質(zhì)量，降低成本，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。坐墊稍寬些，有利于駕駛員調(diào)整姿勢，但是太寬會(huì)影響操作方便性，一般取450一480mm，坐墊上表面至地板的距離h:300340mm在設(shè)計(jì)駕駛員座椅時(shí)，不僅要考慮乘坐舒適性，同時(shí)還應(yīng)考慮操作方便性與行駛安全性。然而對(duì)乘客座椅就不同了，只需考慮乘坐舒適性就可以了。2）駕駛員座椅的布置，有稱為駕駛位置設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)駕駛舒適的關(guān)鍵，一方面來說，即使