文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 车辆工程专业毕业设计汽车整车论文

车辆工程专业毕业设计汽车整车论文

车辆工程专业毕业设计汽车整车论文

摘要

汽车车身总布置设计是车身设计的重要内容。车身总布置设计是在整车总布置的基础上进行的,主要包括汽车车身底版的布置、前围的布置、车身室内人体工程布置、车门布置、发动机舱、行李舱的布置以及其它装备的布置。其中车身室内人体工程布置是主要的内容涉及到人体工程学的知识。可以说车身总布置设计的好坏是决定车身设计和轿车设计好坏的一项重要内容。本次7161轿车车身总布置设计主要是利用已给的数据和人体工程学的基本知识对该车型的车身外形布置和内部布置进行设计,并进行相关的动力性和经济性计算以检验设计的合理性。通过本次毕业设计,充分了解和掌握了对某一轿车车身进行车身总布置设计的步骤和方法,这将为我们以后毕业从事汽车车身设计的工作打下基础。

关键词:车身总布置设计人体工程学车身外形布置设计车身室内布置设计

Abstract

Car body general arrangement design is an important constituent of car body design. It is on the basement of car general arrangement design, includes car floor arrangement、front fender arrangement、interior body ergonomic arrangement、door arrangement、engine module and luggage compartment arrangement and other establishments arrangement. Among them, the interior body ergonomic arrangement is the most important part as it relates to ergonomics. We can say that the quality of car body general arrangement is an important constituent which determines the quality of body design and car design. During this time’s Ao Tuo mini car body gen eral arrangement design, the mainly part of my work is to use data which is given by my guiding teacher and the infrastructural knowledge of ergonomics to design Ao Tuo car body external and interior arrangement, and to conduct some calculation about this car’s power and economy performance. This calculation can check that whether the car body general arrangement design is reasonable or not. Through this graduate design, I fully know and master the steps and methods of body general arrangement design to a specific car body, which will lay the foundation for our car body design work after graduation.

Key words:body general arrangement design ergonomics body

external arrangement design interior body arrangement design

1.绪论

1.1汽车设计的规律,决策与设计过程

汽车设计尤其是新新车型的设计,是根据社会对该车型的使用要求而提出的整车参数与性能指标进行计算的,显然,那只能从宏观入手,即从整车的总体设计开始,然后通过总体设计的分析与计算,将整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能后,再进行总成和部件设计,进而进行零件甚至某一更细微的局部设计与研究。

汽车设计过程:

1)调查与初始决策:其任务是选定设计目标,并制定设计工作方针及设计原则。调查研究的内容应包括:老产品在服役中的表现及用户意见;当前本行业与相关行业的技术发展,

特别是竞争对手的新产品与新技术;材料,零部件,设备和工具等行业可能提供的条件;本企业在科研,开发及生产方面所取得的新成果等等,他们岁新产品设计是很有价值的。

2)总体方案设计:其任务是根据领导决策所选定的目标及开发目标制定的工作方针,设计原则等主导思想提出整车设想,因此又称为概念设计(concept desion)或构思设计。为此要绘制不同的总体图(1比5)供选择。在总体方案图上进行初步布置和分析,对主要总成只要画出大轮廓而突出各方案间的主要差别,使方案对比简明清晰,经方案论证选出其中最佳者。

3)绘制总布置草图,确定整车主要尺寸,质量参数与性能指标以及各总成的基本形式。在总布置草图上较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置;对轴荷分配和质心高度作计算与调整,以便准确地确定汽车的轴距,总长,总宽,总高,离地间隙,货箱或车身高度等,并使之符合有关标准和法规;进行性能计算及参数匹配。

4)车身造型设计及绘制车身布置图;绘制不同外形,不同方向,不同色彩的车身外形图;制作相应造型的1比5整车模型;从中优选后再制作1比5或1比1的精确模型。经征求意见,工艺分析评审及风洞实验后作进一步修改,审定后用三坐标测量仪测量车身模型坐标并用与之联机的CAD系统绘制车身图及相应的车身布置图。

随着计算机技术的飞速发展,直接在计算机上造型车身的三维形态已成为可能,并且可以根据设计者的要求方便迅速地对计算机屏幕所显示的车身造型进行各种修改,能在计算机屏幕上产生不同投影方向的生动逼真的产品三维外形图。因此,要提高车身的设计质量,缩短设计周期,可以将车身造型的手工设计和绘制不同方向外形图的工作移到计算机上进行,在计算机上进行交互设计,得到满意结果后再制作模型以及进行上述的其他后续工作。

5)编写设计任务书:作为对以后的设计,实验及工艺准备的指导和依据。其内容常包括:任务来源,设计原则和设计依据:产品的用途及使用条件;汽车型号,承载容量,布置形式及主要技术指标和参数,包括空车及满载下的整车尺寸,轴荷及性能参数,有关的可靠性指标及环保指标等;各总成及部件的结构形式的特性参数;标准化,通用化,系列化水平及变形方案;模拟采用的新技术,新结构,新装备,新材料和新工艺;维修,保养及其方便性的要求;续驶里程;生产计划,设备条件及预期制造成本和技术经济预测等。有时也加进与国内外同类型汽车技术性能的分析和对比等。有的还附有汽车总布置方案草图及车身外型方案图。

6)汽车的总布置设计:其主要任务是根据汽车的总体布置及整车性能提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求;协调整车与总成间,总成与有关部件的布置关系和参数匹配关系,使之组成一个在给定使用条件下的使用性能能达到最优并满足设计任务书所要求的整车参数和性能指标的汽车。具体工作有:

a) 绘制汽车总布置图:它是在总布置草图和个总成,部件设计的基础上用1比1或1比2的比例精确的绘出,用于精确控制各部件尺寸和位置,为各总成和部件分配精确的布置空间,因此又称为尺寸控制图。特别注意汽车整车布置的合理性,驾驶室和车厢内部布置应具有视野性好,驾驶操作方便,座位舒适,安全,维修方便等特点。

b) 根据总布置设计确定的整车参数和性能指标提出对各总成和部件的设计要求:包括结构形式,特性参数,尺寸与质量限制等。提供整车有关数据与计算载荷等。

c) 绘制转向轮跳动等有关的运动图:用于校核布置空间以避免发生运动干涉。

d) 确定有关总成和部件支承的形式,结构参数与特性等,特别是对发动机前后支承,驾驶室支承和排气管支承的位置和刚度要精心选择。

e) 确定各总成的质心位置,核算汽车空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。

f) 制作模型进行布置空间的校核:通常制作1比1的车身内,外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性,视野范围,乘座空间及舒适性等。

g) 汽车总成,部件及零件本身的选型与设计:其任务除了要保证总成和整车的性能指标外,还要考虑零件本身的强度,寿命与可靠性等问题。

h) 设计图纸的工艺审查及必要的修改。

i) 绘制汽车总装配图:其目的是进行土面装配校核,仔细检查相连接总成及部件的连接关系,连接部件的尺寸与配合以及拆装的方便性;核算与标注汽车整车和有关总成与部件的安装尺寸链,为汽车总装作技术准备和提供依据。

j) 试制,实验,修改与定型:设计完成后投入样品试制时,应考虑有一定数量的零部件和总成投入台架试验,至少有3~4辆样车投入整车室内试验与道路试验,因为试验尤其是道路试验始终是考验汽车的设计与制造工艺最重要和不可替代的手段。试制与试验中暴露出的设计问题应该及时解决并记录在案,作为修改设计的依据。注意了解制造和装配中的工艺问题及质量控制情况及时把关,杜绝不合格的样品装车。要查明整车,总成及零部件的尺寸参数,质量参数,性能参数是否符合设计要求及问题所在,以便修改图纸或采取其他措施予以纠正。应按有关标准,法规进行全面的试验,以检查新产品的各项性能指标。实践是检验真理的最终标准,汽车试验也是一样,在汽车设计定型中起着关键的作用。

本设计是东风小康微型面包车EQ638X总体总布置设计。近年来微型面包车的产销量日趋扩大,这得益于该车型不错的内部空间和实用性以及吸引人的价位,更重要的一点是该车型已逐步摆脱了外形过气以及内部布置不合理的弊端。通过对一款微型面包车的车身总布置的设计,可以使它具有良好的外形和内部空间,从而使它在性能方面表现很好,在空间方面具有令人满意的效果。在新型车研发、研制的初级阶段,经过调查研究与决策,提出整车设想并对汽车的主要参数以及发动机和车轮进行选择后,应对汽车进行总布置设计,其中车身的总布置设计是总布置设计的重要组成部分。在产品开发过程中必须根据新产品的实际情况考虑多方面的因素,进行合理的布置设计,这不仅关系到有效利用车内空间以及提高乘用舒适性,而且会影响整车,内外造型和尺寸参数,进而会影响整车性能和市场竞争力。

1.2 前人相关成果和预期目标

在汽车车身设计这一领域,国外已经十分成熟,但国内还尚不完善。对于车身外形的布置设计,涉及到车身空气动力学的知识,在这一领域前人为我们总结了许多宝贵的经验,主要是提出了一些改善汽车车身空气动力性能的措施:a.车身头部棱角圆角减少空气阻力b.改善车身后部形状减小气动升力和空气阻力 c. 顶盖弯曲 d.后窗倾斜 e.尾部翘起等。而在车身内布置方面,近来逐渐发展起来的人机工程学为汽车车身内布置提供了最好的设计工具。在国外,人体工程学在汽车设计中的应用已有多项成果。研究内容日趋广泛和深入。这些研究对解决汽车及车身设计如何适应人体特点,提高人机系统工作效率均有重要意义。人机工程学为我们进行汽车车身的内布置设计提供了有效的方法以及宝贵的经验数据,这些经验数据对于我们今后进行车身总布置设计具有很好的参考价值和实际使用意义。在国外,该学科早已起步故有丰富的人体数据和车身设计的经验,而在国内由于该学科起步较晚以及没有合适的人体数据而且缺乏经验,故尙未形成清晰的人体工程学设计方法。本次微型面包车车身总布置设计的预期目标是希望在根据该型轿车基本车型数据参数以及参考前人轿车车身总布置设计经验和积累的有用数据的基础上,设计出令人满意的合格的微型面包车车身。

2 车身设计制图方法及设计原则

2.1 基本规定

1)图面布置

绘制车身总图、车身线图、总成图、装置图、零件图时,一般按车辆自右向左行驶方向布置图面。

2)坐标网格

具有复杂曲面及严格装配位置要求的车身设计图样均绘制在具有坐标网格的图纸上。轿车车身设计时,一般取网格间距为100mm。其坐标线的方向及距零线的距离应标注在直径为16mm的细实线圆内,坐标线以细实线绘制。

3)坐标零线的确定

车身设计资料的坐标应统一。其坐标零线的确定如下:

沿车架纵梁上表面较长的一段所作的水平直线或沿无车架车辆的车身地板下表面较长的一段所作的水平直线作为高度方向坐标(Z坐标)的零线。通过车辆前轮理论中心并垂直于高度方向坐标零线所作的直线作为长度方向坐标(X坐标)的零线。车辆的对称中心线作为宽度方向坐标(Y坐标)的零线。其坐标方向规定:沿车辆的前进方向看去,X坐标零线以前为负、零线坐标以后为正;Y坐标零线以左为正、零线以右为负;Z坐标零线以上为正、零线以下为负。

2.2 车身设计制图基本方法

1)车身总布置图;

2)车身室内尺寸标注;

3)车身总线图、车身表面设计线图;

4)车身风窗制图;

5)车身零件线图;

6)车身组件线图;

7)车身结构设计线图;

8)车身结构断面设计。

2.3 设计原则

空间问题是车身总布置设计的一个重要方面。车身内部空间被分割,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,现代轿车车身设计中必须以人为中

心。显然,轿车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。

在此基础上进行整车的发动机、传动系等总成、部件,以及备胎、油箱和行李舱

等的布置,以确定车身前舱和后舱的容积及尺寸,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。总结起来车身总布置设计的

设计原则具体表现为:

1)市场目标性原则;

2)从内到外的人体优先性原则;

3)协调性原则;

4)“见缝插针”原则;

5)座位优先性原则;

6)“大多数人”原则;

7)准舒适性原则;

8)方便性原则;

9)最重要设计原则;

3 轿车车身布置与底盘布置形式的关系

3汽车的总体设计

3.1汽车类型的确定

本设计是要设计一辆经济实用,外观新颖的微型面包车。在大的类里应属于客车的范畴。故可以是借鉴客车的设计。

3.2发动机的选择

考虑到燃料的使用的平衡及汽油机的转速高,升功率高,转速适应性较好,尺寸小及质量小,便于布置,振动及噪音较低等优点,目前国内外的微型车几乎无一例外的采用汽油发动机。故本车也采用汽油发动机。因为按照东风汽车公司的战略部署,东风渝安车辆有限公司的产品定位是1.3L以下排量微车,我决定采用东风渝安在重庆发动机分厂生产的EQ474i-3U型发动机。该发动机目前主要在“东风小康3U金钻”上使用,技术较为成熟,发动机动力相当饱满,低转扭力足够,中段输出顺畅。再配合东风小康专用变速箱,一档齿比非常大,为载货储备了相当大的潜力。五档用尽也可以跑车一百二十多千米每小时的速度。市场反映较好。

此款发动机的参数:

发动机型式:4缸/直列

排量:1310mL

最大功率:60.5Kw

最大扭矩:102 Nm

3.3汽车传动形式的选择

采用中置后驱形式,发动机位置采用微型面包车非常传统的中置引擎的布局,将发动机等平常在车头的部件置于驾驶员的座椅下。这样布置节约了空间成本,同时由于车身较轻,也有利于车辆的操控。(当然,这对舒适性有相当的影响。)

3.4汽车的主要参数的选择

轴距L对整备质量,汽车总长,汽车最小转弯直径,传动轴长度,纵向通过半径等有影响。当轴距短时,上述指标减小,此外,轴距还对轴荷分配,传动轴夹角有影响。轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长;汽车上坡,制动或加速时轴荷转移过大,使汽车制动性或操纵稳定性变坏;车身纵向角振动增大,对平顺性不利;万向节传动轴的夹角增大。

原则上对发动机排量大的乘用车,载质量或载客量多的货车或客车,轴距取得长。对机动性要求高的汽车,轴距宜取短些。为满足市场需求,工厂在标准轴距货车的基础上,生产出短轴距和长轴距的变型车。近年来,国内各大微车厂家生产的微型面包车都使用了加长的轴距。

参考国内各主流微型车厂家的主打车型:

长安CM8(SC6380)轴距:2430 mm

长安之星二代(SC6282)轴距:2500mm

五菱之光(WL6376E)轴距:2500mm

昌河福瑞达(CH6390)轴距:2405mm

一汽佳宝轴距:2450mm

考虑到所设计的EQ638X所采用的发动机布置形式与上述车型相同,以及产品设计的“三化”原则,采用与“东风小康3U金钻”相同的轴距:2512mm

3.4.2前后轮距B1和B2

改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽,汽车总宽,总质量,侧倾刚度,最小转弯直径等因素发生变化。增加轮距则车厢内宽随之增加,并有利于增加侧倾刚度,汽车横向稳定性变好;但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等增加,并导致汽车的比功率,比转矩指标下降,机动性变坏。

受汽车总宽不得超过2.5米的限制,轮距不宜过大。但在选定的前轮距B1范围内,应能布置下发动机,车架,前悬架和前轮,并保证前轮有足够的转向空间,同时转向杆系与车架,车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距B2时,应考虑车架两纵梁之间的宽度,悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。

各类汽车的轴距和轮距有下表作参考

车型类别轴距L/mm 轮距B/mm

乘用车

发动机排量

V/L V<1.0

1.0

1.6

2.5

2.5

V>4.0 2000~2200

2100~2540

2500~2860

2850~3400

2900~3900 1100~1380

1300~1500

1400~1580

1560~1620

商用车

客车城市客车(单车)

长途客车(单车)4500~5000

5000~6500 1740~2050

4×2货车汽车总质量ma/t

1700~2900

2300~3600

3600~5500

4500~5600

1150~1350

1300~1650

1700~2000

1840~2000

≤1.8

1.8~6.0

6.0~14.0

>14.0

根据上表内容,并考虑到汽车设计“三化”原则,轮距的选择参考“东风小康3U金钻”定为1310/1310

3.3.4汽车的外轮廓尺寸

汽车的外轮廓尺寸包括其总长,总宽,总高。它根据汽车的类型,用途,承载量,道路条件,结构造型与总布置以及有关标准,法规限制等因素来确定。以下是国内各主流微型车厂家的主打车型的尺寸:

长安CM8(SC6380):3856×1568×1898

长安之星二代(SC6282):3845×1500×1900

五菱之光(WL6376E):3730×1510×1860

昌河福瑞达(CH6390):3868×1528×1848

一汽佳宝:3741×1475×1870

秉承东风微车“大空间,金价值”的产品特点,我将尺寸尽量选大,让用户可以“多拉一点,多赚一点”,但同时也综合考虑尺寸过大后对汽车的质量,制造成本,动力性,经济性和机动性等带来的负面影响。将外形尺寸定为长×宽×高:3795mm×1560mm×1925mm

3.5汽车的质量参数的确定

3.5.1汽车的整备质量m0

整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。目前,尽可能减少整车整备质量的目的是:通过减轻整备质量增加载质量或载客量,抵消因满足安全标准,排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加,节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有:新设计的车型应使其结构更合理,采用强度足够的轻质材料,如塑料,铝合金等等。过去用金属材料制作的仪表,油箱等大型结构件,用塑料取代后减重效果十分明显,目前得到比较广泛的应用。整车整备质量在设计阶段需估算确定。在日常工作中,收集大量同类型汽车各总成,部件和整车的有关质量数据,结合新车设计的结构特点,工艺水平等初步估算各总成,部件的质量,再累计成整车整备质量。

乘用车和商用客车的整备,也可按每人所占汽车整备质量的统计平均植估计(如下表)乘用车和商用客车人均整备质量值:

乘用车人均整备质量值

人/t 商用客车人均整备质量值人/t

发动机排量V/L .V≤1.0

1.0

1.6

2.5

2.5

V>4.0 0.15~0.16

0.17~0.24

0.21~0.29

0.29~0.34

0.29~0.34

车辆总长

La/m

≤10.0

>10.0

0.096~0.160

0.065~0.130

现将EQ638X的整备质量定为1030KG

3.5.2汽车的载客量和装载质量(简称载质量)

汽车的载客量乘用车的载客量包括驾驶员在内不超过9座,又称M1类汽车,本设计车型的装载质量即是载客量,是指其最多乘坐人数,并以座位数表示。微型面包车的座位数通常为7+1,这里按7计算。

3.5.3汽车的总质量MA

汽车的总质量是指已经整备完好,装备齐全并按规定载满客,货时的汽车质量。乘用车和商用车的总质量ma由整备质量m0,乘员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分构成,其中,乘员和驾驶员每人质量按65kg,

ma=m0+65n+αn

式中,n为包括驾驶员在内的载客数,α为行李系数,可按下表提供的数据取用。

行李系数α

车型α

乘用车

发动机排量>2.5L 5

发动机排量≤2.5L 10

商用客车城市客车0

长途客车10~15

同时参考国内各主流微型车厂家的主打车型整备质量以及参考上述要求,将EQ638X的总质量定为1610KG

3.5.4汽车的轴荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下,各车轴对支承平面的垂直负荷,也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。

轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑,各个车轮的负荷应相差不大,为了保证汽车有良好的动力性和通过性,驱动桥应有足够大的负荷,而从动轴上的负荷应适当减小,以利减小从动轮滚动阻力和提高在坏路面上的通过性,为了保证汽车有良好的操纵稳定性,又要求转向轴的负荷不应过小,因此,可以得出作为很重要的轴荷分配系数,各使用性能对其要求是相互矛盾的,这就要求设计时应根据对整车的性能要求,使用条件,合理地取轴荷分配。

汽车的驱动形式与发动机位置,汽车结构特点,车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响。如发动机前置前轮驱动乘用车和平头式商用货车前轴负荷较大,而长头式货车前轴负荷较小。常在坏路面上行使的越野汽车,前轴负荷应该小些。

当总体布置进行轴荷分配计算不能满足预定要求时,可通过重新布置某些总成,部件(如油箱,备胎,蓄电池等)的位置来调整。必要时,改变轴距也是可行的方法之一。

各类汽车的轴荷分配见下表:

车型满载空载

前轴后轴前轴后轴

乘用车发动机前置前轮驱动

发动机前置后轮驱动

发动机后置后轮驱动47%-60% 40%-53% 56%-66% 34%-44%

45%-50% 50%-55% 51%-56% 44%-49%

40%-46% 54%-60% 38%-50% 50%-62%

商用货车4×2后轮单胎

4×2后轮双胎,长,短头式

4×2后轮双胎,平头式

6×4后轮双胎32%-40% 60%-68% 50%-59% 41%-50%

25%-27% 73%-75% 44%-49% 51%-56%

30%-35% 65%-70% 48%-54% 46%-52%

19%-25% 75%-81% 31%-37% 63%-69%

综合上面,初定EQ638X的轴荷为整备时:

3.6汽车主要性能参数的选择

3.6.1汽车的动力性参数

汽车动力性参数包括最高车速V amax,加速时间t,上坡能力,比功率和比转距等

最高车速V amax 随着道路条件的改善,特别是高速公路的修建,汽车尤其是发动机排量大些的乘用车最高车速有逐渐提高的趋势。乘用车的最高车速V amax大于商用货车和客车的最高车速。排量大些乘用车的最高车速V amax要大于排量小些乘用车的最高车速。总质量小些的商用货车最高车速稍大于总质量大些商用货车的最高车速。不同车型的最高车速V amax的范围见下表

汽车动力性参数范围

汽车类别最高车速

V amax

(km/h)比功率

Pb

(kW/t) 比转矩

Tb

(N?m/t)

乘用车

发动机排量

V/L V≤1.0 110-150 30-60 50-110

1.0

1.6

2.5 130-190 40-70 90-130

2.5

V>4.0 160-280 60-110 100-180

货车

最大总质量

ma/t ma≤1.8

80-135 16-28 30-44

1.8

6.0

75-120 10-20 33-47

ma>14.0 6-20 29-50

客车

车辆总长

La/m La≤3.5 85-120 ──

3.5

7.0

La>10.0 85-120 ──

由于本设计EQ638X搭载的是由东风渝安车辆有限公司重庆发动机分厂生产的EQ474i-3U 型发动机,故最大车速定为125 km/h

3.6.1.2 Ⅰ档动力因数DImax

I档最大动力因数DImax直接影响汽车的最大爬坡能力和通过困难路段的能力以及起步并连续换档时的加速能力。它和汽车总质量的关系不明显而主要取决于所要求的最大爬坡度和附着条件。对于公路用车,DImax多在0.30~0.38。中级及以上的轿车,其DImax值的上限可高达0.5,以便获得必要的最低车速和较强的加速能力。矿用自卸汽车(装载量为6.5t以下)的DImax值多在0.30~0.46,当采用液力机械传动时,由于汽车起步后动力因数下降较快,为保证有足够的爬坡速度和加速能力,DImax值还应取大一些。军用越野汽车的爬坡能力要求高达60%~75%,故其DImax值多选择在0.63以上。所以EQ318X的DImax定为0.50。

3.6.1.4汽车的比功率和比转矩

这两个参数分别表示发动机最大功率和最大转矩与汽车总质量之比。比功率是评价汽车动力性能如速度性能和加速性能的综合指标,比转矩则反映了汽车的比牵引力或牵引能力。在比较各国车型的比功率时,应考虑到各国内燃机功率测定标准的差异。为了保证载货汽车在高速公路上的速度适应性,有些国家对汽车的比功率值有所规定。我国标准GB7258—97中规定,对公路用的机动车辆其比功率的最小值不能低于4.8kW/t。农用运输车不低于4kW/t。所以选定kz218的比功率定位5.5W/t.

3.6.1.5汽车传动比的选择

最小传动比的计算:整车传东系最小传动比的选择可根据车速及其功率平衡图来确定。为了提高燃油经济性,在一定程度上减少最小传动比令Up(发动机最大功率时的车速)稍大于Uamax(最高车速):取

是种计算常量F-子午线轮胎为3.05,斜交线为2.99;,此时是在最大载荷。规定的气压与车速在60 km/h的车况下;

最大传动比的计算:最大传动比为变速器的头档速比与主减速比的乘积。该速比主要是用于汽车爬坡或道路条件很差(阻力大)的情况下(此时空气阻力可以不计)汽车仍能行驶。

此时变速器最大速比

式中——最大爬坡角度,;

——车轮滚动半径,m。

f ——滚动阻尼系数,取在良好路面值0.01~0.018,取f=0.014;

η——传动系的效率,取0.9;

=

求出以后,再验算一下附着条件,牵引力不应大于附着力

式中——最大牵引力,N;

——附着力,N;

--驱动桥质量,kg;

——附着系数,取=0.7。

最后验算最低档时的最低稳定车速,该车速没有规定的限值。一般情况下,载货汽车,只要能满足最大爬坡度的要求(即最大动力因数),那最低稳定车速也能满足。但考虑到微型面包车的使用环境,为了避免在城乡结合部松软地面上行驶时,土壤受冲击剪切破坏而损害地面附着力,要求车速很低,此时的最大速比为

式中

——发动机最低稳定转速,r/min;

对于汽油机=350r/min~500r/min;

对于柴油机=650r/min~850r/min;

——汽车最低稳定车速,km/h。

3.6.2汽车的机动性参数

汽车的最小转弯直径是汽车机动性的主要参数。最小转弯直径是指当转向盘转至极限位置时由转向中心至前外轮接地中心的距离,它反映了汽车通过小曲率半径弯曲道路的能力和在狭窄路面上或场地上调头的能力。其值与汽车的轴距、轮距及转向车轮的最大转角等有关,并应根据汽车的类型、用途、道路条件、结构特点及轴距等尺寸选取。

各类汽车的最小转弯半径

车型级别Rmin/m 车型级别Rmin/m

轿

车微型 3.5~5.0

总质量

mO/t

<3 4.0~6.0

普通级 4.5~6.0 3~6 5.0~7.0

中级 5.0~6.5 6~9 5.5~8.0

中高级 5.0~7.0 9~12 6.0~9.0

高级 5.5~7.5 >12 6.5~10.5

车微型 4.0~5.5

矿用自卸车

总装量

mG/t <45 15.0~19.0

轻型 5.0~6.5

中型7.0~10.0 >45 18.0~24.0

大型8.5~11.0

*6×4型自卸车的Rmin接近上限。

根据上表综合考虑所以选定KZ218最小转弯半径为5米

3.6.3汽车的制动性参数

常以制动距离、制动减速度和制动踏板力作为汽车制动性能的主要设计指标和评价参数。制动距离是指在良好的试验跑道上和规定的车速下,紧急制动时由踩制动踏板起到完全停车的距离。我国通常以车速为30km/h和50km/h的最小制动距离来评比不同车型的制动效能。对于紧急制动时踏板力,货车要求不大于700N;轿车要求不大于500N。

根据下表的要求,选定EQ318X在30km/h时的制动距离不大于5.5m;50km/h时的制动距离不大于15m;100km/h时的制动距离不大于35m。

汽车制动距离的统计值范围

车型ν=30km/h时的制动距离/m ν=50km/h时的制动距离/m

轿

车微型 5.0~6.0

普通型 5.5~6.5

中级 5.5~6.5

中高级、高级 5.2~8.0 14~19

车微型 5.0~6.0

轻型 5.5~7.0 15~19

中型 6.5~8.0

重型7.5~11.0

3.6.4通过性参数

总体设计要求确定的通过性参数有:最小离地间隙h,接近角a,离去角b,及纵向通过半径p。这些参数的取值主要是根据汽车的类型和道路条件,其一般范围见下表。

汽车通过性的几何参数

汽车类型最小离地间隙(m) 接近角(o) 离去角(o) 总线通过半径(m)

轿车微型、普通级0.12~0.18 20~30 15~23 3~5

中级、中高级、高级0.13~0.20 5~8

客车轻型0.18~0.22 12~40 8~20

中型、大型0.24~0.29 9~20 5~9

货车轻型0.18~0.22 25~60

25~45 2~4

中型、重型0.22~0.30 4~7

矿用自卸汽车>0.32

越野汽车0.26~0.37 36~60 35~48 1.9~3.6

根据东风小康EQ318X的情况选择

最小离地间隙为550mm,接近角33°,离去角28°.

3.7轮胎的选择

轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一,因此,在总体设计开始阶段就应选定,而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力—传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响。

轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比,称为轮胎负荷系数。大多数轮胎负荷系数取为0.9—1.0,以免超载。轿车、轻型客车以及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大,故我们的轮胎负荷系数应接近下限,过多超载会使轮胎早期磨损,甚至发生胎面剥落及爆胎等事故。试验表明:轮胎超载20%时,其寿命将下降30%左右。这里考虑到汽车产品设计开发的产品系列化,轮胎的规格定为165/70R14

4 车身底板的布置

4.1 确定前后轮罩的大小及形状

作前轮转向跳动图(一般取转向角为±25°)和后轮跳动图,可以确定出前、后轮罩的空间大小形状,同时亦确定了在翼子板上的必须开口尺寸,但设计中的翼子板上的轮罩开口形状,再符合此尺寸条件下应与车身的造型风格一致。由于前轮既要跳动,又要转向,因此它的轮罩空间要大于普通的后轮,且形状复杂,对底板的布置影响大。作车轮的跳动图,必须依据车轮跳动的极限位置及最大转向角。车轮跳动的极限位置与悬架的结构形式、参数、以及橡胶缓冲限位块的允许压缩量有关。同时还要考虑车身侧倾时,车轮相对于车身的横向摆动或偏转量对轮罩宽度的影响。。对于非后转向轮,则只需根据车轮的跳动情况来确定轮罩形状,而后翼子板的轮罩开口为保持造型前后统一、协调、一般和前轮的形状一致。

4.2 充分利用室内底板空间的布置形式

由于轮罩会在底板的前后端产生凸包,对于前轮罩将会影响前排乘客的搁脚空间、姿势及驾驶员的脚踏板布置,对于后轮罩将会影响后排座椅的布置、坐垫高度和宽度。因此,从改善室内居住性出发,轮罩空间在满足转向何体跳动运动要求的前提下,应尽量减少。此外,增大轴距是有利于车内环境的。充分利用室内底板空间进行布置设计,这一点对尺寸较小的微型车和超微型车辆非常重要。这一点对于我所设计的东风小康EQ318X车来说是十分重要的,这次设计正是采用座椅在前轴后方的布置形式。

5 车身前围的布置

车身前围将发动机舱与座舱完全隔开。在前围上固定前风窗玻璃,其车室内侧安装仪表板,车室外侧支撑发动机罩,前围下部与底板连接。将前轮前移、发动机布置位置中置的布置形式,可使前围前移以加大前排乘员的搁脚空间和便于操纵踏板的布置,且前围设计形状简单,其中间部分由于发动机水箱、变速箱布置而产生的凸包形状可以减少或者没有。在前围的布置设计中应保证前围板与发动机水箱后端之间有足够的间隙,以布置转向系统得机构,制动系统和离合器系统等的管路和附件,暖风系统得风道,并且考虑其维修的方便性。而在前围的室内一侧,则装有隔热隔声和减振材料层,固定安装制动器、离合器和方向盘等操作系统得支架,以及暖气设备等。前围下部采用倾斜板与底板连接,其倾斜面置一般与前轮轮罩相切,在侧视图上为切于轮罩线的切线(约45°角)。这样有利于前排乘员的搁角姿势和加速踏板的布置,另外可使底板前部的凸包减小,形状规整。在前围的组合结构中应合理设置进风风道,外部安装雨刮器等机构。根据发动机罩后端的高度(满足发动机舱的空间要求和发动机罩的外形),以及仪表板上表面的位置确定前围上部的高度和形状,初步确定前风窗玻璃的下沿位置,并设置玻璃的安装止口。

6 前排驾驶室各部件的布置

6.1 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已容纳司机的左脚(离合器在非工作状态时),因此轮罩最好不凸出于乘客室内。从左到右依次布置离合器踏板、制动踏板和油门踏板,各个踏板之间的间隙及相关的布置尺寸可参考DIN73001。油门踏板比制动踏板稍低与底板约成30度角,由于汽车行驶时驾驶员要不停的踩油门踏板,所以要求设计油门踏板时保证踏板踩下时轻便。而制动踏板则应较宽、较长,设计成与地面成一斜线角度方便驾驶员踩踏。对于本次设计的东方之子轿车,具体的相关设计参见制图(车身室内布置)

6.2 方向盘的布置

为遵循汽车设计产品系列化的原则,东风小康微型面包车的方向盘直径参数已给,直径为300mm,而方向盘的布置主要是设计方向盘平面与水平面之间的夹角,一般取60°,故这里也取为60°角。

6.3 仪表板以及操纵件和操纵手柄的位置布置

为使驾驶员操纵方便,手控制件和操纵手柄应布置在驾驶员的手伸及界面之内,而且是最省力的部位,一般在H点以上178mm~203mm的范围是人体操纵的舒适点。通过对人体的操纵范围进行测量,得到影响驾驶员手伸及界面位置的主要因素是驾驶员座的最后H点位置,而此点的位置确定与加速踏板的位置直接有关,又是布置座椅的依据。因此,将手操纵件布置在手伸及界面内,也就是使踏板位置、手操纵件位置以及座椅位置相互有机地形成一个驾

驶区域整体,从而保证驾驶员方便操纵。由于仪表板上的手操纵件的位置就是仪表板表面的位置,考虑到仪表板的横向布置和板面整体造型、风格、以及组合仪表座的造型,便可确

定仪表板的断面形状和位置。仪表板的上表面高度应由5%百分位的人体尺寸来确定,并与前风窗玻璃下沿和上端的高度相协调。目前,从扩大活动空间出发,将仪表板下降和往前挤,已成为仪表板不知的主流,也有利于加大前方视野。此外,在仪表板前面与方向盘之间要留有足够的操纵空间。在车辆的中心对称面,驾驶员对称面和前排乘客对称面等位置处分别作出仪表板的断面轮廓线和组合仪表座的轮廓线。在仪表板的前表面上布置各手控制及显示装置和仪表,其横向位置的确定应服从重要性原则。即各按钮、开关以及装备应按其在使用中的重要性来布置。重要的和常用的按钮、开关和仪表应布置在最佳的手操纵区域或最佳的视野范围内。组合仪表不仅要布置在视野的正前方,仪表板与视线垂直,而且各表的布置也要符合最重要性原则。这将有利于提高操纵方便性、准确性、安全性和减少驾驶疲劳。对于组合仪表座的遮光罩设计,要符合造型和遮光作用。其形状大小要能遮住从仪表表面发出的光线经前风窗玻璃的反射不能达到驾驶员眼睛所在的位置,或遮挡外界光线直接照射在仪表表面上产生的反射光线对驾驶员视觉的干扰。在仪表板的前面开设通风口,一般设置4个。其中两侧各有1个为前排乘员提供风量,而中间2个则为后排乘员提供风量。此外,在仪表板表面上设置除霜吹气口,在车内下部适当地方设置暖风出风口等。仪表板下面的弧度、形状和高度,应按95%百分位的人体尺寸来确定,同时要有足够的空间来布置制动踏板、离合器踏板等,其极限高度一般以脚踏制动器踏板旋转成直立时脚尖的上限为准。

7 车身室内布置

7.1 人机工程学在车身设计中的应用

7.1.1 人体尺寸和人体模型

人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的活动范围,是确定车身室内有效空间和进行内饰布置的有效依据。车身内饰布置设计中应以人体尺寸的“百分位分布值”作为设计的尺寸依据,这是人体工程学的基本设计原则之一。这里的“百分位”是指人体身高分布值的百分位,即对于身高的某一百分位分布值,则表示身高小于此值的人数所占的百分率,并将此身高分布值定义为对应于这一百分位的人体标准身高。车身设计中一般采用5%、50%和95%三种百分位的人体尺寸,分别代表矮小身材、平均身材和高大身材的人体尺寸。表1便是根据此数据计算出的中国人人体关节数据,供车身CAD设计使用。人体模型是严格按照人体的尺寸来制作的人体模型,人体模型包括二维人体模型样板和三维H点人体模型。一般在车身室内布置设计图上采用二维人体模型样板,如图1。二维人体模型分别由人体的躯干、靠背角基准杆、大腿、小腿和脚(带鞋)等几部分组成,通过人体的各关节点来连接。与车身设计有关的人体特征点主要有:

Hp点――胯点,人体躯干与大腿之间的关节点,车身设计中常称作H点。

Sp点――肩点。

Kp点――膝点,大腿与小腿之间的关节点。

Ap点――踝点,小腿与脚之间的关节点。

AHp点――踵点,人体的脚跟着地点,此时的脚踏在加速踏板上,是开始布

置人体的基准。

汽车车身设计主要是以人为中心进行的,但是在实际设计过程中,为了避免身体伤害,灵活调整驾驶员驾驶姿势,节约设计经费与时间,工程上引进了更加直观的人体模型代替真人进行汽车车身设计,见图1。

表1 中国成年人人体各关节之间数据

图1 中国成年人杆系人体模型

7.1.2 人体的舒适姿势

7.1.2.1 人体的舒适驾驶姿势

人体驾驶的舒适和疲劳程度与设计中选择的人体各关节角度所确定的驾驶

姿势有关。图2给出了驾驶员舒适驾驶姿势所要求的人体生理角度范围。由于驾

驶员的舒适驾驶姿势随车型的不同而变化,往往各自选择的舒适姿势下的关节角

度有较大的差别。对于轿车通常靠背角A1最大不超过33°,最舒适为23°;人

体躯干与大腿的夹角A4最小以105°为宜,在110°到115°的范围为最理想;

肘角A3为105°;膝角A5从112°到118°为好;脚角A6最小为87°,最大不

超过130°。对于本次设计的东方之子轿车车身,人体舒适驾驶姿势的各关节的

角度设计参见制图(车身室内布置)。设计的总的原则是跟据车内允许的空间,

然后在允许的舒适性角度范围内选择一合适的角度。

7.1.2.2 人体坐姿舒适性

坐姿舒适性的研究是将座椅设计与人体生理结构结合起来,以确定座椅满足舒适乘坐要求的几何尺寸、表面形状和结构功能特性(包括静弹性特性)。主要指人体乘坐的安定姿态和体压分布的研究

7.1.3 汽车驾驶员眼椭圆及人车视野性设计

7.1.3.1 眼椭圆及其在车身视图上的确定方法

a.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。

b.眼椭圆在车身内的位置确定

由于人车视野性的研究必须从车内布置设计的眼椭圆出发,因此,在车身室内布置设计中,根据人体的布置位置和驾驶姿势来确定驾驶员的眼睛分布位置,是运用眼椭圆概念以确定或

校核驾驶员视野的关键步骤。眼椭圆样板可根据表2~表4中的数据,按下述步骤来制作:1)参照图3先画出眼椭圆自身坐标线X-X、Y-Y及Z-Z。

2)根据表2中H点水平调节量的大小,从表中查出眼椭圆中心在自身坐标系XYZ中的位置数据X,Z,Y左眼,Y右眼,从而确定了左右眼椭圆中心的位置。

3)画长短轴。长轴在两视图上认为等长,由表3根据H点水平调节量及眼椭圆的百分位确定;短轴在两视图上并不相等,由表4查得。长轴在侧视图上的倾角为-6.4°,在俯视图上的倾角为5.4°。至此,两视图上的眼椭圆已画出,样板也就可以制作。

c.眼椭圆样板在车身侧、俯视图上的定位

车身中,一般用作图法来确定眼椭圆的位置,又称眼椭圆样板定位。眼椭圆样在车身图上的定位有A类车眼椭圆定位和B类车眼椭圆定位。A类汽车是指H点高度低于405mm且方向盘直径小于450mm的汽车。通常包括轿车、旅行车及轿车变型车;B类汽车是指H点高度在405~530mm范围内且方向盘直径在450~560mm范围内的汽车。通常包括中型及重型载货车及一些大客车。由于本次设计是针对东风小康微型面包车进行内部布置设计,因此在此只阐述A类车的眼椭圆定位。眼椭圆样板在车身侧视图上的定位步骤如下(如图4):

1)根据设计已确定的H点水平调节量及眼椭圆百分位,在样板组中选择相应的样板。

2)在车身布置的侧视图上作出垂直工作线和水平工作线:过最后H点作的垂直线;在最后H 点上方635mm的距离处作的水平线。

3)确定眼椭圆样板自身坐标系的原点相对于垂直工作线和水平工作线的偏移量。对于靠背角可调节的驾驶员座椅,当靠背角为5°~40°范围内的某一角度时,眼椭圆样板自身坐标系的原点相对于垂直工作线和水平工作线的偏移量见表

5。车身设计中,通常根据此表制出眼椭圆定位线样板。

4)确定出侧视图上眼椭圆位置:根据人体布置的靠背角,将已绘制的侧视图上眼椭圆样板置于布置图上,使其基准坐标系X-X轴和Z-Z轴分别平行于水平工作线和垂直工作线,并将坐标系的原点定位在眼椭圆定位线上的对应靠背角处,描绘出眼椭圆轮廓线,从而得到该靠背角时眼椭圆位置。

5)确定出俯视图上眼椭圆位置:在车身布置设计的俯视图上,定出X-X轴平行于车辆的对称中心线,并使其到车辆中心线的距离为(0.85W7+0.075W3);定出Y-Y轴垂直于车辆的对称中心线,并使其纵向位置与侧视图上的Z-Z轴位置对应。这样,将眼椭圆样板定位在X-X轴和Y-Y 轴上,描绘出眼椭圆轮廓线,从而得到俯视图上的眼椭圆位置。这里W7表示方向盘中心到车辆对称中心线的距离;W3表示车身室内肩部宽度,一般是指通过最后H点并在其上方不小于254mm的高度上的测量值。

7.1.3.2 人车视野性设计

在车身布置图上,确定了代表驾驶员眼睛分布位置的的眼椭圆后,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。一般车身设计中要提供前方视野参数。根据车辆驾驶时人体对前方视野的

要求,可以从眼椭圆出发进行前方视野设计。

1)最小垂直视角

一般最小垂直上视角设计应能保证能观察到车辆前方12m远、5m高的信号灯,则最小上视角α为:

α=arctan(5-h)/(12+1)

式中h——眼睛距地面的高度,m;

l——眼睛距车辆前端的距离,m。

最小下视角不应在车辆前端产生过大的盲区。

2)最小水平视角

轿车的水平视角一般大于70度,并随车宽的增加而增大,最小水平视角的是涉及对后视镜的布置位置确定有直接关系。

3)风窗玻璃刮扫面积及部位的校核

为保证雨雪天有良好的视野,汽车风窗玻璃刮扫系统不仅应有足够的刮扫能力,而且要有正确的刮扫部位和合格的刮净率。刮扫面积足够但部位过偏并不能认为合格。校核刮扫面积部位时,可以采用SAE眼椭圆确定法。校核时,先在侧视图与俯视图上画出第95百分位的眼椭圆。再根据表6中的规定分别作上下左右四个切平面。这四个切平面与风窗玻璃的交线构成了为视野要求的刮扫区域或部位,如图5。

7.1.4 人体头部位置包络线

在车身设计中,确定人体头部位置包络线的位置是正确设计车身室内高度和头部空间的必要条件.

7.1.4.1 人体头部位置包络线的一些相关概念

人体头部位置是指人体头部的前面、顶部、侧面和后部的位置,其中头顶和头的后部包括头发,用人体头部轮廓线来表示。人体头部位置包络线即为不同百分位身材的驾驶员和乘员在乘坐状态下,其头部位置轮廓线的包络线。它提供了一定百分位的驾驶员和乘员的头部位置的分布范围。由于人体头部位置包络线是在研究人体眼睛位置分布的基础上,通过对头部位置轮廓线的位置作统计分析得到的,因此头部位置包络线与眼椭圆有直接的关系。相应地,车身设计中采用不同百分位的头部位置包络线样板。常用的有99%和95%百分位的头部位置包络线样板,如图6,来描述驾驶员和乘员的头部位置。95%百分位的人体头部位置包络线表示95%的人体头部在此包络线的范围之内。头部间隙是通过测量车身室内顶衬表面或凸起面的标准切点到头部位置包络线的切线间的距离而得到的。在车身设计中应根据头部位置包络线确定最小头部间隙。

7.1.4.2 人体头部位置包络线在车身视图上的确定

1)侧视图上

如图7为人体眼椭圆和头部位置包络线的定位样板。对于可调座椅(驾驶员位置),当靠背角在5°~40°之间变化时,驾驶员的眼椭圆和头部位置包络线的定位线为同一条曲线。对于